LiFePo4-Akkupack: Headway E 40152 S 3.2V 15Ah

[Knoxville]

Hallo,

ich möchte hier kurz den Aufbau meines LiFePo4-Akkupaks mit Battery Management System (BMS) und natürlich die damit gesammelten Erfahrungen vorstellen. Der Akku besteht für gewöhnlich aus mindestens 4x 2Stk. Einzelzellen vom Typ Headway 40152 o.ä..



Da ja der ein oder andere hier einen derartigen Akkupack durch die Gegend fährt - bzw. es zeitnah tun wird - werde ich nicht nur die Funktionsweise des BMS eingehen, sondern auch die Entstehungsgeschichte vom mechanischen Aufbau in Bildern festhalten.

Los geht’s mit dem Zusammenführen der orangen Zellenverbinder und dem Verkabeln der unteren Anschlüsse.



Alle mitgelieferten Schrauben, U-Scheiben und Federringe wurden gegen Industriequalität ausgetauscht.
Bei den M6-Zellen-Verschraubungen ist zu beachten, dass die überstehende Gewindelänge 6mm sowie das Anzugsdrehmoment 4Nm nicht übersteigen darf. Die Konfektionierung sollte daher mit einem geeigneten Drehmomentenschlüssel (HAZET 5108-2 CT o.ä.) erfolgen.
Auf der kleinen Sub-Platine befindet sich die Ansteuerelektronik der beiden Temperatursensoren.

Für die Durchführung der silikonisolierten Sensor- und des 4-pol. Flachbandkabels wurden die Zellenverbinder mit 8mm Durchführungsbohrungen versehen.
Die vier oben aufgesetzten kleinen, schwarzen M3-Abstandshalter stellen später den Mindestabstand zur BMS-Platine sicher.




Gruß
...Knoxville...

 

[DaBrain]

Jetzt wird es wieder spannend! Weiter so!

 

[*V6*]

Abonniert

Gruß Thomas

 

[Knoxville]

.. weiter geht es mit den Verschraubungen der oberen Anschlüsse und dem abschließenden Konfektionieren der Sensorkabel.



Da darf die vorbestückte BMS-Platine auch schon mal probesitzen.



Wie auf den vorherigen Bildern zusehen, sind bei der Montage die einzelnen Kabelgruppen mit Isolierband gegen versehentlichen elektrischen Kontakt geschützt. Währen der Arbeiten an dem Akkupack ist zwingend darauf zu achten, dass keines der Sensorkabel mit den Kupferzellenverbindern oder den Zellpolen in Verbindung kommt (Kurzschlussgefahr). Auch hat sich beim Anbringen der M6 Verschraubungen ein isolierter Innensechskantschlüssel als sehr hilfreich erwiesen - das (elektrisch leitende) Werkzeug kann einem doch schon mal aus der Hand fallen.



Im Prinzip kommt es bei der Auswahl der Kabel, deren Führung und Konfektionierung sowie der mechanischen Ausführung darauf an – Kurzschlüsse und potentielle Fehlerquellen zwingend zu vermeiden. So sind die verwendeten Sensorkabel silikonisoliert (weitestgehend abriebfest, temperaturbeständig) und innen zwischen den Kunststoffverbindern geführt. Bei der Kabelführung des Flachbandkabels wurde auf der Unterseite an dem verzinnten 4er Pol-Verbinders selbstklebender Neoprenschaumstoff angebracht, um das Kabel an dieser Stelle mechanisch zu fixieren (Scheuerwirkung) und den Kontakt zum leitfähigen Pol-Verbinder zu unterbinden (#1, zweites Bild).


Gruß
…Knoxville…

 

[DaBrain]

- das (elektrisch leitende) Werkzeug kann einem doch schon mal aus der Hand fallen.

Man lernt ja aber meist draus.

 

[Crazy-Potatogun]

sehr schick, hier bleib ich dran.

 

[kai 1]

- das (elektrisch leitende) Werkzeug kann einem doch schon mal aus der Hand fallen.

Man lernt ja aber meist draus.

da kennt dich der Mischka aus

im leo 2 hat der mal nen ringschlüssel fallengelassen auf den pluspol der batterie gegen masse

Mfg Kai

 

[labskaus]

So in Schraubenschlüssel kann aus einem leicht flüchtigen Metall sein, gelle?

 

[yoda44]

ich hoffe doch dass der geneigte lifepouser dann auch dein bms käuflich erwerben kann
das wär doch fies uns jetz so den mund wässrig zu machen oder

was macht eigendlich mein todeskandidat....
oder isses ne chuck-zelle

 

[thomasik]

Oder das der geneigte LiFePo-Interessent das ganze gleich als Komplettpaket käuflich erwerben kann.

 

[kai 1]

hallo

das wird aber nicht ganz günstig wenn es tatsächlich ne verkäufliche variante geben sollte

ist ja soweit ich weiss bisher ein unikat

Mfg Kai

 

[Knoxville]

Hallo yoda,

ich hoffe doch dass der geneigte lifepouser dann auch dein bms käuflich erwerben kann
das wär doch fies uns jetz so den mund wässrig zu machen oder

Das BMS ist keine Verkaufsware. Den Aufwand kann (und will) keiner bezahlen. Ich baue aber ein paar davon zum Selbstkostenpreis auf und gebe sie an Leute ab, wo ich den späteren Umgang grob "einschätzen" kann.

Da das BMS als offene Aufsatzplatine ausgeführt ist - kann da halt ne Menge Blödsinn mit passieren. Da reichen bei einem z.B. 'unsauberen Einbau' schon ein, zwei kleine Kabellitzen aus, wenn die auf die Platine fallen ...

was macht eigendlich mein todeskandidat....

Die befindet sich noch im "Winterschlaf". Soll heißen, die durchlebt gerade einen simulierten Winter mit unterschiedlichen Temperaturphasen im Minusbereich. Irgendwann Ende August werde ich diesen Testlauf beenden und die Zelle erneut vermessen.


Gruß
...Knoxville...

 

[Knoxville]

Ich habe noch eine kleine Skizze von den mechanischen Abmessungen und den Befestigungspunkten der BMS-Platine erstellt.

Für alle, die sich eine Plexiglasabdeckung o.ä. anfertigen wollen ...




Gruß
...Knoxville...

 

[John]

Wow, sieht Klasse aus.

Ich les grad den Threat und bin schon auf Seite 118.

 

[Moe]

Ich freu mich schon drauf

 

[Knoxville]

Stromversorgung - Batterien und Ladekonzepte

Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LiFePo4) wird nachgesagt, dass sie keinem Memory-Effekt unterliegen und im Gegensatz zur im Auto domminierenden Blei-Technologie über eine höhere Zellspannung sowie deutlich geringere Selbstentladung verfügen. Ihr niedriger Innenwiderstand erlaubt die Entnahme von hohen Strömen, die nutzbare Kapazität unterliegt dabei nicht dem Peukert-Effekt und das bei deutlich reduziertem Gewicht.

Im Gegenzug verlangen LiFePo4-Akkus aber besondere Sorgfalt in der Handhabung.

Ein LiFePo4-Akkupack kann große Energiemengen speichern und benötigt deshalb eine elektronische Schutzschaltung Dieses Batterie-Management-System (BMS) begrenzt Lade- bzw. Entladeströme und sorgt dafür, dass der Akkupack nur bei passender Temperatur- und Zellspannungslage geladen oder entladen wird.

Der Akkupack wird aus einzelnen Zellen zusammengesetzt. In diesem Fall handelt es sich um eine Parallel-/Reihenschaltung von insgesamt 8Stk. HEADWAY-Zellen vom Typ 40152SE (3,25V 15Ah). Eine Parallelschaltung von je 2 Einzelzellen zu einer Zellenbank sorgt für eine Erhöhung der Kapazität und Stromfähikeit, die ein Vielfaches der Einzelzelle beträgt. Über die Reihenschaltung dieser 4 Zellenbänke wird die Nominalspannung (13,0V) des Packs erreicht.

Die einzelnen Zellen werden dabei über M6-Verschraubungen und Kupferstreifen in Serien- und Parallelschaltung verbunden.
Die separaten Plus- und Minus-Sensorkabel der einzelnen Zellenbänke werden über Steckverbindungen an das BMS geführt.


Definition und Bestandteile des Batterie-Management-Systems

Das BMS (Software Version 2.00 oder höher) überwacht und bewertet:

• Die Zellentemperatur,

Es wird immer mit 2 separaten Temperaturfühlern gemessen - einen je Cluster (4 Zellen).

• Die Spannungslagen der einzelnen Zellenbänke,
• Der Ladestrom des Akkupaks,

Der Entladestrom wird erfasst aber nicht bewertet.

• Die maximale On-Board Temperatur der Leistungshalbleiter,
• Das Anliegen einer zusätzlichen, externen Versorgungsspannung (Cell-Refresh).

Generell sollte immer eine zusätzliche, geeignete Schmelzsicherung verbaut werden, die unabhängig vom BMS den Stromkreis im Falle eines den maximalen Lade- oder Entladestrom stark übersteigenden Stromes irreversibel unterbricht und so den Akkupack schütz

Der Sicherungswert orientiert sich üblicherweise an dem maximalen Dauerentladestrom – hier 3C A, also etwa 90A.



...

 

[Knoxville]

Das BMS bindet den Akkupack elektrisch an die Umgebung an. Die integrierten Sicherheitsfunktionen sorgen für einen störungsfreien Betrieb, darüber hinaus überwacht das Batterie-Management-System den Ladezustand und gibt wichtige Systemparameter über eine serielle Schnittstelle (9.6kBaud, 8-N-1) aus.

Im BMS integrierte Sicherheitsfunktionen:

Überwachung der Zellspannung
Die Zellspannung muss sich in einem definierten Bereich bewegen, um den Akku weder durch Überladung noch durch Tiefentladung zu schädigen. Bei Überladung entsteht Verlustwärme, die zur Entzündung führen kann, bei Tiefentladung wird die Zelle irreversibel geschädigt.
Ein Über-/Unterschreiten der Maximal-/Minimalspannung führt zum Fehler-Zustand [2]/[1].

Überwachung des Stromes
Mit dem Überschreiten des maximalen Lade-Stroms wird der Fehler-Zustand [3] ausgelöst.

Überwachung der Zelltemperatur
Der Akkupack darf nur innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches aufgeladen und entladen werden. Dieser wird durch die Zelle und deren Chemie vorgegeben. Typische Werte für die Ladung der HEADWAY-Zelle sind -10 bis 45°C, für die Entladung -20 bis 60°C.
Ein Über-/Unterschreiten der Maximal-/Minimaltemperatur führt zum Fehler-Zustand [5]/[4].

Überwachung der Temperatur der Leistungshalbleiter
Ein Überschreiten der maximal zulässigen On-Board Temperatur der Leistungshalbleiter setzt den Fehler-Zustand [6].

Im Fehlerfall wird der Akkupack von den Klemmen via Leistungshalbleiter abgetrennt. Dieser Vorgang ist reversibel und wird nach Ablauf einer kurzen Wartezeit (10s) wieder zurückgesetzt.

Wenn kein Fehler vorliegt - Fehler-Zustand [0], bleibt der Akkupack permanent zugeschaltet.


...

 

[AppAttack]

Hallo Knoxville,

ich finde deinen Einsatz Super
Bin schwer am überlegen meine 4 Kinetik HC600 gegen ein LIFEPO4 Akkupack von dir zu tauschen wenn du nochmal eine Serie auflegst,
ich habe nämlich das Problem das mir das Gewicht im Kofferraum zu groß wird

Wenn du also nochmal eine Serie auflegst bitte ich um Info!

Gruß
Michael

 

[Schwungy]

 

[Knoxville]

Huch, hier liest ja doch jemand mit.

Ich werde weiterhin versuchen meine "Funktionsbeschreibung" allgemein verständlich zu formulieren.
.. und auch in Zukunft, den geneigten Leser nicht mit irgendwelchen Formeln oder Berechnungsalgorithmen langweilen.

Evtl. findet der Ein oder Andere ja hier die Antworten auf noch offene Fragen.

H
Bin schwer am überlegen meine 4 Kinetik HC600 gegen ein LIFEPO4 Akkupack von dir zu tauschen wenn du nochmal eine Serie auflegst,
ich habe nämlich das Problem das mir das Gewicht im Kofferraum zu groß wird ...

Die zentrale Frage im Vorfeld: Welche Endstufen (Ruhestrom), mit welcher Leistungsaufnahme (im Durchschnitt/Maximal), in welchem Setup sind bei Dir verbaut?
Denn, das BMS kann keine beliebig hohen Ströme auf Dauer schalten (thermische Verluste).


Gruß
...Knoxville...