Zusatzakku : LiFePo4- oder Bleisäure-Technologie? Vergleich

[Daka]

Kenne zwar nur die kleineren LiFePos aus dem Modellflug, aber kann da nur beipflichten. Alle Li-XXX Akkus altern schneller, desto höher Ihre Spannung ist, deswegen wird im Modellbau auch vermieden, die Akkus voll geladen zu lagern. Da haben sich so 65%-75% der Maximalkapazität als Kompromiss herauskristallisiert.

In wieweit die Haltbarkeit im Auto leidet bei Hitze/Kälte/Lagerung, wird sich wohl in der Praxis zeigen müssen. Im Modellbau (wo die Akkus dann halt doch auch wirklich mal geknechtet werden) kann man jedenfalls auch heute noch nicht den Herstellerangaben glauben.

Für den Einsatz im Auto, evntl. sogar als unterstes vergraben in der Reserveradmulde, würde ich auf jeden Fall eine ordentliche Ladeelektronik mit Balancing nehmen.
Die Drift der einzelnen Zellen mag vielleicht in gesundem Neuzustand vernachlässigbar sein, aber wenn die Batterie erstmal ne Weile in Betrieb ist, immer voll, evntl. noch schön warm, oder halt bei Kälte geknechtet, da hätt ich ein flaues Gefühl im Magen.

Und, obwohl die LifePos nicht von sich aus bei Überladung brennen/explodieren, Platzen die halt auch an Sollbruchstellen auf, wenn der Druck zu hoch wird, und verteilen Ihren Inhalt.
Deswegen würde ich die Zellen vom Einbau quasi mit ner Säurebatterie gleichsetzen, und in einen gut belüfteten, aber Richtung Innenraum dichten Kasten baun.
Berichte von Bränden schiebe ich jednefalls mal eher darauf, dass da glühende Kabel oder Funken im Spiel waren, die das Elektrolyt nach dem Auslaufen entzündet haben.

Grüße
Dominik

 

[Heibeck]

Was ich auch entdeckt habe, sind die LiFeYPo4-Zellen, die wohl auch problemlos bis -25°C funktionieren, diese sind für 20AH und 3,2Volt für 29,95 je Zelle vergleichbar günstig.

Ja, die LiFePoY4 ist eine Weiterentwicklung der LiFePo4 Zellen und bietet ein besseres Kälteverhalten sowie einer erhöhte Zyklenfestigkeit (3000 Zyklen ggü. 2000 Zyklen bei 80% DOD).

Allerdings geht das auf Kosten eines leicht niedrigeren Spannungsniveaus (3,2V statt 3,3V) und deutlich niedrigerem Stromliefervermögen (3C ggü. 10C Dauerlast bzw. 20C ggü 50C Peak).

Da sollte dann jeder für sich abwägen, was einem wichtiger ist. Da mein Töff im wesentlichen in den warmen Jahreszeiten genutzt wird und im Winter in der Garage bleibt, ist für mich persönlich die Kälteschwäche nicht so gravierend.

Gruß Heinz


Ach ja, beinahe vergessen:
Nächster Test läuft!

 

[Geraeusch]

Ah ok, mir war fast klar, dass es nicht ohne Nachteile geht. Glaub wenn man die Zellen warm einpackt, sollte es auch mit den anderen gehen. So lange sie bei den tiefen Temperaturen keinen Schaden nehmen.

 

[Heibeck]

Und, obwohl die LifePos nicht von sich aus bei Überladung brennen/explodieren, Platzen die halt auch an Sollbruchstellen auf, wenn der Druck zu hoch wird, und verteilen Ihren Inhalt.

Die von mir eingesetzten Headway-Zellen haben an der Anode eine Art Überdruckventil, welches bei überhöhtem Innendruck (z.B. bei Überladung oder Überlastung) auslöst und ein unkontrolliertes Bersten/Platzen/Explodieren der Zelle verhindern soll.

Natürlich ist die Zelle anschließend im Arsch, aber wenigstens ohne Kollateralschäden zu hinterlassen.

Gruß Heinz

 

[kai 1]

hallo

@Daka

was verstehst du unter den akku "geknechtet" ?!

Mfg Kai

 

[Daka]

@kai
Naja, z.B. im Modellflug (Autos, Rennboote natürlich ebenso) versucht man halt meistens Gewicht zu sparen, also nimmt man oft den kleinsten Akku, der die Leistung bringt, die man braucht, betreibt die Akkus also per se schon nahe an der Belastungsgrenze.

Bei LiFePo ist das nicht ganz so krass, dort nimmt man eher wohlwissend das höhere Gewicht und die niedrigere Leistung in Kauf und bekommt dadurch robustere/langlebigere Zellen.
Aber aktuelle LiPos werden teilweise z.B. in Speedmodellen, oder 3D-Helis in 2-3 Minuten bis auf 30% (um den Akku zu schonen) leergesaugt. Da fliessen dann bei ~100g schweren Einzelzellen mit 3Ah Ströme bis in den dreistelligen Amperebereich. Und größer, schneller, teurer, mehr gibts natürlich auch...

Wenn man dabei halt mal einen Akku erwischt, der das nicht wirklich kann (obwohl der Reseller/Hersteller es draufschreibt) ist der dann halt auch direkt hin...

Kann da bei interesse auch gerne mal auf http://www.elektromodellflug.de verweisen, der Herr bekommt immer wieder aktuelle Akkus zum testen, und hat auch nen Test zu den 8AH Rundzellen. Aber halt imo nicht relevant für den Einsatz im Auto.



@heinz
Es gibt wohl Zellen mit Sollbruchstelle und Zellen mit echtem Ventil (da dann auch aufpassen, dass es frei ist). Aber ich denke mal, wenn die mal wirklich öffnen sollten, macht das keinen Unterschied.


Grüße
Dominik

 

[kai 1]

hallo

richtig leer saugt man ne battereie ja nicht im auto das ist klar man will ja nicht laufen

aber hohe ströme fließen auf jeden fall , dass müssen die akku`s können

Mfg Kai

 

[Heibeck]

Kann da bei interesse auch gerne mal auf http://www.elektromodellflug.de verweisen, der Herr bekommt immer wieder aktuelle Akkus zum testen, und hat auch nen Test zu den 8AH Rundzellen. Aber halt imo nicht relevant für den Einsatz im Auto.

@heinz
Es gibt wohl Zellen mit Sollbruchstelle und Zellen mit echtem Ventil (da dann auch aufpassen, dass es frei ist). Aber ich denke mal, wenn die mal wirklich öffnen sollten, macht das keinen Unterschied.

Sehr interessanter Link Dominik, und ein äusserst aufschlußreicher Test der "kleinen" 8Ah Headway-Zelle. Danke dafür!

Wenn die kleine 8Ah-Zelle schon Impulsströme von 200A liefern kann ohne in der Spannungslage dramatisch einzubrechen, kann man sich leicht vorstellen, was die hier eingesetzten 16Ah-Zellen zu leisten imstande sind. Wobei ich aber davon ausgehe, dass beim vorgesehenen Einsatzzweck als Pufferakku im KFZ die Belastung deutlich geringer ausfallen wird als im Modellbau.

Geplatzte Elkos kenne ich, aber ich kann mir nicht wirklich vorstellen wie es aussieht, wenn so ein Akku seinen Elektrolyten ausgekotzt hat. Da haben die Modellbauer sicher einen deutlichen Erfahrungsvorsprung. Wird wohl ne riesen Sauerei sein?

Gruß Heinz

 

[Heibeck]

So, die nächsten Testergebnisse:
LiFePo4 ans Bordnetz parallel der Bleibatt angeklemmt und erneut den 25A Entladetest mit "alle Lampen an" gemacht.

Erst mal wurden wieder beide Akkus voll geladen und ihnen 2 Stunden Ruhezeit gegönnt. Spannungslage LiFePo 14,01 Volt und Bleibatt 12,96 Volt. Beim Anklemmen floss ein geringer Ausgleichsstrom in Richtung Bleibatt. Zu Beginn etwa 7A, schnell abklingend auf unter 1A nach 2 Minuten und nach etwa 15 Minuten hatten sich beide Akkus auf ein gemeinsames Spannungsniveau von stabilen 13,25 Volt geeinigt, Ausgleichsstrom = 0,0A. Die Bleibatt wird hier also von der FePo ein wenig "nachgeladen".

Dann der Entladevorgang. Äusserst interessant zu beobachten war die sich einstellende Arbeitsteilung der beiden Akkus und dessen Verlauf über die Entladezeit. Während bei höheren Spannungen oberhalb 12 Volt der LiFePo den meisten Strom lieferte, kehrte sich das Bild bei niedrigeren Spannungen <12 Volt ins Gegenteil um. Hier lieferte die Bleibatt den größten Anteil am Gesamtstrom. Aber seht am besten selber:

[attachment=0:3t32jtes]Dia FePo+PB 25A.JPG[/attachment:3t32jtes]
Test 3:
LiFePo4 parallelgeschaltet mit Bleibatt. Belastung mit "alle Lampen an" am Töff, Stromstärke im Mittel etwa 26-27A.
=> Entladezeit bis U <= 11,0V : 65 Minuten

nutzbare Gesamtkapazität bis U <=11,0 Volt: 352 Wh oder 29,4 KF-Ah
- davon Bleibatt 154Wh oder 13,1 KF-Ah
- davon LiFePo4 198Wh oder 16,3 KF-Ah

Es gab bei diesem Test also keine Überraschungen. Die mögliche Entladezeit wie auch die entnehmbare Kapazität entsprachen den Erwartungen aus den vorherigen Einzeltests und entsprachen der Summe der Einzelmessungen. Auch der Zellendrift lag wieder über die gesamte Zeit bei <= 10mV, nur ein einziges Mal hatte ich kurz 20mV gemessen. Die Temperatur der Einzelzellen stieg von 16°C auf etwa 27°C.

Vielleicht noch erwähnenswert wäre, dass nach Testende und Abwurf der Last ein geringer und langsam abklingender Ausgleichsstrom von knapp 2 Ampere in Richtung FePo floss. Die Spannungslage hat sich ein paar Stunden nach dem Test auf 12,27 Volt eingependelt, Ausgleichsstrom = 0. Hier wurde jetzt also die LiFePo von der Bleibatt geladen.

Es ist sicher nicht übertrieben, wenn ich jetzt sage: Bis hier hin bin ich äußerst begeistert von dem kleinen Kraftzwerg!

Wenn ichs schaffe, mache ich heute noch den Ladetest an der Lima. Da warten einige ja schon ungeduldig drauf.

Bis dann und Gruß
Heinz

 

[Thomas]

Wow,
schonmal RIESEN Dank für die Messungen!
Scheint sich ja zu bestätigen dass die Batterie einiges leisten kann
und sich wohl auch sehr gut ins Auto und die Stromversorgung integriert.

Kannst du noch etwas zum BMS sagen,
denn bei den Modulen usw. weiß ich jetzt grob bescheid,
aber das Thema BMS (Kosten, was brauch ich wirklich, was ist schnickschnack ...)
würde mich doch mal sehr interessieren dass ich dann deine Sachen
kopieren ... ÄHM mit meinen vergleichen kann.

Grüße

 

[Crazy-Potatogun]

Ein bislang unbekanntes Thema, welches mich aber umso mehr fasziniert. Will ich mir doch mal hier einen Merkzettel machen

Gibt es einen empfehlenswerten Link um grundsätzliche Sachen über die LeFePo4 zu lesen?

Gruß

 

[Heibeck]

OK,
der letzte Test ist getestet. Es stand ja noch die Ladefähigkeit des LiFePo4-Akkupacks an der Lima aus.

Ich nehm für die ungelduldigen unter uns das Ergebnis schon mal vorweg:
==> einfach nur PERFEKT!!!

Meine Entscheidung ist gefallen. Ich muss jetzt nur noch ein Plätzchen für den Kraftzwerg finden. Und das wird bei meinem Roadster gar nicht so einfach werden!

Doch jetzt zu den nahezu nebensächlich gewordenen Einzelheiten:
Nach dem gestrigen 25A-Belastungstest im Bordnetz wurden die Akkus NICHT nachgeladen. Über Nacht hat sich eine Spannungslage von 12,27 Volt für die beiden parallelgeschalteten Akkus etabliert, Ausgleichsstrom 0,0A. Eigentlich müssten beide Stromlieferanten leer sein? Dennoch haben sie es PROBLEMLOS geschafft, den 3,2L 6-Zylinder mit vorher nicht gekannter Vehemenz anzuwerfen!

Direkt nach dem Kaltstart und mit erhöhter Leerlaufdrehzahl stellte sich eine Ladespannung der Lima von 14,37 Volt ein, die aber im normalen Leerlauf mit ca. 850U/min recht schnell auf Werte um die 14,1 Volt absank. Der erste gemessene Ladestrom betrug etwas über 80A und teilte sich im Verhältnis 45A für FePo und 35A für Bleibatt auf. Aber ein Bild sagt oft mehr als viele Worte:

[attachment=0:btrkc9rl]Dia Ladekennlinie FePo+PB.JPG[/attachment:btrkc9rl]
Ich bitte den teilweise etwas unorthodoxen Linienverlauf zu entschuldigen. Die Meßwerte zappelten im Bereich von +/- 3A dermaßen hin und her, dass mir ein vernünftiges Ablesen deutlich schwer fiel.

Der FePo war nach 30 Minuten zu 85% geladen, nach einer Stunde zeigte er sich mit einer Ladungsaufnahme von 16,1Ah nahezu randvoll.

Geladene Ladungsmenge in 60Min gesamt: 414Wh oder 29,2 Ah
- davon für Bleibatt 186 Wh oder 13,2Ah
- davon für LiFePo4 228 Wh oder 16,1 Ah

Auch diesmal blieb der Zellendrift unter 10mV und die Erwärmung der FePo-Zellen von 12°C auf etwa 25°C sind nicht nennenswert.

Ich denke, wir haben die eierlegende Wollmilchsau für unsere Zwecke gefunden! Jetzt muß nur noch eine Antwort auf die Frage nach der passenden Elektronik gefunden werden und sich die Langzeitstabilität/-haltbarkeit in der Praxis zeigen.

Gruß Heinz

 

[Thomas]

Perfekt genau wie erhofft.
Also hast du schon die Antwort auf die benötigten Zellen und
wie man was nutzen kann. Das Einzige was jetzt noch fehlt ist
dann wohl ein passendes BMS, oder?

Wenn dem so ist dann frag ich da mal gezielt bei dem werten
Kollegen nach und schau was ich raus bekomme.

Grüße Thomas

 

[kai 1]

hallo

sieht soweit alles nett aus nur ist da ne elektronik wirklich zwingend erforderlich

die temperaturen sind ja soweit nicht gefählich und abweichungen der zellen ja auch sehr gering

Mfg Kai

 

[Geraeusch]

Ich hoffe ich finde die Tage mal Zeit, eine Email an den LiTrade-Shop zu senden und unseren Einsatzzweck zu beschreiben, Ich hoffe dort auf eine Fachkompetente Beratung in Sachen benötigter Elektronik und Praxistauglichkeit

 

[Signum V6 Turbo]

Wie groß ist denn so eine Zelle von den LiFoPe-4. Liest sich sehr interessant. Hab von Elektronic sehr wenig ahnung aber so wie du deine Test beschreibst verstehe ich sogar ein wenig

 

[kai 1]

hallo

eine 16 AH zelle ist 160x40x180mm gross und wiegt 0,5 Kg

bist also mit einem viererpack mit rund 2 Kg dabei ne normale batt mit 20 AH wiegt so um die 5,5 Kg

Mfg Kai

 

[Heibeck]

sieht soweit alles nett aus

Das hast du jetzt wirklich sehr nett umschrieben Kai. und

nur ist da ne elektronik wirklich zwingend erforderlich

Das kann ich dir leider derzeit nicht abschließend beantworten und kommt auch nicht zuletzt auf die individuellen Einsatzbedingungen an. Hörst du viel im Stand oder meist bei laufendem Motor? Wie sieht dein Lastprofil, sprich Anforderungen an die Stromverfügbarkeit aus? Welchen Lastbereich kann die Lima abdecken und wie viel Strom müssten die Akkus bereitstellen?

Vielleicht vorab folgende Info:
Die Zellen haben mehrere Feinde, das wären in erster Linie Unterspannung (Tiefentladung < 2,5V pro Zelle), Überspannung (Überladung > 3,65V pro Zelle) und hohe Temperaturen jenseits 60°C, die die Zellalterung beschleunigen und somit die Lebenserwartung verkürzen.

Eine Schädigung durch Überspannung/Überladung kann im KFZ-Bordnetz eigentlich nur bei defektem Laderegler auftreten. Da geht dann die Bordspannung gerne mal Richtung 18 oder 20 Volt. Ist aber ein sehr seltener Fall und da kocht dann auch schon die Bleibatt über. Der FePO wäre aber definitiv hin.

Die Schädigung durch Unterspannung/Tiefentladung ist da weitaus häufiger anzutreffen. Beim Hören im Stand z.B. läuft die Musik auch noch mit 10 Volt und darunter, und der Motor startet ggf. auch noch mit der restlichen Kapazität unterhalb dieser Spannungslage. Während die Bleibatt in dieser Situation lediglich ein wenig Sulfat am Gitter anlagert und leicht an Kapazität verliert, pfeiffen die FePos jedoch aus dem letzten Loch und können schon nach einer einzigen Tiefentladung defekt sein. Also gilt es, diesen Zustand der gefährlichen Tiefentladung sicher zu erkennen und entsprechende Maßnahmen zu ergreifen, sprich: Die FePo vom Netz trennen bevor sie ihr Leben aushaucht.

Bei der Erkennung dieser für den FePo meist "tödlichen" Ausnahmezustände kommt erschwerend noch der Zelldrift ins Spiel. Das ist die Abweichung der Spannungslage der Einzelzellen untereinander in einem Akkupack, die u.U. gewaltig voneinander abweichen können. Mißt/überwacht man lediglich die Gesamtspannung an den Klemmen des Akkupacks, können sich die anliegenden z.B. 12,8V bei gesunden Zellen aus 3,2+3,2+3,2+3,2 Volt oder 3,21+3,17+3,18+3,24 addieren, bei geschädigten Zellen aber auch aus 3,6+3,4+2,3+3,5 Volt. Während in den ersten beiden Fällen alles in bester Ordung ist, liegt im letzten Beispiel die Zelle 3 auf dem Sterbebett und bringt ganz bald das gesammte Akkupack zum erliegen. Aus diesem Grund setzt man auch sog. Balancer/Equalizer ein, die die Einzelzellen überwachen und gezielt einzelne Zellen laden/entladen, um wieder eine einheitliche Spannungslage herzustellen.
Die Gefahr von Zelldrift ist i.d.R. um so höher, je stärker die Belastung der Zellen ausfällt und steigt kontinuierlich mit dem Alter des Akkupacks an.


Meine derzeitige Einschätzung:

Wenn du die Zellen beispielsweise im gemäßigten Bereich mit 2C Dauerlast und 5C Impulslast (entspricht etwa 30A und 80A) belastest, sehe ich nach meinem derzeitigen Kenntnisstand keine Probleme, die Teile ohne jegliche Elektronik zu betreiben. Man sollte halt die Spannung immer gut im Auge behalten und bei <=10 Volt auch unverzüglich abschalten. Zudem ist eine regelmäßige manuelle Kontrolle des Zelldrifts angesagt, ähnlich dem Pflegeladen bei den Bleisäurebatts. Dann kann man schon abschätzen, wohin die Reise gehen wird.

Geht es aber in Richtung 5C Dauer- und 15C Impulslast (80A/240A) oder darüber, sollte aus meiner jetzigen Sicht auf jeden Fall ein BMS mit Einzelzellenüberwachung eingesetzt werden.


Ich werde meinem Akkupack auf jeden Fall eine Unterspannungsüberwachung gönnen. Wie die Aussehen könnte, weiß ich aber jetzt noch nicht. Vielleicht via Fensterdiskriminator oder so ..., oder was günstiges fertiges?

Gruß Heinz

 

[Thomas]

Um meinem Gespräch mal vorweg zugreifen:
Meine Kollege meinte das das eine Stärke der LiFEPos wäre,
normale LiIon verlieren durch einmaliges Tiefenentladen gerne mal 50% Kapazität.
Ausserdem sind sie bei weitem nicht so Froststabil wie die LiFePos ...
Alles weitere dann nach meinem Mittagessen.

Grüße

 

[Daka]

Geplatzte Elkos kenne ich, aber ich kann mir nicht wirklich vorstellen wie es aussieht, wenn so ein Akku seinen Elektrolyten ausgekotzt hat. Da haben die Modellbauer sicher einen deutlichen Erfahrungsvorsprung. Wird wohl ne riesen Sauerei sein?

Naja, im "besten" Fall einfach nur eine Menge feiner schwarzer Staub, der wirklich bis in die letzte Ritze kommt und überall klebt ;-). Gab sogar schon Berichte von Akkupacks, wo (wohl vorgeschädigte) Zellen im Flug aufgeplatzt sind, aber trotzdem noch Leistung abgegeben haben, und der Pilot notlanden konnte. Daher meiner Meinung nach definitiv getrennt verbauen, da man soetwas nicht sofort mitbekommt, die Sauerrei aber da ist.

Was mir zu Deinen Messungen noch einfällt.. die Akkus brauchen immer ein paar Zyklen, bis Sie volle Leistung bringen, evntl. tut sich da also noch was nach oben.
Allerdings wage ich auch zu vermuten, dass die Zellen bei solchen Ladeströmen evntl. nicht ganz so lange halten, wie versprochen, da die ganzen Werte wohl bei 1C (nicht Coulomb, sondern eine .. "Phantasieeinheit", um Lade/-Entladeströme in Abhängigkeit von der Kapazität zu beschreiben), also 16A angegeben werden.
Wie gesagt, imo wird man die einzig wahren Ergebnisse ersteinmal nur im Selbsttest bekommen. Und bis man weiss, was Sache ist, wird auch schon wieder eine neue Generation Akkus da sein, grade inzwischen, wo solche Akkus (Gewicht/Stromabgabe..) aus dem Nischendasein in Powertools, Modellbau, ... herausgewachsen sind, und wirkliche Massenanwendungen da sind.

Aber ich denke auch, sofern man die Akkus mit geeigneter Elektronik ausstattet, und halberwegs sicher verbaut, wird man sicherlich ersteinmal eine leistungswillige, relativ robuste Zusatzbatterie haben. Und der Basteltrieb wird obendrein noch befriedigt *g*. Und Betrieb im Winter - evntl. gar als Starterbatterie, wenn man mehrere Zellen parallel schaltet - oder im Sommer in der Hitze im Auto.. siehe oben, Selbsttest.

Grüße Dominik