Einleitung
Bitte den Inhalt in Ruhe zu Gemüte führen und gleichzeitig den Haftungsausschluss der Nutzungsbedingungen - Pkt.8 beachten!Die verschiedenen Lademethoden für den Xiaomi M365, aufgrund der beiden Akkus, sind hier zu finden! Es empfiehlt sich trotzdem zuerst diese Akku-Knowledgebase zu lesen.
Der Akku ist für gewöhnlich einer der teuersten und wichtigsten Komponenten eines Rollers und bedarf klarerweise etwas Hintergrundwissen und Pflege. Aufgrund des günstigen Angebots sind zudem meistens KEINE Qualitätsteile verbaut (da aus China), womit der Umgang umso wichtiger ist.
Hier gibt’s zusammengetragenes Wissen und spezielle Tipps zum jeweiligen Roller. Das Wissen leitet sich einerseits aus dem Grundwissen von
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und den Erfahrungen mancher User ab.(DIE BILDER WERDEN AUSSCHLIEßLICH ZUR ERKLÄRUNG GENUTZT UND SIND PER BILDADDRESSE EINGEBUNDEN!)
Zellentechnische Unterschiede
Es gibt ein paar technische Feinheiten, die bekannt sein sollten. Aus der Tabelle der chemischen Systeme ist ersichtlich, dass die uns bekannten Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) auch Lithium-Polymer-Akkus (LiPo) die höchste Energiedichte haben und sich, wie der Name suggeriert, vom inneren Aufbau bereits unterscheiden.Es sollte dazu gesagt werden, dass beim LiPo das flüssige Ionen-Elektrolyt durch Mikropolymere (Gel) ersetzt wurde, eben meist noch andere Stoffe hinzugefügt werden und damit der Akku in der Gestaltung flexibler und dünner ausführbar wird.
Wer es sich ganz genau anschauen will, siehe die
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!Zellenformen
Womit wir bei den Zellenformen wären. Li-Ion-Akkus sind meist in der typischen Zylinderbauform (18650 bzw. neuen E-Mobilitätsgröße 20700 / 21700) und LiPo eher in der Pouch-Bauform erhältlich. Folgende Abbildung gibt bereits ProContra über die herkömmlichen Zellformen:Quelle:
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Quelle:
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Zylindrisch (meist mit Li-Ion):
- + geringere Temperaturempfindlichkeit
- + beinhaltet konstruktive Sicherheitsmaßnahmen - also ein stabiles Gehäuse mit Sollbruchstellen, damit sie eben nicht explodiert!
- + leitet die gefährliche Hitze einer benachbarten Problemzelle nicht direkt weiter
- - nutzt das vorhandene Volumen nicht zur Gänze aus => geringere Reichweite
- -vibrationsanfällig, von daher können die giftigen Flüssigkeiten trotzdem noch auslaufen!
Pouchzelle (meist mit LiPo):
- + elektrisch belastbarer
- +nutzen das vorhandene Volumen besser aus
- => mehr Reichweite
- - bläht sich, statt dem Auslaufen, mit den Jahren auf
- - leiten formbedingt die Wärme benachbarter Zellen direkt weiter
- => Problemzellen überhitzen damit leidet, was die Alterung ggf. beschleunigt.
- - höhere Ausfallrate
Prozente und Spannungsanzeige / Ladekurven / Laden & Entladen
Ich möchte hiermit fast JEDEN (außer Ninebot-, und Xiaomi-Geräte-Fahrer) enttäuschen, der glaubt, dass die angegebenen Prozent und Restreichweiten in Kilometern stimmen. Allein schon wegen der Fahrweise lässt sich das nicht so leicht bestimmen und nicht alle Hersteller den fließenden Strom, der die eigentlichen % (Kapazitäts-, und Spannungsverhalten) des Akkus an sich zumindest etwas besser bestimmen lässt. Heißt? Die Zeit von 100 bis 80% bzw. 20 bis 0% ist manchmal unfassbar kurz!Toll! Und wie lese ich nun Spannungen aus meinem Akkupack?
Zuerst findest Du deine Akkuzellenanzahl heraus und lernst dividieren. Dann bleibst Du beim Fahren stehen und ließt ab. Im Anschluss lassen sich folgende Eckpunkte sagen:
- Man bedenke, dass sich innerhalb der 60% (80 bis runter auf 20%) nicht viel tun wird. Das Hirn ist nun einmal auf lineare Abschätzungen ausgerichtet, weshalb viele die letzten 20% sehr gerne überschätzen!
- 3,9V pro Zelle - Denke ans Umkehren, wenn Du keine Auflademöglichkeit hast. Und: Der Spaß mit voller Power ist übrigens nun vorbei.
- 3,8V pro Zelle - Bitte denke ans Anfahren eines öffentlichen Verkehrsmittel.
- 3,4V pro Zelle - Der Akku wird nun heftig schwächeln, womit die Fahrt nach nicht allzu langer Zeit dann vorbei sein wird.
- Besonders an Fahrer größerer Roller gerichtet:
- Wenn der Akku eig "leer" sein sollte, ihr aber noch weiterkommt, riskiert bitte nicht ein Liegenbleiben!
- Schont bitte eure Nerven und den Akku!
Als Veranschaulichung kann man die Lade-, und Entladekurve einer Zelle betrachten. Das erste Bild veranschaulicht das CC/CV-Verfahren. Das zweite Bild zeigt den Verlauf der echten Prozent an Energie, die in einer Zelle gespeichert sind.
Leerfahren bzw. nah am Ende? Tipp: FAHRE LANGSAMER!
Im folgenden Diagramm wird kurz verdeutlicht wie die Spannung von der Kapazität und Belastung abhängt. Essentiell ist hierbei, dass man bei niedriger Spannung darauf schauen sollte, dass man den Akku nicht mehr zu stark belastet, da sonst das BMS einfach einmal abschaltet und die restliche Energie die mit man mit geringerer Belastung noch hätte entnehmen können, nicht mehr bis zum nächsten Ladevorgang hergibt!Quelle:
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Betrieb und Temperaturen
Es gilt:- Bitte schützt den Akku vor Vibrationen (#Vollgummis im Nachteil) und Feuchtigkeit! Je nach Stärke können sich Bauteile oder Lötstellen in kürzester Zeit lösen! Die Schäden langfristig zu reparieren ist aufwändig und erfordert wegen der Bearbeitung von Zellen ein Punktschweißgerät und Elektro-Fachwissen!
- Am besten erst kurz vor der Benutzung im akklimatisierten Zustand voll aufladen.
- Guter Temperaturbereich: 10 bis 40°C (Darüber & Darunter -> Bitte nicht)
- Unter 10°C: Erhöhung des internen Widerstands und Reduzierung die entnehmbare Kapazität wie auch Leistung bis auf 50%!
- Aber: Wenn der Akku brennheiß ist - sofort abstecken und im Schatten abkühlen lassen! (Auch, wenn das BMS eig. bei höheren Temperaturen bereits einschreiten sollte...)
- Höhere Zellspannung = Höheres chemisches Potential UND/ODER erhöhte Temperatur -> Schnellere Alterung
- Der Thermal-runway (unumkehrbarer Selbstzerstörungsprozess) findet risikobedingt (also kaum exakt) ab 150°C statt! Die im Pack innen befindlichen Zellen sind hierbei am gefährdetsten! (Keine Panik, sollte nur bei physischen Beschädigungen vorkommen.)
‼️ "BUMM" / Thermal Runaway / Was zutun ist ‼️
- Nein, es kommt konstruktionsbedingt nicht zu einer Explosion!
- Die Ausnahme, welche die Regel bestätigt: Der fehl-konstruierte Galaxy Note 7 - Akku.
- Die Zellen wurden so weiterentwickelt, dass im Falle eines Ausfalls oder Defektes sie sich entweder stark aufblähen und bei Überdruck an einer Sollbruchstelle kochende Elektrolyt in Form von Gas ablassen. Je nach Hitze können hierbei natürlich trotzdem Flammen aufkommen!
- Sollte es tatsächlich soweit kommen:
- BITTE mit Vorsicht(!) den Scooter / Akku ins Freie stellen wegen giftiger Gase und Brandgefahr!
- Brennbare Materialien und Lebewesen in Entfernung wissen!
- Feuerwehr rufen!
- KEIN WASSER und KEINE LÖSCHMATTE!
- Auch ein Feuerlöscher bringt nur wenig, da sich weiterhin Hitze im Akku-innere entwickelt!
- Wenn schon, dann mit Sand löschen!
Verlängerung der Lebensdauer
TLDR:- Alles unter 4,2V pro Zelle verlängert die Lebensdauer der Zelle signifikant. Die Lebensdauer verdoppelt sich darunter in 0,07V - Schritten. Sprich: Wird statt 4,2V IMMER nur bis 4,13V pro Zelle pro Ladevorgang geladen, so kann ist dies dann doppelt so häufig möglich.
- Der Betrieb im Zellspannungsbereich von 3,6 - 4,05V / Zelle - wäre am gesündesten. (Können wir aus diversen Gründen nicht einhalten: Wir wollen ja Spaß und Reichweite 🤪) -> 3,4 - 4,13V / Zelle - die nächstbeste Wahl
- Die Einhaltung des gesunden Zellspannungsbereich obliegt jedem selbst! Die Elektronik fokussiert sich nur auf die Extremfälle!
- Zu den entnehmbaren Volt bzw. zur Verlängerung der Lebensdauer: Es sollten eigentlich nicht viel mehr als Zellenanzahl*3,5V unterschritten und auf Zellenanzahl*4,1V überschritten werden.
Länger: Es geht prinzipiell um die Erhöhung der möglichen Ladezyklen bevor ein Kapazitätsverlust merkbar wird. Die Diagramme sollen bewegen in welchem Spannungs-, und Temperatur Bereich man sich am ehesten bewegen sollte. Wer es sich die Zahlen in wissenschaftlich erklärter Form anschauen will, siehe die Quelle:
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!Lagern und Problemfälle
- Beim Lagern oder länger unbenutzt lassen (>1 Monat) wird empfohlen die Zellen auf die nominalen 3,7V (40%) zu entladen und bei kühleren Temperaturen zu lagern. Hier ist dann ein Jahr Zeit, bis der Akku aufgrund von Selbstentladung wieder überprüft werden sollte.
- Unterspannung / Tiefentladung führt zu einem non-reversiblen Kapazitätsverlust aufgrund von Kristallisationen an den Elektroden.
- Überspannung / Überladung führt zur Zersetzung von Elektroden, Gasbildung oder zum Kapitel BUMM ...
- Entsorgung: Klarerweise ist das Ganze ein Fall für den Sondermüll!
Auch hierzu gibt es einen Hinweis: Wer möglich viel Kapazität behalten möchte, der sollte seinen Akku entladen... Alternativ zeigen sich die Restkapazitäten bei den jeweiligen Umständen wie folgt:
Quelle:
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!BMS (Battery - Management - System)
Grundstruktur
Ganz grundsätzlich lässt sich in verschiedene Grundsysteme unterscheiden. Zentralisiert, verteilt und modular. Praktisch bedeutet dies, dass entweder für das gesamte Akkupack eine Platine für alles, eine Platine für einen Zellblock oder eine Platine für eine Mischung an Teilpacks verantwortlich ist.Sofern eine Kommunikationsfunktion im System integriert ist, kann das ganze schon recht komplex werden.
Quelle:
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Schutzfunktionen / Telemetrie
Je nach Bauart und ob es überhaupt vorgesehen ist hat so ein BMS (* ... neben Grundfunktionen) noch eine ganze Reihe an Funktionen:- *Zellenschutz
- Unterspannung jeder einzelnen Zelle - je nach BMS (und Akkutyp) unter 2,5-3,3V
- bei AliExpress-Akkus sind es 3,25 - 3,3V (nicht ganz genaue Elektronik)
- Überspannung jeder einzelnen Zelle - je nach BMS (und Akkutyp) ab 4,1-4,3V
- bei AliExpress-Akkus sind es 4,2 - 4,25V (nicht ganz genaue Elektronik)
- Über-, und Unterspannung des gesamten Packs
- Überhitzung bzw. Kurzschlüssen (Überstromsicherung)
- -> Jeder Fall resultiert in einer temporären Abschaltung des GESAMTEN Akkus
- Unterspannung jeder einzelnen Zelle - je nach BMS (und Akkutyp) unter 2,5-3,3V
- *Ausbalancieren der Zellen
- *Ladekontrolle
- Temperaturüberwachung und Anpassen der Ladeschlussspannung
- Lastmanagement
- Bestimmung des Ladezustandes
- Bestimmung der „Zellgesundheit“ (Alterung, Restkapazität, Innenwiderstand etc.)
- Historie
- Authentifizierung und Identifizierung
- Kommunikation
Wozu Balancing? / Arten
Im Zuge der Alterung verändern sich die Kapazitäten einer jeden Zelle bzw. eines jeden Zellenblocks, was zu leichten bis eklatanten Spannungsunterschieden in der Serienschaltung des gesamten Akkupacks zur Folge haben kann. Es ist zwar so, dass parallel geschaltete Zellen (in einem Block) einen Teil der schwächelnden Zelle übernehmen und sich zwar selbstständig ausbalancieren, nichtsdestotrotz sinkt die Kapazität des gesamten Zellenblocks kontinuierlich - wenn nicht schneller.Kleiner Einblick in die Methodiken - Es bestehen verschiedene Konzepte wie Balance geschaffen werden kann:
- Resistive / Passiv Cell Balancing- Verbrennung des Überschusses über Widerstände
- Top Balancing- das BMS aktiviert Balancing bei einer fix eingestellter Spannungsgrenze (z.B.: 4,2V)
- Wichtig: Hier sagen nur die Werte im entladenden Zustand etwas über den Gesundheitsstand des Akkus aus!
- Empfehlung: Aufgrund der später beschrieben Problematik ist man fürs Balancing dazu gezwungen einmal Vollladen und dann ne Weile (1-2 Tage) angesteckt zu lassen.
- Meistverwendet in ALLEN AliExpress-Akkus und größeren Scootern ohne spezielles BMS!
- Permanent / Charge Balancing - Hier werden die Zellen immer oder zumindest beim Laden auf Linie gebracht.
- Dies beherrscht jedes BMS von Ninebot-Scootern (M365, G30, S1, etc)!
- Bottom Balancing – zB bei 3V (kommt so gut wie nie vor, da wegen Ladehandhabung schwachsinnig)
- Top Balancing- das BMS aktiviert Balancing bei einer fix eingestellter Spannungsgrenze (z.B.: 4,2V)
- Active Cell Balancing - wirkliche Energie-Umverteilung mit effektiver Elektrik
- Diese aufwändige und teure Technik kommt in fetten Speicher-Anlagen und Autos zum Einsatz.
Funktionsweise und Dauer
Anhand des Top-Balancings erklärt: Wie sollte es sein?- Für gewöhnlich sollte das Balancing eigentlich nur einmal in längerer Zeit (vlt 1x im Jahr) wirklich notwendig sein.
- Die elektronisch realisierten (meist max.) 50mA zum Entladen pro Zellenblock reichen für gewöhnlich vollkommen aus, da die Kapazitätsunterschiede eigentlich viel kleiner als 50mAh (<1h fürs Balancing ~ Ladezeit) sein sollten.
- Verbessern sich die Zellenwerte bzw. die Reichweite trotz länger versuchtem Balancing nicht, dann spricht das für ein Absterben des Zellenblocks bzw. des Akkupacks!
Wenn der Kapazitätsunterschied also zu allen anderen Zellen (Leute, dass ist wirklich schon passiert und sollte nur im Pechfall vorkommen) nun 1Ah = 1000mAh statt 50mAh beträgt, dann benötigt das BMS schon mindestens 20 STUNDEN bis diese Zelle gebalanced wurde. Bei 1Ah eines 10Ah-Akkus (10% der Kapazität) entspricht dies (bei >4,17V) einer Abweichung von 70mV!! Erfahrungsgemäß schafft in diesem Fall das BMS allerdings nur 3mV PRO TAG und braucht damit eher Wochen! Dass dieses Beispiel schon einen sehr krassen Zustand darstellt ist nun hoffentlich klar.
Fazit: Durch die Inbalance kann nicht mehr die gesamte Energie aus dem Akku bezogen werden und die Reichweite verkürzt sich um diesen Kapazitätsunterschied! Wenn die beschriebenen Extremfälle eintreten, dauert es nicht mehr lange bis das weitere auseinanderzudriften beim Laden UND Entladen stattfindet. Irgendwann ist das Pack unbrauchbar und der Akku damit definitiv reparaturbedürftig! (Zellenaustausch oder bei aller Faulheit - Neukauf)
Ports
Quelle:
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(
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)Erklärung: Es gibt 2-Port-, und 3-Port-BMS. In den Abbildungen kann man den Unterschied gut erkennen. Merke: Das schwächste Glied bestimmt die maximale Stromstärke im Stromkreis! Hierbei ist es das BMS(, weil die Akkus Hochstrom-fähig SIND).
Vorteil vom 3-Port-BMS - von der wichtigsten Technik abgesehen:
- Es gibt zwei Haupt-MOSFETs (schaltende Transistoren). Einer schaltet den Discharge-Port und der andere den Charge-Port ab. Hierbei sind die MOSFETs unterschiedlich. Zum Beispiel hält der Charge-Port max. 16A aus, während der Discharge-Port zwar auch nur dauerhafte 16A aushält, allerdings wesentlich höhere Spitzenströme wie 70A zulässt und nicht zum Schutz des Akkus sofort abschaltet.
- Der Discharge-Port wird beim Aufladen am Charge-Port abgeschaltet, damit der Akku nicht unnötig belastet wird.
- #ACHTUNG
- Die Annahme, dass es beim 3-Port-BMS-Discharge-Port keinen Überspannungsschutz gibt, ist FALSCH! Es wird jede Zelle trotzdem überwacht und bei Bedarf eben abgeschaltet!! Nichtsdestotrotz verhindert der Discharge-Port nicht, dass unter Umständen vielleicht zu hoher Strom in den Akku geladen wird.
Ladeschluss(spannung):
Viele beschweren sich, warum ihr Akku nicht auf die gedachten 100% (reine Definitionssache!) geladen wird. Hierzu muss man verstehen, wie das CC/CV-Ladeverfahren (--> erst mit konstantem Strom dann mit Endspannung - wie im Bild) arbeitet. In letzter Konsequenz gibt das Netzteil zwar die Entspannung vor! Sollte aber das BMS dem zuvorkommen, dann arbeitet das BMS bereits an dem Balancing-Akt oder hat womöglich ein eigenes/anderes Problem!Richtspannungsbereiche
Die folgende Tabelle zeigt NUR die Extreme, welche ein Controller absolut einhalten muss, um den Akku nicht tief- bzw. überladen.- Aufmerksame Leser werden erkannt haben, dass man die Grenzen des BMS selbst austesten muss.
| Zellen | Full Charge | Nominal LiIon | Nominal LiPo | Cut-Off | Entnehmbare Volt |
| 1S | 4,2 | 3,6 | 3,7 | 3 | 1,2 |
| 9S | 37,8 | 32,4 | 33,3 | 27 | 10,8 |
| 10S | 42 | 36 | 37 | 30 | 12 |
| 11S | 46,2 | 39,6 | 40,7 | 33 | 13,2 |
| 12S | 50,4 | 43,2 | 44,4 | 36 | 14,4 |
| 13S | 54,6 | 46,8 | 48,1 | 39 | 15,6 |
| 14S | 58,8 | 50,4 | 51,8 | 42 | 16,8 |
| 15S | 63 | 54 | 55,5 | 45 | 18 |
| 16S | 67,2 | 57,6 | 59,2 | 48 | 19,2 |
| 19S | 79,8 | 68,4 | 70,3 | 57 | 22,8 |
Ergänzung - Erfahrungswerte
| Scooter | Zellen | von | bis |
|---|---|---|---|
| M365 - BMS | 10S | 32V | 42,25V |
| Zusatzakku-BMS | 10S | 33V | 42,5V |
| Wizzard 2.5 PLUS | 13S | 42,5V | 54,6V |
| Speedway 4 / Futecher 4 | 14S | 42V | 58,6V |
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