RP ✔️ Akku-Knowledgebase ⚡

Firestar

Administrator
Crewmitglied
Mitglied seit
26 Mai 2020
Beiträge
29
Plausch-Punkte
42
Ort
Wien
E-Roller
Futecher 4
1592596163225.png

Einleitung
Bitte den Inhalt in Ruhe zu Gemüte führen und gleichzeitig den Haftungsausschluss 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 https://batteryuniversity.com/ 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 Akkuzellen-Typen-Übersicht von Battery-University!

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: Gleitschirmdachenforum.de
1592342127311.png
Quelle: Batteryuniversity.com

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
Fazit: Pauschal wird gerne gesagt, dass Li-Ionen-Akkus (bei richtiger Behandlung) langlebiger sind. Ob das in der Praxis stimmt, ist allerdings nicht 100% bewiesen, da es letztendlich immer noch auf die Anwendung und Akku-Struktur ankommt und hier und bei größeren Systemen allgemein auch ausgefinkelte Kühlsysteme inkludiert sind.

BMS (Battery - Management - System)
Schutzfunktionen
  • 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

Zellen-Balancing
Ladeschluss(spannung): Viele beschweren sich, warum ihr Netzteil nicht auf die gedachten 100% (die 100% Prozent sind reine Definitionssache!) geladen wird. Hierzu muss man verstehen, wie das CC/CV-Ladeverfahren arbeitet. In letzter Konsequenz gibt aber nur das Netzteil die Entspannung vor! Ausnahmefall ist, wenn das BMS dem zuvorkommt, dies sollte allerdings nicht der Fall sein. Und wenn doch, dann arbeitet das BMS an dem Balancing-Akt, was die nächste Aufgabe des BMS ist.


Wozu Balancing? 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!
      • Meistverwendetes Konzept
    • Charge Balancing - Hier werden die Zellen schon beim Laden halbwegs auf Linie gebracht. Hierbei ist ein langsames Laden, wegen der kleinen Lenkströmen im BMS, essentiell. (Sollte im Normalfall eigentlich schon reichen!)
      • Dies beherrscht beispielsweise, im Gegensatz zu ALLEN AliExpress-Akkus, das M365-BMS!
    • Bottom Balancing – zB bei 3V (kommt so gut wie nie vor, da wegen Ladehandhabung schwachsinnig)
  • Active Cell Balancing - wirkliche Energie-Umverteilung mit effektiver Elektrik
    • Ob ihr es glaubt oder nicht, aber 10S-Akkus sind schwächlich gegenüber Auto-Akkupacks, die zumindest 100S aufweisen, weshalb diese aufwändige Technik eher in fetten Anlagen und Autos zum Einsatz kommt.
Im folgenden Diagramm wird kurz verdeutlicht wie die Spannung von der Kapazität und Belastung abhängt. Hierbei sind die Steigungen an den Kapazitätsenden schön erkennbar und daher die Idealstellen für die kommenden Konzepte gut sichtbar:

1592342400744.png
Quelle: Richtek.com

Funktionsweise und Dauer
Anhand des Top-Balancings erklärt: Wie sollte es sein?

  1. Für gewöhnlich sollte das Balancing eigentlich nur einmal in längerer Zeit (vlt 1x im Jahr) wirklich notwendig sein.
  2. 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.
Nehmen wir nun einen Extremfall als Beispiel: Zellblock X ist heftig gealtert und erreicht vor allen anderen (Toleranz: -/+ 0,05V) sowohl die Ladeschlussspannung (4,2V) als auch Entladeschlussspannung (3,3V). Was passiert? Das ganze Akkupack wird wegen diesem Zellenblock (verfrüht) per elektronischem Schalter abgeschaltet. In Folge muss die betroffene Zelle erst etwas gebalanced werden, sodass andere Zellen weiter geladen werden können.

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: Vruzend.com ( 2 )

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 abgeschalten, 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.

TRIVIA - Allgemeines
Verlängerung der Lebensdauer
Es geht prinzipiell um die Erhöhung der möglichen Ladezyklen bevor ein Kapazitätsverlust merkbar wird. Die Diagramme sollen bewegen in welchem Bereich man sich am ehesten bewegen sollte bzw. welcher am kontra produktivsten ist!

1592342803857.png 1592342717035.png
1592342747382.png 1592342773448.png
Wer es sich die Zahlen genau anschauen will, siehe die Quelle: Studienergebnisse zur Akkulebensdauer von Battery-University!

Prozent und Spannungsanzeige
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! Als Veranschaulichung kann man die Entladekurve einer Zelle betrachten:



Toll! Und wie lese ich nun Spannungen?

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:
  • 4V pro Zelle - Denke ans Umkehren, wenn Du keine Auflademöglichkeit hast. Und: Der Spaß mit voller Power ist übrigens nun vorbei.
  • ^v - Man bedenke, dass sich zu 60% nicht viel tun wird. Das Hirn ist auf lineare Abschätzungen ausgerichtet, weshalb viele die letzten 20% sehr gerne überschätzen!
  • 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.
  • Nochwas - 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!

Richtspannungsbereiche
ACHTUNG - Die folgende Tabelle zeigt NUR die Extreme, welche ein Controller absolut einhalten muss, um den Akku nicht tief- bzw. überladen. Meist schaltet eben das BMS schon früher ab.
  • Aufmerksame Leser werden erkannt haben, dass man die Grenzen des BMS selbst austesten muss.
  • 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.
ZellenFull ChargeNominal LiIonNominal LiPoCut-OffEntnehmbare Volt
1S4,23,63,731,2
9S37,832,433,32710,8
10S4236373012
11S46,239,640,73313,2
12S50,443,244,43614,4
13S54,646,848,13915,6
14S58,850,451,84216,8
15S635455,54518
16S67,257,659,24819,2
19S79,868,470,35722,8

Ergänzung - Erfahrungswerte
ScooterZellenvonbis
M365 - BMS10S32V42,25V
Zusatzakku-BMS10S33V42,5V
Wizzard 2.5 PLUS13S42,5V54,6V
Speedway 4 / Futecher 414S42V58,6V

Betrieb und Temperaturen
Es gilt:
  • Höhere Zellspannung
    • -> Höheres chemisches Potential UND/ODER erhöhte Temperatur -> Schnellere Alterung
  • 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%!
  • 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.)
    • Aber: Wenn der Akku brennheiß ist - sofort abstecken und im Schatten abkühlen lassen! (Auch, wenn das BMS eig. bei höheren Temperaturen bereits einschreiten sollte...)
  • 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!
Laden und Entladen


ABSOLUT WICHTIG - Euer Leben ist gefährdet!
  • Etwas Respekt und Angst sollte durchaus geschürt werden, denn einige vollaufgeladene Roller verweigern das elektrische Bremsen (KERS oder EBS) über einer bestimmten Spannung! Dies meist über der Ladeschlussspannung bzw. ab ca. Zellenanzahl*4,25V!
    • Besonders beim M365 mit 10S-Akku: Gefährlich wird es, wenn versucht wird mit 42V (mit Zusatzakku-Lader) geladenem Akku elektrisch zu bremsen! Das, weil er über 43V (kann bei Bremsungen bergab durchaus passieren!) den Motor oder ganz abschaltet!
    • Der Roller verweigert dann mit allen Eventualitäten jegliche elektrische Bremshilfe und man ist gezwungen mit einer vmtl. schwachen Scheibenbremse zum Stehen zu kommen!
  • Daher entweder bei einem größerem Gefälle am Beginn der Fahrt nicht ganz aufladen und/oder die Bremsen sehr penibel einstellen!
    • In dem Fall kann nämlich euer Leben von eurem mechanischen Bremssystem abhängen!
    • Wenn ihr keine zwei unabhängigen Bremsen habt UND in die Situation kommt - dann gnade euch Gott! (Jedem E-Longboard-, One-Wheel-, Hoverboard-Fahrer, sollte das übrigens klar sein!)
Wie war das nochmal mit einer längeren Lebensdauer?
  • 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!
Wann Laden und Balancen lassen?
  • Am besten kurz vor der Benutzung und im akklimatisierten Zustand!
  • Empfehlung: Aufgrund der weiter oben beschrieben Problematik erweist sich nach 10 vollen Ladezyklen ein Vollladen und dann ne Weile (1/2 Tage) stecken lassen als gute Methode.
  • Verbessern sich die Zellenwerte bzw. die Reichweite trotz länger versuchtem Balancing nicht, dann spricht das für ein Absterben des Zellenblocks bzw. (für Laien) des Akkupacks!
Parallel oder Akkus separat betreiben? Einfach Zusammenstecken?
  • Prinzipiell ist der parallele dem separaten Akkubetrieb vorzuziehen, weil beide Akkus weniger belastet werden und man so leichter aufladen kann.
  • Gebt besondere Acht darauf, dass parallel geschaltete Akkus die gleiche Spannung haben!
    • Ein Spannungsunterschied über 1V kann eure Akkus beschädigen! Im Notfall: Anstecken und SOFORT 2min Vollgas fahren - dann ist die Differenz schnell ausgeglichen. Blitzen wird es trotzdem!
  • Ihr dürft auf keinen Fall eine leere mit einer vollen Batterie zusammenstecken!! Sonst... BUMM!
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 ...
BUMM
  • Es kommt konstruktionsbedingt zumindest 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 ODER - im schlimmsten Fall - an einer Sollbruchstelle das kochende Elektrolyt oder eben Gas abgelassen wird. Je nach Hitze können hierbei natürlich trotzdem Flammen aufkommen … (Dies ist dann auch die endgültige Folge eines Thermal Runaways.)
  • Klarerweise ist das Ganze eine unschöne Sache und BITTE mit Vorsicht(!), im Sondermüll zu entsorgen!
 

Anhänge

Zuletzt bearbeitet:

P4uL0

Neuer Rollerplauscher
Mitglied seit
12 August 2020
Beiträge
42
Plausch-Punkte
8
E-Roller
Xiaomi m365 pro 2
Ich wollte kein extra Thema dazu eröffnen daher schreibe ich das hier.....
Anfängerfrage: ich fahre in der früh bei 60% Akku in die Arbeit und habe dort 28% sehe aber das der Akku wieder "voller" wird. Nachmittags hat er dann eine Kapazität von 38% zu Hause angekommen gerade noch 5%.
Nur zum Verständnis..... Kann Mir das einer erklären. Klar spielt es eine Rolle das es in der früh kalt ist und nachmittags wärmer aber die 38% bei start und 5% bei ende ist schon ne Fette Differenz.

LG
 
OP
Firestar

Firestar

Administrator
Crewmitglied
Mitglied seit
26 Mai 2020
Beiträge
29
Plausch-Punkte
42
Ort
Wien
E-Roller
Futecher 4
Ich wollte kein extra Thema dazu eröffnen daher schreibe ich das hier.....
Anfängerfrage: ich fahre in der früh bei 60% Akku in die Arbeit und habe dort 28% sehe aber das der Akku wieder "voller" wird. Nachmittags hat er dann eine Kapazität von 38% zu Hause angekommen gerade noch 5%.
Nur zum Verständnis..... Kann Mir das einer erklären. Klar spielt es eine Rolle das es in der früh kalt ist und nachmittags wärmer aber die 38% bei start und 5% bei ende ist schon ne Fette Differenz.

LG
Wenn Du den Roller zwischendruch ausgeschaltet hast ist es ganz gut möglich, dass er die aktuellen Prozent einfach anhand der gemessenen Spannung ermittelt. Viele Scooter messen gar nicht wie viel Strom zB geflossen ist, dazumal sich die Kapazität eher an den geflossenen Ah anstatt der anliegenden Spannung eruieren lässt.
 
Oben Unten