Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Speicherung von elektrische erzeugter Energie in Inselsystemen

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Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon egn » 08.09.2015, 11:33

Hallo,

gängiger LiFePO4 Speicher aus prismatischen Zellen (Winston, Calb, usw.) ist ja momentan wegen des schlechten Euro Kurses wieder recht teuer geworden. Ich möchte hier mal als Alternative für kleinere Speicher die Verwendung von chinesischen LiFePO4 Modulen diskutieren. Diese werden z.B. über Aliexpress als Akku für E-Bikes verkauft.

Ich habe im letzten Jahr über Aliexpress zum Testen Module mit 25,6V zu 40Ah, 50Ah und 100Ah bei zwei verschiedenen Anbietern gekauft. Geliefert werden die Module mit einem Single-Board BMS, das in der Regel in einem kleinen Kästchen verbaut sind. Außerdem ist ein 30 V Ladegerät mit ein paar A Ladeleistung dabei.

Die Bestellung erfolgte problemlos und mit dem Käuferschutz bei Aliexpress. Wichtig ist seit neuestem, dass man für bestimmte Expressversendern man eine sogenannte EORI (Zoll-Ident-Nummer) als Empfänger braucht, sonst nehmen sie die Sendung nicht zur Versendung an. Normalerweise braucht man als Privatmann diese Nummer nicht, aber man kann sie beim Zollamt beantragen. Danach erfolgt der Import inklusive Zollabwicklung ganz unkompliziert über die entsprechenden Versender direkt nach Hause. D.h. man braucht nicht mehr auf das nächste Zollamt zur Verzollung.

Zwischen Bestellung und Versendung kann bei speziellen Akkus noch etwas Zeit vergehen, da diese erst nach Bestellung gefertigt werden. Die bestellten Akkus kamen dann nach 10-14 Tage nach Versendung in China gut verpackt und unbeschädigt an.

Nach dem Auspacken wurden die Akkus mit den mitgelieferten Ladegeräten geladen und dann mit einem Kapazitätstester mit C/10 Strom getestet. Ein Teil der Module erreichte die angegebene Kapazität fast, aber ein Modul hatte nur etwa 80 % der Kapazität. Eine Messung der Zellspannungen ergab, dass die Zellen nicht balanciert sind. Die Ursache war, dass einmal die vor dem Zusammenbau nicht balanciert wurden und zum Anderen die mitgelieferten Balancer nur einen geringen Balancerstrom von teilweise weniger als 100 mA haben. Bei Packs mit so hoher Kapazität würde das Balancieren damit ewig dauern. Da ich nicht so lange warten wollte habe ich die Blocks wo die Unterschiede nicht so groß waren mit einem Modelbaulader mit eingebauten Balancer geladen (iCharger 208). Dieser hat immerhin 300 mA Balancerstrom. Die Zellen die eine größere Kapazitätsabweichung hatten wurden direkt mit dem Labornetzteil über den Balancer-Anschluss geladen.

Zum Balancer-Anschluss ist zu sagen, dass dieser bei dem 8S Akku auch nur 8 Leitungen hatte. Der Minusanschluss hat gefehlt. Deshalb musste ich mir auch noch spezielle Kabel machen, damit ich den Anschluss am iCharger und Celllog 8S direkt vornehmen konnte.

Das Ausgleichen hat dann ein paar Tage gedauert. Danach hatten die Akkupacks aber alle die angegebene Kapazität erreicht und teilweise sogar übertroffen. Letzteres betraf insbesondere die 50Ah und 100Ah Module eines Lieferanten. Dieser hat mir dann später bestätigt, dass die Module jeweils aus 3 und 6 17 Ah Tütenzellen zusammengesetzt sind. Die 40Ah Module des anderen Lieferanten sind anscheinend aus Rundzellen zusammengesetzt.

Dann habe ich die BMS etwas genauer unter die Lupe genommen. Hier stellte sich heraus, dass einige BMS mit relativ hohen Abschaltspannungen arbeiten (3,7 V - 3,8 V). In Verbindung mit den mitgelieferten Netzladegeräten, die bis 30 V laden, ist das natürlich nicht optimal für die Akkus. Die Single-Board BMS arbeiten dabei so, dass sie bei etwa 3,6 V angefangen haben zu Balancieren und dann bei erreichen einer Zellspannung von 3,7 - 3,8 V abgeschaltet haben. Das Ladegerät zeigt dann grün, weil kein Strom mehr fließt. Man meint dann zwar, dass die Akkus voll sind, aber wenn eine Zelle stark abweicht dann ist der Akku noch nicht richtig voll. Es dauert eine ganze Zeit bis der geringe Balancer-Strom die Spannung so weit senkt bis das BMS wieder durch schaltet. Dann startet das Ladegerät wieder. Das würde sich jetzt endlos wiederholen, wenn man das Netzteil nicht vom Strom trennt.

Dies ist natürlich alles weit weg vom Optimum. Die Zellen werden alle viel zu lange auf einer hohen Spannung gehalten. Deshalb ging ich auf die Suche nach alternativen Single-Board BMS mit niedrigen Spannungswerten. Ich habe dann auch bei Aliexpress welche mit 3,5 V Balancer-Einschaltspannung gefunden und die Abschaltspannung beträgt 3,65 V. Das sah schon weit besser aus. Die Balancer lies ich mir jeweils für 1C Dauerstrom liefern, d.h. mit 40 A, 50 A und 100 A. Nach dem Eintreffen der Balancer musste ich dann noch die Anschlusskabel anpassen. Tests ergaben, dass die Balancer genau so funktionierten wie spezifiziert. Gegebenenfalls kann ich den direkten Kontakt zum Lieferanten herstellen.

Bei einer Vielzahl von Tests mit Celllog8 wurde dann bestätigt, dass zum schnellen Balancieren es keinesfalls nötig ist die Spannung immer bis an den oberen Abschaltpunkt zu treiben, sondern dass es ideal ist wenn die Gesamtspannung nicht höher ist als 8x Balancerspannung. D.h. in diesem Fall genau 28 V. Oberhalb der Balancerspannung gibt es kaum einen Unterschied beim Balancing zwischen den Zellen. Am wirksamsten ist es wenn immer nur die Zelle mit der höchsten Spannung balanciert wird. Die anderen Zellen werden weiter geladen. Irgendwann kann man dann beobachten dass alle Balancer nahezu zum gleichen Zeitpunkt ein-/ausschalten. Dies ist hier aber perfekt nur manuell am Labornetzgerät zu bewerkstelligen. Im realen Betrieb z.B. mit einem Solarladeregler empfiehlt es sich dagegen mit der Ladespannung geringfügig unter der 8-fachen Balancerspannung zu bleiben. Ist eine Zelle ein Ausreißer dann wird nur diese balanciert.

Neben der Kapazität habe ich dann auch noch die Strombelastbarkeit untersucht. Die Module haben mit den neuen BMS alle 1C problemlos für mindestens 10 Minuten ausgehalten. Allerdings ist aufgefallen, dass der Spannungsabfall insbesondere beim 100 Ah Modul erheblich war. Dies liegt zum einen daran, dass eigentlich zu dünne Anschlusskabel verwendet werden. Hier nehmen die Chinesen Silikonkabel, die zwar wegen der hitzefesten Isolierung eine ausreichende Strombelastbarkeit bei eienr Leitertemperatur von über 100° C haben, aber der Widerstand ist natürlich zu hoch für den hohen Strom. Dies alleine erklärte aber noch nicht den Spannnungsabfall. Ich habe dann ein 50 Ah Modul mit Tütenzellen zerlegt um mir den inneren Aufbau anzusehen. Das war gar nicht so einfach, da mit viel Textilklebeband und Heißkleber gearbeitet wurde. Die eingesetzten Verbinder sind anscheinend um Korrosion mit den Alu-Tabs zu vermeiden aus Edelstahl. Edelstahl hat einen etwa 40-fach höheren Leitungswiderstand als Kupfer. Deshalb habe ich vor im nächsten Winter die Verbinder mit Kupferfolie zu ergänzen und so den Leitungswiderstand deutlich zu reduzieren. Im Originalzustand sollte man nicht mehr als etwa 0,5C Dauerstrombelastbarkeit erwarten.

Sonstiges:
- Die tatsächlichen Abmessung der Packs stimmten nicht exakt mit den Angaben überein.
- Manchmal kann es trotz anderen Angaben zwischen Bestellung und Lieferung einige Zeit dauern.
- Kommunikation mit teilweise schwierig und nur zögerlich.
- Man kann kleinere Rückerstattungen bei Mängeln heraus handeln.
- Bei einem Anbieter bekam ich bei Lieferung ohne Ladegerät eine Rückerstattung.
- Man kann sich auch Sonderanfertigungen machen lassen. Die 100Ah Module wurden früher nicht angeboten. Sie wurden ursprünglich speziell für mich gefertigt.

Bei diesen zwei Anbietern habe ich gekauft:
- Hero Power Systems (50 Ah und 100 Ah)
- ALL-LiFePO4 (40 Ah)

Aktuell gibt es ein günstiges Angebot mit rund 805 USD für ein 25,4/100Ah Modul von einem anderen Anbieter.

Meine Erfahrungen nach mehr als einem Jahr Nutzung im Wohnmobil mit neuem BMS sind überwiegend positiv. Die Module haben immer noch die ursprüngliche Kapazität. Das neue BMS sorgt für ein ausreichendes Balancing. Das einzige was ich noch an den Modulen verbessern möchte ist die Verbinder durch Kupferfolie zu ergänzen, damit der Spannungsabfall bei hoher Strombelastung nicht so hoch ist.

Die Akkus sind in selbst gefertigte Aluminiumbehälter eingebaut und jeweils einzeln mit 1C Sicherungen abgesichert.

Fazit:
Die Module sind meiner Meinung nach für den relativ günstigen Einstieg in die Nutzung von LiFePO4 und kleinere Kapazitäten durchaus geeignet. Allerdings sollte man für die Schonung der Akkus das BMS gegen eines mit niedrigeren Balancer- und Abschaktschwellen austauschen und eine niedrigere Ladespannung verwenden.

Welche Lebensdauer sie erreichen wird sich noch zeigen. Parallel dazu unter den gleichen Betriebsbedingungen wird in Zukunft eine Batteriebank mit Winston Zellen 25,4V/400Ah mit REC BMS betrieben werden.

Gruß,
Emil
Zuletzt geändert von egn am 08.09.2015, 11:56, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon towa-thailand » 08.09.2015, 11:50

super bericht!! :danke:

diese erfahrungen hab ich auch gemacht,
man MUSS hand anlegen, um das gelieferte optimal zu bekommen.
das kostet zeit und manchmal auch geld.
fuer alle nicht-bastler sind die lieferungen aus china ungeeignet oder werden nicht lang halten... :juggle:
sonnige gruesse aus THAILAND,
towa


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Re: Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon Neonlight » 08.09.2015, 12:07

super Bericht ! :danke:

die hätten es sich wesentlich einfacher machen können und einen Lader beilegen können der bei 28V (3,5V Zelle) abschaltet. Was dannach noch in den Akku bis zur Volladung geht ist nicht der Rede wert und das würde auch die garantierte Überladung der Zellen mit dem kleinen Balancer reduzieren insbesondere bei vorher nicht angeglichenen Zellen :shock: 75-100 mA Balancerstrom je nachdem wievil V die Zelle schon drüber hat geht mit angelichenen Qualitätszellen gerade so.
Gehe ich richtig in der Annahme das der Balancer in dem ganzen Klababandpacket mit eingewickelt war ? :?
Das Ding erzeugt Wärme und es ist für eine ausreichende Kühlung zu sorgen, steht in der Antleitung des BMS. (Habs für meine Zellen einzeln gekauft.)
Grüße, der Ronny
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Re: Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon egn » 08.09.2015, 12:21

Bei dem geringen Balancerstrom braucht man keine Kühlung. Das sind ja nur ein paar mW pro Zelle.

Der Balancer ist in einem separaten Kästchen.
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Re: Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon Neonlight » 08.09.2015, 12:26

im Worst Case bei 8 Zellen wären das über 2,8W. Aber im Extrakasten ist es ok.
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Re: Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon egn » 08.09.2015, 12:32

Wie kommst Du auf 2,8 W?

Zwischen Balancereinschaltspannung und Abschaltspannung des BMS liegen nur etwa 0,15 V. Bei 100 mA sind das dann 15 mW pro Zelle. Auf dem BMS sind manchmal nur kleine SMD-Widerstände.
Zuletzt geändert von egn am 08.09.2015, 12:48, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon egn » 08.09.2015, 12:47

Ich habe noch vergessen zu erwähnen, dass viele der eingesetzten BMS getrennte Lade- und Entladeanschlüsse haben. Es ist dann meist so, dass die jeweiligen Begrenzungen nur an dem jeweiligen Anschluss aktiv sind. D.h., wenn man über den Entladeanschluss lädt kann man die Akkus auch überladen, oder über den Ladeanschluss tief entladen.

Schon dies ist ein Grund dafür das BMS gegen eines mit gemeinsamen Lade/Entladeanschluss auszutauschen, außer man kann die Ladequellen klar von den Verbrauchern trennen. Die Ladequellen sollten dann aber auch nur einen sehr geringen Verbrauch im Standby haben, da sonst die Gefahr der Tiefentladung besteht.
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Re: Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon Wade » 08.09.2015, 12:48

Schöner Bericht, wäre echt eine Überlegung wert. Vor allem für ältere E-Autos mit NiCd Akkus, die so langsam nach 10-15 Jahren den Geist aufgeben.

Müssen die Zellen ständig aktiv gebalanced werden? Reicht es nicht aus wenn man das alle paar Wochen/Monate macht und bei der normalen Nutzung einfach die Ladung abbricht sobald die erste Zelle die Ladeendspannung erreicht hat? Wenn die Zellen ziemlich gleichwertig sind, sollten die doch nicht so schnell auseinanderdriften oder? Nen paar Ah weniger macht des Kraut ja nicht fett...
Kann man den Preis etwas drücken wenn man auf des BMS + Ladegerät verzichtet?


Ihr kennt euch vermutlich gut aus, kennt ihr eine Bezugsquelle für Nissan Leaf Akkus? Da bekommt man laut Presemeldung im Letzten Jahr die 24kWh Batterie für 5500$.
http://insideevs.com/breaking-nissan-pr ... t-durable/
http://ecomento.tv/2014/07/01/nissan-us ... e-bekannt/

Leider konnte ich noch keine Bezugsquelle für Deutschland finden. Kann man die irgendwie importieren?
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Re: Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon egn » 08.09.2015, 12:56

Wade hat geschrieben:Müssen die Zellen ständig aktiv gebalanced werden?
Reicht es nicht aus wenn man das alle paar Wochen/Monate macht und bei der normalen Nutzung einfach die Ladung abbricht sobald die erste Zelle die Ladeendspannung erreicht hat? Wenn die Zellen ziemlich gleichwertig sind, sollten die doch nicht so schnell auseinanderdriften oder? Nen paar Ah weniger macht des Kraut ja nicht fett...


Nein, das muss man nicht, muss aber dann die Spannungen ständig im Blick haben. Denn der Balancerstrom ist sonst für die Kapazität viel zu gering. Bei 1 Ah Abweichungen müsste ja schon mindestens 10 h ausgeglichen werden.

Kann man den Preis etwas drücken wenn man auf des BMS + Ladegerät verzichtet?


Bei Hero Power habe ich 50 USD für den Verzicht auf das Ladegerät gut geschrieben bekommen. Das BMS ist sicher nochmal etwa 50 USD wert. Man sollte das vor dem Kauf vereinbaren. Die Bestellung erfolgte zum vollen Preis, ich habe dann aber einen Disput eröffnet und darüber dann die Gutschrift erhalten.

Ihr kennt euch vermutlich gut aus, kennt ihr eine Bezugsquelle für Nissan Leaf Akkus? Da bekommt man laut Presemeldung im Letzten Jahr die 24kWh Batterie für 5500$.
http://insideevs.com/breaking-nissan-pr ... t-durable/
http://ecomento.tv/2014/07/01/nissan-us ... e-bekannt/


Hier im Forum hat meiner Erinnerung nach jemand einzelne Akkus aus einem solchen Pack und betreibt sie mit einem REC BMS. Da das aber kein LiFePO4 ist sehe ich das für einen privaten Anwender ohne zusätzlichen Schutzmaßnahmen eher kritisch.

Leider konnte ich noch keine Bezugsquelle für Deutschland finden. Kann man die irgendwie importieren?


Das Problem ist der Transport. Dieser kann wohl nur per Schiff erfolgen. Das lohnt sich dann wohl nur wenn man einen ganzen Container verschifft.

Übrigens bekommt man den Akku auch nur wenn man einen alten zurück gibt. :(
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Re: Chinesische LiFePO4 Speichermodule für E-Bikes

Beitragvon towa-thailand » 08.09.2015, 13:18

egn hat geschrieben:
Ihr kennt euch vermutlich gut aus, kennt ihr eine Bezugsquelle für Nissan Leaf Akkus? Da bekommt man laut Presemeldung im Letzten Jahr die 24kWh Batterie für 5500$.
http://insideevs.com/breaking-nissan-pr ... t-durable/
http://ecomento.tv/2014/07/01/nissan-us ... e-bekannt/


Hier im Forum hat meiner Erinnerung nach jemand einzelne Akkus aus einem solchen Pack und betreibt sie mit einem REC BMS. Da das aber kein LiFePO4 ist sehe ich das für einen privaten Anwender ohne zusätzlichen Schutzmaßnahmen eher kritisch.

Leider konnte ich noch keine Bezugsquelle für Deutschland finden. Kann man die irgendwie importieren?


Das Problem ist der Transport. Dieser kann wohl nur per Schiff erfolgen. Das lohnt sich dann wohl nur wenn man einen ganzen Container verschifft.

Übrigens bekommt man den Akku auch nur wenn man einen alten zurück gibt. :(


den akku-pack hat er aus norwegen, dort selbst mit seinem auto abgeholt.
der vorbesitzer hat getauscht, und den alten akku behalten, der dann verkauft wurde.
nissan schreibt dir nur 1000usd gut fuer den alten, am markt kannst du das teil besser verkaufen.
sonnige gruesse aus THAILAND,
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