Verständnisfrage zur Akkutechnik

[dirk74]

Hallo,

mit Bleiakkus hatte ich bisher meine Erfahrungen gesammelt, nun habe ich einen Roller mit Lithium-Technik.
Der Akku hat 60V Nennspannung und im vollen Zustand (Ladegerät abgeklemmt) 69,4V.
Hat der Akku bei einer Leerlaufspannung von 60V (Nennspannung) ca. 50% Restkapazität?
Verhält sich die Spannung linear? Also 0% Kapazität => 50,6V?

Gruß
Dirk

[STW]

Das ganze hängt von der Zellenzahl ab. Bei 60V Nominalspannung wird der 19 Zellen haben. Die Nominalspannung einer Zelle liegt bei 3.2V, üblicherweise haben wir eine Leerlaufspannung von ca. 3.38V bei einigermaßen Ladestand, geladen wird jede Zelle auf 3.60 - 3.65V. Die 3.65V passen zu 19 Zellen und 69.4V Ladespannung.

Leer ist eine Zelle, wenn sie, je nach Hersteller, zwischen 2.5 bis 2.8V hat. Ich tendiere dazu zu sagen, 2.8V unter Last und leicht sommerlichen Temperaturen, dann ist mit auf der sicheren Seite.

"Leider" ist der Spannungsverlauf nicht linear, damit scheiden übliche Voltmeter zur Ladestandsermittlung aus. Andererseits ist gerade die flache Entladekurve vorteilhaft für uns. Die Zellen haben bei einem Ladestand von ca. > 99% über 3.5V, fallen dann rasch (innerhalb der ersten ca. 3%) auf 3.38V ab und halten die Spannung oberhalb von 3.3V bis zu einem Entladestand von ca. 10-20% (alles jetzt Leerlaufspannungen).

Der Lebensdauer zuliebe sollte der Akku nur zu maximal 80% genutzt werden. Die Leerlaufspannung sollte dann immer noch 19*3.0 bis 19*3.2V betragen, also zwischen 57-60V. Der obere Wert gefällt uns natürlich besser. Unter Last kann dann schon die Spannung auf etwas über 50V zusammenbrechen.

Für den Anfang der grobe Richtwert:
Ist es wärmer als 12°, sollte die Tanknadel beim Beschleunigen / bergauf nicht in den roten Bereich rutschen. Tut sie es, dann würde ich alsbald nachladen. Mit einem Energiekostengerät kann man grob ausmessen, wieviel nachzuladen war und mit ein wenig Erfahrung kann man dann kalkulieren, was der Spannungseinbruch beim Beschleunigen über den Ladezustand aussagt.

[dirk74]

Danke!
Dann ist das Ladegerät vom Uranus etwas pessimistisch, wenn es bei 61V schon leer anzeigt. Passt auch, dass der Spannungsmesser im Tacho sich nur minimal bewegt - selbst unter Last.

Gruß
Dirk

[STW]

Das Ladegerät kann es nicht besser wissen. Die Spannung einer Zelle ist dann bei 3.21V, und das kann sowohl auf 20% als auch um 70% Ladezustand bedeuten.
Von der Akkukapazität her (ca. 2.4KWh) sollte Dein Roller locker rund 50-60km her schaffen (sommerliche Temperaturen). Eine Selbstbeschränkung auf 80% davon sind dann 40 - 48km.

Nachzuladen wären dann, ohne Berücksichtigung von Ladeverluste, Verluste am Ladegerät und ein wenig Verluste am BMS rund 1.9KWh, inklusiv Verluste und Messfehler eines Energiekostenmessgerätes dann rund 2.3KWh - 2.4KWh als Grobwert. Dieser Grobwert ist insofern interessant, weil er wiederum der Nominalkapazitäät des Akkus entspricht.

Daher die Faustformel: wir fahren den Akku dann in einem sicheren Bereich hinsichtlich der Reichweite, wenn wir laut Messgerät nicht mehr hineinpumpen als die Nominalkapazität. Reserven zu haben ist aber immer gesund für den Akku.

Im Herbst und dann Winter wird die Situation weniger lustig für uns. Bei den 9 - 12° jetzt, je nach Region, kann man sich auf ca. 15 - 25% Reichweitenverlust einstellen. Hiierbei ist es nicht so, dass der Akku schneller leer gefahren wird, aber der durch die niedrigen Temperaturen steigende Innenwiderstand der Zellchemie läßt die Spannung unter Last schneller einbrechen, so dass uns der Akku wesentlich früher leergefahren erscheint.

Um den Gefrierpunkt herum sind wir bei ca. 50% der Sommerreichweite schon soweit, und bei -10° haben wir ausreichend Spannung nur noch bei Mofageschwindigkeit.

Das sind alles Ungefähr-Werte, da das Verhalten von der Zellchemie, also dem Hersteller abhängt, aber auch von den Belastungen im Verhältnis zur Kapazität bzw. dem Innenwiderstand. Mit den 40Ah Deines Akkus stehst Du erheblich besser da als mit 28Ah.
Oder um es anders zu rechnen: Dein Roller wird bei 3KW und 60V gerne mal 50A aus der Pulle schlucken (beim Anfahren ggf. kurzzeitig auch mehr). Bei Zellen mit 40Ah hast Du dann eine Last von 1.25C, bei 28Ah wären es knapp 2C.

[herby87]

@STW: woher weißt Du, dass die Nominalspannung bei 3,2V liegt. Ich will damit nicht sagen, dass es falsch ist, aber ich finde auch immer wieder Angaben von 3,3V bei LiFePO4.

[STW]

Die Nominalspannung ist zumeist die in den Datenblättern genannte, hier wird recht häufig 3.2V genannt, ebenso wie die 3.3V, und ganz optimistische Hersteller geben die Ladeschlußspannung an.
Die 3.2V halte ich für eine faire Angabe, weil das ungefähr der Spannungswert ist, den die Zellen die meiste Zeit unter Last annehmen und nach einiger Kapazitätsentnahme liegen die Zellen im Leerlauf näher an 3.2V als an 3.3V (zumindest meine).

Ich würde jetzt aber nicht darüber streiten wollen, ob 3.2 oder 3.3V die korrektere Angabe sind.