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#677523 - 07/08/2019 22:12 Experiment Starterbatterie durch LTO ersetzen  
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Dbrick Offline
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Nach längerer Zeit auch mal was neues von mir:

Ich hatte ja mal versucht mit Winston LiFePo Akkus die Blei- Starterbatterie zu ersetzen und das hier beschrieben:

http://www.viermalvier.de/ubbthreads.php/topics/648760/1.html

LiFePo geht eben bei Kälte nicht, der Kaltstartstrom ist einfach zu gering.
Deshalb habe ich eine bessere Lösung gesucht und hoffentlich gefunden: LTO Lithium Titanat Akkumulator

Besonders bei Toshiba gibt es Zellen mit hohen Lade/ Entladeströmen die auch bei Kälte kaum schlechtere Eigenschaften haben. Nennt sich Toshiba SCib.
https://www.scib.jp/en/product/index.htm
Toshiba selbst verkauft nur komplette Zellblöcke für Gabelstabler, Buse, einige PKWs.
Leider werden es die Zellen nicht direkt verkauft und es war etwas abenteuerlich an ein paar Zellen zu kommen. Aber das ist eine eigene Geschichte ....
Toshiba gibt auch keine Datenblätter für die Einzelzellen heraus, also sind die genauen Grenzen der Betriebszustände nicht klar.

Diese Zellen können sehr schnell geladen werden, haben aber eine schlechtere Leistungsdichte als z.B. Lithium-Ionen Zellen. Deshalb eigentlich ideal als Starterbatterie.
Johnson Controls entwickelt wohl deshalb mit diesen Zellen für eine Art Hybridbatterie.

Es gibt 2 Typen von Toshiba a) hohe Kapazität (high Energy) bis 23Ah und b) für schnelle Ladung (high Power): die können in 6 Minuten auf 80% ihrer Kapazität geladen werden.

Da ich zuerst nur den Typ a bekommen habe, ist mein erste Kiste eine 6 zellige 13,8V 20Ah "High Energy" Batterie geworden. Gewicht: 5kg
Die Batterie in einer alten BW- GfK Kiste ist nur teilweise rechts neben dem selbstgebauten Batteriehalter zu sehen:
[Linked Image]

Die zweite dann eine 5 zellige 12V 10Ah "High Power" Batterie geworden. Gewicht: 4,2kg. Das Gehäuse ist ganz speziell für den Einbauort direkt rechts am Kühlerträger gebaut.
[Linked Image]
Die Batteriegehäuse haben jeweils noch einen Anschluß zur einzelnen Zellüberwachung und zur Batterietemperaturkontrolle.

Es gibt aber zwei Herausforderung dabei:
1) Das mechanische Problem dieser Zellen ist die Kontaktierung für hohe Ströme: es gibt nur kleine Kontaktflächen die man über Punktschweissen verbinden muss. Ohne automatisierte Schweissverfahren
bekommt man das als Bastler nicht definiert kontaktsicher hin.

2) Das technische Problem dieser Zellchemie ist die besonde Zellenspannung: Typ a) 2,3V und Typ b) 2,4V.
Damit lässt sich zwar theoretisch beim Typ b) eine genaue 12V Variante aufbauen, aber wenn man die maximal zulässige Ladespannung von 2,7V berücksichtigt gibt es Probleme mit den Lichtmaschinen, die aktuell alle auf 14,4V regeln.
Meine 6-Zellversion wird also nicht voll, meine 5-Zellversion überschreitet die zulässige Zellenhöchstspannung beim Laden um 0,9V.
Den Regler in der Lichtmaschine auf eine andere Spannung zu überlisten, wie noch in auf vielen Internetseiten zu lesen, geht bei aktuellen LIMAs ab etwa 2002 nicht mehr.
Meine LIMA gibt kein D+ sondern L und DFM aus. Euro 5 und 6 LIMAs sind wieder anders.
Deshalb versuchte ich die Generatorspannung durch Dioden um deren Spannungabfall zu verringern. Es gibt halt keine Spannungslängsregler die bei so geringen Spannungsdifferenzen noch funktionieren und das bei Strömen bis 90A. Bei dieser veringerten Ladespannung setzt dieser LIMA-Regeler das L Signal nicht mehr zurück und lädt nicht mehr. Das musste ich auch noch mit Tricks überlisten.
Aber auch der Spannungsabfall an Dioden ist stark stromabhängig. Und eine Diode macht nur 0,6-0,7V Abfall, also ist eine zuwenig, mit zweien wird schon wieder zuviel reduziert.
Deshalb ist mein Aufbau also noch ein Experiment.
Und da ich deswegen nicht liegenbleiben will, habe ich auch noch die 20Ah Batterie verbaut und über einen Batterietrennschalter kann ich nun zwischen beiden Varianten auswählen.
Weil beide Batterien so klein und leicht sind, passen sie in meinem Motorraum, der nach Umbau des Luftfilters auf einen modernen Iqoron Filter dazu eine passende Lücke hat.

Beide Batterien, der Luftfilter ist zur Übersicht entfernt
[Linked Image]

Im Batteriehalter der Zusatzsbatterie könnte ich aber auch eine konventionelle Batterie einsetzen, hier eine Rote Johnson:
[Linked Image]

Ja und ganz wichtig die Batterieumschaltung und die Ladespannungsreduktion für die 5-Zellen Batterie (noch ohne Deckel):
[Linked Image]
Die Dioden müssen evt. gekühlt werden, also mit kleinen Kühlblech und Lüftter dazu.
Der Batterietrennschalter ist zum Überbrücken der Dioden, wenn ich die 20Ah-Batterie nutzen will.

Aber den großen Batteriekasten am Rahmen habe ich schon mutig durch einen Staukasten ersetzt.

Soweit erstmal ein Überblick. Erste Testfahrt wird zum Därrtreffen nächste Woche sein. Dazu hat sich ja noch keiner geäußert.

Gruß
Erich

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#677533 - 08/08/2019 18:15 Re: Experiment Starterbatterie durch LTO ersetzen [Re: Dbrick]  
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Original geschrieben von Dbrick

Und eine Diode macht nur 0,6-0,7V Abfall, also ist eine zuwenig, mit zweien wird schon wieder zuviel reduziert.

Shottky-Dioden? Soll es auch in der Leistungsklasse bis zu 1000A und mehr geben und haben nur 0.3V Spannungsabfall. 3 davon in Serie sollten deine 0.9V in Wärme umsetzen können (in der Theorie).

Original geschrieben von Dbrick

Die Dioden müssen evt. gekühlt werden, also mit kleinen Kühlblech und Lüftter dazu.

Ich denke bei den Leistungen müssen sie nicht nur evt. sondern ganz sicher gekühlt werden. Und wenn nur passiv nicht nur mit einem kleinen Kühlblech, sondern mit einem ganz fetten Kühlkörper. Immerhin musst du bei den genannten 90A und 0.9V welche du darüber "verbrennen" willst 81 Watt Energie in form von Wärme von den Dioden weg bringen. Und die Tatsache dass der Spannungsabfall auch mit der Temperatur noch etwas ändert spricht auch für eine fette Kühlung um es halbwegs stabil zu bekommen (wobei es IMO immer noch eine Krücke ist und eine echte Regelung nicht ersetzt).

Darf ich noch fragen was der Hintergrund des Projektes ist? Reiner Basteltrieb oder etwas Tiefsinnigeres? So cool ich das Projekt auch finde, ich sehe da den Nutzen (ausser Basteltrieb befriedigen) im vergleich zum Aufwand noch nicht ganz.

Gruss
Urs

#677568 - 10/08/2019 20:22 Re: Experiment Starterbatterie durch LTO ersetzen [Re: Pinkpanther]  
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Hallo Urs,
Nur im Kleinsignal-Bereich (einstelligen Ampere-Bereich) haben Schottky-Dioden 0,3V Spannungsabfall.
Bei größeren Strömen steigt der Spannungsabfall in die Größenordnung stinknormaler Dioden an.
Die dicken Dioden- Brummer ab 10A aufwärts haben schon grundsätzlich 0,4V Spannungsabfall, der sich mit zunehmenden Strom nahezu linear erhöht.
Z.B. bei der Diode MBR200xxCT (für 200A) sind das dann bei 40A auch über 0,6V. Darüber steigt Vd fast linear an.
Deshalb muss ich zur richtigen Diodenauswahl auch rausbekommen welche Ströme sich im Betrieb wirklich einstellen, die max. LIMA- Leistungsangabe hilft da nicht.
(z.B. momentan im Motorleerlauf 4,5A, ändert sich auch durch Scheinwerfer oder Klimaanlage kaum)
Und dann muss das Gehäuse der gesuchten Diode auch zu den möglichen Kühlkörpern passen.
Ja natürlich, die Kühlung habe ich etwas verniedlichend beschrieben, ist mir aber bewusst.

Den Hintergrund wollte ich schon mit den Gewichtsangaben beschreiben:
Die Orginal Batterie 100Ah mit dem Batteriehalter und Konsole liegt so bei 25 - 27 kg.
Bei meiner Ersatzlösung wären es nur 5kg. Ich sehe kaum eine andere Einzelmassnahme mit einer Einsparmöglichkeit in dieser Größenordnung.
Dann Platzgewinn am Rahmen für andere Verwendungen. Und besseres Kaltstartverhalten.

Und natürlich machen mir so kleine Optimierungen Spaß, vieleicht auch als Nachlese zu meiner beruflichen Tätigkeit in der Auto-Elektronik.
Sinnvollerweise sollte ich mich aber mehr auf den Innenausbau konzentrieren.

Gruß
Erich


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