Akkupack im Selbstbau - UNU Rollerakku mit einem ESP8266 Akkucontroller
In der kommenden Zeit werde ich mir einen Elektro-Roller anschaffen. Um die zu erwartende Reichweite preiswert zu erhöhen, möchte ich schon jetzt einen passenden Zusatz-Akku aufbauen. Diesen Zusatz-Akku werde ich dann parallel zum vorhanden LI-Ion-Akku betreiben. Der Original-Akku besteht aus 140 Stück 18650 Li-Ion Zellen. Bei diesen je 10 Zellen parallel geschalten sind. Von diesen 10er-Zellengruppen sind dann 14 Stück in Reihe geschalten. In exakt gleicher Art werde ich den Zusatz-Akku aufbauen.
Natürlich muss man auch bei dieser Anwendung wieder einen passenden Balancer verwenden, um die Zellen beim Laden nicht zu schädigen. Ich habe mir dazu eine Balancer Schaltung mit Leiterplatte entwickelt, die exakt die gleichen Masse wie eine 18650 Einzel-Akku-Zelle hat. Es gibt preiswerte beliebig zusammensteckbare Zellverbinder aus Plastik mit dem man einen Selbstbau-Akku-Pack an die verschiedensten Grössen anpassen kann. Die Zellen werden schön auf Abstand gehalten und lassen sich gut verwenden. Anstelle 10 Zellverbinder werde ich also 11 für die Parallelschaltung verwenden und im 11 ten den Balancer unterbringen. 14 dieser Gruppen werde ich dann in Reihe schalten. Sollte irgendwann mal eine oder mehrere Einzelzellen ausfallen, kann diese Zelle gewechselt werden. Ich erhoffe mir eine grosse Lebenserwartung und werde auch später die Ladetechnik für diesen Akku selbst aufbauen.
Einen Akkucontroller habe ich mir schon aufgebaut. Dieser ermittelt die Zellenspannung jedes der 14 Akku-Packs. Die Einzel- und auch die Gesamtspannung werden auf einem OLED Display angezeigt. Aus der kleinsten Spannungslage ermittele ich über eine Wertetabelle die ungefähre Restladung des Akkus. Später werde ich auch eine zusätzliche Temperaturkompensation vornehmen. Sollte ein Akku-Pack (bestehend aus 10 parallel geschalteten Zellen) soweit entladen sein, dass die Entladeschlussspannung erreicht wurde, wird ein kleines Steuerrelais anziehen und mir anzeigen, dass der Akku nun komplett leer ist.
Die 14 Balancer in Zellenform können aus thermischen Gründen nur mit maximal 1 A balancieren. Damit beim Ladevorgang mit geplanten 5A Ladestrom keine der Zellen überladen wird, werde ich den Ladevorgang zeitlich über ein zweites Steuerrelais takten. Wenn also eine der Akku-Paks den Ladeschluss erreicht hat, schalte ich immer das Laden für 50 Sekunden aus und lasse nur noch 10 Sekunden laden. Dieser zeitliche Ablauf führt zu keiner Überladung, weil der Balancer auch mit nur 1A genug Zeit hat, die Überspannung am Akku-Pack passend zu balancieren. Wenn alle Zellen den gewünschten Ladezustand erreicht haben, wird das Laden komplett abgeschalten. Die Steuerrelais können niemals den kompletten Strom schalten. Ihnen werde ich stärkere SSR ( Solid State Relais – Halbleiterrelais ) oder grosse Mosfets nachschalten.
Die Software ist noch lange nicht fertig. Geplant ist eine WLAN Anbindung die sämtliche Daten per FTP auf einem Server dokumentiert.
Stand: 16.03.2021
download der Schaltung Akkucontroller als PDF Datei (62 KB)
download der Schaltung Balancer in Form einer 18650 Akkuzelle als PDF Datei (23 KB)
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— 24.01.2021 —
Seit einigen Tagen habe ich meinen Akkucontroller an meinen LiFePo4 Solarakku angeschlossen. Der Akkucontroller ermittelt jede Sekunde die genaue Spannung aller 8 Akkuzellen und sendet diese Messwerte für eine spätere Auswertung per WLAN an einen im Netzwerk laufenden FTP Server weiter. Der Akkucontroller erstellt auf dem FTP Server jeden Tag eine neue Datei mit einem eindeutigen Namen plus Datumsangabe (Beispiel: SO210320.txt ). In diese Datei werden im Minutentakt die Mess- und Rechenwerte vom Solarcontroller (per Komma getrennt) geschrieben. Der Datensatz (download Beispiel) hat folgenden Aufbau.
(Datum Zeit, Ladung in Prozent, Gesamtspannung, Spannung der niedrigsten Zelle, Spannung der höchsten Zelle, welche Zelle hat die kleinste Spannung, welche Zelle hat die höchste Spannung und dann folgen noch die Spannungen aller Zellen)
Per Excel kann man sich daraus Diagramme zusammenstellen und auch mehrere Tage zusammen auswerten.
Zusätzlich wird jede Minute ein Datensatz mit den Akkuspannungen per gesicherter MQTT Verbindung an einen Cloudserver (www.thingspeak.com) gesendet. Für die geringen Datenmengen benötigt man nicht mal einen kostenpflichtigen Account. Die Free Version reicht völlig aus. In der Free Version kann auch MATHLAB Visualizations genutzt werden. Die beiden weiter unten gezeigten Diagramme stellen den Spannungsverlauf aller 8 Zellen vom Vortag und vom heutigen Tag live dar.