Zusätzlicher Akku/Ladegerät: Experiment

[Stephan]

Hi,
ich hatte sicherlich schonmal irgendwo erwähnt, dass wir aktuell einen alten VW T2 umbauen und sowohl Antrieb, als auch Batterie usw. dort einbauen werden. Um als Wohnmobil tauglich zu sein, reichen 16 kWh natürlich nicht ganz aus, daher wollen wir den vorhandenen Akku etwas vergrößern. Von dem ersten Experiment mit unserem noch funktionierenden C-Zero möchte ich jetzt einmal berichten:

Vorab: In dem Wagen liegen bis zu 360 Volt an. Das ist bei falschem Verhalten in den meisten Fällen sofort tödlich. Also bitte nur dran rumspielen, wenn Ihr wisst, was Ihr da tut. Der Service-Plug befindet sich unter dem Fahrersitz.

Erstmal zum Konzept: Der Umrichter in den Drillingen (rechte Kiste unter dem Kofferraum) ist erst mit der Batterie verbunden, wenn der Wagen fahrbereit ist oder geladen wird (AC und auch Chademo). Vorher sind sowohl der Plus, als auch der Minus-Pol getrennt. In der Batterie liegt direkt hinter den Zellen ein Stromsensor. Es wird also nur der Strom gemessen, der tatsächlich in die Batterie fließt. Ob der Wagen nun etwas langsamer lädt (also Strom vom AC-Ladegerät "abgezweigt" wird) oder beim Fahren weniger verbraucht interessiert die Bordelektronik nicht. Eine Chademo-Ladung mit zweiter Batterie konnten wir noch nicht probieren.
Vorsicht beim Einbau zusätzlicher AC-Lader: ab 4 kW (genaue Zahl weiß ich nicht mehr, hatte das in einem Englisch-Sprachigen Forum gelesen) schaltet die Elektronik ab, weil sie wohl denkt, dass das Ladegerät zu viel Leistung abgibt und damit vermeintlich defekt ist.

Anschluss der zusätzlichen Batterie: Wir haben die zweite Batterie parallel zur normalen Batterie im Umrichter angeschlossen. Dabei ist wichtig, dass diese die selbe Spannung aufweist und erst nach Aktivierung des Fahrmodus oder des Ladens zugeschaltet wird. Beim Abschalten das ganze Rückwärts: Erst die Zusatzbatterie trennen, dann Ladung beenden oder Auto abschalten.
Das Zuschalten haben wir mit einem Omron-Relais gemacht, das bis 400 Volt nutzbar ist.

Ergebnis: Wie oben schon beschrieben, funktioniert das ganze einwandfrei. Der Wagen denkt einfach, dass er langsamer lädt und weniger verbraucht, weshalb auch die Restreichweiten-Anzeige noch klappt. Sie muss sich wahrscheinlich erst an den "niedrigeren" Verbrauch gewöhnen.
Beim Zuschalten ist es wichtig, dass dieses erst kurz nach Aktivierung der Hauptrelais geschieht. Und es muss sichergestellt sein, dass die Spannung gleich ist. Zudem wird ein separates BMS benötigt, dass die Batterie überwacht.

In unserem Wohnmobil werden wir es vermutlich so machen, dass die zusätzliche Batterie ständig mit der normalen Batterie verbunden ist, um den oben genannten Aufwand zu umgehen. Dabei muss eventuell beachtet werden, dass diese im Notfall (bei einem internen Zell-Kurzschluss) trotzdem z.B. mit einer Pyro-Sicherung getrennt werden kann. Ob das wirklich nötig ist, weiß ich noch nicht genau. Im Nissan Leaf sind ja ebenfalls mehrere Zellen ohne Sicherung parallel verschaltet. Bei Tesla auch, aber mit Einzelsicherungen.
Das können wir nur aktuell nicht simulieren, weil man dazu die vorhandene Batterie ausgebaut werden muss. Sollte aber rein technisch kein Problem sein.

Wie das ganze bei der Chademo-Ladung aussieht, können wir leider im Moment nicht ausprobieren, weil die zweite Batterie in der Garage und nicht im Kofferraum untergebracht war. Die Stromentnahme durch das Fahren haben wir durch die Heizung simuliert.

Ein zusätzliches Ladegerät sollte so auch angeschlossen werden können, allerdings muss sich der Wagen dazu im Fahrmodus befinden. Er denkt dann einfach, dass er rekuperiert. Eventuell wollen wir so ein 22 kW AC Ladegerät einbauen.
Möglicherweise kann auch eine Chademo-Ladung simuliert werden dann muss der Wagen nicht angeschaltet sein. Das werden wir aber erst später ausprobieren können.

Lg Stephan

[iOnier]

Sehr interessante Ansätze.

Wie löst ihr die Punkte:
- BMS / Überwachung der 2. Batterie durch den Bordcomputer im Betrieb
- Balancing der 2. Batterie während der Ladung?

Kommuniziert die 2. Batterie ebenfalls über den CAN-Bus mit dem Bordcomputer (würde der da mitspielen?) oder habt ihr für die 2. Batterie ein eigenes System (eigener Bordcomputer), das aus dem Fahrzeug stammt, von dem ihr auch die Batterie habt?

[wp-qwertz]

ich klinke mich mal ein - "leider" nur als mitleser. viel erfolg

[Stephan]

- BMS / Überwachung der 2. Batterie durch den Bordcomputer im Betrieb
- Balancing der 2. Batterie während der Ladung?

Kommuniziert die 2. Batterie ebenfalls über den CAN-Bus mit dem Bordcomputer (würde der da mitspielen?) oder habt ihr für die 2. Batterie ein eigenes System (eigener Bordcomputer), das aus dem Fahrzeug stammt, von dem ihr auch die Batterie habt?

Das Balancing wird über das zweite BMS gemacht. Dabei wissen wir noch nicht, ob wir das vorhandene BMS umprogrammieren können oder ein neues verwenden. In den den USA gibt es einen Bastler, der sich das Leaf BMS mit einem eigenen Micro-Controller bestückt hat und dadurch dann selber programmieren kann. Für die Mitsubishi BMS haben wir eventuell einen Bekannten, der das machen kann. Je nachdem, welche Batterie wir als zweite verwenden.

Im Normalfall, also bei gut sortierten Zellen und einer gut balancierten Batterie sollte ein Einbinden der zweiten Batterie in den CAN-Bus nicht notwendig sein. Wir werden die Zellen am Anfang alle testen und die Spannungen beim Schnellladen und Entladen (vor allem im unteren Spannungsbereich, wenn die Unterschiede sehr deutlich werden) überwachen. Wenn das alles zufriedenstellend ist, werden wir wahrscheinlich nur bei Über- oder Unterschreiten der kritischen Werte eine Warnung ausgeben (bei der Fahrt) oder die Ladung unterbrechen (wenn niemand am Auto ist).
Wie es am Ende genau aussieht, werde ich dann noch berichten.
Eine Parallelschaltung zur normalen Fahrbatterie (auf Zellebene) ist auch noch nicht aus dem Rennen. Da hätten wir dann das Balancing und Abschaltungs-Problem gelöst.
Da die beiden Batteriepacks aber nicht an der selben Stelle verbaut werden, müssten wir 89 relativ dicke Kabel verlegen, oder die BMS Kabel verlängern. Alles nicht wirklich ideal. Wir werden sehen was am sinnvollsten ist.

[Otto_Moeller]

Die Idee mit dem Parallel schalten finde ich eigentlich nicht schlecht. Man müsste dann die Werte des Stromsensors halbieren. Ich habe den Stromsensor noch nicht gesehen. Am einfachsten würde man ein Kabel bauen, beidem der halbe Querschnitt durch den Sensor läuft und der andere halbe an dem Sensor vorbei.
Sonst würde das Parallel schalten nicht funktionieren, da das bestehende BMS maximal 65 Ah verkraftet. Oder man müsste das BMS umprogrammieren. Aber Grundsätzlich denke ich ist das die sauberste Lösung.
Wenn beide Akkus parallel am Chademo geladen werden, wird dann sauber runter geregelt.
Wenn die Zellen in Reihe parallel am Chademo hängen und das zusätzliche BMS feststellt das eine Zelle ihren Spannungsbereich verlässt, würde das BMS den zusätzlichen Akkublock trennen. Ich weis nicht was das Fahrzeugeigene BMS dann macht.
Gruß
Otto

[Stephan]

Hallo Otto,
das klingt sehr interessant, was du da getestet hast. Hast du die 65 Ah bei einem Versuch herausgefunden?

MfG Stephan

[Otto_Moeller]

Die 65 Ah habe ich in einem Englischsprachigen Forum gelesen. Dort wurde beschrieben das der Maximal eingetragene Wert der BMS 65 Ah waren.

[Otto_Moeller]

Bei der BMS ist mir noch aufgefallen, das sie im regulär betrieb nur alle 30 Tage die Kapazität korrigiert, und dann auch nur um ungefähr 1 Ah.

[Stephan]

Die 65 Ah habe ich in einem Englischsprachigen Forum gelesen. Dort wurde beschrieben das der Maximal eingetragene Wert der BMS 65 Ah waren.

Dann ist es wohl nur möglich, die Batterie unabhängig mit eigenem BMS zu betreiben. Danke für die Info!

[joloeber]

Hallo Stephan,

auf der Wavetrophy 2016, die am Montag den 13. Juni 2016 auf dem Campus der TH Bingen einen Zwischenstopp eingelegt hat, habe ich mit dem Teilnehmer Ralf-Martin Tauer gesprochen, der in seinen C-Zero eine Zweitbatterie eingebaut hat. Diese stand als Block einfach im Kofferraum. Wenn ich mich richtig erinnere, waren die beiden Batterien im Fahrbetrieb parallel angehängt, beim Laden an Schuko hatte jeder sein eigenes 3,2kW Ladegerät und an CHAdeMO wurden die beiden nacheinander geladen.
Da es schon mehr als zweieinhalb Jahre her ist, kann ich mich nicht mehr an jedes Detail erinnern.
Bei Spritmonitor und Motor-Talk lautet sein Name Taue2512. Vielleicht kannst Du so Kontakt zu ihm aufnehmen?
Viel Erfolg für dein Unterfangen.

Joakim