Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ladekonzept für AGM Akkus in Reihe

Für jeden Akku ein gutes Ladegerät garantiert noch nicht, dass alle 
Akkus gleichmäßig geladen werden. Alle in Reihe geschaltet, ist auch 
nicht die Ideallösung. Nach 2 Jahren schmeißt Du einige davon in die 
Tonne. 75A von 20Ah Akku entladen? Auge ins Datenblatt! Mein Gefühl 
sagt: kurze Freude.

Was kosten zwei passende Ladegeräte plus zwei BMS? Was kosten sechs 
Ladegeräte?

Kann der 20Ah AGM dauerhaft die 25A Fahrstrom und die 75A Spitze 
liefern? Auch noch in ein paar Jahren bei Kälte?
Hätte man nicht 48V Lenkmotore nehmen können um 2 der 6 Akkus 
einzusparen?
Wie viele Ladezyklen pro Jahr sind geplant, wäre da LiPo +BMS nicht 
wirschaftlicher?
Warum die Akkus seitengetrennt doppelt statt zentral mit weniger 
Aufwand?

Lu schrieb:
> Für jeden Akku ein gutes Ladegerät garantiert noch nicht, dass alle
> Akkus gleichmäßig geladen werden. Alle in Reihe geschaltet, ist auch
> nicht die Ideallösung. Nach 2 Jahren schmeißt Du einige davon in die
> Tonne.
Wie würdest du es machen? Bin für Verbesserungsvorschläge sehr dankbar 
:-)

> 75A von 20Ah Akku entladen? Auge ins Datenblatt! Mein Gefühl
> sagt: kurze Freude.
https://www.siga-batterien.de/Datenblatt/S20-12.pdf
"Max. Discharge Current: 200A (5sec)",
"Constant Discharge Current [@F.V 9.60V], 80A = 5min"
Ich bin mir aber nicht ganz sicher, wie ich diese Tabelle interpretieren 
muss, da ich nicht weiß bzw. nicht finde, welche "Final Discharge 
Voltage" der Akku noch mitmacht, ohne Schaden zu nehmen.
Auch kann ich nicht wirklich einschätzen, wie lange der Motor den max. 
Strom zieht, ich würde mal vermuten, es handelt sich hier nur um 
Sekunden während des Anfahrens (oder natürlich, falls er blockieren 
sollte)

Daniel S. schrieb:
> von "kein Problem" bis hin zu "geht gar nicht"

Wenn deine Ladegeräte einen galvanisch unabhängigen SELV Ausgang haben, 
geht das (das ist z.B. sicher so wenn der Netzstecker kein Schuko 
sondern nur ein Eurostecker ist) sowohl mit den 6 als auch den 2, wenn 
sie geerdete PELV haben was bei Schuko zu befürchten ist geht das so 
nicht. Auch bei 2 nicht in Reihe (was sie nicht sind) sondern mit 
gemeinsamem verbundenen Minuspol (was sie sind) kann es schief gehen, 
weil der Strommesshunt im Ladegerät gern in der Minusleitung sitzt und 
dann bei PELV Erdung vor dem shunt falsch gemessen wird.

Insgesamt kommt mir die Lösung mit 2 unterschiedlichen Spannungen für 
die 3 Motoren blöd vor, ich würde einen 48V Lenkmotor besorgen und auf 2 
Akkus verzichten.

Wolf17 schrieb:
> Was kosten zwei passende Ladegeräte plus zwei BMS? Was kosten sechs
> Ladegeräte?
Ehrlich gesagt habe ich das bisher nicht verglichen.

> Kann der 20Ah AGM dauerhaft die 25A Fahrstrom und die 75A Spitze
> liefern? Auch noch in ein paar Jahren bei Kälte?
Die 25A Fahrstrom meiner Interpretation nach JA. Mein Garten ist auch 
nicht so groß, ich denke 2min sollten reichen. Bei den 75A habe ich es 
so interpretiert, dass es auch OK sein sollte, aber wie in dem 
vorherigen Post schon geschrieben, bin ich mir hier nicht ganz sicher, 
würde mich freuen, wenn das jemand beantworten könnte.

> Hätte man nicht 48V Lenkmotore nehmen können um 2 der 6 Akkus
> einzusparen?
Ja, im Nachinein ist man schlauer.
Wäre notfalls auch eine Option. Ich habe Wochen damit verbracht, nach 
geeigneten Motoren zu suchen, vermutlich müsste ich dann nochmal die 
Mechanik ändern... :-(

> Wie viele Ladezyklen pro Jahr sind geplant, wäre da LiPo +BMS nicht
> wirschaftlicher?
Geplant sind vielleicht ca. 6 Ladezyklen pro Jahr, ob LiPo + BMS 
wirtschaftlicher wäre, weiß ich nicht, "wirtschaftlich" ist aber das 
ganze Projekt nicht, ist halt eine Bastelei, bei der der Weg das Ziel 
ist ;-)

> Warum die Akkus seitengetrennt doppelt statt zentral mit weniger
> Aufwand?
Wegen max. Strom. Zentral würde heißen 50A / 150A, das wollte ich den 
AGMs nicht "zumuten"...

Michael B. schrieb:
> Daniel S. schrieb:
>> von "kein Problem" bis hin zu "geht gar nicht"
>
> Wenn deine Ladegeräte einen galvanisch unabhängigen SELV Ausgang haben,
> geht das (das ist z.B. sicher so wenn der Netzstecker kein Schuko
> sondern nur ein Eurostecker ist) sowohl mit den 6 als auch den 2, wenn
> sie geerdete PELV haben was bei Schuko zu befürchten ist geht das so
> nicht. Auch bei 2 nicht in Reihe (was sie nicht sind) sondern mit
> gemeinsamem verbundenen Minuspol (was sie sind) kann es schief gehen,
> weil der Strommesshunt im Ladegerät gern in der Minusleitung sitzt und
> dann bei PELV Erdung vor dem shunt falsch gemessen wird.
>
> Insgesamt kommt mir die Lösung mit 2 unterschiedlichen Spannungen für
> die 3 Motoren blöd vor, ich würde einen 48V Lenkmotor besorgen und auf 2
> Akkus verzichten.

Ich habe noch keine Ladegeräte, bzw. die dafür vorgesehenen noch nicht. 
Habe es mit 2 Ladegeräten (einmal Pseudo-Schuko ohne Kontake für PE und 
einmal Eurostecker) getestet und keine Auffälligkeiten festgestellt.
Danke für den Hinweis auf die Erde!

Ja, die unterschiedlichen Motorspannungen sind blöd, es ist aber halt 
auch sehr schwierig Motoren zu finden, die sowohl den elektrischen als 
auch den mechanischen Ansprüchen entsprechen.
Für den Antrieb habe ich mir das hier gegönnt (+ Getriebe + Kabelsatz + 
MwSt):
https://de.nanotec.com/produkte/10223-pd6-eb80cd-e65-5
Etwas ähnliches auch für die Lenkung gab das Budget nicht mehr her, da 
musste es was gebrauchtes von eBay tun... Die zwei (vier) zusätzlichen 
Akkus sind da eher vernachlässigbar

Für 12V Akkus gibt es Balancer und ein 48V Ladegeräte wurde schon 
erfunden. Ein Ladegerät alle Zellen auf 48V 3P verschaffen und die 24V 
aus einem 48V zu 24V Wandler nehmen. Dann wird auch, wenn der Ärger der 
verbrannten Bleianker verflogen ist die Umrüstung auf Lithium Ferrum 
leichter.

MfG
Michael

Michael O. schrieb:
> und die 24V
> aus einem 48V zu 24V Wandler nehmen

Das war auch mein erster Ansatz aber das Problem ist, dass man den DC/DC 
Wandler aufgrund des Spitzenstroms von 65A massiv überdimensionieren 
muss und ich überhaupt keinen Wandler gefunden habe, der - sagen wir mal 
- 16A Dauerstrom und 65A Spitzenstrom liefert.
Wenn du da einen Produkt-Vorschlag hast, gerne her damit :-)

Hallo Daniel S.,

Daniel S. schrieb:
> Nun stellt sich mir aber die Frage, wie ich diese Akkus am besten lade.
> Im einfachsten Fall könnte ich jeweils ein 48V und ein 24V Ladegerät
> nehmen und die Akkus in Reihe laden. Dazu finde ich aber sehr
> unterschiedliche Ansichten  (von "kein Problem" bis hin zu "geht gar
> nicht" => Überschreitung der Ladeschlussspannung aufgrund von
> Schwankungen der Kapazität und Innenwiderstand).

die Einzelzellenladung ist idiotensicher, wobei in diesem Fall mit 
"Einzelzelle" ein 12V-Akku gemeint ist - vorbehaltlich der von Laberkopp 
geschilderten Anforderungen.

Wenn Du einen 48V-Block als ganzes laden willst, müsstest Du 
sicherstellen, dass der Akku nicht überladen wird. Das bedeutet, Du 
müsstest die einzelnen 12V-Zellen überwachen und abschalten, sobald ein 
12V-Block die zulässige Maximalspannung erreicht hat.

Das passiert im Grunde genommen in Analogie zum Laden von aus 
Einzelzellen zusammengebauten LiIo- oder LiFePO4-Akkus.

Passives Balancing wäre eine warme Angelegenheit, denn bei nur 1A 
Balancingstrom müsstest Du schon eine Leistung von circa 14W abführen.
Dazu kommen die üblichen Probleme:
Weiterladen geht nur mit einem Strom, der unterhalb des Balancerstroms 
liegt, ansonsten droht die Überladung von mindestens einer 12V-Zelle.

Benutzt Du dazu ein Labornetzteil, das 6x14V=84V liefern kann, bedeutet 
dass, dass Du die Strombegrenzung des Labornetzteils im Moment des 
Starts des ersten Balancers auf unter 1A beschränken müsstest.

Fallst Du nun vorhast, das billigste Wanptek-Labornetzteil zu kaufen, 
das 84V liefern kann, sei gewarnt:
Ich habe die Wanptek-Kiste mit 60V 5A und der Begriff "Schaltnetzteil" 
suggeriert ja himmlischen akustischen Frieden wegen des Wegfalls der 
Abwärmeproduktion eines Linearnetzteils.
Leider ist das Gegenteil der Fall. Die Kiste heult schnell nervig herum 
wie ein ventilatorgekühltes Linearnetzteil und hat demnach einen 
schlechten Wirkungsgrad.

Es gibt sogen. 'Equalizer', um 2 12V Batterien in Serie zu balancieren, 
ist aber in der Praxis unnötig, wenn die Batterien einigermassen gleich 
sind und gleichmässig belastet werden. Wir fahren seit Jahr und Tag in 
jedem LKW 2 12V Batterien spazieren, die in Serie geschaltet sind und 
einfach von den 24V (bzw. 28,8V) geladen werden und dabei gleichmässig 
altern. In meinem alten E-Auto wird das gleiche mit 5s2p Sealed LA 
Batterien für die 60V Fahrspannung gemacht und auch hier sind zwischen 
den 10 Batterien nach nun fast 2 Jahren keine Unterschiede zu merken. 
Allerdings verwende ich hier ein hervorragendes Ladegerät, genau for 
diesen Zweck gemacht.

Wohlgemerkt ist das eine Eigenart von Bleibatterien und lässt sich nicht 
auf LI Technologie übertragen, obwohl viele Hersteller auch hier auf 
Balancing verzichten, aber vermutlich nur wg. Rendite und weils ihnen 
wurscht ist.

Also einfach ein 48V Lader (Ladeschluss bei 57,6V) für die 4 Batterien 
und ein 24V Lader für die 2 Batterien.

Peter M. schrieb:
> 6x14V=84V

Bei dem TO seinen Kenntnissen, wuerde ich maximal 50V, darueber besser 
keine Tips, wegen Technik und Verantwortung, geben.

Daniel S. schrieb:
>> Hätte man nicht 48V Lenkmotore nehmen können um 2 der 6 Akkus
>> einzusparen?
> Ja, im Nachinein ist man schlauer.
> Wäre notfalls auch eine Option. Ich habe Wochen damit verbracht, nach
> geeigneten Motoren zu suchen, vermutlich müsste ich dann nochmal die
> Mechanik ändern... :-(

"Servomotor 48V" liefert bei ebay einiges, die jetzigen 2x 1/4kW 
erscheinen mir für eine Lenkung übertrieben. Aber damit ist es ja nicht 
getan. Gibt es schon passende Untersetzungen? Schon kalkuliert wieviel 
Grad pro Sekunde gewünscht sind? 3000U/min mit 1:500 wären 36°/sek. Es 
wird eine Steuerung benötigt die Winkelsynchron zum Lenkrad arbeitet, 
zumindest aber immer wieder Geradeaus als Nullpunkt verwendet. Es geht 
ja nicht um Dauerdrehung.

Hallo Dieter D.,

Dieter D. schrieb:
> Bei dem TO seinen Kenntnissen, wuerde ich maximal 50V, darueber besser
> keine Tips, wegen Technik und Verantwortung, geben.

ich verstehe Deine Botschaft!
Schau' Dir das Bild des Fragestellers an, das spricht für sich. Der will 
es richtig machen und der verdient Unterstützung!

Ich habe Zweifel am Fahrzeugkonzept. Warum zwei Lenkmotoren? Wie sind 
die synchronisiert?

Daniel S. schrieb:
> AGM Akkus 12V/20Ah

AGM-Akkus sind doch Bleiakkus, oder? Also sind in einem 12V AGM Akku 
ohnehin schon 6 Einzelzellen in Reihe geschaltet, die gar nicht anders 
als gemeinsam geladen werden können.

Außerdem hat jeder LKW mit 24V Bordnetz zwei 12V Bleiakkus in Reihen, 
die ebenfalls ausschließlich gemeinsam entladen werden, möglicherweise 
aber sogar ständig ungleichmäßig belastet werden, sofern 12V Verbraucher 
direkt an einem davon hängen; k.A. ob das heute noch so gemacht wird, 
aber für die 50 Jahre LKW-Geschichte würde es mich doch wundern, wenn 
damals für 12V Verbraucher schon StepDown Wandler genutzt wurden.


Daniel S. schrieb:
> Im Anhang habe ich eine Idee erstellt, um die
> 6 Akkus einer Seite mit
> jeweils einzelnen 12V Ladegeräten zu laden

Das wäre dann zwar eine Einzel-Akku-Ladestrategie, zur 
Einzelzellen-Ladung fehlt aber noch immer ein Faktor von sechs und der 
Umbau der 12V Akkus, um überhaupt an die einzelnen Zellen ranzukommen.


Daniel S. schrieb:
> Mache ich mir viel zu viele Gedanken?

Das könnte gut sein; vor allem weil zum einen alle LKW-Hersteller das 
(Bleiakkus in Serie geschaltet laden) ebenso machen und zum anderen weil 
Akku-Hersteller die Dinger sogar so konstruieren, daß immer min. 6 
Zellen in Reihe geladen werden.

Was Du ggf. zum Schutz Deiner Akkus (die sind ja auch nicht gerade 
billig) mit relativ überschaubaren Aufwand machen könntest:
Jedem einzelnen Akku eine eigene Spannungsüberwachung spendieren, die 
beim Überschreiten seiner Ladeschlussspannung den Ladevorgang abbrechen 
und dies melden; das schützt Deine Akkus genauso gut wie jeden einzeln 
zu laden und liefert Dir vor allem einen guten Anhaltspunkt ob das 
Problem überhaupt besteht.

Diese (Not)abschaltung des Ladevorgangs realisierst Du aber am Besten 
netzseitig mit einem fernschaltbaren Zwischenstecker o.ä., denn 48V DC 
bei relevanten Strömen unter Last (ab)zuschalten ist schon nicht mehr 
ganz trivial (bzw. entsprechende Schalter nicht ganz billig).

Wolf17 schrieb:

> "Servomotor 48V" liefert bei ebay einiges, die jetzigen 2x 1/4kW
> erscheinen mir für eine Lenkung übertrieben. Aber damit ist es ja nicht
> getan. Gibt es schon passende Untersetzungen? Schon kalkuliert wieviel
> Grad pro Sekunde gewünscht sind? 3000U/min mit 1:500 wären 36°/sek. Es
> wird eine Steuerung benötigt die Winkelsynchron zum Lenkrad arbeitet,
> zumindest aber immer wieder Geradeaus als Nullpunkt verwendet. Es geht
> ja nicht um Dauerdrehung.

Das sind Lenkmotoren aus einem Elektro-Hubwagen. Ähnlicher 
Anwendungsbereich, von demher hielt ich die Leistung für angemessen.

Die Untersetzung ist ca. 1:75, bei 2800 1/min ergibt das 224°/s.
Die Motoren haben einen Sin/Cos-Geber über den ich die Position erfasse. 
Die geht zusammen mit dem Positionssollwert in einen PI Regler der über 
PWM und zwei Halbbrücken (BTS7960) den Motor ansteuert.
[Der BTS7960 ist evtl. etwas zu klein, das ist mir bewusst, ggf. wird er 
noch durch eine größere Halbbrücke ersetzt]

Die Positionsregelung ist bereits fertig und funktioniert (zumindest auf 
dem Schreibtisch) einwandfrei.

Da es, wie du richtig schreibst, nicht um Dauerdrehung geht, ist hier 
auch nicht die max. Kreisgeschwindigkeit ausschlaggebend, sondern viel 
mehr die Beschleunigung bzw. damit verbunden, innerhalb welcher Zeit 
eine vorgegebene Position angefahren werden kann.

Nils B. schrieb:
> Ich habe Zweifel am Fahrzeugkonzept. Warum zwei Lenkmotoren? Wie sind
> die synchronisiert?
Es gibt pro Motor einen Controller (STM32) der die Positionsregelung 
übernimmt und einen zentralen Controller, der die Signale der 
Fernbedingung empfängt und die Sollwerte an die beiden Lenkcontroller + 
Antriebsmotoren sendet. Die Kommunikation wird vorraussichtlich MODBUS 
RTU werden, da habe ich mich aber noch nicht ganz festgelegt.
Zwei Controller für die Lenkmotoren deshalb, weil ich die 
Analogleitungen von den Sin/Cos-Gebern und die PWM Leitungen möglichst 
kurz halten möchte.

Peter M. schrieb:
> Schau' Dir das Bild des Fragestellers an, das spricht für sich. Der will
> es richtig machen und der verdient Unterstützung!

Weiß ja nicht. Kleine Reifen, der Rahmen komplett starr soweit ich sehe 
kein Neigungsausgleich wie z.B Pendelachse. Die Zahnräder an den Reifen 
sind im Dreck wenn der Reifen nur 5cm tief einsinkt. Der Rahmen selbst 
hat ziemlich wenig Bodenfreiheit, dafür wohl umso mehr Eigengewicht.
Schön gearbeitete Bastelei, ob es seinen angedachten Zweck erfüllen 
kann, steht aber auf einen anderen Blatt.
Ich würde mal sagen das Teil gibt da auf, wo man mit dem Schubkarren 
noch locker weiterfährt.

Und was irgendwie nicht passt: 6 mal Laden pro Jahr angedacht, also auch 
nur 6 mal pro Jahr für ein paar Fahrten verwenden, denn für einen ganzen 
Tag Arbeit dürften die Akkus zu klein sein.
Dafür dann so einen Aufwand?

Aber wenn das Bauen des Gefährts die eigentliche Triebfeder ist, schön 
verarbeitet ist es.

Udo S. schrieb:
> Weiß ja nicht. Kleine Reifen, der Rahmen komplett starr soweit ich sehe
> kein Neigungsausgleich wie z.B Pendelachse.
Das ist eine erste Variante, die möglichst einfach gehalten ist. Genau 
aus diesem Grund sind die Radhalter ("Aufhängungen" möchte ich sie in 
dem Zustand nicht nennen) nur angeschraubt, so, dass man sie später 
durch eine aufwändigere Variante ersetzen kann.

> Die Zahnräder an den Reifen sind im Dreck wenn der Reifen nur 5cm tief einsinkt.
Stimmt. Die Größe der Zahnräder hat sich aus dem Übersetzungsverhältnis 
und der gewünschten Endgeschwindigkeit ergeben. Kleinere hab ich schon 
da liegen. Ich wollte es aber erstmal mit den großen ausprobieren, bevor 
ich sie tausche um einen Eindruck zu bekommen, ob das Drehmoment 
ausreicht oder ich an anderer Stelle noch die Übersetzung anpassen muss.

> Der Rahmen selbst hat ziemlich wenig Bodenfreiheit, dafür wohl umso mehr 
Eigengewicht.
Die Bodenfreiheit ergibt sich dadurch, dass ich schon einen fertigen 
Kran auf einen Hubwagen geschnallt habe. Der soll sich in den Rahmen von 
unten einsetzen lassen und muss dazu mit dem Hubwagen angehoben werden. 
Die Bodenfreiheit entspricht der max. Hubhöhe des Hubwagens. Ohne diese 
Anforderung, hätte ich ihm auch mehr Bodenfreiheit gegönnt. Lässt sich 
aber durch andere Radhalterungen vergrößern ;-)
Insbesondere für den Kran ist möglichst viel Eigengewicht gewünscht, 
damit er nicht so schnell umkippt.

> Und was irgendwie nicht passt: 6 mal Laden pro Jahr angedacht, also auch
> nur 6 mal pro Jahr für ein paar Fahrten verwenden, denn für einen ganzen
> Tag Arbeit dürften die Akkus zu klein sein.
Das war mal so aus dem Bauch raus, vielleicht werden es auch mehr 
Ladungen.

https://www.jansen-versand.de/werkzeuge-maschinen/schubkarren-dumper/231/motorschubkarre-jansen-msk-800x-800w-elektromotor-4x4-allradantrieb
Das Teil hier hat nur halb so viel Akkukapazität und ist mit 6-8 Stunden 
Arbeitszeit angegeben. Aber gut, wer weiß, wie zuverlässig diese Angabe 
ist....

Michi S. schrieb:
> Was Du ggf. zum Schutz Deiner Akkus (die sind ja auch nicht gerade
> billig) mit relativ überschaubaren Aufwand machen könntest:
> Jedem einzelnen Akku eine eigene Spannungsüberwachung spendieren, die
> beim Überschreiten seiner Ladeschlussspannung den Ladevorgang abbrechen
> und dies melden; das schützt Deine Akkus genauso gut wie jeden einzeln
> zu laden und liefert Dir vor allem einen guten Anhaltspunkt ob das
> Problem überhaupt besteht.

Gute Idee, danke!

Daniel S. schrieb:
> 
https://www.jansen-versand.de/werkzeuge-maschinen/schubkarren-dumper/231/motorschubkarre-jansen-msk-800x-800w-elektromotor-4x4-allradantrieb
> Das Teil hier hat nur halb so viel Akkukapazität und ist mit 6-8 Stunden
> Arbeitszeit angegeben.

800W und gerade mal 1,6kWh Brutto Akkukapazität. Und das bei Bleiakkus 
die man tunlichst nicht unter 30% entladen sollte (eigentlich sogar 
nicht unter 50%)
Das ist eine mutige Angabe. Kann stimmen wenn man das Teil nur kurz 
bewegt und wenig Steigungen hat.

Aber du siehst selbst den Unterschied im Design, das Teil von Jansen ist 
deutlich beweglicher und geländegängiger, hat größere grobprofilige 
Reifen, Knicklenker und Allrad.

Für eine Kranplattform, vor allem wenn der Kran auch noch eine gewisse 
Ausladung haben soll, musst du arretierbare ausklappbare Stützen 
anbauen. Nur mit einem Gummireifenfahrwerk wird das komplett "labbrig".

Trotz meiner oben geäußerten Kritik wünsche ich dir viel Erfolg beim 
Bauen und vor allem Spaß dabei.

:-)

Hallo Daniel S.,

Daniel S. schrieb:
> Gute Idee, danke!

vielen Dank, dass Du meinen Beitrag nicht gelesen hast.

Hallo Peter M.

Peter M. schrieb:
> vielen Dank, dass Du meinen Beitrag nicht gelesen hast.

Entschuldige bitte, dieser Teil Deines Beitrags ist mir tatsächlich erst 
nach nach dem zweiten Lesen bewusst geworden, ist irgendwie zwischen 
Deinen weiteren Ausführungen untergegangen :(