LiFePo4 bei Minusgraden

[silent]

Hallo zusammen,
diese Beiträge finde ich sehr gelungen.
Die Krux an der Sache ist aber, dass ich den Elektroroller nicht in Relation zum Auto oder zu einer Busfahrt sehen darf, sondern mit einem supersparsamen Benzinroller vergleichen muss.
Wieder mal ein herber Rückschlag für den Elektroroller, wenn er im Winter benötigt wird, insbesondere mit LiFePo4-Akkus.
Das Vorheizen ist aus meiner sicht absolute Energievergeudung, es sei denn, man hat selber Collektoren auf dem Dach.

[STW]

Ein "supersparsamer Benzinroller" gewinnt unter rein pekunären Betrachtungen auch ohne die Winterthematik. Ich fahre ja nicht E-Roller des Geldes wegen. Die Versuche von MeRoller sind für mich unter dem Aspekt wertvoll, wie man es technisch erreichen kann, dass E-Roller eine verbesserte Alljahrestauglichkeit haben. Da ist seine Lösung sicherlich preiswerter als mein Ansatz = überdimensionierte Akkusausstattung. Wobei ich durchaus damit liebäugele, auch noch eine Heizung einzuziehen.

[MEroller]

@silent: Ich bin bisher eine "supersparsame" Krawallhutzel gefahren, Aprilia SR50 Factory (sprich 2-Takter mit Benzin-Direkeinspritzung) mit im Schnitt 2,7l/100km. Natürlich kommt das nicht an den Verbrauchsprimus Honda Lead ran, aber mit meiner ehemaligen Aprilia, einer 50er, vergleiche ich meinen "125er" E-Sprit Fury, der bei Batterietemp. über 15°C über 80km/h fahren kann. Und zwar vergleiche ich die "Cost of Ownership", sprich alles inklusive, auch inklusive den immensen Servicekosten, die meine Aprilia verschlang. Da wird sich mein Stromer auch kostenmäßig über die anvisierten 5 Jahre Betriebsdauer bezahlt machen.
Wenn mein Strom komplett aus der Kohle käme würde ich mit dem derzeitigen Stromverbrauch von 7,7kWh/100km gerade so den Kohlendioxidausstoß meiner Aprilia erreichen. Aber schon mit dem durchschnittlichen Strommix in D komme ich mit wesentlich weniger CO2 aus. Und ehrlicherweise muss man den normalen Strommix dazu hernehmen, wenn man nicht selber elektrische Energie einfängt per Photovoltaik, Wind- oder Wasserkraft. Da eines der preiswertesten Angebote nach dem Ende von Teldafax eines mit Ökostromstrom war beziehen wir jetzt sowas, aber wie gesagt muss trotzdem der durchschnittliche Strommix hergenommen werden, speziell wenn man nachts lädt (und Batterie heizt ).

Deine bislang unbegründete Behauptung, Batterieheizen sei Stromvergeudung, muss auch erst noch untermauert oder entkräftet werden. Bekannt ist, dass bei ähnlichem Ladeenergieaufwand eine kalte Batterie weniger Reichweite aufweist als eine warme. Es ist jetzt zu beweisen, ob dies rein mit dem stärkeren Spannungseinbruch einer kalten Batterie unter Last zusammenhängt, oder ob auch der Wirkungsrad der Batterie an sich leidet. Im zweiten Fall könnte ein sinvolles Vorheizen die Gesamt-Energiebilanz entweder verbessern oder zumindest vergleichbar mit kalter Batterie machen, aber mit dem Vorteil einer größeren Reichweite und überhaupt erst mal einer sinvoll nutzbaren Fahrbarkeit. Wenn ich nicht mal mehr auf 50 beschleuingen kann, ohne dass das BMS mir die ganze Karre stromlos schaltet trotz voll geladener Batterie und einer Gashand wie Samt und Seide, dann ist das Fahrzeug nicht mehr wirklich nutzbar.

Dem sinnvollen, energieffizienten Thermomanagement von Batterie, Wechselrichter und bei geschlossenen Fahrzeugen auch dem Innenraum kommt eine herausragende Bedeutung zu, und mein rudimentärer Versuch ist da nur eine Prototypenlösung, um Wirksamkeit und Gesamteffizienz sowie Nutzbarkeit im Alltag zuerst mal zu untersuchen. Also bitte keine vorschnellen Urteile, ich werde voraussichtlich im Laufe des Februar über erste Ergebnisse hier berichten

[MEroller]

Um die Zeitschaltuhr günstig programmieren zu können habe ich meine Aufheiz- und vor Allem die Abkühlkurve in Excel so auswertbar gemacht, dass ich über Zielwertsuche die benötigte Einschaltzeit ermitteln kann, um gegen 7:20 Uhr die Zieltemperatur in der Batterie zu haben. Da der Roller aber schon länger nicht in Gebrauch war hatte die Batterie ziemlich genau die Umgebungstemperatur gestern Abend von 6°C erreicht. Die mittelere Temp. heute Nacht hätte 1°C sein sollen, war aber eher um 4,5°C.
Daher war dann die gewünschte Zieltemperatur von 15°C leicht überschritten, aber das lies sich sehr gut in der Vorausschau nachstellen:

Dauer 0 war 22:00 gestern

Batterieheizung_kalte-Batterie.gif (14.58 KiB) 2186 mal betrachtet

Heizstart war um 3:30 Uhr heute morgen, sprich 5,5h nach Start der Temperautrbetrachtung. Bis 7:10 wurde geheizt, Ende war also nach 9,17 h. Dank der höheren Temperatur heute Nacht war die Batterie dann 17,7°C warm Knapp 0,4kWh waren das, etwas viel wegen der fast vollständig augekühlten Batterie...
Da ich heute noch nicht zur Arbeit musste ging es erst gegen 10Uhr los, da war die Batterie wieder auf die angepeilten 15°C abgekühlt, aber es ging trotzdem wieder ab wie Schmidt's Katze, mit Spannungseinbruch nur bis 67V, auch bei voller Beschleunigung um die 55km/h, und zum ersten Mal seit einem viertel Jahr sah ich wieder 85km/h auf meinem derzeit sehr genauen Tacho
Während der Fahrt gab es dann Batterietemperaturen bis 22°C, was die Fahrleistungen trotz entnommener Ladung auch bei Fahrtende noch auf einem höchst hohen Niveau beließ.

Winter, jetzt kannste kommen

Morgen fange ich nochmals um 3:30 Uhr an mit Heizen, weil die Batterie derzeit 14:10 schon wieder auf 90% geladen ist und daher bis morgen früh wieder relativ stark auskühlen dürfte, vor allem da jetzt wieder im Freien, nicht mehr in der viel gleichmäßiger temperierten Garage... Aber wenn erst gegen 22 Uhr an einem normalen Arbeitstag das Laden zu Ende ist wird die Einschaltdauer drastisch reduziert, wie z.B. so mit Einschaltzeit erst um 5:35 rum:

Batterieheizung_warme-Batterie.gif (14.18 KiB) 2186 mal betrachtet

Dann braucht es nur noch 0,172kWh zusätzlichen Strom pro Tag, der vielleicht (wenn ich nicht ganz so ohne Rücksicht auf Verluste fahre wie heute ) durch geringeren Nachladungsbedarf wieder wettgemacht wird. Aber das zu eruieren dauert auf jeden Fall noch ein paar Wochen.

Richtig bitter wird dann eine Montagmorgen Aufheizung nach einem -10°C Wochenende:

Batterieheizung_-10°C-Batterie.gif (13.7 KiB) 2186 mal betrachtet

Da müsste ich schon am Sonntagabend um 21:15 rum anfangen mit Heizen für 15°C Zieltemp. in der Batterie, und geschlagene 1,07kWh würde der Spaß dann kosten.
Vielleicht sollte der Winter dann doch nicht ganz so vehement kommen

[Werner]

Warum baust Du keinen Thermostat ein?
In Verbindung mit einer großzügig programmierten Zeitschaltuhr wird dann kein watt zuviel verbraucht und die Batterie hat immer die optimale Temperatur.

[MEroller]

Warum baust Du keinen Thermostat ein?
In Verbindung mit einer großzügig programmierten Zeitschaltuhr wird dann kein watt zuviel verbraucht und die Batterie hat immer die optimale Temperatur.

Gib mir einen elektrischen Thermostat, der auch im Freien und bei -10°C betrieben werden kann bzw. darf
Der hier z.B. könnte funktionieren, darf aber nur zwischen 0 und 50°C eingesetzt werden. Und recht groß ist der auch.
Der hier ist noch größer, kann aber unter 0° nicht eingesetzt werden.
Der hier ist ähnlich groß und kann sogar bis -40°C eingesetzt werden, aber "Das Gerät ist in trockenen Innenräumen zu betreiben." Gibt es auch als Modul, das aber 12V Betriebsspannung braucht.

Und dann ist ja die Aufgabenstellung hier nicht, die Batterie in einem bestimmten Temperaturfenster zu halten (das könnten o.g. Geräte), denn das wäre mit höhren Enegieverlusten verbunden, weil die Batterie über lange Zeit höhere Wärmeverluste erleidet, wenn sie gegenüber der Umgebung eine große Temperaturüberhöhung hat. Da ist es wirtschaflticher, die Batterie auskühlen zu lassen und sie dann zügig aufzuheizen. Und zügig ist relativ zu verstehen, meine Heizung ist ja nicht wirklich zügig unterwegs

Die Aufgabenstellung hier wäre das, was ich jetzt händisch in Excel mache: den richtigen Zeitpunkt ermitteln, an dem die Heizung einzuschalten ist, so dass zu einer festgelegten Zeit die Zieltemperatur erreicht ist. Einflussfaktoren sind Batterie- und Umgebungstemp., Zeit und die Aufheizkurve, die z.B. mit diesem Polynom annähernd beschrieben werden könnte:
y = -0,0004x^5 + 0,0145x^4 - 0,1769x^3 + 0,7529x^2 + 2,4073x
x wäre die Zeit in Stunden, y das zugehörige Temperaturdelta gegenüber der Ausgangstemperatur. Das wäre schon fast was für einen Microcontroller

Aus vielleicht verständlichen Gründen wollte ich erst mal nur Erfahrungen sammeln, was das System überhaupt kann und wie man am Besten damit umgeht. Die Automatisierung kriege ich alleine kaum hin und braucht nochmals ganz anderes Hirnschmalz

Vielleicht gibt es ja hier Forum entsprechendes Hirnschmalz

[dirk74]

Du hast doch eine prima funktionierende Lösung. Geht es nur darum, noch ein paar Cent pro Heizvorgang zu sparen?
Überleg mal, was so ein Thermostat (ohne Zubehör) kostet. Der günstigste liegt hier bei 35 €. Bei 25 Cent für einen Heizvorgang kannst Du 140x den Ofen anwerfen - reicht für mehr als einen Winter.

[MEroller]

Dirk, das sind weitere Argumente für meine Hand-am-Arm-Lösung Die aufgeführten Thermostate sind tatsächlich ziemlich teure Gesellen. Dennoch muss natürlich für eine auch vom Laien nutzbare Thermomanagementlösung für die Batterie über kurz oder lang eine Automatisierung her, von daher würde ich diese Diskussion nicht abwürgen wollen...

[dirk74]

Ich baue demnächst meine neuen Akkus ein. Wenn alles klappt, heize ich mit einem Netzteil nachts den Akkusatz. Am nächsten morgen würde ich meinen mobilen Akku mitnehmen, so dass ich auf der Heimfahrt auch wohl temperierte Akkus habe.
Muss mir nur noch einen sicheren Platz für den Akku überlegen. Vermutlich irgendwie auf dem Trittbrett befestigt.

[MEroller]

So, die erste Woche mit Batterieheizung ist vorüber, und mit höchster Spannung ging es heute Abend ans Ablesen und eine erste Bilanz ziehen. Aber zuerst mal ein Kurzbericht zu den Vorkommnissen diese Woche:
Zum Einen gibt es wohl einen nicht zu vernachlässigenden "an der frischen Luft Faktor", welcher die Aufheizzeiten verlängert und die Abkühlzeiten verkürzt. Im Schnitt musste ich von meinen Garagenmessungen etwa 20% dazuschlagen bzw. abziehen, um die reellen Temperaturen halbwegs korrekt vorhersagen zu können. Je nach vorhergesagter Umgebungstemp. habe ich die Aufheizzeit länger bzw. kürzer programmiert. Die längsten Perioden gingen von 3:30 bis um 7:15, was in etwa 0,408kWh Heizenergie entsprach und zwischen 15,6 und 17,5°C Batterietemp. bei Fahrtbeginn um kurz nach Abschaltung erbrachte. Das war notwendig am Montag nach dem langen auskühlen übers Wochenende sowie nach den etwas kälteren Nächten gestern und heute (Freitag).
Die kürzeste Heizdauer war am Mittwoch von 4:50 bis 7:10 Uhr, so dass die Heizenergie auf 0,254kWh zurückging, aber da bin ich dann unter meinem Ziel von 15°C Batterietemp. gelandet, das war dann näher an 14° dran, aber immer noch sehr gut fahrbar morgens. Insgesamt habe ich diese Woche etwa 1,95kWh rein verheizt, "vergeudet", wie es Kollege silent letzte Woche nannte. Mehr dazu weiter unten.
ABER, diese 1,95kWh haben mir wieder den Fahrspaß zurückgebracht, heute sah ich gar zum ersten Mal nahezu 90km/h auf meinem Tacho (der ja momentan sehr genau geht mit den größeren Winterreifen, was ja auch die Übersetzung vom Motor etwas erhöht), auch wenn es leicht bergab ging. Der erste Spannungseinbruch morgens lag nur zwischen 67 und sagenhaften 71V (das war bei den über 17°C Batterietemp.) bei Vollstoff zwischen 40 und 55km/h, und es ging mit Macht voran
Natürlich heizt sich die Batterie jetzt nicht mehr so stark auf bei der morgendlichen Fahrt, nur noch so 1 bis 2°C gegenüber 4 bis 5 bei frierender Batterie, aber diese Energie steht mir ja dann zum Fahren zur Verfügung... Auf dem Heimweg des Abends hatte sich die Batterie aber meist doch bis auf 7 bis 5,4°C abgekühlt, was aber trotzdem noch für einen nicht immer ganz gesetzeskonformen Aufstieg aus dem Neckartal heraus (mit über den erlaubten 60km/h) reichte. Aber für einen sehr guten Wärmeerhalt ist die Batterie halt nicht isoliert, da sie ja im Hochsommer möglichst nicht überhitzen sollte.

Nun zur Gretchenfrage: ist Batterieheizung "absolute Energievergeudung" oder nicht? Trommelwirbel.....
Diese Woche habe ich auf 100km im Schnitt 7,5595 kWh verheizt, sowohl wörtlich als auch im übertragenen Sinn Das liegt ziemlich genau auf meinem derzeitigen Kelly KEB72801X Mittelwert von 7.5258 kWh/100km und ist der drittniedrigste Wert (von elf) seit dem Controllertausch
Natürlich will ich den Tag noch nicht vor dem Abend loben (den erwarte ich in ca. 4 Wochen), aber die knappen 2kWh Heizstrom haben sich diese Woche zumindest noch nicht durch "Vergeudung" hervorgetan. Es bleibt aber spannend