Akku-Heizung

[jeff-jordan]

Hi zusammen,

da hier ja schon diskutiert wurde, dass man den Akku im Winter eigentlich nicht unterhalb von +5°C aufladen sollte, manch einer aber trotztem gerne mit der E-Odin unterwegs ist (was zwangsweise irgendwann einen Ladevorgang bedingt ), habe ich mal eine Akku-Heizung gebaut, welche ich Euch hier vorstellen möchte :

Zum Einsatz kommen 6 selbstklebende 24V / 30W Polyimid Heizfolien. Jeweils 3 in Serie geschaltet und links und rechts auf dem Akku-Kasten aufgeklebt.
Darüber hinaus noch ein modifiziertes* Regler-Modul mit NTC-Fühler.
Weiterhin noch ca. 3m Kapton Klebeband (50mm breit), ein Schalter und etwa 2m 0,75mm² "Lautsprecherkabel".
Der NTC-Temeperatursensor des Reglers wird direkt (mit Kapton Klebeband) auf eines der Heizelemente draufgeklebt (ähnlich wie beim Heizbett eines 3D-Druckers).
Zusätzliches Kleinmaterial (Schrumpfschläuche, Steckverbinder etc.) wird für eine saubere und sichere Installation natürlich auch noch benötigt.

Zur Temperaturkontrolle am Akku kommt dann noch ein zusätzliches kleines Digitalthermometer zum Einsatz, dessen Fühler direkt oben auf den Akku (wieder mit Kapton Tape) aufgeklebt wird; so dass man die Oberflächentemperatur des Akkus direkt ablesen kann.

Der Regler ist so programmiert, dass er die Folien auf 50°C aufheizt (mit einer Hysterese von 5°C, P0 also = 45° und P1 = 50°).
Das Ein/Aus Verhältnis beträgt so etwa 34 : 29 Sekunden.
D.h. die Heizung zieht im Schnitt etwa 120 W.
Die max. Temperatur von 50°C wurde konservativ gewählt. So leiden die Zellen selbst dann nicht, wenn man mal die Heizung vergessen sollte und der komplette Akku durchgegart wird .


Um den Akku +5°an der Oberfläche zu erwärmen (bspw. von 1° auf 6°) braucht man in der kalten Garage so ca. 2 Stunden und etwa 3,2Ah.
Das sollte mal so als Anhaltspunkt dienen.

*) Zur Modifikation des Reglers: Damit dieser eigentlich für 110V/220V AC ausgelegte Regler auch mit den 72V DC von der E-Odin sauber arbeitet, habe ich den R18 von 750k auf 470k abgeändert (so liefert das kleine Schaltnetzteil im Regler genügend Spannung auf der Sekundärseite um den Regler-IC sicher zu versorgen und das Relais zu schalten).
Bei meinem Regler hing darüber hinaus das Relais immer mal wieder, was den Effekt hatte, dass die Heizelemente noch geheizt haben wo sie es eigentlich nicht mehr sollten. Daher habe ich zusätzlich noch das Relais rausgeschmissen und gegen einen N-Kanal Mosfet (072N10N, 100V / 80A) ersetzt, das ist dann auch unempfindlich gegenüber Vibrationen.

Noch ein Hinweis zu den Wärmebildern: Bitte die Temperatureinblendungen ignorieren. Die Werte sind dort um etwa 15°C zu niedrig. Ich habe leider bei dem ausgeliehenen Seek Reveal weder eine Möglichkeit gefunden die Bolometer-Matrix zu Kalibrieren noch den Emissionswert anzupassen.

Hier nun ein paar Bilder zu dem oben Geschilderten:

Nach_dem_Einschalten.PNG (223.85 KiB) 667 mal betrachtet

Nach_2_Stunden.PNG (223.85 KiB) 667 mal betrachtet

[achim]

Bei all diesen Heizungen stellt sich mir immer die Frage, wie es um die Temperaturverteilung innerhalb des Akkus bestellt ist, da die Erwärmung jaar nur von aussen erfolgt. Ich könnte mir vorstellen, dass es mehrere Stunden dauert bis da eine Angleichung erfolgt ist. Gibt es Erkenntnisse inwieweit es für den Akku schädlich ist, wenn beim Laden die äusseren und inneren Zellen unterschiedliche Temperaturen aufweisen?
Soweit mir bekannt ist, wird bei professionellen Heizungen Warmluft durch Kanäle zwischen den Zellen geblasen, so dass eine gleichmäßige Erwärmung stattfinden kann.

Gruß,
Achim

[jeff-jordan]

Nee, wie sich der Akku von innen her erwärmt, lässt sich leider nicht so einfach rausbekommen.
Das dürfte sicherlich relevant sein, wenn der Akku schnell erwärmt werden muss.

Bei einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung gehe ich mal davon aus, dass die weniger schädlich ist als das Laden bei zu kalten Zellen.

Aber bei 2h "Aufheiz-Zeit" für +5°C schätze ich das jedoch eher als unkritisch ein und die Wärme sollte sich einigermaßen homogen verteilen.
Ist ja ähnlich, wie wenn Du ein Fertiggericht in der Mikrowelle erhitzt (da gibt's aufgrund der stehenden Wellen ja auch heißere und kältere Zonen) und dann nochmal 5 Minuten wartest, damit die Hitze sich gleich verteilt.

[STW]

Nun habe ich keine Odin, aber ein ähnlich spannendes Fahrzeug, bei dem ich ungefähr erkennen kann, wie es um die Akkutemperatur bestellt ist. Höhere Fahrleistungsstufen werden nur nach Erreichen einer Mindestakkutemperatur freigegeben. Fahre ich bei -2° Außentemperatur los, dann überschreitet der Akku nach rund 10km gemütlicher Landstraßenfahrt die 0°. Bei einer Starttemperatur von -5 sind es schon knapp 25km im Stadtverkehr. Der Akku scheint also recht niederohmig zu sein, auch bei ungünstigen Temperaturen. Ein heißer Ritt am Gasanschlag (Autobahn und gib ihm Saures) führt dagegen schon nach rund 7km zu einer Erwärmung um locker 5 - 7°.

Heißt also: nach einer längeren Fahrt auch im Stadtverkehr habe ich genug Temperatur, um direkt laden zu können. Das Ladegerät gibt die volle Ladeleistung ab oberhalb 0° Akkutemperatur frei. Die (einmalige - ich will ja nichts herausfordern) Gegenprobe bei -1° (tiefer war wettermäßig nicht drin) quittierte das Ladegerät mit halbierter Ladeleistung, die ungefähr 0.1C war. Also recht gemächlich. Nach 30 Minuten hat sich der Akku dabei soweit erwärmt, dass ca. 0.2C "freigegeben" worden sind.
Zusätzlich ist im kombinierten Akku / Elektronikkasten ein Lüfter, den man leise vernehmlich hören kann und der dort die Luft umwälzt.

Wenn man seine Fahrten und Ladevorgänge gut vorplanen kann, dann ist die Akkuheizung m.E. nicht unbedingt notwendig - ungeachtet dessen schadet sie wohl auch nicht, und Spaß am Selbstbau gehört zum Leben. Zumindest nicht zum laden notwendig. Als Vorbereitung für den Fahrbetrieb kann das aber durchaus sinnvoll sein, der Akku ist einfach mal abgabefreudiger, heizt sich weniger am eigenen Innenwiderstand auf unter Verbrauch der eigentlich für den Vortrieb gedachten Elektronen, und einen kalten Akku beim Entladevorgang zu stressen halte ich für ebenso schädlich wie Laden bei tiefen Temperaturen. Beim Niu habe ich durchaus temperaturabhängige Verbrauchsunterschiede von 3% und mehr, der mag es warm haben.

Bei Deiner Konstruktion würde ich noch damit liebäugeln, ob man den Akku noch mit einer Isolationsschicht einhausen könnte. Das würde die Wärme weitgehend innerhalb der Isolierung halten und dürfte die Anheizzeiten deutlich reduzieren. Die ganze Metalloberfläche strahlt ja jetzt auch gleich wieder einen Teil der eingespeisten Wärme ab. Für den Sommer sollte das dann aber wieder entfernt werden können.