Uranus, keine Leistung am Berg, Ursache?

[HerrFord]

Hallo zusammen,
bin neu hier und habe mir vor ein paar Tagen einen gebrauchten Uranus 3.0 von 2013 mit 14 800 km gebraucht gekauft für ein paar hunderter.
Zum Erfahrungen sammeln und etwas basteln eigentlich genau das richtige Objekt.
Es ist mein erstes Elektrofahrzeug.

Da ich in der Wuppertaler Gegend unterwegs bin, sollte es ein 3 kw Motor unbedingt werden, jedoch kackt der Roller am Berg richtig ab! Ich fahre die Steigungen hier mit 20 kmh teilweise hoch. Die Straße zu unserer Wohnung sogar nur mit 15 kmh.
Hatte eigentlich erwartet mit 40 kmh die normalen Steigungen hochfahren zu können. Sind denn solche Roller in so einer Gegend wirklich so ungeeignet?
Verbaut ist ein 60 V 25 Ah Akku, der erste nehme ich an, Reichweite hier im bergigen Gelände ist bei guten 30 km.

Bin wie gesagt nicht abgeneigt etwas zu basteln, da ich das ganze Thema sehr spannend finde und da unbedingt, auch tiefgreifende, Erfahrungen und Wissen sammeln möchte.

Am Roller ist ein Display verbaut, wo man die Spannung ablesen kann. Bei den besagten Spannungen fällt es auf ca. 58,1 Volt und bleibt dann dort auch.. mit ca 50-70% Akkuladung. Ist das ok, oder ist der Spannungsfall zu groß?

Möchte auch am Controller noch ein paar Einstellungen vornehmen. Kann es sein, dass der nur auf 70% Leistung eingestellt ist? Hab das hier im Forum irgendwo gelesen. Macht das den Braten fett, wenn ich da auf 100% stellen würde?

In der Ebene fährt er laut Tacho gute 55, ich denke das sind real höchstens 50, was ja soweit ok wäre. Nur die Beschleunigung finde ich für einen Elektroantrieb, auch in der Ebene, aus dem Stand zu langsam. Da müsste doch auch mehr zu machen sein, oder?

Hatte schon überlegt die Zellen vom Akku zu tauschen, wobei ich gerne eher dem 40 Ah Akku hätte. Was kostet so ein Austauschakku?

Also Fragen über Fragen. Würde mich sehr über Antworten freuen.

[MEroller]

Willkommen hier!
Bei welcher Temperatur war Deine Batterie bei Deinem Test? Wenn die deutlich unter 20°C haben geht lange nicht mehr so viel, als wenn sie 25+°C haben. Dank entnehmbarer Batterie sollte es möglich sein, die im Warmen zu laden und zu lagern vor dem nächsten Test. Da sollte dann am Berg mehr gehen als bei der ersten Testrunde.

[HerrFord]

Die Batterie war über Nacht im Roller, also wird so 8 Grad gewesen sein.
Aber so geht das ja nicht weiter. Wenn ich bei den Temperaturen nur mit 35 statt 40 den Berg hochkomme, ok. Aber nicht doch mit 15-20.
Ich bin beim letzten Berg fast zur Seite umgekippt.

Habe mal den Akku geöffnet, um mir das Innenleben interessehalber mal anzuschauen. Da sind gar keine 18650er Zellen verbaut, wie ich vermutet habe, sondern flache 5000 mAh Akkus 17s 5p.
Spiele schon mit dem Gedanken, den Akku neu aufzubauen mit 18650er, da ich sowieso gerne Richtung 40 Ah hätte. Vom Platz her würden 18650er, 17s 14p in das vorhandene Gehäuse reinpassen.

Wie gesagt, mir ist die Leistung am Berg wirklich viel zu wenig, paar Grad Außentemperatur hin oder her. Kann man da mit der Controller-Einstellung noch was rausholen?
Falls ich den Akku neu aufbaue, macht es Sinn vielleicht mit der Voltzahl etwas hochzugehen mit 18 oder 19 in Serie geschalteten Zellen?

[MEroller]

Bevor Du alles auseinanderreißt probiere doch einfach nochmals denselben Test mit dem Akku auf 20...25°C. Es ist egal ob Pouchzellen oder Rundzellen, unter 20°C werden Li-basierte Zellchemien zunehmend "müder", kriegen einen mit sinkender Temperatur exponentiell steigenden Innenwiderstand, so dass speziell am Berg mit höherem Strombedarf die Akkuspannung so stark einbricht, dass die Leistung nicht mehr reicht für eine standesgemäße Bergfahrt.
Nur zur Verdeutlichung der Innenwiderstandserhöhung durch tiefere Temperaturen hier eine Grafik des Innenwiderstandsverlaufs über Temperatur und Ladezustand bei einer älteren LiFePO4 Chemie:

Das ist bei moderneren Chemien (z.B. NMC) nicht mehr ganz so extrem, aber immer noch vorhanden. Je höher die Kurve, desto geringer die Leistungsfähigkeit der Zelle.

[HerrFord]

Wie genau ist diese Tabelle zu verstehen, also was bedeuten die Werte für die Leistung am Rad zB?
Nehmen wir 50 % SOC, was den Ladestand bedeutet, nehme ich mal an.
Da wäre man bei 25 Grad bei 3 mOhm und bei ca. 5 Grad bei ca 4,5 mOhm. Was bedeutet das genau?

[hmpf]

Das ist schlicht ein Problem von mangelnder Leistung dieser Fahrzeugklasse und hat nichts mit dem Uranus oder der Batterie zu tun. Angenommen, das Gefaehrt wiegt 150kg inkl. Fahrer und hat 3000W Leistung, dann sind bei 20% als Endgeschwindigkeit nur 37kmh drin, bei 25% Steigung nur 30 kmh. Und das ist noch der theoretische, d.h. reibungsfreie Fall. Setzt man 20% Leistungsverlust durch Reibung und Luftwiderstand und ein Gewicht von 200kg an, dann ist man schon nur noch bei 22kmh Endgeschwindigkeit.

Wenn du selber rechnen willst: 3000 / 9.81/ sin(arctan(0.2)) / 150 * 3.6 = 37 km/h.

[MEroller]

Ist Dir das Ohm'sche Gesetz ein Begriff?
R= U / I ?
Das in dem Diagramm ist R, der Widerstand, allerdings nur von einer Zelle.
Nehmen wir die Uranusbatterie mit 17 Zellen in Reihe, und davon 5 jeweils parallel:
Bei Parallelschaltung von Widerständen addieren sich deren Kehrwerte, und das Ergebnis muss wiederum umgekehrt werden. Nehmen wir hierzu den Widerstand bei 25°C und 50% SOC von 3milliOhm. 5 x 1/0,003 = 1666,667 => 1/1666,667 = 0,0006 Ohm oder gerade noch 0,6milliOhm pro Zellverbund.
17 davon in Reihe addieren sich zu 0,0102 Ohm gesamt-Innenwiderstand unserer immaginären Batterie bei 25°C und 50% SOC.

Gesetzt der Fall, dass der Uranus 3kW elektrisch verbraten kann kommt mit P = U x I und der 60V Nennspannung nach Umformung auf I = P / U ein Strombedarf von 3000W / 60V = 50A.
Jetzt können wir mit dem Ohm'schen Gesetz ermitteln, um wieviel die Batteriespannung bei dieser Belastung abnehmen würde, indem wir es umformen auf
U = R x I
also 0,0102 Ohm x 50A = 0,51V. D.h. Deine Batteriespannung sinkt von 60 auf 59,49V ab. Da die einfacheren Controller den Strom konstant zu halten versuchen geht somit die verfügbare elektrische Leistung zurück auf 59,49V x 50A = 2974,5W. Das sind dann bei 25°C schon keine 3000W mehr.

Bei 5°C in den Zellen und 4,5milliOhm sieht das dann so aus:
Gesamtwiderstand der kälteren Batterie steigt somit auf 0,0153 Ohm, d.h. die Batteriespannung fällt bei 50A Entladung auf 59,235V ab, was dann nur noch 2961,75W Leistung bedeutet. Das ist ja nicht gerade viel weniger. Das bedeutet aber für Deine Batterie mit 14800km und 6 Jahren auf dem Buckel, dass die Zellen schon einen weit höheren Innenwiderstand haben! Du berichtest von 58,1V, also einem Spannungsabfall von angenommenen 60 von 1,9V. Mit 17 Zellen Reihe könnte aber die Ruhespannung auch gern 61,2V (und mehr) sein, d.h. der Spannungsabfall unter der angenommenen 50A Last könnte sogar 3,1V sein. Das würde einen Batteriewiderstand von R = delta-U / I = 3,1V / 50A = 0,062 Ohm bedeuten bei 8°C. Das spricht für stark gealterte Zellen, die auch bei 25°C und somit ca. 0,0413 Ohm für die Gesamtbatterie nicht mehr in der Lage wären, volle 3000W elektrisch herzugeben.

D.h. du wirst auch bei warmer Batterie kaum schneller den Berg hochkommen, weil die Batterie schon so alt ist. Da wäre also tatsächlich eine neue anzuraten. Wobei der fette 60V/40Ah Akku schon allein 650€ Aufpreis gegenüber dem serienmäßigen 22Ah Akku kostet bei Trinity, d.h. Gesamtkosten von über 900€ für eine neue Originalbatterie zu erwarten sind. Die Frage ist, um wieviel billiger ein Eigenbau aus 18650 Zellen käme?

Frage einfach mal bei Trinity einen neuen 60V/40Ah Akku an im Austausch mit Deinem verschlissenen, vielleicht kommt da noch was besseres raus...

[STW]

Der Roller mitsamt der Zellen ist ein paar Jahre alt, gehe daher mal von schon leicht erhöhtem Innenwiderstand aus. Mit Pech ist schon eine der 5p-Bänke am Ende, dies könnte man über einen Reichweitentest bzw. Messungen herausbekommen.
Rechne mal bei dem Alter und den Temperaturen mit 10mOhm pro Akku, eher deutlich mehr, davon 5 parallel, macht 2mOhm. 17 in Reihe, also 34mOhm, also 0.034 Ohm. Bei 3KW und 60V fließen 50A, macht 1.7V Spannungsabfall am Akku. Damit fehlen schon mal rund 85W am Motor, klingt nicht viel, aber Kleinvieh macht auch Mist. Weitere Verluste hast Du an Steck- bzw. Schraubverbindungen (vom Alter ankorrodiert), die Kabel haben ihren eigenen kleinen Widerstand, ..., da kommt was zusammen. Prüf insbesondere, ob es ein Klemmbrett zwischen Motor und Controller gibt, oftmals sieht man schon auf dem ersten Blick Korrosion und teilweise auch Schmelzspuren, weil der kleinste Widerstand dort wie eine Heizung wirkt.

Wuppertal hat nach meinen Erinnerungen einige deutliche Steigungen, das ist eine echte Herausforderungen, insbesondere wenn die Akkus 6 Jahre auf dem Buckel haben. Die Dinger werden im Alter und bei sinkenden Temperaturen deutlich hochohmiger. Ich würde jetzt erstmal die Einzelspannungen messen, im vollgeladenen Zustand, nach 20km, nach 30km, und dann in 5km-Abständen. Damit kann ermittelt werden, ob eine der Akkubänke schon am Ende ist. Wenn es machbar ist, ein Voltmeter fest anklemmen und die gesamte Akkuspannung bei verschiedenen Lastzuständen überprüfen. Das ganze wiederholen, wie hier schon vorgeschlagen, mit aufgewärmten Akku. Und danach hast Du die ersten Daten für eine Diagnose.

Letztendlich ist der Akku aber auch schon für einen neuen Roller grenzwertig dimensioniert. Alles, was über 1C Last ist, ist m.E. der Lebensdauer und der Fahrfreude abträgig.

Edit: meine Vorposter waren schneller.

[HerrFord]

Ein Voltmeter, dass die Gesamtspannung anzeigt ist schon vorhanden und jederzeit während der Fahrt sichtbar.
Systemgewicht liegt bei mir bei 200 kg.

Die Strecke gestern war 12 km lang über Berg und Tal. Gestartet bei 67,5 Volt (65 % Ladezustand), Angekommen bei guten 63,5 Volt (35 %), beides im Stand gemessen.
Habe mir eine kleine Tabelle dazu angefertigt und danach wurden also 30 % Akku verbraucht.

Die Spannung war bei der ersten langen Steigung schon auf 58 V, konstant! Kurz vor der Ankunft vielleicht 57,5 V, also nicht viel tiefer. Hatte also sogar einen Spannungsabfall von guten (67-58V) 9 Volt am Anfang!
Ich konnte nach öffnen des Akkus nichts offensichtliches sehen, aber er stinkt schon ziemlich! Keine Ahnung ob das von dem Verpackungsmaterial des Akkus kommt, aber es stinkt irgendwie nach kaputtem Lithium-Akku. Hatte mal einen Handy-Akku gewechselt und dabei den alten Akku mechanisch beschädigt, da hatte das genau so gestunken.

Zum Thema Akkubau: Theoretisch passen in das vorhandene Gehäuse mindestens 17 s 14 p, sogar 17s 16 p könnte man gut dort unterbringen.
Was haltet ihr von diesen Zellen als Beispiel:
https://www.nkon.nl/de/rechargeable/li- ... -4-8a.html

Demnach hätte ich bei 17 s 14 p mindestens 42 Ah, eher etwas mehr. 4,8 A Entladestrom passt auch oder? Das wären bei 14 Parallelen, 67,2 Volt.

Der derzeitige Akku hat ja nur 25 Ah. Es stehen zwar 28 Ah drauf, was aber irgendwie fake ist. Schließlich sind jeweils 5 Zellen a 5000 mAh verbaut, was eventuell sogar noch weniger sein dürfte, da ja selten die vollen mAh drin sind, die drauf stehen.


Trotzdem ist ein neuer Akku (selbst gebaut oder gekauft) recht teuer, und wenn sich das für Wuppertal alles nicht lohnt, hab ich auch nichts gewonnen. Wie ich die Teilspannungen während der Fahrt und nach Teiletappen ohne gigantischen Aufwand abnehmen soll, weiß ich leider nicht.

In der Ebene ist der Roller echt noch zu gebrauchen, da kann man kaum meckern. Wobei ich beim Ampelstart keineswegs der schnellste auf den ersten Metern bin, wie ich es schon oft über die E-Roller gelesen habe. Die Beschleunigung ist sehr gemütlich.

Soll ich mir erstmal das Programmierkabel besorgen und die Controller-Einstellungen kontrollieren? Wäre vielleicht das billigste erstmal, bevor ich Unsummen investiere in einen Roller, der für meine Gegend absolut ungeeignet ist. Habe die Hoffnung, dass die Leistung im Programm auf 70 % begrenzt ist. Wenn das der Fall wäre, und er bei 100 % dann besser läuft, könnte ich mich dann an den Akku machen, um dann eine zufriedenstellende Bergfahrt zu erreichen.
Bei langen 10% Steigungen wären 40 kmh schon wünschenswert.

[STW]

Sofern der Geruch an Glasreiniger erinnert ist schon (mindestens) eine Zelle aufgeplatzt.

17s sollte bei LiFePO4 eine Leerlaufspannung im vollgeladenen Zustand von 61.2V ergeben, bei LiPos 71.4V. Gehen wir mal von Lipos aus, obwohl die vor 6 Jahren eher ungewöhnlich sind. Die Spannung von 67.5V bei 65% Ladezustand passt irgendwie nicht, das wären noch knapp 4V pro Zelle, erwarten täte ich eher um die 3.7-3.8V pro Zelle. Irgendwie passen die Messwerte nicht zu dem, was ich da erwarten würde.