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NICD 50Ah 48V Umbau

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Da es zu einer Flut privater Nachfragen kam/kommt, stelle ich eine Beschreibung und Zusammenfassung hier ein.

Präambel:

Ich habe im Juli 2007 mein 93er City EL mit 36V Thrige bekommen. Nach dem Umbau auf 76/10 Duplexkette wurde schnell klar, es müssen 48V her. Meine Fahrstrecke von 15 bis 25km ist einfach zu bergig und bringt zu geringe Endgeschwindigkeit. Eine größere Untersetzung wäre aufgrund der resultierenden hohen Ströme für die Bleiakkus nicht ratsam gewesen.
Leider kam das Upgrade auf 48V für die Effekta Bleiakkus etwas zu spät. Eine Zelle war bereits nach 3500km geschädigt. Zwar konnte ich Ersatz organisieren das half aber dann nicht wirklich weiter, da die Restkapazität der beiden anderen Blöcke auch schon unter 20km Reichweite war.
Damit wurden die Argumente für NICD immer stärker und auch im Forum wurde ich regelgerecht unter Beschuss genommen. Da mein finanzielles Polster jedoch nicht für einen Umbau auf 100Ah 48V SAFT Blöcke ausreichend war, und ich auch keine Strecken von über 25km zu fahren brauchte, stellte ich die Frage, ob es nicht etwas dazwischen gibt. Erst nach einiger Zeit kam der Hinweis auf 50Ah NICD Einzelzellen, welche aus der Luftfahrt kommen. Der Hersteller ist auch hier wieder SAFT. Ein glücklicher Zufall bescherte mir einen kompletten Satz für 48V für den sprichwörtlichen Apfel und das Ei.

Warnhinweise

Nickel Kadmium Akkus sind kein Gefahrgut nach IATA. Kalilauge dagegen schon. Lauge ist ungleich gefährlicher als Säure, weil sie auf der Haut keine Schmerzen hervorruft. Lauge wirkt langsam aber beständig und lässt sich nicht mit Seife 100% entfernen. Tragen Sie daher am Besten „Erste Hilfe“ Handschuhe und halten Sie ein Fläschchen Zitronensäure –die kleinen Gelben für die Küche; bereit. Mit Zitronensäure wird die Lauge neutralisiert. Waschen Sie nach der Arbeit mit den Zellen ihre Hände damit. Sobald sie sehen, dass sich ihre Haut rötlich verfärbt und sich im Wasser seifig anfühlt, spülen Sie mit der Zitronensäure. Ausgelaufene Lauge aus geplatzten Zellen behandeln Sie ebenfalls damit. Auch die Kali-Blumen, welche sich auf den Kontakten der Zellen mit der Zeit bilden, können mit einem Tropfen aus der Flasche und ein wenig Wasser wunderbar gereinigt werden. Defekte und ausrangierte Zellen sind Sondermüll und gehören weder in den Hausmüll, noch die Lauge in den Ausguss. Zyklierende Zellen stehen unter Druck. Tragen Sie eine Schutzbrille, wenn Sie die Druckventile zum Wassernachfüllen öffnen. Halten Sie Kinder von Ihrer Arbeitsstelle fern. Wischen Sie sich nicht bei der Arbeit mit den Händen durch das Gesicht oder sogar die Augen. Spülen Sie die Augen unter fließendem Wasser reichlich und lange aus, sollten Sie spritzer in diese bekommen haben und konsultieren Sie umgehend einen Augenarzt.

Das Material

ich bekam 55 Zellen 1,2V/50Ah mit vernickelten Kupferverbindern (15x4mm)und 5/8UNF Zollschrauben. Die Zellen sind „Nasszellen“ und nicht vergleichbar mit den üblichen Sinter- oder Trockenzellen, welche wir aus dem Modellbau oder dem MP3-Spieler kennen. Ich würde sie ehr mit offen Blei-Säure-Zellen vergleichen. Eine Zelle hat ein Gewicht von 1,5 bis 2kg. Die Zellen standen wohl schon etwas länger im Keller und musste daher selektiert werden. Die Kupferverbinder werden in zwei Längen benötigt, 55mm und 85mm. Immer 4 Zellen werden mit 3 Kurzen und jeder 4er Block mit einem Langen verbunden. Bei den Schrauben handelt es sich um Zöllige des Types 1/4 - 28 UNF X 5/8 in V2A. Dazu kommt jeweils eine 6,4mm U-Scheibe und ein 7mm Federring. Um sinnvoll an den Zellen arbeiten zu können empfiehlt sich ein 3/16 Inbusschlüssel, da die handelsüblichen metrischen hier nicht passen. Es gibt die Schrauben auch mit Sechskantkopf - allerdings auch nicht metrisch. Die Inbusvariante ist nicht unter 1,- zu beziehen und die sechskantigen liegen um die 0,70 €. Also Geschmackssache.

Selektieren

Beim Selektieren werden die Zellen nach Ihrer Kapazität beurteilt und zusammengestellt. Eine NICD Nasszelle ist fast nicht kaputt zu bekommen und kann entsprechend immer wieder belebt werden. Die Frage ist nur, wie viel Restkapazität hat sie noch.
Zunächst wurde der Wasserstand geprüft und auf einen einheitlichen Füllstand gebracht. Handelübliches destilliertes Wasser wird zum Auffüllen verwendet –das Überdruckventil ist auch die Einfüllverschraubung. Nun müssen die Zellen Ihre Restladung loswerden. NICD hat einen Memoryeffekt, der zwar bei Nasszellen nicht so ausgeprägt ist, wie bei Trockenen, aber dennoch vorhanden. Gerade bei langen Lagerzeiten ohne Kurzschlusswiderstand baut sich ein gewisser Teil Kapazität ab. Die Zellen dürfen niemals mit einer Drahtbrücke Kurzgeschlossen werden. Auch eine scheinbar leere Zelle kann noch eine Restladung haben, welche bei absolutem Kurzschluss das aktive Material schädigt. Ich verwende dafür je Zelle einen 0,47Ohm/5Watt Keramik- oder Drahtwiderstand. Es ist zu empfehlen, die Zellen mindestens über Nacht in diesem Zustand zu belassen. Nach der Entladung können dann Blöcke von bis zu 14 Zellen zusammen geschaltet werden. Da die Zellen keine verstärkte Wand haben, müssen sie mit einem Spannband unter leichten Druck gesetzt werden, da sie sonst beim Gebrauch platzen können. Hat man die Blöcke zusammen, wird die Initialladung vorgenommen. Dabei wird ein Strom von 1/10 der Nennkapazität zugeführt. Also 5A bei 50Ah. Rücksichtslos der Spannung an den Zellen muss der Strom 14 Stunden fließen. Erst nach genau 14 Stunden kann eine endgültige Beurteilung stattfinden. Ein Messprotokoll während der Initialladung kann zwar hilfreich, muss aber nicht zwangsweise Aussagekräftig sein. Nach Ablauf der 14 Stunden werden unter Ladestrom die Zellenspannungen gemessen. Zellen zwischen 1,45V und 1,6V sind OK. Zellen unter 1,45V oder über 1,6V sollten als zweite Wahl betrachtet werden. Zellen unter 1,4V müssen noch einmal für mindestens 7 Tage mit dem Kurzschlusswiderstand entladen und danach die Initialladung durchgeführt werden. Kommt die Zelle danach wieder nicht auf einen akzeptablen Wert, so ist die Zelle defekt.

Der Einbau

Ich habe oben bereits die Zahl 14 pro Block genannt. Das ist die Anzahl an Zellen, welche in einen Batterieschacht passen. Somit können im Standardkorb des City EL 42 Zellen mit insgesamt 51V eingebaut werden. Ganz wichtig ist, daß die Zellen mit einem Band vorgespannt werden. Da die Zellen ja schon gebraucht sind, haben sie kleine Bäuche. Diese dürfen dabei nicht eingedrückt werden, da man sonst riskiert, dass die aktive Masse zerquetscht wird und die Zelle Schaden nimmt. Es reicht also aus, die Spannung so zu wählen, daß das Band zwar fest anliegt, aber die Zelle nicht zusammendrückt. Das jeweilige Paket liegt im Batteriekorb auf dem Rand der Winkeleisen am Boden auf. Ich halte das für ein bisschen zu wenig und empfehle eine 10mm PVC oder eine 3mm V2A Platte in den Korb zu legen, damit die Auflagefläche den ganzen Zellenboden einnimmt. Es könnte sonst sein, dass die Zelle am Rand aufgescheuert wird. Werden weniger als 42 Zellen verbaut, so sollte man in den mittleren Korb immer 14 Zellen packen und den Rest auf Links und Rechts aufteilen - Bsp. 36V = 8 + 14 + 8.

Elektrischer Anschluss

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Grundsätzlich empfehle ich die PVC Adern für den Hauptstromkreis zu entsorgen. Diese Leitungen haben in der Hochstromtechnik nichts verloren. NSGAFÖU ist ein Muss. Diese Leitungen können über mehrere Sekunden 1000 und mehr Ampere tragen, ohne zu brennen oder die Isolierung zu verlieren. Ein Sicherheitsfaktor. Die 16mm² Querschnitt im Original sind zwar rein rechnerisch OK, jedoch sollte man nicht vergessen, dass bei Strömen von 80 bis 200A und mehr jedes zehntel Volt zählt. Jede Zunahme der Temperatur an der Leitung, fordert sein Tribut. Und ich persönlich lade meine Akkus nicht, um damit meine Leitungen zu beheizen. 25mm² sollten hier auf jeden Fall zum Einsatz kommen. Von Einzelspannungsanzeigen zu reden, ist vielleicht etwas merkwürdig, aber nicht falsch. Sie sollten pro 10 Zellen eine Anzeige einplanen. Zum Einen hilft es, einbrechende Zellen schneller zu lokalisieren, zu Anderen können die Blockspannungen helfen, die Zellen später besser einschätzen zu können. Bei vollen 42 Zellen ist auch eine Kombination von 10/10/11/11 möglich. Von 10/10/10/12 rate ich eb, da einem dann die Vergleichsmöglichkeiten für den 12er Block fehlen.

Einfahren

Ich weiß, es juckt unter den Fingern. Aber bitte den Begrenzer noch nicht aufdrehen. Wenn Sie ein ECU/Dampfrad haben, stellen Sie es auf etwa 80A. Fahren Sie eine Route, welche Ihnen erlaubt, auch wieder nach Hause zu kommen. Es wird wahrscheinlich so sein, dass die Ersten Zellen schon bei 15 bis 18km plötzlich einbrechen. Das ist normal und nicht besorgniserregend. Planen Sie also eine Strecke von etwa 8km Hinweg ein. Sollten alle Zellen kurz von zu Hause noch stabil sein, drehen Sie um und fahren noch mal weg. Sobald aber die erste Zelle aufgibt, ist der Heimweg angesagt. Wenn Sie sich jetzt fragen, wie sehe ich denn, dass EINE Zelle weg bricht, vertrauen Sie mir. Sie werden es erkennen. Der Spannungsverlauf ist ganz eigentümlich und sofort auch für den Laien erkennbar. Halten Sie sich die Zahl 1,2 dabei immer im Kopf. Zu Hause angekommen, laden Sie sofort wieder mit normalem Ladestrom auf. Mit der zweiten Ladung sollten Sie die 20km Marke deutlich überschreiten können. Danach wird es pro Zyklus immer mal ein halber Kilometer mehr werden bis schließlich die 30 oder im Flachland auch die 40km Marke fällt.

Die weitere Behandlung

NICD’s haben einen Memoryeffekt. Bei Nasszellen ist dieser zwar nicht so ausgeprägt, kann aber über mehrere Wochen sich auch bemerkbar machen.
Entgegenwirken kann man dem, indem diese einfache Regel beachtet wird: Immer so kurz wie möglich vor Fahrtantritt laden. Die Akkus soweit wie möglich leer fahren - nicht nach 5km wieder nachladen. Fahren bis „Nix mehr geht“ ist für die NC's nicht nur kein Problem - sondern sogar willkommen ! Gehen Sie nicht her, und stecken Sie Freitags nach der Arbeit das Ladegerät an, wenn Sie Montags erst wieder los wollen. Zum einen können die Einzelzellen eine hohe Selbstentladung haben, welche pro 24 Stunden auch die 10Ah Grenze berühren kann. Zum Anderen erhöht der Stand im geladenen Zustand den Memoryeffekt. Wenn Sie immer nur kurze Strecken (<10km) fahren, sollten Sie auch mal für 2 Tage auf das Laden verzichten. Die Zellen mögen es, möglichst leer gefahren zu werden. Dementsprechend sollte man alle paar Monate mal eine Pflegeentladung machen. Dazu kommen die o.e. Widerstände einfach nach der Fahrt über die Einzelzellen und bleiben über Nacht dran –je länger, desto besser. Die Erstladung danach, sollte dann wieder der Initialladung entsprechen (14h 5A). Prüfen Sie auch einmal in der Woche –vor allem im Sommer; den Wasserstand. Freiliegende Elektroden werden unwiederbringlich zerstört.

Die Regelladung

Theoretisch können die Zellen auch mit dem 10A Bordlader aufgeladen werden. Richtig Spaß macht das Ganze aber erst, wenn die Zellen mit richtig Strom betankt werden. Bis 2C (100A) kann ich ruhigen Gewissens empfehlen. 30A sollten es aber mindestens sein. Aber vorsicht! Sollten Sie auf Langstrecke fahren, wo es ja auf kurze Standzeiten ankommt und mit 50 oder mehr Ampere laden, so achten Sie auf die Zellentemperatur. Gerade im Sommer kann es schnell mal in 3 oder 4 Zyklen zu einer Überhitzung kommen. Die Lauge fängt dann beim Laden schnell an zu kochen und die Zellen verlieren Elektrolyt. Planen Sie beim 3. Ladehalt immer eine zusätzliche Stunde ein, um die Zellen runter zu kühlen. Sorgen Sie für ein schattiges Plätzchen und lassen Sie die Motorabdeckung offen –am besten auch die Haube, wenn das EL beaufsichtigt steht.

Defekte Zellen

Sie sollten sich immer einen Vorrat von 5 bis 10 Zellen auf Lager nehmen. Diese sollten einmal initialisiert und gefahren worden sein, damit Sie wissen, dass diese auch wirklich in Ordnung sind. Eingelagert werden die Zellen immer mit dem Widerstand gebrückt und natürlich aufrecht stehend. Wenn Sie also merken, dass eine bestimmte immer früher aufgibt, so tauschen Sie diese bei der nächsten Pflegeentladung aus. Bitte nicht im halb geladenen Zustand, da die „neue“ Zelle ja leer ist und initialisiert werden muss (14h / 5A). Die ausgetauschte Zelle ist Sondermüll. Nicht einfach in den Hausmüll und die Lauge auch nicht in den Ausguß –das gibt mächtig Ärger, weil die Wasserwerker die Quelle einer Laugenausschüttung auch bei kleinen Mengen zurückverfolgen können. Die Lauge aus der Zelle ist im Übrigen wieder verwendbar. Mischen Sie die Lauge einer Zelle mit einem 5 Liter Behälter destilliertem Wasser und verwenden Sie dieses für die nächsten Auffüllungen. Hintergrund: Die Zellen verlieren mit der Zeit nicht nur Wasser, sondern auch eine geringe Menge Kalium. Dem kann man durch dieses dünne Gemisch entgenwirken. Kommen Sie aber nicht auf die Idee, eine Zelle mit reiner Lauge aufzufüllen. Das „scharfe“ Gemisch kann der Zelle Kapazität nehmen und ihr dauerhaften Schaden zufügen. Beim Ausschütten der Lauge am besten einen Kaffeefilter nehmen. Kleine Nickelpartikel aus der defekten Zelle werden so zurückgehalten.

Nachsatz

Ich habe meinen Umbau bis heute nicht bereut. Zum Einen habe ich am Berg ein geringes Gewicht zu schleppen, zum Anderen reichen auf der Geraden auch schon 60A um gemütlich anzufahren. Die garantierten 30km Reichweite, welche mir meine 42 Zellen bescheren sind für den Alltag voll und ganz ausreichend. Die komplette Erstausstattung wird Sie etwa 700 Euro kosten. Ein guter 48V Bleisatz ist teurer und von den 350 Euro für einen 100Ah Block NICD wollen wir gar nicht anfangen. Geht eine Zelle kaputt bleibt der materielle Schaden unter 20 Euro –wenn überhaupt; da nur die betreffende Zelle getauscht werden muss. Es sind keine Umbauten am EL nötig. Alle Zellen passen in den Batteriekorb. Sommer- und Winterbetrieb machen keinen Unterschied mehr. Auch die Fahrstromstärke macht sich nicht mehr bei der Kapazität bemerkbar (Herr Peukert). Ich hoffe dem interessiertem Leser eine mögliche Zwischenstufe aufgezeigt zu haben.

Weitere Erfahrungen

Mittlerweile fahren verschiedene Versionen dieser NICD-Bestromung. Dabei wurden diese Nachsätze gelernt:
Selbst ein 36V EL fährt mit den NC's deutlich besser als ein Blei-EL. Ein serienmässiges 36V EL verträgt bis zu 34 Zellen - also 40,8 V. Das bringt eine höhere Endgeschwindigkeit und Reichweite. Die Ladeschlussspannung sollte denn knapp unter 51V liegen, sonst nimmt der Curtis Schaden. Geschickte Packung : 10 - 14 - 10
Zellenverbinder: Um die Zellen zu verbinden, gibt es einige Alternativen. Sehr langlebig sind hartvernickelte Kupferverbinder. Wir haben bisher mit 60mm² Verbindern gute Erfahrungen gemacht. Wir haben schon einige Sätze mit unbehandeltem Kupfer verbaut. Das reine Kupfer oxidiert aber sehr schnell und sieht sehr unschön aus, da die Zellen beim Zyklieren ganz gut gasen können. Aluminiumverbinder haben sich hier als umweltbeständiger gezeigt. Zwar muss der Querschnitt etwas größer gewählt werden ( 5 x 20mm ), jedoch wird das durch das geringere Gewicht kompensiert. Nebenbei sind die ALU Schienen auch kostengünstiger.
Bei der Reichweite ergaben sich auch mit einem 30-Zellen Satz (36V) gute 30km. Bei gut erhaltenen Zellen konnten im 40/42er Satz über 40km gefahren werden. Erfahren wurden diese Werte auf Strecken zwischen dem Bergischen Land und dem östlichen Rheinland.
Der Memoryeffekt tritt meist bei gleichbleibenden Fahrprofilen auf. Z.B. jeden Tag 15km zur Arbeit, abends 15km zurück - jeden Tag die 30km nachladen. Wer abends nicht noch zeit hat, eine Runde um den Block zu drehen, sollte über Nacht das Licht anlassen, oder die Heizstufe 1 noch einmal für 30 bis 40 Minuten nachsetzen -am besten Wecker stellen, damit nicht vergessen wird, sie wieder auszuschalten. Die Akkus „gewöhnen“ sich offensichtlich an ihr Fahrprofile und geben nach ein paar Wochen freiwillig auch nicht mehr her. In diesem Fall greift dann wieder die Wartungsentladung

Bezugsquellen –Beispiele:

Zöllige ¼ UNF Schrauben: www.online-schrauben.de
Kupferschiene 4x15mm (Meterware): C.E.F
NSGAFÖU 1x35mm² Adern: Conrad Elektronik
Drahtwiderstand: Conrad Elektronik

Siehe auch

Links

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