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Elektrovelo Bionx PL-500HS, external Battery

Dies ist ein Nachtrag zur Webseite unter folgendem Link.

Die Reichweite mit dem original Bionix-Akku 9.6 Ah ist nicht berauschend, aber meistens genügend. Mit viel Unterstützung von Bionix komme ich problemlos 25 km weit. Wenn ich gut mittrete, komme ich weiter. Mit dem Veloanhänger oder bei grösseren Distanzen wird's knapp. Und wenn der Bionx-Akku dann mal schlechter wird... Der original Bionx-Akku ist sehr teuer. Zur Zeit sind die günstigsten Angebote im Bereich 1300 CHF für einen 37 V / 9.6 Ah Bionx-Akku. Ein stolzer Preis. Alternative Akkus sind massiv günstiger, lassen sich aber nicht einfach so anschliessen. Mir stellt sich also die Frage, wie ich einen Zweitakku ans System anschliessen könnte. Überlegungen: Im Original-Akku ist noch Elektronik von Binox. Bionx funktioniert also nur mit dem original Akku. Die Leitungen vom XLR-Stecker, mit welchem der Bionx-Akku geladen werden kann, laufen über den Lademanager von Bionx und nicht direkt zum Akku. Den externen Akku hier anzuschliessen ist damit sehr unfein und könnte zu rauchenden Kabeln oder Leiterplatten führen :) Ich möchte das original Bionx-System nicht beeinflussen. Wegen der Garantie und sowieso. LiFePo4 Akkus haben eine leicht andere Endladespannung. Ein einfaches Auswechseln: also Bionx LiMn Akku raus nehmen und LiFePo4 in die Originalbüchse rein bauen geht nicht so leicht. Zudem brauchen LiFePo4 Akkus einen Balancer. Diese verkraften Rückwärtsstrom beim Rekuperieren normalerweise nicht. Der Bionx-Akku soll den externen Akku nicht laden und umgekehrt. Der Ladezustand der beiden Batterien soll beliebig sein können. Der Ladekontroller von Bionx kann die Stromversorgung zum Motor unterbrechen; z.B. bei ausgeschalteter Bedienung liegt keine Spannung am Motor an! Diese Eigenschaft möchte ich erhalten: Ohne Stromversorgung vom Bionx-Akku soll der externe Akku den Motor auch nicht speisen. Allenfalls ist das eine Sicherheitsvorgabe, welche Bionx erfüllen musste. Wenn beim Bremsen der Motor Strom in den Akku zurück speist, fliesst Strom in die entgegengesetzte Richtung. Die Lademanager alternativer Batterie-Hersteller überleben einen solchen Stromfluss unter Umständen nicht. Ich muss also schauen, dass der Strom im Bremsbetrieb nur in den Bionx-Akku fliesst, welcher dafür ausgelegt ist und allenfalls auch durch das Bionx-System aufgrund der Spannung am Akku geregelt wird. Es könne ein System gebaut werden, welches die Akkus gezielt entlädt und im geeigneten Moment mit einem Relais oder mit FET zusammenschaltet. Das ist aber erstens nicht trivial und zweitens sehr heikel. Bei einem Fehler kann's "rauchen". Die Akkus können in beliebiger Reihenfolge angeschlossen oder kurz unterbrochen werden, Störspitzen könnten einen Mikroprozessor zum Abstürzen bringen usw. Da würde ich vorher ein anderes System als Bionx wählen, welches andere Akkus einfacher anhängen lässt. Zur Info: Der Zweitakku macht Binx nicht schneller oder stärker sondern vergrössert lediglich die Reichweite.
Idee (und das ist wirklich erst die Idee, realisiert habe ich es noch nicht).
Schema: Konzept. Ich füge eine Schaltung beim Motor-Stecker ein. Hier schliesse ich auch den externen Akku an. Klick auf das Bild für Detailansicht.
Detailansicht Transistor. Klick auf das Bild für Detailansicht.
Vorteil: Erfüllt vermutlich alle von mir gestellten Anforderungen. Kein Eingriff ins Bionx-System. Relativ einfach und günstig. (Bauteilkosten ca. 45 CHF) Keine Verbindung zum negativen Anschluss vom Akku. Bei einem Defekt der Schaltung (Kurzschluss irgendwelcher Art) geht vermutlich nichts kaputt. Rekuperation immer in den Bionx-Akku. Auch bei sehr schlechtem Bionx-Akku funktioniert es wegen der Stromverstärkung vom Transistor noch bestens. (Irgendwann ist der Bionx alt und ich möchte keinen neuen kaufen). Nachteil: Verlustleistung durch Spannungsabfall an Dioden und Transistor. Der Verlust von vermutlich typisch 1 V ist aber zu verkraften. Sind vermutlich ca. 3 % welche so verloren gehen. Durch die geringere Strombelastung der Akkus fällt ein kleinerer Spannungsabfall beim Innenwiderstand der Akkus an. Das könnte diesen Verlust gleich wieder wett machen. Wenn der externe Akku massiv höher geladen ist als der Bionx, so sind die Verluste höher. Beispiel: externer Akku 45 V und Bionx 35 V. So werden rund 10 V Spannungsabfall am Transistor abfallen und damit verloren gehen. Verwendung: Der Bionx- Akku und der externe Akku sollten immer geladen und zusammen verwendet werden. Nicht zuerst den Bionx Akku leer fahren und erst dann den externen Akku anschliessen! Ohne angeschlossenen externen Akku soll die Schaltung entfernt werden (Verluste).

Stecker für Zwischenstück in Motor-Leitung: BA1 Baas Kabel, gekauft bei hgs-motorradtechnik.de.
Detailansicht Stecker. Davon braucht es 2. Die Stecker müssen angeschrieben und korrekt angeschlossen werden "Motor" und "zum Akku".
Ich habe mal vier Stück gekauft zur Sicherheit.
Sicherungshalter. Farnell 158-6598
Sicherung 15 A Farnell 158-6589
Dioden, Farnell 108-0069

Transistor BUT32V, Farnell 108-4465 (nicht mehr erhältlich). Eine Alternative wäre BUT30V, Farnell 9935240 .

(so einen fetten Transistor habe ich noch nie verbaut :)
Details aus dem Datenblatt Transistor. U BE
Transistor Stromverstärkung.
Transistor U CE
Diode Spannungsabfall.
Die Datenblätter finden sich hier.
Es geht los.

Halbleiter montiert. Beachte: Die Dioden müssen elektrisch isoliert montiert werden. Der Transistor ist bereits intern isoliert.
Verdrahtet.


Mit Deckel. Fertig.


Es folgen erste Messungen. Die Messungen konnte ich nicht mit sehr hohen Strömen machen, weil ich keine passenden Netzteile hatte.
Regulärer Betrieb. Aus beiden Batterien fliesst der gleiche Strom.
Regulärer Betrieb. Aus dem externen Akku fliesst ein grösserer Strom. Dies könnte typisch sein, weil ja der externe Akku meistens eine grössere Kapazität haben dürfte. Ich schätze bei Volllast ist der Spannungsabfall nicht grösser als 1 V.
Der externe Akku ist höher geladen als der Bionx Akku. Es fliesst Strom aus der externen Batterie. Es gibt ziemlich Verlustleistung.
Umschaltgrenze. Der externe Akku ist so weit entladen, dass seine Spannung gerade so gross ist wie jene vom Bionx Akku.
Betrieb ohne externe Batterie. Beachte: Ohne externe Batterie sollte auch die Schaltung entfernt werden. Macht so nicht viel Sinn, funktioniert aber schon.
Rekuperationsbetrieb.
Beispiel: Die externe Batterie ist höher geladen als der Bionx Akku. Zuerst wird die externe Batterie entladen. Bei Spannungsgleichstand werden beide Akkus zusammen entladen.
Übersicht mit Steck-Verbindungen. Die Stecker sind gut zu kennzeichnen damit diese nicht falsch angeschlossen werden!
Strommessung an meinem Velo: Den maximalen Strom bei Antrieb konnte ich messen bei: Voll Schub mit Gashebel 40 km/h Batteriespannung tief. maximal 22 A Den maximalen Strom bei Rekuperation konnte ich messen bei: 40 km/h Batteriespannung tief. Bremsen mit Bremshebel. maximal ca. -12 A
Wenn der Frühling kommt werde ich vermutlich einen LiFePo4 Akku erstehen und die Schaltung in Betrieb nehmen.

2011-02-11 Heute habe ich eine Pingbattery bestellt: www.pingbattery.com Die Kommunikation per EMail: perfekt. Ich bezahle mit paypal.
Am 28. Februar wird die Batterie geliefert. 17 Tage; perfekt. Einfuhrzoll: 59 CHF.
In der Kartonschachtel finde ich ein silberiges Gebilde.

Alles ist mit Styroporgebrösel übersäht.
Gewicht nur Akku so wie Bild gemäss meiner Personenwaage: 5.70 kg.


Der Stecker ist extrem kleberig. War er mit Klebeband umklebt? Mit Alkohol lässt er sich einigermassen reinigen.

Die Kabel zur Last. Der Querschnitt ist zu gross, die Kabel recht steiff.
Das Ladegerät.


Der Sicherungshalter ist komplett zerbrochen. Zum Glück hatte ich in etwa Baugleiche an Lager.
Das Netztkabel wandert direkt in den Eimer da falscher Stecker für die Schweiz.

Erste Ladung: gemessen am Ladekabel. Start bei 39.8 V und 2.71 A. Bald steigt die Spannung auf 40.1 V, dann geht die Spannung nur noch langsam aufwärts. Der Ventillator ist nicht übermässig laut, das Ladegerät wird kaum warm.

Bei 24 V beginnt die erste LED zu leuchten.
Bei 45 V leuchten fast alle LED.



Verpacken der Batterie. Das Gehäuse der Ping-Batterie erscheint mir nicht besonders robust. Ich baue sie deshalb noch in eine Plastikbox.

Weich auskleiden.

Fertig verpackt.





Erste Probefahrt: Multimeter gelb: Spannung von externer Batterie + zu Motor +. Multimeter blau: Spannung von Binox Batterie + zu Motor +. Die externe Batterie hat eine höhere Spannung.


Mit Gummiseil gesichert und los gehts auf eine Probefahrt.
Nach 5 Minuten Fahrt sind die Spannungen angeglichen. Spannung gelb: 1 V. Spannung blau: 0.8 V. Bei Rekuperation: Spannung blau -0.45 V. Der Strom fliesst also in die Bionx-Batterie. Eine Erwärmung vom Kühlblech habe ich nie gespürt (es war auch kalt, vielleicht deshalb). Funktioniert wie erwartet. Ich bin absolut zufrieden.
2011-03-08 Heute bin ich 43 km weit gefahren. Meist 40 km/h und mit sehr wenig Trampen. Die Bionx Batterie habe ich um ca. 3.98 Ah und der Ping-Battery um ca. 11.2 Ah entladen. Also noch lange nicht leer. Das Kühlblech wurde nicht spürbar warm. Die Spannung blieb lange hoch wegen der Entladecharakteristik der Ping-Batterie. Das zusätzliche Gewicht der Pingbatterie (und ich hatte auch noch Pakete hinten drauf) merkte ich schon, besonders wenns steil rauf ging. Bei Unebenheiten "klappert" es im Gepäck-Korb. Ich bin sehr zufrieden.

Lutz hat nachgefragt, ob die Schaltung auch mit mehreren Akkus funktioniert... Auf nebenstehendem Schema ist ein weiterer Akku eingezeichnet. Pro zusätzlichem Akku braucht es einfach eine zusätzliche Diode.

Falls jemand die Schaltung nachbauen möchte: Die Spannungen und Ströme dieser Akkus sind nicht ungefährlich. Wer nicht über das nötige Fachwissen verfügt, soll daher lieber die Hände davon lassen. Ich übernehme keinerlei Haftung.
Ideen, Vorschläge, Kritik sind jederzeit willkommen! bionx.peter (ät) ergoinfo.ch

2012-03-08 Ich habe in der Zwischenzeit von mehreren Personen erfahren, dass sie die Schaltung erfolgreich nachgebaut haben. Die nebenstehenden Fotos sind von Bernd aus Hamburg, vielen Dank!
"... ich wollte nur berichten, dass ich Deine Schaltung nachgebaut habe und sie einwandfrei funktioniert. Ich habe statt eines Kühlblechs ein Gehäuse aus Kühlrippen verwendet. Am Gehäuse befinden sich 2 BAS Stecker, die ich miteinander verbinde , wenn die Zusatzbatterie abgeschaltet werden soll. Als Gehäuse für die Batterie verwende ich eine VAUDE Silkroad II Gepäckträgertasche.Diese wird mit Klettverbindungen am Gepäckträger befestigt."
2013-04-15 Nachtrag: Diesen Frühling hatte ich den zweiten Motorenschaden (bei beiden Motorenschäden bin ich ohne Zusatzakku gefahren). Nicht mehr in der Garantiezeit. Ich habe von verschiedene Leuten über Probleme mit Bionx gehört. Ich würde Bionx nicht wieder kaufen. Obs was besseres gibt ... keine Ahnung.

Juli 2014 Die erste Zelle vom Akku ist schlecht, wird nur noch auf 2.3 V anstelle von 3.7 V geladen. Der gesamte Akku ist damit unbrauchbar. Der Akku hat also gute 3 Jahre gehalten. In dieser Zeit war er perfekt. Ich bestelle die nächste Batterie bei Ping...