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RasenmÀherakku

Seit 2008 mĂ€hen wir unseren Rasen mit einem Wolf Hybrid RasenmĂ€her. Der MĂ€her kann alternativ zum Betrieb ĂŒber seinen wechselbaren LiIon-Akku auch wie ein normaler elektrischer RasenmĂ€her am Kabel betrieben werden, was den Einsatz auch bei grĂ¶ĂŸeren RasenflĂ€chen erlaubt.

Da wir der angegebenen FlĂ€chenleistung bei Akkubetrieb nicht wirklich Glauben geschenkt haben, wurde beim Kauf auch gleich ein zweiter Akku geordert, was sich im Folgenden als kluge Entscheidung entpuppt hat. Eine Akkuladung hat nur fĂŒr ca. zwei Drittel bis drei Viertel der RasenflĂ€che gereicht, so dass von Anfang an beide 1,1 Ah Akkus im wechselnden Einsatz waren.

Nach ziemlich genau 8 Jahren waren dann die beiden Original-Akkus nicht mehr in der Lage, die komplette RasenflĂ€che durchzustehen, so dass ich mir einen weiteren Akku zugelegt habe. Die Original-Akkus waren mir damals mit weit ĂŒber 200 € zu teuer, so dass ich auf einen Alternativanbieter ausgewichen bin. Der angebotene Akku hatte mit 1,5 Ah sogar eine höhere KapazitĂ€t, was ich auf eine fortgeschrittene Akku-Technologie zurĂŒckfĂŒhrte.

Dieser nachgekaufte Akku hat jetzt, nach nicht einmal 3 Jahren, den Betrieb komplett eingestellt.

Da ich im Rahmen meiner ModellbautÀtigkeit schon einige Erfahrung in Sachen LiIon-Akkus erworben habe, habe ich mir die Sache mal von innen angeschaut.

Das AkkugehĂ€use enthĂ€lt 30 Zellen des Typs „Power Tool Zelle LG ICR18650HB2 - 1500mAh“, die per achtpoligem Anschlussstecker im Betrieb in Konfiguration 30s1p und beim Laden in Konfiguration 10s3p geschaltet werden.

Da neben den Plus- und MinusanschlĂŒssen der drei getrennten Akkupacks sowie einem zweipoligen Temperatursensor keine weiteren AnschlĂŒsse am Akku vorhanden sind, werden also die jeweils 10 Zellen der drei Teil-Batterien ohne Balancer seriell geladen.

Meine BefĂŒrchtung, dass einzelne Zellen durch unterschiedliche KapazitĂ€ten und Spannungslagen bei dieser nicht empfehlenswerten Ladeart den Geist aufgegeben haben, hat sich bestĂ€tigt. Drei der dreißig Zellen haben ohne Last nur noch 60..80 mV, der Rest liegt breit gestreut in einem Bereich zwischen 3,27 V und 4,35 V.

Diese Werte lassen vermuten, dass selbst wenn ich die drei defekten Zellen austausche, in kĂŒrzester Zeit die nĂ€chste der verbleibenden Zellen ebenfalls die GrĂ€tsche machen wird, sollte das Laden des Akkus weiterhin mit dem Original-LadegerĂ€t erfolgen.

Um dem Problem grundsĂ€tzlich entgegenzuwirken, muss der Akku - nach Tausch der defekten Zellen - auf „balanced laden“ umgebaut werden.

Der Königsweg ist also ein Batteriemanagement-System (BMS) fĂŒr 30 Zellen, das nach  dem Laden die einzelnen Zellen abgleicht und somit auf die gleiche Spannung bringt. Ohne unsere chinesischen Freunde wĂ€re die Idee hier schon zu Ende, aber tatsĂ€chlich finden sich in einem bekannten online Kaufhaus mit „e“ Angebote ĂŒber BMS fĂŒr 32 LiIon-Zellen mit unterschiedlichen Lade-/Entladeströmen.

Zielgruppe dĂŒrften hier die e-Bike-Fahrer sein, denn das im Angebot enthaltene Display kann die „Restreichweite“ sowie die aktuelle Geschwindigkeit anzeigen und hat einen Anschluss fĂŒr einen „Pedal sensor“. FĂŒr den gedachten Einsatzfall ist die Version mit dem geringsten Lade-/Entladestrom mehr als ausreichend, da der RasenmĂ€herakku mit moderaten 2 A geladen werden wird.

Die nĂ€chste Herausforderung ist, eine Spannungsversorgung fĂŒr die 30 in Reihe geschalteten Zellen zu finden. Auch hier bietet der eine oder andere chinesische HĂ€ndler einen passenden StepUp- Wandler an, dessen Ausgangsspannung sich auf die notwendigen 126 V (30 x Ladeschlussspannung 4,2 V) einstellen lĂ€sst. Passenderweise bietet der StepUp-Wandler auch noch eine einstellbare Strombegrenzung an, die fĂŒr die notwendige CCCV-Ladung  von Nöten ist (CCCV, “constant current, constant voltage”. Hierbei wird anfangs mit einem konstanten Strom geladen, bis die eingestellte End-Zellenspannung erreicht ist, dann geht das LadegerĂ€t auf konstante Spannung ĂŒber, der Ladestrom geht auf Null zurĂŒck. Der Übergang ist fließend).

Alternativ könnte man dem Akku drei getrennte BMS fĂŒr jeweils 10 Zellen spendieren, die drei Akkublocks sind im Akku ohnehin voneinander getrennt verdrahtet. Der Anschluss ans LadegerĂ€t wĂ€re ziemlich identisch, die Stromquelle mĂŒsste aber nur 42 V liefern, weil die drei Zellenpacks, wie beim OriginalladegerĂ€t, parallel geladen wĂŒrden.

Als dritte Alternative kommt ein einzelnes BMS fĂŒr 10 Zellen infrage, das ĂŒber den Stecker an die jeweils parallel geschalteten Einzelzellen angeschlossen wird. Auch hierbei mĂŒssten alle Zellen einzeln auf die Ladebuchse gefĂŒhrt werden und im Stecker mĂŒssten passende Verbindungen dafĂŒr sorgen, dass jeweils drei Zellen aus jedem Block parallel geschaltet werden.


Bleibt ab hier nur noch der Austausch der drei defekten Zellen und die Verdrahtung aller Zellen in den Akkus, so dass ĂŒber das externe BMS alle zur VerfĂŒgung stehenden RasenmĂ€herakkus geladen und ausgeglichen (balanced) werden können.

Die letzte Anforderung bedingt einen steckbaren Anschluss des BMS an die Akkus. Eine passende Verbindung steht in Form von 37-poligen SUBD Steckern zur VerfĂŒgung, das AkkugehĂ€use bietet am oberen Rand Platz fĂŒr die Buchse und der so erweiterte Akku passt auch noch in den Aufnahmeschacht am RasenmĂ€her. Der zugehörige Stecker wird fest am BMS angeschlossen. Stecker und Buchse sollten mit gedrehten Vollmaterial-Pins ausgestattet sein damit deren StromtragfĂ€higkeit ausreichend hoch ist.

FĂŒr die Buchse habe ich im Deckel des Akku mit der CNC-FrĂ€se einen passenden Ausschnitt erzeugt.

Nota bene:
Da der zuletzt gekaufte Akku schon sehr frĂŒh das Zeitliche gesegnet hat, war ich natĂŒrlich auf den Zustand der beiden inzwischen 11 Jahre alten Original-Akkus neugierig und habe auch hier die einzelnen Zellen durchgemessen.

Ich habe nicht schlecht gestaunt, als jede einzelne Zelle der Akkus im geladenen Zustand jeweils exakt die identische Spannung von 4,06 V aufwies, jeder 10s1p Zellenpack in den Akkus also jeweils 40,6 V. Die in den Original Wolf-Akkus verbauten Zellen haben also identische Parameter und sind somit gleich schnell und gleich stark gealtert.

Das lÀsst sich nur durch Selektion erreichen und erklÀrt wohl den recht hohen Preis dieser Akkus. Rechnet man die geringe Lebenszeit des nachgekauften Ersatz-Akkus gegen, wÀre ich mit einem dritten, teuren Original-Akku wohl besser bedient gewesen.

Nun, ich habe diesen nachgekauften Akku und das passende balancing LadegerÀt in Form des BMS. Bleibt also nur, die drei defekten Zellen auszutauschen...


Nachdem das erledigt ist - die defekten Zellen des Akkus sind gegen Neue getauscht und alle Zellen sind einzeln mit einer 37poligen SUBD-Buchse verbunden - werden die einzelnen Baugruppen des LadegerÀts in ein passendes GehÀuse eingebaut.

 


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