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joergonaut
Baukastenschrauber
Anmeldedatum: 29.08.2008
Beiträge: 21
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 Verfasst am: 18.11.2009, 15:48 • Titel: Vorstellung Heizkoffer (und was es bringt) |
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Hallo,
ich möchte Euch hier meinen gerade fertig gestellten (Lipo)Heizkoffer vorstellen.
 
Ich möchte ihn benutzen um die LiFePo Akkus für meinen ST-1 Outrunner Umbau auf Temperatur zu bringen und zu halten, damit sie auch an kühlen Herbst- und Wintertagen ihre volle Leistung abgeben können. Außerdem lassen sie sich so sehr einfach und sicher transportieren und aufbewahren.
Aufbau
Den Alu-Koffer gab es im Sonderangebot bei Conrad zusammen mit einem digitalen Thermometer. Die Außenmaße betragen 32x23x15 cm. Er besteht aus ca. 3mm starken Holz/Pappe-Zeugs das mit Alufolie beklebt ist. Alle Kanten sind mittels Aluprofilen verstärkt. Im Inneren ist der Koffer mit 2mm Moosgummi ausstaffiert. Der Koffer scheint hinreichend robust für seinen Einsatzzweck.
Die hinderlichen Scharniere im Inneren habe ich entfernt. Dann habe ich den an der Stirnseite montierten Griff entfernt und am Deckel befestigt. Zur Dämmung habe ich eine 10mm starke alubeschichtete Dämmplatte benutzt, die es in vielen Baumärkten in der Tapetenabteilung gibt. Sie lässt sich leicht und genau mit einem Cuttermesser schneiden. Die Dämmung habe ich mit Hilfe von Sprühkleber eingeklebt. Er lässt sich einfach und großflächig anwenden und besitzt eine ausgezeichnete Klebkraft. Die stoßempfindlichen Kanten habe ich mit Powertape abgeklebt. Zur Abdichtung des Deckels beim Zuklappen des Koffers habe ich Fensterdichtband benutzt.
Um möglichst viel Platz für die Akkus zu haben, habe ich alle Einbauelemente (Heizung/Lüftung, Elektronik, Stromversorgung) im Deckel platziert. So lässt sich das Platzangebot des Koffers optimal ausnutzen. Der einzige Nachteil besteht darin, das der geöffnete Koffer bei mitgeführtem Versorgungsakku Akku leicht zum Kippen neigt.
Das Erwärmen der Luft übernimmt ein Keramik-Heizelement. Es besitzt 3 einzelne Keramikplatten mit jeweils 50W Heizleistung die einzeln entnommen werden können. Ich betreibe das Heizelement mit 2 Platten, also 100W. Zur Lüftung habe ich einen normalen 80cm Lüfter an einer Seite aufgeschnitten und mit Hilfe von Alublech und Montageband in einen Radiallüfter umgebaut. Er saugt die Luft aus dem Koffer an und bläst sie durch das Heizelement. Über ein kleines Blech wird die warme Luft direkt in den Koffer gelenkt. Dadurch entsteht ein ständiger Luftstrom und eine gleichmäßige Wärmeverteilung.
Um den Koffer auch unabhängig von einer externen Spannungsquelle betreiben zu können, habe ich eine Halterung für einen 3S2P Konion Akku eingebaut.
Das Thermometer, welches es zum Koffer dazu gab, habe ich von seiner Rückseite befreit und in den Kofferdeckel eingeklebt. Die Batteriehalterung habe ich aus Platzgründen heraus getrennt und eine neue eingeklebt. Zur Temperatursteuerung nutze ich einen Bausatz von Conrad. Die Potis mit denen man Temperatur und Hysterese einstellen kann habe ich mittels Litze verkabelt und in die Stirnseite des Koffers geklebt. So kann man jederzeit mit Hilfe eines kleinen Schraubendrehers die Parameter der Temperatursteuerung ändern.
Die Dokumentation des Bausatzes geht von einer Strombelastung des Schaltkontaktes von 8A aus. Das ist bei 100W an 12V schon sehr grenzwertig. Der Aufdruck des Relais und dessen Datenblatt bescheinigen ihm aber eine Schaltleistung von 16A. Ich vermute mal, das die Leiterbahnen der Platine einfach nicht mehr als 8A hergeben. Deshalb habe die Pins das Relais unterhalb der Platine mit Hilfe von ordentlichem Kabel direkt mit den Pins der Anschlussklemmen verbunden. Mit dieser Modifikation sollte es auch kein Problem sein, die möglichen 150W des Heizelementes zu schalten.
Um zwischen interner und externer Spannungsversorgung umzuschalten habe ich einen 16A Kippschalter verbaut (I,aus,II). Somit sind beide Spannungsquellen jederzeit voneinander getrennt und es gibt keine Probleme bei gleichzeitigem Anschluss. Welche Spannungsquelle gerade genutzt wird, zeigt die entsprechende Betriebs-LED an. Wird der Koffer mit dem internen Akku betrieben leuchtet eine blau LED links oben am Display. Wird der externe Anschluss benutzt leuchtet eine blaue LED direkt über den Anschlussbuchsen. Der Heizvorgang wird über eine rote LED signalisiert.
Zur Sicherheit ist der ganze Spaß mit einer 15A KFZ Flachsicherung abgesichert.
An den internen Akkuanschluss habe ich zwei Lipo Saver geklemmt. Dabei handelt es sich um eine sehr günstige Variante für 3S mit fester Spannung (9V) von Conrad, die ich noch rumliegen hatte. Da der eingebaute Spannungserkenner in der Schaltung über ein Widerstandsverhältnis arbeitet, habe ich jeweils durch Ersetzen eines Widerstandes gegen ein Poti zwei einstellbare Lipo Saver bekommen. Ab einer Spannung von <=10.1V leuchtet eine gelbe Warn-LED direkt neben der blauen LED auf. Aufgrund der eingebauten Hysterese des Spannungserkenners leuchtet die LED zunächst nur beim Heizen, später dauernd. Fällt die Spannung unter 9.6V schlägt der an dem LED Anschluss des zweiten Lipo Savers angeschlossene Intervall Piepser Alarm und es wird Zeit den Koffer abzuschalten. Da der Lipo Saver die Impulsbelastung des Piepsers nicht verkraftet und dieser dann nur quäkt, habe ich einen Kondensator parallel dazu gelötet. Dieser gleicht die Schwankungen aus und ermöglicht ein lautes und nervtötendes Alarmsignal.
Das Innenmaß des fertigen Koffers beträgt 24.5x19.5x7,5 cm (ohne Deckel). Für meine Akkus eine optimale Größe. Damit die Akkus gleichmäßig von warmer Luft umströmt werden können und gleichzeitig nicht durcheinander fliegen habe ich zwei Akkuhalter gebaut.
 
Betrieb
Im Leerlaufbetrieb (Heizung aus, Lüfter läuft immer) hat der Koffer eine Stromaufnahme von etwa 200mA. Im Heizbetrieb liegt die Stromaufnahme je nach Eingangspannung zwischen 8.7A (Autosteckdose) und 6A (3S Akku fast leer).
Die Temperaturregelung habe ich so eingestellt, das das Heizelement bei einer Temperatur von unter 37°C einschaltet und dann bis auf 40°C heizt.
Messungen zum Stromverbrauch und Dämmung (Außenmessungen bei 10°C)
- Das Aufheizen des leeren Koffers von Zimmertemperatur (20°C) auf 40°C dauert genau 2 Minuten.
- Der abgeschaltete und auf 40°C vorgeheizte leere Koffer hat nach 10 Minuten im Freien noch 30°C.
- Der 15 Minuten vorgeheizte (am Netzteil) voll bestückte Koffer hat nach 60 Minuten im Freien 2100 mAh aus dem interen Lipo verbraucht. Dabei wurde das Entnehmen der einzelnen Akkus durch wiederholtes Öffnen des Koffers simuliert.
- Der leere Koffer verbraucht an der 12V Autobatterie in knapp 69 Minuten im Freien 1776mAh. Die ca. 20 Sekunden langen Heizphasen wiederholen sich dabei etwa alle 100 Sekunden und haben einen Strombedarf von ca. 8.3A. Der durchschnittliche Energiebedarf liegt bei 18.4W. (Messung erfolgte mit eLogger Datenlogger, siehe nächte Abbildungen)
 
Das folgende Diagramm zeigt den Spannungsverlauf des Lipo Akkus bei ununterbrochenem Betrieb des Heizelementes.
Was bringt es?
Diese Frage haben sich sicher schon viele gestellt. Ich auch. Dazu habe ich gestern zwei Testfahrten gemacht. Der erste Satz war ein bei Raumtemperatur gelagerter 8S1P A123, den ich auf der Fahrt zur Teststrecke in den Kofferraum gelegt habe (ca. 15min). Den zweiten Satz habe ich im Koffer ca. 45min bei 40°C vorgeheizt.
Die Außentemperatur betrug etwa 11°C. Der erste Pack hat sich im Vergleich zum Sommer schon deutlich träger angefühlt. Der direkte Unterschied zum zweiten Pack wurde schon beim ersten Anfahren bemerkbar, recht deutlich sogar. Viel spritziger, mehr Power, schneller! Doch das ist alles subjektiv. Ich habe hier mal die Watt Logs der beiden Packs. Da sieht man doch recht deutlich, was so ein Koffer bringt.
 
(links kalt, rechts warm)
Der kalte Pack liefert nur knappe 1100W. Nach einer kurzen Pause bei Minute 5 und der leichten Erwärmung des Packs liefert er schon mehr Leistung, knapp 1500W. Der warme Pack liefert ab der ersten Sekunde die volle Leistung und bringt den Antrieb an seine Leistungsgrenze von knapp 1700W. Dabei kühlt der Pack auch nicht ab, sondern hält seine Temperatur aufgrund der hohen geforderten Leistung.
Also, wer denkt, das Vorwärmen bringt nichts, da die Zellen eh schnell wieder abkühlen, der irrt. Zum Einen dauert es ja auch eine ganze Weile die Zellen durchzuwärmen. Da werden sie auch nicht gleich nach 3 Minuten wieder kalt sein. Zum Anderen fordert ein leistungsstarker Antrieb die Zellen ganz ordentlich und bringt sie auf Temperatur. Der kalte Pack war nach der Fahrt auch merklich wärmer als zu Beginn. Also mit Auskühlen ist da nicht.
Inhaltsstoffe
Im folgenden habe ich noch einmal alle verwendeten Komponenten aufgelistet. Wo ich sie zur Hand hatte habe ich die Conrad Bestellnummer mit angegeben ebenso wie den Preis (gerundet), manchmal geschätzt (ca.). Einige Sachen hatte ich rumliegen und musste sie nicht kaufen (Bestand).
- Koffer incl. Thermometer (Aktionsangebot) (821027) 17€
- TEMPERATUR-SCHALTER - BAUSATZ (194883) 13€
- Keramik-Heizelement (532894) 9€
- 2 Lipo Saver (230327) je 4€ (Bestand)
- Intervallsummer 11V 20mA (ähnlich 710112) 2€
- Schalter 16A ca. 2€
- Dämmmatte 10€
- 4 superhelle LEDs mit Vorwiderstand ca. 2€ (Bestand)
- 2 Klettbänder 2€
- 80er Lüfter ca. 2-5€ (Bestand)
- KFZ Flachsicherung 0,20€ (Bestand)
- KFZ Stecker 4€
- 4mm Einbaubuchsen 1€
In der Summe habe ich also ca. 60€ ausgegeben.
Dazu kommen noch so Sachen wie Kabel, 4mm Stecker, Powertape, Heizkleber, Sprühkleber, Alublech und Lötzeugs. Als Hobbybastler hat man so was aber eigentlich eh immer in irgendeinem Karton, Koffer, Schublade, ... .
Für den kabellosen Betrieb kommt ein 3S2P Konion Akkupack mit 5000 mAh zum Einsatz. Den hatte ich noch rumliegen und kommt mit seinen robusten Eigenschaften dem Einsatzgebiet entgegen.
So, das ist mein Heizkoffer.
Gruß Jörg
Zuletzt bearbeitet von joergonaut am 21.11.2009, 18:37, insgesamt einmal bearbeitet |
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Nightstalker
Offroad-Guru
Anmeldedatum: 16.07.2009
Beiträge: 509
Wohnort: Wien
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| Verfasst am: 18.11.2009, 16:12 • Titel: |
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Nettes Projekt aber ist das nicht sehr warm fürn Akku? Die meisten Akkus sollten ja max 45-60° haben, ja nach Type und du hältst die Temp auf über 37°?
Aber ich hab mich da jetzt nicht länger damit befasst also vermute ich du hast dir da mehr gedanken dazu gemacht 
Ansonsten find ich das gut und schön gemacht, ob mans brauch muss jeder selbst wissen, im Wettbewerbseinsatz ist es sicher kein Nachteil wobei die Akkus ja an der kalten Außenluft schnell abkühlen werden.
lg |
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Zelter Frost
Globaler Moderator
Anmeldedatum: 09.06.2008
Beiträge: 4064
Wohnort: Wiener Neustadt
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| Verfasst am: 18.11.2009, 16:24 • Titel: |
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| Nightstalker hat Folgendes geschrieben: |
| Nettes Projekt aber ist das nicht sehr warm fürn Akku? Die meisten Akkus sollten ja max 45-60° haben, ja nach Type und du hältst die Temp auf über 37°? |
37-40° (vorwärmtemperatur) ist meines Wissens nach unter 60°  LiFe haben bei der Temperatur eine ordentliche Spannungslage.
| Nightstalker hat Folgendes geschrieben: |
wobei die Akkus ja an der kalten Außenluft schnell abkühlen werden.
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die werden dementsprechend gefordert (1:8 Brushless), im Betrieb werden die demnach nicht so schnell abkühlen.
btw - saubere Arbeit joergonaut
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Ryan Dunn
1977-06-11
† 2011-06-20
R.I.P. Bro |
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LaLoca
Offroad-Guru
Anmeldedatum: 18.07.2008
Beiträge: 672
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| Verfasst am: 18.11.2009, 17:14 • Titel: |
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@ joergonaut: Ein praktischer Koffer!
Der Umbau - Radiallüfter mit den Keramik - Heizelementen war eine gute Idee!
mfg LaLoca |
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MoFlow
CULT-Urgestein
Anmeldedatum: 09.02.2009
Beiträge: 2059
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| Verfasst am: 18.11.2009, 18:43 • Titel: |
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Wow geiler Koffer 
Ist auch (den Fotos nach) sehr sauber gearbeitet, respekt! Auch wenn ich den Aufwand nur um Akkus vorzuheizen schon ziemlich krass finde |
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SpeedBoy
Pisten-Papst
Anmeldedatum: 09.07.2008
Beiträge: 298
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| Verfasst am: 18.11.2009, 19:01 • Titel: |
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Einen schönen Koffer hast du dir da gemacht.
Das mit dem integriertem Akku finde ich sehr gut, da man dann auch aufm Weg zur Strecke noch die Akkus heizen kann.
Deine Akkus werden es auf jeden Fall genießen und geben dann auch bei kalten Temp. die gewohnt Leistung ab.
Gruß Christian |
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Nightstalker
Offroad-Guru
Anmeldedatum: 16.07.2009
Beiträge: 509
Wohnort: Wien
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| Verfasst am: 19.11.2009, 10:17 • Titel: |
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| Zelter Frost hat Folgendes geschrieben: |
| Nightstalker hat Folgendes geschrieben: |
| Nettes Projekt aber ist das nicht sehr warm fürn Akku? Die meisten Akkus sollten ja max 45-60° haben, ja nach Type und du hältst die Temp auf über 37°? |
37-40° (vorwärmtemperatur) ist meines Wissens nach unter 60° LiFe haben bei der Temperatur eine ordentliche Spannungslage.
| Nightstalker hat Folgendes geschrieben: |
wobei die Akkus ja an der kalten Außenluft schnell abkühlen werden.
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die werden dementsprechend gefordert (1:8 Brushless), im Betrieb werden die demnach nicht so schnell abkühlen.
btw - saubere Arbeit joergonaut |
War ja nur ne Frage Er wird schon wissen was er tut, es kam mir nur hoch vor, so warm haben es die Akkus ja eigentlich nie, nichtmal im Sommer wenns draußen warm ist... außerdem sagt man ja immer dass "extreme" Bedinungen über längere Zeit nicht gut sind auch wenns in der Toleranz ist. Gilt ja auch beim Laden der Akkus. Egal.
Das mit dem Auskühlen, naja, wenn er sie ordentlich her nimmt dann nicht da hast schon recht doch das wusste ich ja nicht. |
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joergonaut
Baukastenschrauber
Anmeldedatum: 29.08.2008
Beiträge: 21
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| Verfasst am: 21.11.2009, 18:45 • Titel: |
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Hallo,
ich würde sagen, die 40°C sind für alle Lipos ein guter Wert. So gut wie alle Heizkoffer von denen ich bislang gelesen habe haben eine Abschalttemperatur von 40-45°C.
Und von extremen Bedingungen kann man da schon gar nicht reden. A123 Zellen haben eine empfohlene maximale Zellentemperatur von 70°C und eine maximal zulässige Zellentemperatur 85°C.
Ob man es wirklich braucht? Muss jeder selbst entscheiden! Was es bringt habe ich gerade in meinem Posting ergänzt. Ich weiß nur das ich gerne bastle, viel Spaß beim Bau des Koffers hatte, etwas Stolz auf das Ergebnis bin und die 60€ auch noch übrig hatte.
Gruß Jörg
Zuletzt bearbeitet von joergonaut am 22.11.2009, 00:23, insgesamt einmal bearbeitet |
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D.B.
Kiesgruben-King
Anmeldedatum: 16.08.2009
Beiträge: 59
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| Verfasst am: 21.11.2009, 20:49 • Titel: |
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echt cool der Koffer.
weiter so 
mfg |
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florianz
CULT-Urgestein
Anmeldedatum: 07.11.2007
Beiträge: 2151
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| Verfasst am: 14.12.2009, 14:28 • Titel: |
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Schöner bericht! Toller Koffer, erinnert an James Bond...
Der Sinn steht ausser Zweifel. Kalte Lipos/liFEPos bringen nis, ggf. verursachen sie Schäden.
Ich hab ne Sparversion: ich nehme eine kleine Thermotasche (für Getränke, Jausn etc), dazu Kühlakkus, die im heissen Wasser angewärmt wurden, u. zwei dieser Heiz-Pads (wo man so knickt u. dann werden sie heiss). Die Wärmelieferanten werden ggf. noch mit einem Tuch umwickelt, Lipos dazu, Reissverschluss zu.
Bis ich dann auf der Strecke bin, sind die Akkus schön warm, geschätzt zw. 30-40 grad. |
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