USV: Simple integrierte Variante einer Akku-Pufferung

[mag81]

Salü allerseits

Ich hatte vor einer Weile mit einem Kollegen die Theorie durchdiskutiert, doch er war nicht ganz überzeugt - mein Dickkopf liess mich das Experiment dennoch wagen
Wunsch: Simpler Akkupuffer für Stromausfälle/rausgeflogene Sicherung beim saugen/kochen oder Stecker umstecken, oder oder oder..
Vorraussetzung: DS215j - soll später auf die DS413 und den Router ausgeweitet werden / jede Menge 18650 Lithium Ionen Zellen aus alten Laptop Akkus mit 1.5-2.5 Ah Kapazität.

Theorie: 3x Li-Ion gibt den Perfekten Betriebsspannungsbereich. Bei 12V Betriebsspanung sind typische LiIo-Zellen bei ca. 80% Ladezustand - eigentlich perfekt zum langen "rumliegen"! Und man braucht keine echte Ladeschaltung, da man nie über die 3x4.1V hinaus kommt. Balancing siehe unten.
Problem1: Akku und Netzteil parallel - "mach das nicht!" heisst es immer - aber was passiert wirklich? 11 mA zieht das DS215j Netzteil, vermutlich für die LED. Ein Netgear Netzteil zog unter 1 mA, also vermutlich nix (hatte keine Lust umzustecken für kleineren Messbereich).
Problem2: Balancing der Zellen. Akkus in Reihe geschaltet laden sich irgendwann ungleichmässig durch unterschiedliche Innenwiderstände, gibt dann irgendwann eine überladene Zelle und eine kaum geladene.. Erst dachte ich an 4.1V Z-Dioden, gibts aber nicht - 8.2V doppelt gebrückt sollte theoretisch gehen (+B1=B2=B3- -> ZD1 zwischen + und Verbindung B2/B3; ZD2 zwischen Verbindung B1/B2 und -).. ist aber nicht hübsch. Es gibt bei ebay aus China (Suchbegriff: "pcb BMS Protection Board lithium") für 2€ frei Haus eine rundum sorglos Schaltung für die Zellen...

Also braucht es:
3x 18650er Zelle aus altem Laptop Akku
1x 3fach halter (ebay weltweit "18650 3x holder" 1,30€ - optional "single connect" ~3€, dann muss man nicht noch 2 litzen vorsichtig anlöten)
1x Balancer Schaltung (ebay weltweit "pcb BMS Protection Board lithium" 2-3€)
Das ganze kann man dann entweder mit Hohlbuchse und Hohlstecker in die Stromversorgung einschleifen oder innen direkt anlöten. Ich habe mir sowieso bei meinen NAS erlaubt innen ein 12V Hohlstecker-Kabel anzulöten, um nicht noch ein weiteres Netzteil unbenutzt für die Backupplatte, die nur alle paar Wochen dran kommt, in der Steckdosenleiste stecken zu haben.

Ergebnis:
3x 2.0Ah Samsung Zellen (ICR18650-26D) mit nominell 2.6Ah Neukapazität haben für 20 min stabilen Betrieb mit etwa 20-30% Leselast gereicht.
Beim abziehen des Netzteiles fiel die Betteriespannung auf 11.3-11.4V, war nach 10 min bei 10.8-10.9 und nach 20 min bei 10.6-10.8V.
Da die Elektronik sowieso bei 5V/3.3V und teils kleineren Spannungen arbeitet, spielt das keine grosse Rolle und meine WD40 Red ist mit 5V/12V +-10% spezifiziert. Also alles im grünen Bereich

Anbei ein paar Bilder vom Festeinbau mit Schalter für den Transport.
Schöne Grüsse
Martin

 

[frankyst72]

hätt ich mal was gscheites glernt... Elektrotechniker, oder so... dann könnte ich soetwas auch.... Aber vom Strom in Elektrogeräten lasse ich die FInger... max klemme ich eine Deckenlampe an.

+1

 

[noiasca]

Sachen gibts bei den Chinesen, bin immer wieder erstaunt . Netter Mod auf alle Fälle, da gibs sicher ein paar Ideen für andere 12V Verbraucher!

 

[Iarn]

Coole Idee!

 

[mb01]

Interessantes Konzept und nette Idee ...

Optimieren könnte man es, wenn man Akkus mit Lötfahnen nimmt und diese direkt miteinander verbindet. Die Federn dieser günstigen Akkuhalter haben meisten einen ziemlich hohen Widerstand, was bei Anwendungen mit hohem Strom einiges an Spannung kostet.

Wo ich "konzeptionell" etwas Kopfschmerzen habe, ist der Fall, wenn bei leergezogenen Akkus wieder das Netzteil anspringt. Lithium-Ionen-Akkus (anders als die Lithium-Polymer-Akkus im Modellbaubereich) sind nur begrenzt für hohe Ströme geeignet. Insbesondere beim Laden sollte man "1C" (hier 2600 mA) nicht überschreiten (worst case: thermal runaway ) Gut, das Netzteil liefert meist max. 5 Ampere und durch den Eigenverbrauch der DS und den Widerständen sollte das vermutlich noch für die Akkus vertretbar sein, auch wenn die Lebendauer leidet.

Aber ich würd sagen, dass das verwendete PCB nur eine Protection ist und kein Balancing übernimmt. Das PCB detektiert also nur, wenn beim Laden oder Entladen eine einzelne Zelle aus dem Spannungsbereich (~3,0V-4,3V) läuft und schaltet wenn dann die Verbindung der in Reihe geschalteten Zellen zum Verbraucher ab. Ein Balancing beim Laden übernimmt das, was man unter "pcb BMS Protection Board lithium" googlen kann, IMHO aber nicht. Meist macht das ja dann eine Lade-Elektronik, sei es auf dem Notebook-Motherboard oder z.B. in einem Modelbau-Ladegerät. Vereinfacht gesagt ist dies PCB hier nur dafür da, dass einem das Pack nicht um die Ohren fliegt.

Einen manuellen Check der Zellen sollte man gelegentlich also mal machen. Ich würd mir gleich alle vier Anschlüsse nach draußen führen, um das komfortabel von außen zu machen.

 

[Christian72D]

Wenn jetzt die Spannung weg ist: wer fährt dann die Synology runter? Ich von Hand weil ich zuhause bin? Und wenn jetzt die Sicherung fliegt OHNE daß ich es merke? Kann ja auch mal vorkommen.
Dann evtl. noch über eine Diode, ein kleines Relais und einen Summer einbauen der dieses auch signalisiert.

 

[PsychoMantis]

Warum extra ein BMS aus China kaufen? In jedem Laptop-Akku ist doch so ein BMS schon verbaut und die halten recht lange - also kann man die auch hier nehmen.
Bezüglich der Problematik der Aufladung von leergelaufenen Akkus müsste man sich irgendeine Strombegrenzung ausdenken. Das billigste wäre irgendein Widerstand, aber dann würde die Wiederaufladung Tage oder Wochen dauern.
Die Synology sauber runterfahren...das ist schon etwas komplizierter, aber da gäbe es auch paar Ideen.

 

[mag81]

Hi zusammen
- ob die Sicherung fliegt und das NAS gleich tot ist oder das Akku Backup nicht lange genug reicht und nach 30 min tot ist, spielt wohl keine Rolle Im Zweifelsfall schreibt eh nichts mehr aufs NAS mangels Strom im Haus.
- ja das BMS board ist zum Schutz allgemein, damit bei zu hohem Innenwiderstand einer Zelle, die anderen nicht zu viel Spannung bekommen.
- da die Zellen auch einen gewissen Eigenwiderstand haben und die DS etwas zieht, kann der Ladestrom garnicht kritisch hoch werden - schlussendlich ist das ja keine tägliche Stromausfallhilfe, sondern je nach dem alle 1-3 Jahre nötig, oder komfortabler, wenn man die Steckdosenleiste wechselt.
- Puh, mir war das zu mühsam die BMS aus der Gesamtelektronik des Akkus zu extrahieren bzw herauszufinden wie der jeweilige Akku belegt war. Zweitens sind die Zellen aus defekten Laptop-Akkus, d.h. mindestens eine Zelle war im Eimer, meist 2 oder 3 von 6-9.

Mittlerweile habe ich das ganze für mein 4 Bay NAS mit "alten" USV Bleizellen realisiert. Die sind auch recht gutmütig, was passivbetrieb angeht und da hängen mittlerweile Fritzbox, Kabelmodem, NAS und Kellerswitch dran
Schöne Grüsse

 

[Christian72D]

Hi zusammen
- ob die Sicherung fliegt und das NAS gleich tot ist oder das Akku Backup nicht lange genug reicht und nach 30 min tot ist, spielt wohl keine Rolle Im Zweifelsfall schreibt eh nichts mehr aufs NAS mangels Strom im Haus.

Naja, also meine FB, mein Switch und mein NAS hängen an der selben USV, also wieso sollte da nichts drauf geschrieben werden, wenn keine Spannung anliegt? Versteh ich nicht!

 

[Archi_74]

Du beantwortest dir die Frage selber. Wenn im Hais alles tot ist, schreibt nichts mehr auf deine Syno. Die FB schreibt nichts selbständig und der Switch tut von sich aus auch nichts.

 

[Christian72D]

Lebst du irgendwo tief in einer Höhle? Ich habe alleine sechs Steckdosen Kreise bei mir zuhause!

Man, das ist aber jetzt gerade echt an Peinlichkeit nicht zu überbieten!!!

 

[Synchrotron]

Keine Ahnung was in einem jahrelang toten Thread hier so die Emotionen befeuert.

Bleibt bitte sachlich & friedlich !

 

[Wolfi71]

Mir schwebt da so vor, die alte Start-Stop-Stützbatterie aus dem Auto, 12V/14Ah AGM als Puffer einzusetzen und die Ladung über ein billiges Solarmodul mit 30W zu machen. Das Netzteil dient dann nur noch als Backup