LiFePo4–Akku–Projekt

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heiko
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LiFePo4–Akku–Projekt

Beitrag von heiko » Fr 29. Jan 2021, 14:19

Hallo,

heute möchte ich hier mal mein neues Projekt vorstellen:
Ich baue mir einen LiFePo4 Akku aus günstigen China-Teilen! :-)

Angeregt aus einem Beitrag auf dem Hymer-Forum, wo ein User namens Alf seinen Selbstbau eines 200 Ah Akkus im Detail beschrieben hatte,
fasste ich den Mut mit seiner angebeteten Hilfe auch so ein Teil selber zu bauen.

Frei nach dem Motto, "Nicht kleckern, sondern klotzen", habe ich dann eine etwas größere Version mit 280 Ah gewählt.
Ziel ist es hierbei, auch im Winter ein langes Wochenende im Wohnmobil ohne zusätzlichen Strom von aussen zu überstehen.
Unser täglicher Strombedarf liegt im Winter (mit Heizung, viel TV, Licht und Ladestrom für Handy und Co bei ca. 60 Ah).
Also müssten schon 180 Ah zur Verfügung stehen.

Der Vorteil des LiFePo4 gegenüber eines "normalen" Blei-Akkus ist vielfach.
Hier mal eine kurze, nicht mit Anspruch auf Vollständigkeit, erhobene Liste:
- kleiner und leichter als ein Blei-Akku gleicher Kapazität
- nahezu 100 % der Kapazität kann entnommen werden - bei Blei max. 50 %
- sehr konstante Spannung bis kurz vor dem Ende

Aber da gibt es bestimmt einige bessere und vollständigere Listen im WWW.

Also bestellte ich mit auf Anraten vom schon oben genannte Alf die ersten Teile:

4 Zellen á 280 Ah für 411 €
1 BMS (Batterie-Management-System) für 50 €
4 Balancer für je 8 €
(Wie sich später rausstellte, hätte einer völlig gelangt, ich war dem Irrtum erlegen, dass ich pro Zelle einen bräuchte)

Ich will mich jetzt hier nicht viel mit der Theorie der Akkus aufhalten – viele wissen es bestimmt besser, aber auch bei denen gibt es manchmal sehr unterschiedliche Meinungen.

Nur kurz soviel: Die einzelnen Akkus dürfen bis 3,65V aufgeladen werden. Bei 4 also 14,6V.
Um die Akkus zu schonen werde ich im Normalfall nur bis 14,4V (4x3,6V) laden.

Spannungen über 3,65V sind schädlich für den Akku und werden durch den sogenannten Balancer "verbrannt".
Jede Zelle wird überwacht. Sollte eine Zelle weniger vom Ladestrom aufnehmen, steigt die Spannung an den anderen Zellen an.
Da greift der (die) Balancer ein und schützt die Zelle.
Ich habe auf Anraten zusätzlich zum im BMS verbauten Balance, der nur kleine Mengen Strom "verbrennen" kann, einen zusätzlichen mit mehr Leistung dazu parallel geschaltet. Der verbrutzelt mehr Energie und sichert so die Zellen besser ab.

heiko
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Re: LiFePo4–Akku–Projekt

Beitrag von heiko » Fr 29. Jan 2021, 14:27

Nun aber mal die ersten Bilder zum Projekt.

Bestellt wurden die Teile Ende November.
BMS und Balancer kamen relativ zügig über den Luftweg aus China noch vor Weihnachten an.
Für die Zellen war die Lieferung bis spätestens 21.01.2021 inkl. Zoll aus den USA genannt worden.
Allerdings stellte ich auf Nachfrage am 21.01. fest, dass sie einen ganz anderen Weg genommen hatte, und quer durch Asien reisen mussten.
Das klappte fast – am 26.01. klingelte Mister UPS mit einem gut 20 kg schweren Paket an der Haustür.

Ich wuchtete also sie ins Arbeitszimmer im Obergeschoss und öffnete voller Erwartung die gut verklebte Pappe.

Zum Vorschein kamen nochmal 2 Kartons, die gut gepolstert in dem großen gelagert waren.
In diesen kleineren Kartons waren dann je 2 Akkus, nochmals gut durch Pappe voneinander getrennt.

Erster Eindruck:
- sehen alle aus wie neu, sind allerdings saukalt und beschlugen sofort.
Also werde ich sie erstmal einen Tag stehen lassen.

Bild


Das "A +O" bei den Zellen ist, dass sie alle fast gleiche Spannung haben sollen.
Meine Zellen, die nun ja schon fast 10 Wochen eine Reise über die Seidenstraße bis nach Deutschland gemacht haben,
zeigten alle durchweg 3,28V – damit war ich schon mal sehr zufrieden.

Bild

heiko
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Re: LiFePo4–Akku–Bastelprojekt

Beitrag von heiko » Fr 29. Jan 2021, 15:46

Hier nun zwischenzeitlich mal etwas zur Ladetechnik im Wohnmobil.
Allgemein herrscht die Meinung, dass die alte Ladetechnik im Wohnmobil für LiFePo4 Akkus weiter benutzt werden kann.
Man sollte allerdings unbedingt darauf achten, wenn man kein LiFePo4-Ladeprogramm hat, Ladegerät und Solar-Regler auf "Gel" einzustellen.
Das ist nicht so ganz das Optimale und könnte evtl. die Lebenszeit des Akkus etwas verringern.
Viele sagen, dass es bei bis zu 4000 Ladezyklen keine Rolle spielt, wenn es dann am Ende 500 weniger sind...

Ich habe mich entschlossen meine über 15 Jahre alte Ladetechnik zu erneuern und so die Akkus immer richtig mit Strom zu bespaßen.
Das mein Ladegerät und Solarregler nun in etwas die gleiche Summe wie der Akku kosten, ist leider so.

Auch hier habe ich wieder lieber etwas größeres gekauft, als mich hinterher zu ärgern.
Ich habe nun von der Firma Victron jeweils die smarte Version des Laders mit 30A und den Laderegler für bis zu 100V und 50A Ladestrom gekauft.
Smart heißt in diesem Zusammenhang die Möglichkeit, über Smartphone und Bluetooth einige Einstellungen zu verändern, oder Ströme und Spannungen ablesen zu können.

Für die Initial-Ladung des Akkus habe ich mir dann noch für 16 Euro ein günstiges Labor-Netzgerät gekaut.
Dieses kann fein von 0-30V und 0-5A geregelt werden.

Bild
Von links nach rechts: Labornetzgerät - Victron 30A Ladegerät - Victron Solarregler 100/50

heiko
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Re: LiFePo4–Akku–Projekt

Beitrag von heiko » Fr 29. Jan 2021, 16:14

Nun wird aber mal am Objekt gearbeitet.

Zuerst probiere ich, ob die gekauften Kupferbrücken auch passen.
Das es etwas eng werden würde, hatte ich mir schon gedacht. Evtl. wollte ich die Löcher noch verlängern.
Aber bei M6 Schrauben - dicker sind die Gewindelöcher im Akku leider nicht - gehen die Brücken so gerade noch drüber.
Einen Millimeter werde ich die Löcher in den Brücken aber noch nach außen verlängern.
So den Akku in Reihe zusammengesteckt messe ich dann 13,17V - das ist ja grob 4 mal der gemessene Wert der einzelnen Zellen.

Bild

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Re: LiFePo4–Akku–Projekt

Beitrag von heiko » Fr 29. Jan 2021, 16:29

Um nun die Zellen wirklich auf das gleiche Level zu bringen, soll man sie parallel verbinden und mit 3,65V vollladen.
Ich habe das dann etwas anders gemacht.
Verbunden ja, aber nicht bis zum Ende, sondern "nur" 2 Tage so geladen.
Dann 12 Stunden ausgleichen lassen und auf Reihenschaltung umgebaut.


Bild
Parallel geschaltet und mit 5A geladen - würde bei 4 leeren Zellen x 280Ah / 5A = 224 Stunden dauern - also knapp 10 Tage.
Wäre der Akku halbvoll geliefert, wurde es immer noch 5 Tage dauern.

Bild
Also auf Reihenschaltung umgebaut, den BMS und zusätzlichen Balancer angeschlossen und 14,4V mit 5 A angelegt.
Alles recht fliegend, bitte nicht schimpfen!!! ;-)

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Re: LiFePo4–Akku–Projekt

Beitrag von heiko » Fr 29. Jan 2021, 16:39

So zusammengebaut laden die Akkus nun schon seit vorgestern Abend.

Im BMS habe ich einige vom Forum empfohlene Einstellungen vorgenommen und beobachte nun voller Spannung was sich so im Akku tut.
Anfangs waren die Differenzen zwischen den Zellen sehr gering - nur bis 5mV.
Heute Morgen dann bei 20mV um sich dann gegen Mittag wieder auf 9 mV abzusenken.

Laut BMS ist der Akku schon seit heute 10 Uhr voll, aber er lädt unaufhörlich mit 13,51V und 5A.
Die Kapazitätsanzeige im BMS ruht bei 278,61Ah - auch seit Stunden.
Ich denke, es ist dem BMS geschuldet, der ja den Akku und den genauen Ladezustand nicht kennt und sich erst mal richtig kalibrieren muss.

Warum das Driften nun wieder zurückgegangen ist, vermag ich nicht zu sagen.
Bei 3400 mV / Zelle bin ich noch nicht angelangt, und da sollte das Balancieren eigentlich erst beginnen.
Im Moment stehen die Zelle bei etwa 3,38x mV.

Bild

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Re: LiFePo4–Akku–Projekt

Beitrag von heiko » Fr 29. Jan 2021, 17:02

So laden dann die Zellen langsam vor sich hin. Ich bin gespannt, wie lange das noch dauert.

So könnte ich heute, was durch die Corona-Verordnungen gar nicht so einfach ist, meinen bestellten Holzzuschnitt für die Akku-Kiste abholen.

Ich habe mich für 18 mm Siebdruck-Platten entschieden.
Viele nehmen „nur“ 15 mm, aber mir erschien das bei 280 Ah etwas zu wenig.
Hinzu kommt auch noch, dass ich mich wegen der Geometrie meines Batterie-Fachs nun doch für eine 2×2 Anordnung der Akkus entschieden habe.
Somit kann ich mit den 18 mm Platten etwas mehr druck aufbauen.

Zur Info: Es wird bei diesen in blauen Bechern gefertigten Akkus empfohlen, diese in eng-anliegenden Behältern zu bauen.
Das soll das evtl Aufblähen der Akkus verhindern.
Wann oder wodurch genau dieses Aufblähen passieren soll, kann ich auch nicht sagen.
Ich denke, im Normalbetrieb sollte das nicht passieren.

Der Zuschneider des Baumarkts war recht schnell, gestern Abend bestellt, heute um 7:15 Uhr die Nachricht, dass ich abholen könnte.
Leider war er dann nicht so ganz genau. 2 Platten waren statt 230 mm dann 300 mm. Also muss ich selber noch mal mit der Kreissäge ran.
Eigentlich wollte ich den Dreck nicht haben – also das Sägemehl ;-)
Aber was soll’s…

Bild
Im Hintergrund laden die Akkus immer noch fleißig weiter.

Der Plan für morgen:
Falls der Akku fertig geladen hat, wird er demontiert, die Löcher in den Brücken etwas verlängert und die M6 Gewindebolzen eingeklebt.
Dann die Bretter gekürzt und angefangen die Kiste zu zimmern.

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Re: LiFePo4–Akku–Projekt

Beitrag von heiko » Sa 30. Jan 2021, 20:53

Nichts ist so alt, wie die Pläne von gestern :-)

Heute durfte der Akku erst noch etwas am Labor-Netzgerät hängen und wurde so fast randvoll geladen.

Am Abend baute ich dann alles wieder auseinander, um erst einmal zu schauen, ob die berechnete Größe der Kartoffelkiste auch passen würde.
So entstand das Foto und noch ein paar Fragen, die ich für mich klären muss:

Die Seiten waren ja zu hoch gefertigt.
Die werde ich auf die hinter Plattenhöhe bringen (230 mm).

Vorne weiß ich noch nicht:
Entweder so lassen und dann Öffnungen reinbringen, damit die Kabel zu den Zellen kommen können,
oder die Wand auf Zellen-Niveau (200 mm) bringen und mit den Kabeln einfach drüber gehen.
Das bringt auf jeden Fall etwas mehr Belüftung, falls ich einen Deckel rauf schrauben möchte.
Auch könnte ich die obere Kante abschrägen, um so ein Scheuern der Kabel zu verringern.

Bild
(Das BMS dient nur zum Größenvergleich)

Übrigens haben ich mir gestern noch 2 klappbare Edelstahl-Griffe bestellt. Damit kann ich die Kiste naher besser tragen.
Eigentlich nicht so wichtig, wenn sie eingebaut ist, bleibt sie ja hoffentlich ein paar Jahre drin.

So könnte das Ergebnis morgen aussehen – hier mal schnell gephotoshopt....
Bild

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Re: LiFePo4–Akku–Projekt

Beitrag von heiko » So 31. Jan 2021, 11:07

Man ist das kalt heute Morgen! MINUS 11 °C sind es gerade.

Da ich die Sägearbeiten in der Garage machen muss – im Haus pudert mir das zu viel – und ich noch keine Eile habe,
muss ich mal sehen, ob ich mir das heute wirklich antun möchte.

Somit habe ich, nach einer kleinen Diskussion im Forum, die Akkus nochmal parallel verschaltet und an 3,65 V angeschlossen.
Das soll die (fast) vollen Zellen dann nochmal auf genau die gleiche Spannung bringen.

Diese ganzen Vorgänge sind echt nichts für Leute, die gewöhnlich immer alles und sofort haben wollen.
Also nichts für mich ;-)

Bild

Der Akku hängt nun seit gestern Abend dran und zog nicht mehr als 1,8A.
Da zeigt wohl schon, dass da nicht mehr viel reingeht und ich evtl. diesen Schritt auch hätte weglassen können.
Aber was soll’s. Schaden wird es sicher nicht und Zeit habe ich, solange die Kiste noch nicht fertig ist.
Jetzt gerade strömen nur noch 111 mA in den Akku.

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Re: LiFePo4–Akku–Projekt

Beitrag von heiko » So 31. Jan 2021, 22:18

Heute habe ich bei ca. 0 °C in der Garage die Platten gekürzt und die Kanten geglättet.
Morgen werde ich mir eine Oberfräse ausleihen und ein paar Kanten runden – soll ja schöner Möbelbau werden... ;-)

Der Akku hat heute nach 22 Stunden nichts mehr aufgenommen.
Nach Abklemmen des Netzgerätes lag die Spannung genau bei 3,65 V - Volltreffer! :-)

Jetzt lasse ich ihn noch 24 Stunden so stehen, bevor ich ihn auseinander bauen werde.
Bis dahin hoffe ich die Kartoffelkiste fertig zu haben und dann die Akkus dort passend einbauen zu können.

Später folg die Befestigung der Elektronik-Teile wie BMS, Bluetooth-Modul, Balancer, Shunt vom alten Batterie-Computer (der muss erst noch aus dem WoMo ausgebaut werden). Dann wird alles verkabelt.

Kurzum: Dann fängt die Arbeit erst richtig an.

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