Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

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SuperDuty
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von SuperDuty »

garibaldi hat geschrieben: Geht mir genau so. Vielleicht ist ja diese Technik in ein paar Jahren standardmäßig verfügbar, wäre nicht schlecht. . .
Nun ja, zu kaufen gibt es fertige Systeme schon, z. B. von LEAB, Transwatt, Victron, Mastervolt usw. - allerdings zu horrenden Preisen und meist nicht ganz offen gelegter Technik. Was nützen dann z. B. Lithium-Akkus, die bei niedrigen Temperaturen beheizt werden müssen und somit die kostbare Energie selber verbrauchen? Was nützt ein BMS, welches nicht jede Zelle einzeln auf Unter- und Überspannung überwacht und Verbraucher sowie Ladegeräte bei Bedarf automatisch vom Akku trennt?

Über solche und ähnliche technische Details schweigen sich die verschiedenen Anbieter natürlich aus. Zudem wollen/benötigen einige Anbieter neben dem Lithium-Ionen-Paket noch ihre sehr teuren Lade-Wechselrichter-Gerätekombinationen. Da kommen Kosten zusammen, die sich kein Normalverbraucher leisten möchte und die eigentlich in keinem Verhältnis zu einem normalen 3,5 to Wohnmobil stehen, von dem benötigten Platz dafür ganz zu schweigen.

Lithium-Akkus werden auf Grund der Nachfrage und des eigentlich nicht vorhandenen Wettbewerbs sicher nicht günstiger, die Preise steigen vielmehr.
Wer also sowas möchte, wird in absehbarer Zeit nicht umhin kommen, selber Hand anzulegen oder sich einem geschickten Kumpel anzuvertrauen. Mein Händler wollte verständlicher Weise nicht Hand anlegen, da er mit der Technik nicht vertraut ist und laut Gesetz gegenüber Endverbrauchern für all seine Arbeiten Gewährleistungspflichtig ist, diese auch nicht im gegenseitigen Einvernehmen vertraglich ausgeschlossen werden kann.
SuperDuty
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von SuperDuty »

Die Spannung steigt
Die Vorbereitungen der letzten Tage sind abgeschlossen. Dienstag sollen die Akkus an mich verschickt werden.
Auf die Umrüstung bin ich selber sehr gespannt. Ein gewisses Risiko ist dabei, die Knackpunkte meine ich zu kennen.

Habe am Wochenende noch weitere Verkleidungen im Concorde abgebaut und mir Kabelverläufe in den Hohlräumen angesehen, auch mal die ganze Elektriktafel gelöst und geschaut was hinter dem Schaltschrank so ab geht.
Dabei hat sich bestätigt, dass ich die Votronic Solar-Laderegler und den Waeco PerfectCharge in die cbe-Schaltkästen laufen. Das funktioniert so natürlich nicht, ich muss sie direkt an meiner Schalttafel anschließen, ansonsten wäre es so, dass ich bei Unterspannung nach trennen der Akkus von allen Verbrauchern, sprich vom Concorde, die Akkus nicht mehr laden kann, ja die Solarladeregler sogar ihre Spannungsvorgabe von den Akkus verlieren und evtl. Schaden nehmen.

Durch die von mir gebaute Schalttafel (Fotos kommen noch) bin ich sehr flexibel im Anschließen von den ganzen Verbrauchern und Ladegeräten. An den Akkus direkt wird nur meine Schalttafel angeschlossen, sonst nichts.
Auf der Tafel kann ich Ladegeräte und lebensnotwendige Kleinverbraucher, wie z. B. die Platinen zur Überwachung der Zellen, vor dem Trennschalter anschließen, und ich kann die normalen Verbraucher, also das was heute direkt an den GEL-Akkus hing, nach dem Trennschalter anschließen, da ich mehrere Sammelstützpunkte und Sicherungskästchen mit verbaut habe. Die Sammelstützpunkte haben M10 und M4 Anschlüsse. Nicht billig, aber sehr flexibel.

Die letzten Tage waren geprägt vom zahlreichen Bestellungen von Kleinkram und diverser Kabel, um alle Komponenten auf meiner Schalttafel mit dicken Batteriekabeln verbinden zu können, um den Mess-Shunt für den Batteriecomputer anschließen zu können, um die Solarladeregler und das Netzladegerät anschließen zu können usw. Zusätzlich treten natürlich unvorhergesehene Schwierigkeiten auf. So fehlen z. B. Kabelschuhe für 6mm² Kabel. Naiv wie ich bin, glaubte ich solchen Kleinkram in Läden wie z. B. Conrad in Mainz oder ATU zu bekommen. Fehlanzeige, außer Fahrerei und Zeitverschwendung kam da nichts bei raus. Es war mir eine Lehre. Werde bzw. habe nun alles, aber auch wirklich die kleinste Schraube im Internet bestellt. Das hat auch den großen Vorteil, dass man sich die Qualität besser aussuchen kann. Schließlich ist es schon ein Unterschied, ob ich ein H07V-K Baumarktkabel (-40 bis +70° C) oder solche vom Yachtbau für -40 bis +105° C verbaue, ob ich perfekt hydraulisch verpresste Batteriekabel bekomme oder die einfachen Schraubklemmen einsetze, ob ich billige Asia-SSRs mit hohem Stromverbrauch und fragwürdiger Lebensdauer einsetze oder mit gute und teure Crydoms besorge.

Schauen wir mal, wie sich das alles bewährt.
SuperDuty
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von SuperDuty »

Die Zellen sind da.
DSC_2900 http://up.picr.de/11230561rn.jpg
Vorsichtig auspacken . . .
DSC2903 http://up.picr.de/11230572kx.jpg
Probestapeln
DSC_2905 http://up.picr.de/11230576hr.jpg
Messen ist angesagt:
DSC_2913 http://up.picr.de/11230578zf.jpg
3,311 V
3,306 V
3,307 V
3,307 V
sind die Werte der 4 Zellen.

Doch irgendwie stimmt da was nicht!
DSC_2918 http://up.picr.de/11230604dx.jpg

M14 messe ich für die Schrauben. Habe ich mich vertan?
Nein, im Datenblatt steht M8, worauf ich auch alles abgestimmt habe.
http://up.picr.de/11230580ta.jpg
Ja und die Prints sind für M10 gemacht, passen ja überhaupt nicht auf M14.
Ist ja klar, nichts geht ganz reibungslos.
Mal schauen, wie sich das Problem lösen lässt.
SuperDuty
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von SuperDuty »

Mein erster Gedanke war sowas wie Gewindehülsen, den ich jedoch wegen verschiedener Bedenken wieder verwarf. Ich war schon auf der Suche nach Kupferband.
Monikas Sohn war die Rettung. Er, Mechatroniker und Maschinenbauingenieur mit eigener kleiner, computergesteuerter Drehbank erkannte die einfachste Lösung.
Also ging es Samstagmittag ans Werk:
Die M14er Schrauben wurden in die Drehbank eingespannt um den Kopf plan zu dreht.
DSC_2930 http://up.picr.de/17197418qv.jpg

Anschließend wurde in der Drehbank eine Zentrierungsbohrung gesetzt.
DSC_2929 http://up.picr.de/17197423hx.jpg

Dann wurde mit 5mm vorgebohrt und mit 6,8 mm nachgebohrt. . .
DSC_2932 http://up.picr.de/17197451zm.jpg

um anschließend das 8er Gewinde rein zu schneiden.
Und so sieht die fertig bearbeitete Schraube aus:
DSC_2933PS http://up.picr.de/17197460es.jpg

Hier mit eingesetzter 8mm Inbusschraube, über die dann die Anschlüsse verschraubt werden.
DSC_2934PS http://up.picr.de/17197467vh.jpg

Wir sind sehr froh darüber, dass wir für die Umbauarbeiten mehr oder wenig zufällig neben einer Werkstatt von ganz netten Motorradkampfschraubern stehen dürfen, und deren Werkstatt für so kleine Arbeiten, wie die Schraubenbearbeitung mitbenutzen dürfen.

Nun können die Umrüstarbeiten doch noch plangerecht weitergehen.
Zuletzt geändert von SuperDuty am Di 28. Jan 2014, 21:40, insgesamt 1-mal geändert.
nordlandfan
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von nordlandfan »

Halllo superduty,

ich geniesse deine Umbau-Live-Presäntation sehr :) Weiter so .

Zu deiner Schraubenadaptierfreude noch die Bemerkung : es ist im Hochstrombereich nicht empfehlenswert V2A-Schrauben als Leiter einzusetzen. Das machst du aber bisher ja noch nicht , da nur die Verbindung zur Zellenüberwachungsplatine drüber läuft .
Bei hohen Entladungsströmen über eine V2A-Schraube wird die warm (=Widerstand). Das weißt du aber bestimmt schon längst. Ich versuche , nur mitzdenken. ;)

Gruß, Heinz
SuperDuty
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von SuperDuty »

Danke Heinz,
nein, es kommen keine V2A-Schrauben zum Einsatz, zumindest nicht bei stromführenden Verbindungen. Die "miserable" Leitfähigkeit ist mir bekannt.
SuperDuty
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von SuperDuty »

Seit vergangenen Samstag war es etwas stressig in unserem rollenden Altersruhesitz, zunächst wegen der nicht dem Datenblatt entsprechenden Polschrauben der Akkus und dann die „Transplantation“ der Akkus selber.
Sonntag um 8 Uhr wurden dann die 3 Gel-Akkus von den Verbrauchern getrennt und ausgebaut. 3 mal 49,5 kg stehen seither neben unserem Mobil.
DSC_2936 http://up.picr.de/17197479kz.jpg

40 Stunden und 45 Minuten sollte es dauern, bis wieder Strom im Mobil fließt. Bisher war Strom einfach immer und zu genüge da. Aber so sieht man mal, wie unentbehrlich dieser ist, zumal wir ja durchgehend im Mobil leben. Nichts geht mehr, kein Gas-Gerät, kein Wasser, kein WC, nicht mal die Einzige Eingangstür. Zu letzterem gibt es natürlich eine Notschaltung. Doch, eines funktionierte noch, das Bett, in welches ich jeweils spät abends, oder besser gesagt nach Mitternacht fiel.

Alle Bauteile waren für den Einbau weitgehend vorbereitet, hier z. B. der zweite (linke) Votronic-Solarladeregler, an dessen Stelle vorher der originale cbm Solarladeregler gesessen hatte. Ganz links oben im Schaltschrank und ganz oben rechts auf Kühlkörpern die beiden Crydom SSRs, welche die Akkus vor Überladung schützen indem sie die Stromzufuhr von den Photovoltaik-Modulen vor den zwei Votronic-Laderegler unterbrechen.
DSC_2945 http://up.picr.de/17197493sp.jpg
DSC_2948 http://up.picr.de/17197503hs.jpg
DSC_2947 http://up.picr.de/17197811cz.jpg

Es ging trotz aller Vorbereitungen zäh voran, denn wie bei einem Prototyp üblich gibt es Korrekturen hier und kleine Änderungen dort. Das ganze Batteriefach war natürlich auch erst nach Ausbau der alten Akkus komplett einsehbar. Da musste eine Steckdose versetzt werden, der Kabelverlauf etwas geändert werden, eine Aluschniene entfernt werden usw.
DSC_2937 http://up.picr.de/17197510lh.jpg

Mit kleinen Bearbeitungen passte dann jedoch alles. Hier der Kasten, in dem später die 4 Lithium-Zellen untergebracht werden.
DSC_2938 http://up.picr.de/17197517wf.jpg

Diese kleinen Arbeiten halten unheimlich auf. Im Vorfeld war es nicht möglich, schon alle Kabel fertig zu verlegen. Man glaubt es ja nicht, wie lange es dauert, bis diese über verschlungene Wege dort raus kommen wo sie benötigt werden. Und dann fängt der Spaß erst richtig an, Ringkabelschuhe und Kabelhülsen in nicht geahnten Größen werden benötigt. Besorgungsfahrten für Kleinkram fallen zusätzlich an. Das hört sich zwar etwas nach Chaos an, aber es treten einfach nicht vorhersehbare Situationen auf, wenn man solch ein Projekt das erste Mal als Greenhorn durchführt. Für verschiedene Unwägbarkeiten hatte ich vorgesorgt und Material für den Fall X besorgt. Das kostet zwar Geld, spart aber unheimlich Zeit, denn es durfte keineswegs der Fall eintreten, dass wir mehrere Tage ohne Strom sind.

Am Montagabend wurden als letzte Arbeit die 4 Lithium-Zellen in Reihe geschaltet, die Balancer verkabelt, diese dann auf die Pole geschraubt und alles mindestens dreimal überprüft. Hier ein ganz besonders kritischer Punkt in Verbindung mit dem Kabelschuh vom 70mm² Kabel zur Schalttafel. Zum Glück hatte ich genügend Schrauben in diversen Längen besorgt, denn zwischen Kabelschuh und Platine mussten einige Beilagscheiben für die nötige Distanz sorgen, da die kleinen Platinen sind sehr empfindlich sind. Die Schrauben sind natürlich nicht aus V2A.

Nach Mitternacht soll es soweit sein, nach der x-ten Überprüfung aller Anschlüsse konnte das letzte Kabel am Akku angeschlossen werden. Baustrahler sorgten wiederholt die ganzen Nachtsunden fast für Tageslicht. Das Massekabel war die letzte noch herzustellende Verbindung. Ein spannender Moment, Monika war extra lange aufgeblieben, dann ran mit dem Kabel, der Hauptschalter klackte, sonst war es still. Also die Schraube festziehen und einige Kontrollmessungen vornehmen. Dann ins Wohnmobil und den cbe Bordcomputer einschalten, er ging, Licht ging auch, Wasser lief wieder, alles perfekt.
Irgendwie kann man das dann nicht ganz glauben. In der Anspannung der vergangenen 3 Tage saß ich dann in der Heckgarage mit dem Laptop, genoss den kleinen Erfolg und schickte an einzelne Freunde noch eine Mail. Zwischendurch immer wieder Messen und Werte aufschreiben und freuen.

Hier die komplette Anlage:
DSC_2941 http://up.picr.de/17197529pa.jpg

An der linken Wand steht die ca. 35 x 58 cm große Schalttafel, hier kommen Plus- und Minus-Kabel vom Akku an, von hier gehen alle weiteren Verbindungen ab.

Im oberen rechten Viertel der Tafel sind Masseverteiler und Mess-Shunt für den Philippi Batterimonitor BCM1 untergebracht (schwarze Kabel). Hier befindet sich auch ein Sammelpunkt, an dem die Massekabel aller Systemverbraucher angeschlossen sind, z. B. die Sicherheitsschleifen der 4 Crydom-SSRs.

Darunter sitzt eine Sammelschiene für die Plus-Leitungen (rot).
Diese verzweigen zu einem Stromverteiler (rot und rund), der vor dem Hauptschalter sitzt und systemwichtige Verbraucher versorgt, z. B. die Sicherheitsschleifen auf den Platinen.

Die andere Leitung geht zum Trennschalter. Der automatische Trennschalter TSA260-12V von Philippi,erkennbar an dem roten und gelben Punkt, ist ein ganz wichtiges Bauteil (seit April 2012 lieferbar. Damit können Lasten von 260 A geschaltet werden!!! Gesteuert wird dieser ebenfalls über ein SSR von Crydom (ganz links unten). Links daneben eine Sammelschiene (Heavy Duty Bus 300A) an der u.a. das blaue Kabel an die Bordelektrik ab geht (dies war zuvor direkt an den GEL-Akkus angeschlossen). Darunter ein Sammelpunkt (roter Knopf) welcher diverse andere Verbraucher bedient, z. B. den neuen Philippi Monitor für die Ultraschall-Tankanzeigen.

Der weiße Kasten in der Mitte ist ein Strombegrenzungsmodul, welches den Eigenverbrauch des Systems etwas einbremst. Dies habe ich von Sonnentau bekommen, ganz herzlichen Dank an ihn, der mich unheimlich motivierte und mir bei vielen Fragen beratend zur Seite stand.

Dann befinden sich noch 3 Sicherungskästchen auf der Schalttafel. Ein richtig dickes, fettes für den Wechselrichter ganz rechts in der Mitte mit dem weißen Deckel.
DSC_2942 http://up.picr.de/17197535ux.jpg

Ja und dann der Akku, 4 LYP400AHA in Reihe geschaltet und liegend verbaut. Auch das ist möglich und wird häufiger praktiziert als es sich vermuten lässt. Denn nur so waren die Lithium-Zellen im bestehenden Akkufach unterzubringen. Wenn fertige Systeme nachgerüstet werden, stehen die voluminösen Blechkästen oftmals in der Heckgarage.
Auf allen Pluspolen werden Balancer montiert, in die auch zwei Sicherheitsschleifen integriert sind, eine OVP zum Schutz vor Überspannung und eine LVP zum Schutz vor Unterspannung. Unterspannung von ca. 10 V ist bei diesen Akkus bereits einmalig absolut tödlich. Schwarze Leitungen sind LVP, rote Leitungen sind OVP und natürlich in falscher Farbe, der Masseanschluss an den jeweiligen Minuspol der Zelle (hätte ich eigentlich schwarz machen sollen, sorry).
DSC_2940 http://up.picr.de/17197549ph.jpg
DSC_2943 http://up.picr.de/17197561lz.jpg

Der Tag danach zeigte es, 3300 Wh lieferten die Solarladeregler, die Akkus sind bei 13,5 V angekommen.
DSC_2954 http://up.picr.de/17197576sr.jpg

So, jetzt muss ich erst mal relaxen. Berichte über den weiteren Betrieb folgen natürlich.
Zuletzt geändert von SuperDuty am Di 28. Jan 2014, 21:47, insgesamt 1-mal geändert.
Andy
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von Andy »

Halllo superduty,
bitte das folgende nicht als Kritik verstehen, sondern alös konstruktiven Beitrag:

Die Verlegung einiger Leitungen würde ich noch einmal überdenken:
da scheuern Leitungen an Kühlkörpern und am Akku ist eine Leitung über einen Batteriepol. Beides wird sich bei der Fahrt bewegen und somit gibt es Scheuerstellen.

Einige andere Meßleitungen sollten einen etwas größeren Abstand zu den Leistungekabeln bekommen, da es hier zu Fehlmessungen durch kapazitive einkopplungen kommen kann.


In bin mal gespannt auf die Aussagen zum Betrieb der Anlage und ob die Akkus das halten, was Du Dir vorstellst. Sehr interessant. :!:
SuperDuty
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von SuperDuty »

Andy hat geschrieben:. . .
da scheuern Leitungen an Kühlkörpern und am Akku ist eine Leitung über einen Batteriepol. Beides wird sich bei der Fahrt bewegen und somit gibt es Scheuerstellen.
Einige andere Meßleitungen sollten einen etwas größeren Abstand zu den Leistungekabeln bekommen, da es hier zu Fehlmessungen durch kapazitive einkopplungen kommen kann.
Hallo Andy,
vielen Danke für den Hinweis, hast gut hingeschaut. Selbstklebende Kabelhalter und mini-Kabelkanäle liegen parat; nur nachts um 0:45 Uhr war die Luft draußen. Da wird in den nächsten Tagen noch etwas am Finish gearbeitet. Wir fahren erst in 10 Tagen weiter.

Ob die Li'FeYPOs meine Erwartungen erfüllen?
Ich mache mir da keine Illusionen, die gelben Dinger erfüllen die Werksangaben vermutlich so gut oder schlecht, wie Bleiakkus, nur eben in einer anderen Größenordnung. Bei der Lebensdauer von Akkumulatoren spielen eben viele Einflussfaktoren eine Rolle. Allerdings habe ich mit der verbauten Elektronik - sofern sie immer zuverlässig arbeitet - eigenes Fehlverhalten weitgehendst ausgeschaltet.
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Re: Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Beitrag von guste100 »

Hallo SuperDuty,

auch ich verfolge deinen Umbau technisch interessiert und bin sehr erfreut über deine Ausführungen und detailreichen Bilder.

Bitte erlaube auch mir eine konstruktiv gemeinte Nachfrage:
Hast du die dünneren Leitungen nach den Sammelpunkten irgendwie separat geringer abgesichert? Mir schaut es so aus, als würdest du von der 300A Stromverteilerschiene (oben links) mit einem schön dicken Kabel ohne weitere Zwischensicherung auf den linken unteren Verteilerpunkt gehen (linker runder Knubbel).
Von dort aus geht es dann aber mit sehr dünnen Leitungen weiter (0,5-0,75mm²?). Die dünnen Kabel laufen zwar (sofern ich das Richtig erkenne) nur bis zu den Sicherungsverteilern weiter. Aber wenn diese Kabel mal durchscheuern, so wird keine Sicherung auslösen. Gleiches bei dem rechten runden Verteiler.

Hier würde ich jeweils über eine Sicherung zwischen der Stromschiene und deinen Verteilungspunkten nachdenken. (Wegen der Leitungsquerschnitte evtl schwierig entsprechend kleine Sicherungswerte zu finden. ggf AGU Sicherungshalter aus dem Car-Hifi Segment, auch wenn du nur geringe vergleichsweise geringe Ströme benötigst. Bspw 15A Glasrohrsicherung).

Des weiteren hätte ich eine Sicherung nahe am Batteriepluspol erwartet (Bspw CF8 Sicherung).

Abgesehen von diesen Bedenken aber wirklich top, wie du das umgesetzt hast.

Darf man fragen, was für einen Eigenverbrauch die Komponenten haben? Bei den Komponenten die ich ergoogelt habe, war ich positiv überrascht. Was macht das Strombegrenzungsmodul von Sonnentau genau dabei?

Grüße
Guste
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