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Mobile Freiheit • Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku
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Lithium bzw. LiFeYPO4-Zellen als Aufbau-Akku

Verfasst: Sa 30. Jun 2012, 18:25
von SuperDuty
Winterabende sind lang, auch in Spanien und so habe ich die Zeit des Überwinterns im warmen Süden dazu genutzt, mich über neue Technologien eingehend zu informieren. Dabei herausgekommen ist:

Obwohl wir in unserem „Rollenden Altersruhesitz“ sehr gut ausgerüstet sind, wollen wir unsere Stromversorgung modernisieren.
Vom Hersteller unserer GEL-Akkus bekam ich die Auskunft, dass unter den bei uns gegebenen Umständen bei unserem Typ GEL-Akku mit einer Lebensdauer von 3 bis 4 Jahre zu rechnen ist. Das Problem ist sicherlich die tägliche Nutzung und die ausschließliche Ladung über Solar, was keine speziellen Ladevorgänge ermöglicht, welche einer Sulfatierung entgegenwirken. Hierzu müssten wir monatlich min. ein Mal an Landstrom, was wir jedoch nicht wollen/können.
Vier Jahre sind bald um, also sollten wir uns mal über Ersatz Gedanken machen.

- Wir wohnen 365 Tage im Jahr im Wohnmobil (= viele Zyklen)
- Haben so gut wie nie Landstrom zur Verfügung (schlecht für Blei)
- Fahren äußerst wenig (kein Strom von der Lichtmaschine)
- Brauchen relativ viel Strom

Zur Energieversorgung haben wir 690 W Solar auf dem Dach und haben bisher noch nie Landstrom benötigt. Die vorhandene Photovoltaik-Anlage besteht aus:
- 5 Kyocera PV-Module (polokristallin, 36 Zellen, > 16 % Wirkungsgrad) mit zus. 450 W, ca. 25 A an Votronic 500 DUO Solarladeregler
- 2 cbe-PV-Module (32 monokristalline Siliziumzellen) mit zus. 240 W, ca. 16 A an cbe-Solarladeregler prs240
- 3 Exide GEL 145 mit zusammen 148,5 kg und einem Platzbedarf von ca. 52x67x23 cm
- 1 WAECO SinePower MSK1500-012, 1500 W Dauerleistung, kurzfristig 2000W
- 1 WAECO PerfectCharge, bis 500 Ah, 45 A

DSC_6001b http://up.picr.de/10646120wb.jpg

Diese GEL-Akkus liefern bei 60 % Entladung 3024 Wh und sind dazu mit 800 Zyklen angegeben. Eine tiefere Entladung würde die Lebensdauer deutlich verkürzen, das gilt im Großen und Ganzen übrigens auch für all die vielen Blei-Akkus, welche mit zyklenfest, tiefentladefest und ähnlicher Augenwischerei von Werbestrategen beworben werden.
Blei-Säure-Akkus scheiden generell aus, da die Akkus bei uns relativ unzugänglich im Zwischenboden verbaut sind. Somit kann der Säurestand nicht geprüft werden und Knallgas wollen wir auch nicht im Fahrzeuginnern haben, auch nicht mit Ableitung nach außen.

AGM ist für unsere Anwendung völlig ungeeignet und verursacht bei Kollegen schon genug Probleme, die wir nicht auch noch selber erfahren wollen.

Wieder GEL wäre sicher das einfachste, aber auf lange Sicht gesehen für eine Photovoltaik-Anwendung auch nicht das Optimale. Außerdem, der für unsere Anwendung geeignetere GEL-Typ bereitet von den Abmessungen Probleme. Und überhaupt gibt es deutlich preisgünstigere Lösungen, wenn man die zu erwartende Zyklenzahl und somit die Lebensdauer mit in die Rechnung einbezieht.

Nach monatelanger Erkundigung u. a. in einem englischen Blog und im Photovoltaikforum, wo mir das Mitglied „Sonnentau“ mit seinen Praxiserfahrungen entscheidende Informationen gab, habe ich mich entschlossen, die herkömmliche Blei-Technik durch LiFeYPO4 Zellen von Winston zu ersetzen. Meiner Ansicht nach sind das momentan die einzigen Lithium-Zellen, welche auf Grund ihrer speziellen Eigenschaften für den Einsatz als Aufbau-Akku im Wohnmobil in Frage kommen.

Würde ich mich bei den LiFeYPO4 Zellen mit einer dem jetzigen Zustand vergleichbaren Leistung zufrieden gegeben, was 300 Ah bei 80 % Entladung entspräche, wären die LiFepo4 Zellen nur rund 300 € teurer als die jetzigen hochwertigen Marken-GEL-Akkus (für industriellen Einsatz), würden insgesamt über 100 kg weniger wiegen und zudem die 4-fache Lebensdauer haben (bei 80% Nutzung). Oder anders gerechnet, um die gleiche Zyklenzahl mit hochwertigen GEL-Akkus zu erreichen, müssten die GEL-Akkus 4 mal gekauft werden = 6.000 € gegenüber 1.800 € für LiFeYPO4-Zellen vergleichbarer Leistung.

Wir möchten jedoch etwas mehr Leistung bei sehr schonender Entladetiefe.
Mit den LiFeYPO4 Zellen von Winston bekomme ich aus 400 Ah bei einer für diesen Akkutyp sehr schonenden Nutzung von 70 % = 3584 Wh (bei 80 % Entladung wären es sogar 4096 Wh) und das bei einem Gewicht von nur 57 kg und einem Platzbedarf von nur ca. 47x29x26 cm.
Der Hersteller verspricht eine Lebensdauer bei einer Entladung zu 70 % > 5 000 Zyklen, bei 80 % > 3 000 Zyklen. Von der Technical University Prague liegen über Winston- LiFeYPO4-Cellen Langzeittests mit 13 000 Zyklen vor!!! Gut, Laborwerte, aber beispiellos.
Diese Zellen sind sowohl hervorragend für Photovoltaikanlagen geeignet, da Teilladungen die Lebensdauer nicht beeinträchtigen, sondern sogar verlängern als auch für den mobilen Einsatz in Wohnmobilen mit einer Energiedichte von 90 bis 110 Wh/kg. Welcher Blei-Akku kann das von sich behaupten?
Der Preis der gewählten 400 Ah LiFeYPO4 Zellen liegt zur Zeit ca. 30 % über dem der jetzigen Exide-GEL-Akkus, wobei jedoch zu berücksichtigen ist, dass bei schonender 70-%-Entladung 18,5 % mehr Strom zur Verfügung steht und gute 90 kg weniger Gewicht herumgefahren werden muss. Die zu erwartende Lebensdauer beträgt das über 6-fache der GEL-Akkus. Also 2.000 € gegenüber 9.000 € für den GEL-Ersatz über den zu erwartenden Zeitraum.

Zu den LiFeYPO4 Zellen muss allerdings die vorhandene Elektrik etwas modifiziert werden.
Die einzelnen LiFeYPO4 Zellen benötigen Balancer, damit die Spannungen der Zellen nicht auseinanderdriften. Zudem berücksichtigt der momentan vorhandene Schutz vor Tiefentladung lediglich die Gesamtspannung und greift zudem zu spät für LiFeYPO4 Zellen.
Es ist ein absolut zuverlässiger Schutz vor Überladung und Tiefentladung je Zelle vorzusehen, denn eine richtige Tiefentladung reicht bereits, um die einzelne Zelle zu zerstören.
Diesen Schutz bieten die guten und günstigen neuen LiPro1-1-Balancer der Firma ecs-onine.org, welche übrigens von „Sonnentau“ entwickelt wurden. Das Geniale an diesem LiPro1-1-Balancer ist, dass hier gleich die Steuerung integriert ist, welche 3 bis 4 Solid State Relais zum Schutz vor Tiefentladung und in einer weiteren Sicherheitsschleife nochmals 3 bis 4 Solid State Relais zum Schutz vor Überladung schalten kann. Hier kommen also abhängig von den zu trennenden Strömen und der Größe der Solid State Relais nochmals Kosten ab ca. 350 € aufwärts hinzu, in unserem Fall ca. 680 €.
Teure BMS-Systeme, welche oft genug keinen ausreichenden Schutz für die einzelnen Zellen bieten, oder nur vor Tiefentladung schützen, nicht jedoch vor Überladung, entfallen durch die LiPro1-1-Balancer.

Zum Schutz vor Überladung haben wir vorgesehen:
- 1 Stück crydom D06D80 = für Abschaltung Solarmodule mit 22,1 V und 690 W
- 1 Stück crydom D06D60 = für Abschaltung Solarmodule mit 20,3 V und 240 W
- 1 Stück crydom D2425 = für Abschaltung Waeco Ladegerät auf Netzseite (elektronisches Relais für Wechselspannung 230V / 10A)

Es wurden die teuren Crydom-SSR´s gewählt, da diese Industriequalität aufweisen und ohne LED´s weniger Strom verbrauchen, als viele Billigprodukte. Alle SSR´s kommen auf Kühlkörper.

Zum Schutz vor Unterspannung hatten wir ursprünglich vorgesehen:
- 3 Stück SSR mit je 100A = Parallel geschaltet, insgesamt 300 A, Einschaltstromspitze bis > 400A zur gemeinsamen Abschaltung von Wechselrichter + aller DC Verbraucher.

3 Stück SSR_100_100A = Parallel geschaltet, das kann jedoch nicht der Weisheit letzter Schluss sein. Schließlich erzeugen SSR´s bei dem Strom verdammt viel Wärme, was vergeudete Energie bedeutet und das möchte ich mir im Wohnmobil nicht leisten.
Sie werden daher durch einen automatischen Trennschalter TSA 260-12V von Philippi ersetzt (ganz neu, lieferbar ab April 2012). Der TSA 260-12V hat einen Tiefentladungsschutz von 11,2 V und einen Überspannungsschutz von 15,6 V eingebaut, was mir eine zusätzliche Sicherheit bietet. Es gibt den gleichen Schalter auch ohne Schutz.

Von Philippi bekam ich dazu folgende Auskunft:
". . . der TSA 260 wird einfach über ein Schließerkontakt ein- und ausgeschaltet. Mit einem zusätzlichen Relais ist dies auch möglich aber nicht erforderlich, da es ja nur ein Steuerschalter ist für wenige mA. Der TSA ist geschlossen solange der Steuerkontakt auch geschlossen ist.
Mit freundlichen Grüßen philippi elektrische systeme gmbh i.A. "

Somit ließe sich der TSA und FBR 260 an Stelle des Ein-/Ausschalters über ein kleines SSR steuern. Eine nochmalige telefonische Rückfrage bei Philippi bestätigte diese mögliche Steuerung. Ich habe die Teile bestellen und werde das testen.

Zum Schutz vor Unterspannung haben wir nach den Auskünften also vorgesehen:
1 Stück Philippi TSA 260-12V (260 A), gesteuert über 1 Crydom D1D07

Um unsere Solaranlage zu optimieren, wollen wir den cbe-prs240 Solarladeregler gegen einen zweiten Votronic 500 DUO austauschen. Von Victron soll ein Batteriemonitor BMV-602 eingebaut werden. Dies wäre aber beides technisch nicht unbedingt notwendig, ist also etwas Luxus.

Übrigens, LiFeYPO4 Zellen von Winston brennen nicht, explodieren nicht, gasen nicht, enthalten keine Flüssigkeit, können auch liegend verbaut werden, funktionieren ohne Probleme auch im Winter und bei extremer Hitze, von -45 Grad bis +85 Grad. Die Selbstentladung liegt unter 5 % pro Monat. Schnellladung mit bis zu 3C ist möglich. Das Gewicht liegt bei vergleichbarer Leistung bei etwa 1/3 eines Blei-Akkus. Die einmaligen Anschaffungskosten liegen bei vergleichbarer Leistung nur unwesentlich über denen von hochwertigen Marken-GEL oder AGMs. Eigentlich der ideale Akku für Wohn- und Reisemobile.

Die LiFeYPO4 Zellen von Winston sind bestellt und sollen Anfang Juli geliefert werden. Die 400 Ah Zellen sind scheinbar sehr beliebt und momentan ab Lager kaum zu bekommen. Die Schiffsladungen aus China werden bereits vor dem Eintreffen in Hamburg verteilt.

Sobald die Zellen bei uns eingetroffen sind, werden wir hier weiter berichten.

Unser besondere Dank gilt an Dieser Stelle "Sonnentau" aus dem Womo- und dem PV-Forum, ohne dessen Beiträge, Überzeugungsarbeit und persönliche Beratung die Umrüstung in der Form für mich als Elektro-Laien kaum möglich wäre, vielen Dank.

Das mit dem Bestellen ist natürlich auch nicht so einfach. Die hochwertigen Crydom Relais sind nicht überall zu bekommen und wenn, dann nur das eine oder andere und manchmal zu absoluten Wucherpreisen. Der einzige Shop der alles von Crydom hat wäre RS Components GmbH, die aber absolut nichts an Privatkunden liefern wollen, also habe ich die Bestellung dort wieder storniert und saß im sonnigen Andalusien bei 38 Grad im Wohnmobil, der Schweiß rann, der Laptop lief heiß, denn wir beide googleten nach den begehrten SSR´s von Crydom. . . .
Dann fanden wir Mouser Electronics, Mansfield, Texas, in dem Shop ist vermutlich alles zu haben, was jemals ein Electronic-Freak irgendwo auf der Welt gebrauchen könnte. Registrieren, bestellen und per Visa bezahlen. Nach 3 Tagen sollen die Teile mit FedEx in Deutschland sein. Na dann, bisher habe ich gute Erfahrungen mit Bestellungen in den USA gemacht.

In wenigen Tagen sind wir bei Monikas Mutter und dort wartet laut ihrer Aussage ein riesen Berg Pakete auf mich. Ich bin gespannt.

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

Verfasst: Sa 30. Jun 2012, 21:22
von megamechanics
Wow, ein Haufen Input...
Das Problem ist sicherlich die tägliche Nutzung und die ausschließliche Ladung über Solar, was keine speziellen Ladevorgänge ermöglicht, welche einer Sulfatierung entgegenwirken.
Du weißt schon die Ursachen von Sulfatierung? Eine Ladung über 14,4 Volt bei Gelbatterien ist bei Nutzung (Entladung) oberhalb von 12 Volt Batteriespannung täglich nicht nötig, eine Säureschichtung ist natürlich wieder was anderes. Letzteres ist bei Gel auch unproblematischer und mein Laderegler macht die 14,4 Volt automatisch, sobald die Batterien unter 12,2 Volt Spannung entladen wurden, ansonsten wird bei 13,7 V abgeregelt. Das sollte dein Laderegler auch können!?!

Bevor ich nun den Aufwand mit der neuen Batterie Technologie wagen würde, hätte ich noch mittels MPP (MPPT) Laderegler das Letzte Quäntchen al Leistung aus den Solarzellen gesaugt. Aber gut, deine Entscheidung ist gefallen und ich bin gespannt auf deine Erfahrungen. Der Gewichtsunterschied ist ja enorm, aber die richtige Ladetechnik mit Temperaturüberwachung das Entscheidende bei LiPo und LiFePo, sonst wirds sehr teuer: auf dem Bodensee fahren Solarboote, bei einem hatte ich bei der Energieversorgung etwas mitgewirkt, da wurde Gel (Sonnenschein Akku) mit LiFePo kombiniert, ein gute Lösung.
Wenn man bedenkt, das Toyota mit den Nickelmetallhydrid Akkus bisher die besten Erfahrungen und Ergebnisse vorzuweisen hat (Taxibetrieb über 450 000km ohne Probleme), ist die private Umsetzung mit den LiFePo keine leichte Aufgabe: stundenlange Recherchen hast du wohl schon hinter dir, ein zeitfüllendes Projekt! :cool1

Für deine Gelakkus hast du noch Verwendung? Ich habe immer Kapazitäten für eine Weiterverwendung :mrgreen:

Halt mich mal auf dem Laufenden,

Grüße und viel Erfolg

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

Verfasst: Sa 30. Jun 2012, 23:36
von Mario
SuperDuty hat geschrieben:Die zu erwartende Lebensdauer beträgt das über 6-fache der GEL-Akkus.
Na ja, dann bin ich mal gespannt auf Deine Erfahrungen in 24Jahren. Vorher machts ja nicht viel Sinn. ;)

Allerdings würden mich auch mal die echten Gesamtkosten der kompl. Umrüstung interessieren, also nicht nur die Kosten der Akkus sondern alles inkl. Regelung etc.

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

Verfasst: So 1. Jul 2012, 03:29
von kmfrank
Hallo Gerd,

bervo Du die Batterien so einfach austauschst weil Du befürchtest das Sie sulfatiert sind, kann ich Dir das hier http://www.megapulser.de/ empfehlen. Gute Solarregler sollen auch eine Pulsfunktion integriert haben?!

Nun kannst Du, mit Deiner guten Vorbereitung, ruhig abwarten bis die Batterien den Geist aufgeben und Dich dann an eine Umrüstung wagen.

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

Verfasst: So 1. Jul 2012, 08:26
von SuperDuty
megamechanics hat geschrieben: . . .
mein Laderegler macht die 14,4 Volt automatisch, sobald die Batterien unter 12,2 Volt Spannung entladen wurden, ansonsten wird bei 13,7 V abgeregelt. Das sollte dein Laderegler auch können!?!

Halt mich mal auf dem Laufenden,
Grüße und viel Erfolg
Hallo megamechanics,
klar, 14,4 V machen meine Solarladeregler auch. Und noch arbeiten die GELs auch einwandfrei.

Nickelmetallhydrid Akkus im Wohnmobil, das wäre ebenfalls eine Pionierarbeit. Aber die Dinger haben bei weitem nicht die Energiedichte von LiFeYPO4 Zellen, liegen etwa zwischen Blei und Lithium.

Mir geht es bei dem Ganzen auch nicht einfach ums Wechseln der Akkus, sondern das ist ein Projekt was Spaß macht, eine kleine Herausforderung. Bei sonnentau läuft das seit einigen Tagen im Wohnwagen und bei mir doch hoffentlich auch bald.
Und wenn das zu vertretbaren Kosten funktioniert, wäre das sicher auch für all jene eine Option, die Gewicht sparen möchten, oder einfach nur mehr Power wollen.

Wenn alles funktioniert, werde ich die GELs hergeben, ich melde mich dann.

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

Verfasst: So 1. Jul 2012, 08:35
von SuperDuty
Mario hat geschrieben: Na ja, dann bin ich mal gespannt auf Deine Erfahrungen in 24Jahren. Vorher machts ja nicht viel Sinn. ;)
Allerdings würden mich auch mal die echten Gesamtkosten der kompl. Umrüstung interessieren, also nicht nur die Kosten der Akkus sondern alles inkl. Regelung etc.
Hallo Mario,
na ja, um zu warten, bis sich die angegebene Lebensdauer in der Wohnmobil-Praxis bestätigt, dazu sind wir bereits zu alt. Wenn die Uni in Prag Langzeittests mit 13.000 Zyklen fährt, ist mir das eigentlich Bestätigung genug. Und wenn es nicht Leute gäbe, welche den Anfang machen, dann schleppen wir noch ewig Blei mit uns herum ;)

Über die Montage, die tatsächlichen Gesamtkosten und unsere Erfahrungen werde ich natürlich berichten.

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

Verfasst: So 1. Jul 2012, 08:36
von SuperDuty
kmfrank hat geschrieben:Hallo Gerd, . . .
Nun kannst Du, mit Deiner guten Vorbereitung, ruhig abwarten bis die Batterien den Geist aufgeben und Dich dann an eine Umrüstung wagen.
Hallo Michael,
sicher könnte ich so lange warten, 1/2 Jahr, ein Jahr, vielleicht sogar noch 2 Jahre. Aber wenn die GELs dann irgendwo in Spanien die Flügel hängen lassen, habe ich kaum eine Möglichkeit zum Umrüsten, zumal die Akkus im ungünstigen Fall 3 Monate Lieferzeit haben. Außerdem bleibt halt ein gewisses Restrisiko, zumindest im Kopf. Hier habe ich im Notfall eine qualifizierte Werkstatt in Reichweite. Und bei der zu erwartenden Lebensdauer der neuen Akkus ist es eigentlich egal, wenn wir etwas früher als unbedingt notwendig umrüsten.
Außerdem, ich bin unheimlich neugierig auf die neuen Dinger, kann es kaum erwarten, denn das ist mehr als nur ein lästiger Akkuwechsel, das ist ein schönes Projekt und auch ein klein wenig Pionierarbeit.

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

Verfasst: So 1. Jul 2012, 10:24
von kmfrank
Hallo Gerd,

es wäre schön wenn Du, wie bei Deinen Reiseberichten, eine schöne Dokumentation der Umrüstung machen würdest.
Was soll die Umrüstung kosten, was muß alles gemacht werden (in Schlagworten)

Ein späterer Erfahrungsbericht wäre sicher auch sehr hilfreich ;)

Drücke Dir die Daumen das Du eine kompetente Werkstatt für die Umrüstung findest.

Warum nimmst Du nicht den Batteriecomputer von Philippi?

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

Verfasst: So 1. Jul 2012, 12:14
von Mario
SuperDuty hat geschrieben:
Mario hat geschrieben: Na ja, dann bin ich mal gespannt auf Deine Erfahrungen in 24Jahren. Vorher machts ja nicht viel Sinn. ;)
Allerdings würden mich auch mal die echten Gesamtkosten der kompl. Umrüstung interessieren, also nicht nur die Kosten der Akkus sondern alles inkl. Regelung etc.
Hallo Mario,
na ja, um zu warten, bis sich die angegebene Lebensdauer in der Wohnmobil-Praxis bestätigt, dazu sind wir bereits zu alt. Wenn die Uni in Prag Langzeittests mit 13.000 Zyklen fährt, ist mir das eigentlich Bestätigung genug. Und wenn es nicht Leute gäbe, welche den Anfang machen, dann schleppen wir noch ewig Blei mit uns herum ;)

Über die Montage, die tatsächlichen Gesamtkosten und unsere Erfahrungen werde ich natürlich berichten.
Hallo Gerd,

ich werde den Test der Uni sicher nicht anzweifeln, war ja eigentlich nur so ne versteckte (ironische) Andeutung auf die durchschnittliche Nutzungszeit die die meisten mit nem Womo haben.
Und richtig, ohne Vorreiter mit Idealismus würde sich nicht viel bewegen.
Deswegen würde ich dann auch gerne von Deinen Erfahrungen lesen. ;)

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

Verfasst: So 1. Jul 2012, 12:35
von megamechanics
Hallo SuperDuty,

auf jeden Fall bleibt dein Projekt spannend, den unkonventionellen Weg zu gehen macht schon gute Laune und durchaus Sinn ;) .

Als richtig innovativ würde ich die Umwandlung von Strom in speicherbares Gas zur neuerlichen Verstromung z.B. mittles Brennstoffzelle ansehen, davon sind wir jedoch noch meilenweit entfernt... die Gewichtseinsparung dann im Vergleich zu LiPo nochmals enorm :)
Das Traurige ist bei allen neuen Technologien das die Subventionen nur zu großen Firmen fließen und viele kleine Tüftler am Finanziellen scheitern. Insofern ist dann dein Projekt sehr wohl durchführbar und durchaus wirtschaftlich, also ich drück mal die Daumen!