EL Pack - Das 18650 Li-Ion Selbstbau-Projekt


Kai_aus_Krefeld

Mitglied
03.09.2018
132
Krefeld
Hallo,

in diesem Thread wollte ich Euch meinen Selbstbau Akku vorstellen, und wie es dazu kam ihn zu bauen.

DISCLAIMER: Dies ist keine Anleitung zum selber bauen, sondern nur ein Erfahrungsbericht meinerseits. Lithium-Zellen sind Gefährlich. Macht Euch nicht Unglücklich, fackelt nicht Eure Bude ab!


Ausschlaggebend war natürlich das liebe Geld. Da ich nur ein begrenztes Budget habe für meine Basteleien, habe ich nach einer Alternative zu den 100Ah Winston-Blöcken gesucht.


12 Blöcke Winston 100Ah je 152€ -> 1824€
10 Verbinder je 4,95 -> 49,50€
Versand Zellen: 29€
Chargery BMS16T -> 125€
Zusammen: 2027,50€

Rohwerte: 3840Wh -> 0,53€/Wh


528 Zellen Samsung INR18650-29E E6 2900mAh je 2,19€ -> 1156,32€
Versand Zellen: 6,52€
88 Kunstoffhalter 3x6 je 0,23€ ->20,24€
12m Kupfer-Wasserleitung 6mmx1mm je 2,66€/m -> 31,92€
4 Rohrkabelschuhe 50mm² je 1,95€ -> 7,80€
1m 50mm² Schweißkabel je 5,22€
Schrauben, Muttern, U-Scheiben, Abstandshalter ~ 15€
Chargery BMS16T -> 125€
Zusammen: 1368,02€

Rohwerte: 5512Wh -> 0,25€/Wh



Bezugsquelle für die Zellen war nkon.nl. Die verschicken Ihre Zellen auch recht Preisgünstig nach Deutschland und gelten in Modellbaukreisen als seriöser Händler für Markenzellen.
Hin und wieder kriegt man hier auch Zellen aus konfektionierten Packs, die wieder zerrupft wurden. Diese als Refurbished gekennzeichneten neuen Zellen werden sehr günstig angeboten (z.B. 2900mAh Panasonic für 1,95€/Stk).
Leider hatten die gerade keine 500 Stück auf Lager...

Ich persönlich würde keine Zellen bei eBay oder AliExpress kaufen. Es wird doch sehr viel Etikettenschwindel betrieben. Im besten Fall haben die Zellen einfach keine Kapazität,
im schlimmsten Falle ist der Markenname Programm: Die heißen ja meistens irgendwie Fire

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Die Planung:

Bei der Auswahl der Zellen habe ich nach dem besten Preis-Leitungs-Verhältnis gesucht. Die Samsung-Zellen haben zwar eine relativ "kleine" Kapazität, aber Zellen mit 500mAh mehr sind auch ungleich teurer.

Die Akkus sollen später natürlich in die Kästen passen, dadurch wurde auch indirekt die Anzahl der Zellen bestimmt. Kastenbreite ist 160mm. Geplant war eine 20mm XPS Dämmung rund um die Zellen damit diese im Winter
beheizt werden können. Also bleiben genau 120mm. also 6 Zellen breite über. In der Höhe habe ich 8 Zellen gewählt, da zusammen mit den Anschlussfahnen dann eine Höhe von 200mm erreicht wird. Zusammen mit Dämmung wäre
das 240mm Gesamthöhe, sollte also passen. In der Länge ergeben 4 Blöcke etwas mehr als 310mm, daher müsste ich die Dämmung ein wenig bearbeiten.
Wie sich herausstellte hätte ich selber am Batteriekasten messen sollen. Außerdem war mein Plan A die Blöcke zu verpacken nicht "wasserdicht", wodurch ich nachbessern muss.

Also war klar das ich 6x8 Zellen parallel schalten würde. Das ergibt bei meiner Zelle 48 * 2,9Ah = 139,2Ah, was mir Ausreichend erschien.
Der Strom pro Zelle sollte dadurch angenehm gering sein, wodurch eine allzuschnelle Alterung verhindert wird. Die INR18650-29E darf max. 2,75A Dauerstrom und 8,25A Spitzenstrom.
Fahrstrom auf der Ebene liegt bei rund 60A, was einen Strom von 1,25A pro Zelle bedeutet. Das ist prima.
Anfahrstrom liegt bei etwa 350A (hüstel) was dann 7,3A bedeutet. Auch noch ok.
Abgesichert ist der Curtis mit einer trägen 200A ANL Sicherung.

Jede Zelle ist mit einen dünnen Kupferdraht von 0,2mm an die Sammelschienen angeschlossen. Dieser Draht dient als Sicherung gegen kurzgeschlossene Zellen, und wird bei ~10A durchbrennen, und die betreffende Zelle vom Pack trennen.

Die Anzahl der in Serie geschalteten Zellen folgte folgender Überlegung: Genutzt soll die Zelle von 4V bis 3V werden. Das ergibt bei 11 Zellen einen Spannungsbreich von 44V-33V, was selbst im "leeren" zustand noch für ein angenehmes Fahrgefühl sorgen soll.
Ich möchte die Zellen nicht tiefer entladen um die Anzahl der möglichen Zyklen zu erhöhen. Das gleiche gilt für die Ladeschlussspannung. Und so viel verliere ich gar nicht. Die Freunde von Dampfakkus.de haben die Zelle vermessen.
Bei einem Entladestrom 5A wurde die Zelle von 4V bis 3V entladen und es konnten dabei 2,5Ah entnommen werden.


Das Konfektionieren:

Alle Zellen wurden initial durchgemessen. Dann jede Zelle mit einen Glasfaserstift gereinigt, mit Flussmittel(Stannol X32-10i noClean; eines das nicht korrisiv ist, und daher nicht abgewaschen werden muss) versehen und mit bleihaltigen Lot verzinnt.
Rein in die Kunststoffhalter und mit Sekundenkleber fixiert.

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Die Wasserleitung (6mm) wurde auf 66 Stücke je 18cm abgelängt und platt geklopft. Das ergeben die Sammelschienen mit ca 16mm². Die Anschlussfahnen wurden aus 15mm Wasserleitung angefertigt, hier habe ich irgendwas von 45mm².
(Die Wasserleitung ist deutlich günstiger als Kupfer Flachmaterial. )

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Pro Sammelschiene kommen 16 Zellen zusammen, diese werden an die Anschlussfahnen verlötet.
Zum Verlöten habe ich diese gegeneinander Geschraubt, und immer 2 gleichzeiting anfertigen können. Das geschah mit der Lötlampe und ordentlich Flussmittel.

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Nach dem Reinigen wurden die Schienen gerichtet, und mit Kabelbindern auf den Packs platziert. Wie sich später herausstellte musste ich die Kabelbinder später entfernen. Die Kupferteile wurden nach dem löten großzügig mit Sekundenkleber verklebt.
Die Pluspole mit 0,2mm Kupferdraht an die Sammelschiene löten. Für die Minuspole habe ich abisolierte 0,25mm² Leitung verwendet die ich gerade zur Hand hatte. Die Verluste hier sollten sehr gering sein, und es ließ sich gut verarbeiten.

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Damit der Strom später alle Zellen Gleichmäßig belastet, weden die Anschlussfahnen diagonal angebracht. Dadurch mussten 2 unterschiedliche Sorten Packs erstellt werden damit in der Reihenschaltung diese einfach verschraubt werden können.

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Alle Messleitungen für das BMS anlöten nicht vergessen.
Die Packs wurden mit 2 6mm Gewindestangen zu einer Einheit verspannt (Kann man auf einen Foto weiter unten erahnen, sorry, Foto vergessen). Das soll verhindern das zu viel Belastung an den verklebten Kupferschienen aufkommt.
Alles mit selbstsichernden Schrauben vertüddelt. Ein paar Abstandshalter sorgten dafür das alles in Form blieb.

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Das 50mm² Kabel wurde genutzt um die 3 Einheiten (48p4s, 48p3s, 48p4s) zu verbinden. Die Rohrkabelschuhe wurden ordentlich verpresst.



Die Isolierung

Mein glorreicher Plan die Einheiten in XPS Schaumplatten zu packen ist leider gescheitert. Die XPS-Kästen waren nicht stabil genug um in den Batteriekorb gescheit eingebracht werden zu können.
Meine wasserdichte "Schutzhülle" (Folie) ist sofort zerrissen.

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Neuer Plan: Sperrholzkästen bauen. Diese großzügig mit flüssigen Kunststoff tränken. Die Akku-Enheiten mit 10mm XPS Dämmung in die Kästen bringen. Ich habe mir auch schon Gedanken über eine Zwangsbelüftung gemacht, falls die Zellen wider erwarten
warm werden sollten.

Eine Heizung wollte ich auch noch einbringen. Lithiumzellen darf man nicht unter 0°C laden da sich sonst das Lithium "fest" wird, und damit die Akkus Schrott sind. Chemisch hab ich es nicht so drauf...
 
Wertungen: DAFI

Kai_aus_Krefeld

Mitglied
03.09.2018
132
Krefeld
Das Ergebnis

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Nun, nachdem ich die Akkus provisorisch verklemmt habe (Kofferraumdeckel) konnte ich die ersten Erfahrungen sammeln. Die Beschleunigung ist spürbar besser geworden. Mit fehlen jetzt auch rund 70kg Blei im Fahrzeug.

Bei einem Verbrauch von 47,7Wh/km (sportlich gefahren) müsste ich jetzt also knappe 100km weit kommen.
Der Schwerpunkt ist momentan eher Schlecht, ist mir bewusst. Aber das wird sich ja ein wenig bessern wenn die Einheiten wieder in den Kästen stehen. So weit zu gehen und eine Bleiplatte unter das EL zu schrauben bin ich noch nicht.


Ich bin jedenfalls sehr glücklich das meine Planung aufgegangen ist. Und damit meine ich weniger die elektrische Seite. Ein paar Ströme und Spannungen zu berechnen ist ja nicht das Problem. Ok, gibt natürlich einiges zu beachten, Datenblätter zu lesen...
Die Herausforderung war die Hardwaregestaltung der Packs, und das bilden der drei Blöcke. Das sichere Verschrauben, die Anordnung der Anschlüsse, der geplante Stromfluss.
Ich hoffe das meine Maßnahmen die Packs gegeneinander zu stabilisieren greifen, und sich nichts durch Vibrationen auflöst.


Ich möchte hier jedoch erwähnen das dies Projekt nicht ganz ungefährlich ist und war. Lithium-Akkus sind pfleglich zu behandeln. Und trotz der relativ kleinen Spannungen kann einen der Strom hier doch gefährlich werden.
Wer plant so etwas selber zu bauen sollte ganz genau wissen was er tut, und auch über das notwendige Handwerkliche Geschick verfügen. (von den Werkzeugen mal ganz abgesehen)

Zeitlich würde ich sagen habe ich 2,5 Stunden pro 48p Pack gebraucht. Dann die Einheiten bilden und schließlich ins Auto einbauen. Da war ich noch einen Tag älter. Insgesamt vlt. 2 Wochen Freizeit geopfert.

Im Grunde kann man das ganze auch beliebig Skalieren.


Was mich noch nervt ist das daß BMS relativ quatsch Anzeigt. Wenn ich festlege das die Zellen zwischen 4V und 3V Betrieben werden, ist die Anzeige bei 4V Ladeendspannung aber nicht auf100% SOC. Ebenso zählt der die Eingeladenen und Verbrauchten Wh einfach hoch und runter. Beim Laden hat man aber Verluste in der Zelle. Wenn ich 4000Wh eingeladen habe, sind im Pack noch längst nicht 4000Wh drin, was mir aber angezeigt wird. Da frage ich mich auch warum ich die Kapazität der Zellen im Menü eintragen muss/soll/kann. Tatsächlich schaue ich aber kaum noch auf das Display, dazu müsste ich das ja auch irgendwo verbauen.

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Ich könnte mir viel eher vorstellen eine eigene Tankanzeige zu basteln. Der Spannungsverlauf der Samsung Zellen ist zwischen 4V und 3V nahezu gerade, da kann man mit arbeiten.

Ja. Das war's.
Kai
 
Wertungen: wchriss

R.M

Bekanntes Mitglied
24.12.2006
9.656
Na ich hätte mir für 105€ das Stück lieber Winston oder Calb gekauft
 

KlausA

Neues Mitglied
08.01.2014
34
Also Kai das ist super!!
sehr schöne Beschreibung super Fotos bin begeistert
Danke fürs teilen

Klaus
 

Kai_aus_Krefeld

Mitglied
03.09.2018
132
Krefeld
Guten Morgen,

ja, EV-Power ist bekannt.

Aktueller Kurs für eine 100Ah Winston liegt bei 113€ ohne Steuern.
Mit MwSt. sind wir dann bei 137,75€.
Dazu kommt noch der Versand von rund 50€.

Ich bezweifle das der Kurs mal so gut steht das die Zelle inkl. Steuern 105€ kostet.
Wie es um die Verbraucherrechte im Garantiefall steht kann ich nicht sagen.

Eine für mich wenig akktraktive Alternative.
 

wchriss

Aktives Mitglied
30.12.2010
1.195
52
Egweil
Hallo Kai,
sehr schönes Projekt, super das sich da mal wieder einer dran waagt.
Ich habe mir für mein TWIKE vor ein paar Jahren auch einen Akku selbst aufgebaut. Habe mich auch für Holzkästen entschieden, sind stabil, elektrisch nicht leitetend und isolieren im Winter.
Für den Sommer braucht du aber eine zwangskühlung wenn du auf Langstrecke bist, also mehrmals Laden / Entladen tust.
Gruß
Christian
 

Sven Salbach

Bekanntes Mitglied
15.03.2007
7.948
ich hätte die Verbindungen zu den Zellen evtl noch dicker gemacht.
Aber finde gut das du es berücksichtigt hast und nicht viel zu dicke Querschnitte genommen hast..viele vergessen das die Verbindungen als Sicherung fungieren müssen, falls eine Zelle einen Zellschluss erleidet.
Wobei ich dem Löten der Zellen skeptisch gegenüber stehe, nicht selten sorgt das für einen früheren Ausfall.
Nicht vergessen darf man, das die Winston/Calb mindestens 3x so lange leben, somit rechnersich also immer günstiger sind, was aber natürlich nicht kurzfristig hilft, da ist diese Lösung evtl günstiger
 

Kai_aus_Krefeld

Mitglied
03.09.2018
132
Krefeld
Die 0,2mm Drähte sollen bei 10A durchbrennen. So zumindest hab ich das in einer Tabelle gefunden die sich mit "Fuse-Wires" beschäftigt.
Ich dachte mir das ich lieber nicht zu weit über den Zulässigen Zellstrom gehe.
Aber eigentlich sollen die ja nur im Kurzschlusfall reagieren, da fließen wahrscheinlich deutlich mehr als 10A, somit wäre ein dickerer Draht auch ok. Beim nächsten mal...

Das Löten sollte natürlich sehr schnell erfolgen. Das herumbraten auf den Zellen empfiehlt sich nicht.

Ja, jein, hmmm. Die Vergleichbarkeit hinkt ein wenig zwischen einer Winston und 18650 Lösung.
Ich kriege ja gar keine Winston mit 140Ah die hier in die Battieriekästen passen. Aber das nur am Rande.

Die Anzahl der Zyklen bei "schwacher" Last, geringen Ladestrom und geringer Entladetiefe geht bei Li-Ion auch in die 2000 Zyklen. Nutzt man noch weniger Kapazität gehen auch 6000 Zyklen.
Die Frage ist aber wie lange ich brauche um diese Zyklen zu erreichen.

Die kalendarische Alterung beträgt ca. 10% Kapazitätsverlust nach 1,5 Jahren. (Hab ich gelesen...) Dann haste nach 6 Jahren die 60% Restkapa erreicht.
6 Jahre mit 220 Arbeitstagen sind 110 Ladungen pro Jahr = 660 Zyklen insgesamt .
Also kann ich erwarten die Zellen 6 Jahre zu nutzen bevor ich meine 50km nicht mehr schaffe. Hier ist die Kalendarische Alterung scheinbar schwerwiegender.
Müsste ich die Zellen ja eigentlich kaum schonen, falls das stimmt.


Über die Winston weiß ich leider nicht viel. Wie ist die Jährliche Alterung? Wahrscheinlich besser als Li-Ion? 5% pro 1,5 Jahre?

Die Winston hätten mich das doppelte gekostet, und sollen 3 mal so lange halten.
18 Jahre?

Ich weiß ja nichtmals was in 6 Jahren ist. Welche Akkutechnik. Vlt. baue ich mir dann den Mr.Fusion ins Auto.

Sven. Deine Akkus sind 8 jahre alt. Wieviele Zyklen hast Du gemacht, und wieviel Restkapa hast Du noch?

Und ja, wenn ich das Kleingeld gehabt hätte, hätte ich die Winston genommen. Viel weniger arbeit, weniger Ausfallrisiko.
 

wolfgang dwuzet

Bekanntes Mitglied
23.11.2006
2.851
hallo kai,
ich hatte nach knapp 10 jahren kaum kappaverlust bei meinen winston bei 3-4 ladung/woche und je zwischen 20 und 40%
 

Sven Salbach

Bekanntes Mitglied
15.03.2007
7.948
2000Zyklen?!
Da musst Du mir mal das Datenblatt zeigen.

Also als Vergleich nehme ich 100% DOD.
Denn wenn Du Teilzyklen vergleichst sind diese bei LiFePO4 ja auch erheblich höher, eben auch wieder um den Faktor 3 oder so.

tatsächlich schiebe ich diesen TEst schon ewig vor mir her..vielleicht kommt ich dieses Jahr dazu es endlich mal zu testen, alleine schon zu Werbezwecken, so denn das Ergebnis wie gewünscht ausfällt;-)
Dazu muss ich halt erst wieder einen Testaufbau machen..die Last liegt noch halb geplant auf dem Dachboden..
dazu muss ich sagen, ich hatte meine neuen Zellen damals nicht auf Kapazität geprüft..also wenn natürlich sowieso nur eine als Stichprobe..aber ich meine ich hatte das nicht getan :-(
Somit könnte ich jetzt nur den IST Zustand feststellen.
Da die 160Ah nicht selten deutlich über 180 eher an 190Ah liegen..hoffe ich noch auf 160Ah;-) obs realistisch ist..wird sich zeigen müssen...
 

Kai_aus_Krefeld

Mitglied
03.09.2018
132
Krefeld
Im Datenblatt von Li-Ion Zellen findet man keine Angaben zur Lebensdauer bei weniger als 100%DOD.
Ich schätze mal das liegt daran das diese Zellen in Geräten eingesetzt werden die ohnehin nur eine Kurze Lebensdauer haben oder aber auf Preis und Gewicht geachtet wird. Außerdem generiert man so auch neue Umsätze, wenn die Akkus nicht ewig halten.

Samsung gibt 500 Zyklen bis 70% Restkapa an. (100%DOD)

Fakt ist aber das die Zellen erheblich länger halten, wenn man diese schonend behandelt. Das ist aber keine neue Erkenntnis.

Dazu habe ich exemplarisch das hier gefunden: https://www.beam-verlag.de/app/download/30737467/meditronic-Journal+3-2018+I.pdf

Auf der anderen Seite gibt Winston nicht bekannt wie viele Zyklen die bei 100%DOD machen können. Schätzungsweise gegen 1000 Zyklen, wenn man den Studien glauben kann. Exemplarisch: https://agronomy.emu.ee/wp-content/uploads/2017/05/Vol15SP1_Papezova.pdf

Das bedeutet das die Winston noch viel stärker davon profitieren können wenn man den Akku ordentlich plant und die Stressfaktoren vermeidet.

Was man bei Winston noch beachten sollte ist das die initial eine höhere Kapazität besitzen als nominal angegeben. Wenn man also die Alterung betrachtet sollte man wissen wie viel die Zelle im Auslieferungszustand fassen konnte.


Ich will hier weder die Winston schlecht machen, noch die Li-Ion über den Klee loben. Ich will lediglich meine Gedanken und Erfahrungen mit Euch teilen.
Die Winston haben auch den unschlagbaren Vorteil das die wesentlich leichter handelbar sind, besonders wenn man mal im Winter laden möchte. Li-Ion ist da hingegen sehr Empfindlich wenn die unter 0°C fallen.
Positiv für die Winston könnte man auch noch das Gewicht anführen. Die sind schwerer, und sorgen für mehr Bodenhaftung.


Ich wäre hoch erfreut wenn Du Deine Langzeit-Erfahrungen mit uns Teilen könntest. Vlt. kann man auch ein einheitliches Setup verwenden, dann könnte ich meine Akkus auch besser vermessen und vergleichen.
 

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