270Ah LiFePo4 DIY Akku – oder „Letzter Akt im Projekt Kaffeemaschine“

Hallo zusammen,

 

*** Disclaimer: Dies ist keine Anleitung, keine Empfehlung, ich übernehme keine Verantwortung für die Richtigkeit dessen, was ich beschreibe. Wer sowas baut, muss selbst wissen, was er/sie tut ***

 

Heute hat das „Projekt Kaffeemaschine“ seinen krönenden Abschluss bekommen.

Wer die anderen Artikel nicht gelesen hat, hier die Kurzform: eine 1.250 Watt Kaffeemaschine ist seit einigen Monaten unser ständiger Begleiter und soll auch ohne Landstrom funktionieren. Dazu habe ich einen 1.500 Watt Wechselrichter installiert, die Verkabelung der AGM Akkus optimiert … und feststellen müssen, dass die Kapazität der Akkus etwas knapp ist. Also habe ich einen 270A Lithium Eisenphosphat Akku selbst gebaut. Und darum geht es in diesem Artikel.

7 Kaffee am Tag?

Unsere AGM Akkus sind jetzt dreieinviertel Jahre alt und soweit gut im Schuss. Ohne die Kaffeemaschine können wir damit 3-4 Tage autark stehen, das reicht uns völlig. Aber so ein Kaffee nimmt sich immer locker 3% Akkukapazität, so dass nach 7 Kaffee die 80% Schwelle unterschritten wird. Auch wenn die Akkus ja bis 50% entladen werden können, so bricht irgendwo in den 70ern die Spannung so weit zusammen, dass der Wechselrichter ausschaltet. Und 7 Kaffee ist jetzt nicht so viel … das erreichen wir an einem Tag.

Also muss ein größerer Akku her, der auch über die ganze Kapazität stabile Spannung liefert – und das ist Lithium Eisenphosphat. Oder Kurz LiFePo4. Seit einiger Zeit werden diese Akkus als „Untersitzvariante“ für den Ducato/Jumper angeboten, mit Kapazitäten von 150Ah bis sogar um 300Ah. Und weil mehr besser ist … liegt man dann aber locker bei 2.000 Euro und darüber. Aber, sowas lässt sich ja auch selbst bauen. Oder? Geliebäugelt habe ich damit schon länger, aber daran hängt ein Rattenschwanz: Ladebooster, neue, dicke Kabel, für die ich kein Werkzeug habe…

Blaue Zellen aus China

Und so komme ich mit einem lieben ehemaligen Arbeitskollegen – wir nennen ihn mal Michael – ins Gespräch, der sich auch so ein Ding bauen will und sich mit Bestellungen in China schon ein wenig auskennt. Er bietet an, sich um die Logistik zu kümmern. Ich gestehe – ohne seinen Einsatz hätte ich doch irgendwann in einen Fertigakku investiert.

Also geht die Recherche los, denn die blauen Zellen gibt es nicht nur in unübersichtlicher Vielzahl von unübersichtlich vielen Händlern, unter denen auch immer wieder schwarze Schafe sind. Sie müssen vor allen Dingen von den Abmessungen her unter den Beifahrersitz passen. Und das sind nur 19cm in der Höhe. Aber tatsächlich finden wir welche, die 15,4 cm hoch sind. Das sollte also mit Bodenplatte, Schraubanschluss, etwas Luft nach oben und einem Deckel klappen.

Dazu noch ein BMS (Batterie-Management-System), das 200A liefern kann. Das BMS kümmert sich um die Gesundheit des Akkus, schützt also davor, bei Kälte zu laden, zu tief zu entladen oder zu hoch zu laden. Außerdem schaltet es bei Kurzschluss ab, so dass keine Gefahr besteht.

Die Logistik

Michael findet auch heraus, dass die Zellen über Polen einreisen können, dann wird dort der Zoll erledigt. Und so geschieht es. Rund drei Monate dauert es, bis die Zellen in Michaels Werkstatt landen. Den Versand und die Paypal Gebühren teilen wir. Zusammen mit dem Ladebooster (nicht aus China, normal über Amazon) sind das die größten Einzelkosten des Projekts. Aber … 577,- Euro gegen 2.000,- Euro … da kann ich schon die eine oder andere Bastelstunde sowie in passendes Werkzeug investieren.

Die Vorbereitung

Ohne ins Detail zu gehen – dafür gibt es auf Youtube und in Foren hinreichen Infos – müssen ein paar Vorbereitungen geschehen, bevor der Akku zusammengebaut werden kann: Die Zellen müssen gemessen werden, um eventuelle Fehler zu erkennen. Dann werden sie vorgeladen und parallel geschaltet und so ein paar Tage in Ruhe stehen gelassen. Dadurch gleichen sich die Ladungen aller Einzelzellen an, was für den späteren Akku wichtig ist.

Der Zusammenbau

Ich habe mir einen Plan gemacht, wie die Zellen in der Kiste verteilt werden müssen, damit das ganze Ding vernünftig unter den Sitz passt.

Aber wie das mit Plänen so ist … wenn man Höhe und Breite vertauscht … nun gut. Auf dem Bild ganz oben ist die Anordnung zu sehen, die letztlich passt. Aber so stimmen meine Holzabmessungen nicht. Wir improvisieren.

Trotzdem ist auf dem Bild gut zu erkennen, wie die acht Einzelzellen zu einem Akku zusammengestellt werden: immer zwei Zellen parallel (die hellblauen Verbindungen) und dann 4 Zweierpacks in Reihe (die grünen Verbindungen).

Wir bauen also die Kiste aus meinen Brettern und einem Rest, den Michael noch hatte. Die Zellen haben im Bild noch Luft, weil sie beim endgültigen Zusammenbau mit dem weißen Schaumstoff verpresst werden, in dem sie geliefert wurden. Das ist mechanisch wichtig, weil sich die Zellen sonst beim Laden ausdehnen, was ihre Lebensdauer verkürzt.

Anschließend überlegen wir, wie wir das BMS, die Sicherung, den Hauptschalter auf der Vorderseite verteilen:

Nachdem das geklärt ist, beginne ich mit dem Verkabeln des Pluspols. Ich habe mich entschieden, alles mit 16mm2 Kabelquerschnitten zu verkabeln, dafür aber zwei dieser Kabel immer parallel zu schalten, so dass ich effektiv auf 32mm2 komme. Das ist für den hohen möglichen Dauerentladestrom von 200A wichtig. Die erreiche ich zwar nicht, denn die Kaffeemaschine ziet beim Start um 135A und der Rest des Autos verbraucht max. 5-6A, so dass ich nie mehr als 150A erwarte. Aber etwas Sicherheitsspielraum kann nicht schaden.

Für die 16mm2 Kabel müssen vernünftige Rohrkabelschuhe verpresst werden, um eine dauerhafte, sichere und leitfähige Verbindung herzustellen. Dafür habe ich mir eine hydraulische Presse gekauft, mit der die Kabelschuhe und der Kupferdraht sicher verpresst werden.

Das ist der erste Zwischenschritt, die Plusseite „steht“.

Dann folgt die Verkabelung des BMS. Zwischen den Zweierblocks werden Kabel aufgelegt. Damit kann das BMS feststellen, wenn die Zellen unterschiedliche Ladungen haben (was, siehe oben, nicht gut ist) und sorgt dafür, diese Ladungsdifferenzen auszugleichen (Balancing).

Und so sieht es fertig aus. Der Designfehler wird mir erst zuhause bewusst: an die Terminals unten rechts kann ich keine Kabel mehr anschließen, die nach unten rauskommen würden. Denn unten ist, äh, Fahrzeugboden. Also fliegen sie am Ende wieder raus.

Der Einbau

Zuerst muss der Sitz runter. Wer hier mitliest weiß, dass ich das bereits zweimal hinter mir habe. Aber dieses Mal ist da eine sehr hartnäckige Schraube. Und als ich sie mit dem Torx-Schlüssel hinreichend rund gedreht habe, mit Caramba, Hammer und Meißel hinreichend erfolglos war, musste halt die Bohrmaschine ran. Aber das ging dafür gut 🙂

Und, soviel sei verraten, es war tatsächlich das einzige Missgeschick dieses Projekts.

Nachdem der Sitz dann runter ist, alle bisherigen Verdrahtungen wieder ausgebaut und die vorhandenen AGM Akkus entfernt sind, tut sich die Lücke auf. Und damit die Frage: passt die Kiste rein?

Sie passt.

Tatsächlich bin ich bei meinen Plänen von den Grundmaßen der verbauten Akkus ausgegangen. Habe aber nicht gewusst, dass dieser Bügel, der am oberen Ende der Konsole ist, etwas nach innen gebogen ist. Runter mit dem vorderen Plexiglasschutz, dann passt die Kiste spack rein.

Der Ladebooster – Korrekt: Batterie zu Batterie Lader

Der Ladebooster erfüllt zwei Funktionen: er lädt den Akku mit hoher Spannung und einer für LiFePo4 geeigneten Ladekennlinie und er schützt die gesamte Elektrik. Denn so ein Lithiumakku hat einen sehr geringen Innenwiderstand, so dass er, wenn er entladen ist, serh viel Strom aufnehmen kann.

Ich habe mich für den Votronic 12-12-50 entschieden. Dieser bietet sehr viele Einstellungen und lässt sich auch im Ladestrom begrenzen. Ich war mir zunächst unsicher, ob ich komplett neu verkabeln will oder ob ich ggfs. die vorhandene Verkabelung nutze. Die vorhandene Verkabelung hat nur 10 mm2 Querschnitt, deshalb muss der Ladestrom in diesem Fall auf 39A begrenzt werden.

Da ich aber für dieses Projekt ja das oben bereits erwähnte Presswerkzeug gekauft habe, steht einer Neuverkabelung nichts im Weg, um die vollen 50A zu nutzen. Dazu muss ein Kabel direkt von der Starterbatterie zum Eingang des Ladeboosters verlegt werden. Hier im Bild links ist das das dicke Kabel, was etwas diagonal über das Anschlussterminal verläuft. Abgesichert ist das Kabel mit 80A.

Von dort läuft es unter dem Fahrersitz nach hinten. Hier starten auch die zwei Kabel rüber zum Beifahrersitz, die an Plus und Minus des Akkus angeschlossen und ebenfalls im Ladebooster verkabelt werden.

Das schwarze Kästchen im Vordergrund ist ein Relais, das in die vorhandene Leitung von der Starterbatterie zum Elektroblock eingeschleift wird. Der Elektroblock versorgt den ganzen Aufbau des Kastenwagens mit Energie (Wasserpumpe, Licht, Kühlschrank) und lädt den Aufbauakku, wenn das Fahrzeug am Landstrom angeschlossen ist. Auch verbindet er während der Fahrt die Starterbatterie mit dem Aufbauakku, um diesen während der Fahrt zu laden.

Da diese Aufgabe aber jetzt der Ladebooster übernimmt, wird mittels des Relais diese Ladefunktion des Elektroblock unterbunden, solange der Ladebooster arbeitet.

Zusätzlich habe ich noch einen kleinen Kippschalter verbaut, mit dem ich den Ladebooster während der Fahrt zu- oder abschalten kann. Denn er belastet die Lichtmaschine schon recht ordentlich, so dass diese auch heiß werden kann, wenn sie z. B. im Stau oder bei hohen Außenemperaturen nicht vernünftig gekühlt wird. Immerhin lädt der Ladebooster den neuen Akku jetzt mit 50A. Aber das braucht der auch, denn die hohe Kapazität des Akkus will ja wieder gefüllt werden.

Schlussakkord

Zuletzt wird alles wieder verkabelt und ordentlich verstaut.

Der Kaffee aus Booster und DIY LiFePo4 Akku

Sieht man, oder?

 

Die Kosten

Zu guter Letzt: was hat das ganze Projekt jetzt unter dem Strich gekostet?

Ladebooster und Akku hatten wir oben schon. Rohrkabelschuhe, Batteriekabel, Sicherungen, Werkzeug hätte ich auch gebraucht, nur um den Ladebooster einzubauen. Für den Akku selbst war die Kiste, das Plexiglas, der Batterietrennschalter und die fette 200A Sicherung notwendig.

An Arbeitsstunden habe ich ca. 7,5h für den Zusammenbau gebraucht. Der Einbau gestern und heute war nochmal 12-13 Stunden. Aber den hätte ich auch in der Fachwerkstatt bezahlt. Die hätten dank Erfahrung natürlich nicht so lange gebraucht. Aber, hey 🙂

Ach ja … jetzt muss ich noch gucken, wo ich die vermurkste Schraube wieder herbekomme.

*** Ende ***