Bastelprotokoll Lithiumtitanat 22 kW mit Infini 10 k

  • Neue 30 kWp liegen seit Oktober auf dem Dach und harren der Gnade des Zählersetzers beim VNB.


    Eigenverbrauch war für diese Ausbaustufe Hauptziel und hat nach langer Massage auch funktioniert, aber ich hätt' gern auch Speicher.

    Ob's sich rentiert, sei dahin gestellt, es geht auch ums Prinzip und ums Lernen.

    "Schwarze Null" wär' aber schon nicht schlecht, also mindestens geldmäßig ausgeglichen, ohne angemessene Vergütung der Arbeitszeit.


    Ursprünglich wollte ich meine alten Gabelstaplerbatterien dafür verwenden:

    Speichersystem mit alten Gabelstapler-Batterien?

    Dafür hab' ich mir auch schon einen infini 10k zum Spielen auf Lager gelegt.


    Während der Planung bin ich aber über die Technologie "Lithiumtitanat" (LTO) gestolpert und hab' beschlossen, die auszuprobieren.


    Folgende Überlegung steckt dahinter:

    Der Knackpunkt bei der Speicherrentabilität liegt derzeit imho bei den variablen Verschleißkosten der Akkus.

    Also Preis der Akkus geteilt durch ( Kapazität * erwartete Zyklenzahl), ergibt irgendwas in ct/kWh.

    Bei den LiIons / LiPos mit 500 .... 2000 Zyklen bin ich da bisher immer über 10ct/kWh gelegen.

    Zusammen mit den anderen Kosten (entgangene Einspeisung, Speicherverlust, Investition für Inverter und Installation) wird die Null dann schnell deutlich dunkelrot.


    Zwei Möglchkeiten gibt's, diesen Wert zu reduzieren:

    • billige Akkus - das war eben der erste Ansatz mit den alten Bleibatzen aus den Staplern
    • lange Lebensdauer, also große Zahl im Nenner

    LTO verspricht 20.000 Zyklen. Geteilt durch 365 komm' ich da auf 55 Jahre.

    Das endgültige Testergebnis - so es denn positiv ist - müßt Ihr also bitte von meinen Erben erbitten :-)


    Im Vergleich zu Blei sollte LTO hoffentlich wesentlich pflegeleichter sein:

    • kein Wasser nachfüllen
    • keine Ausgleichsladungen,
    • kaum Selbstenladung
    • kein Sulfatieren o.ä., können auch entladen ruhig eine Zeit lang rum stehen

    Im Vergleich zu anderen Lithium-Technologien

    • weiter Temperaturbereich
    • hohe Lade- und Entladeströme
    • Eigensicher bzgl. Brandgefahr


    Es gibt einen LTO-Erfahrungs-Thread:

    Gibt es Erfahrungswerte mit LTO Zellen als PV Speicher?


    aber ich will den nicht mit allen relevanten, irrelevanten und off-topic-Details meines Projektes zumüllen.

    30 kWp Volleinspeisung in 2009 mit Kaco Powador

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    30 kWp in Bau, Speicher in Planung

  • Nach einigen Recherchen (hier im Forum und im großen weiten WWW) hab' ich mich für Yinlong 40-Ah-Zellen im Format 66160 entschieden.

    Die Teile haben 30 ... 40 Ah bei ca 2,3 V Nennspannung, also irgendwo knapp 100 mWh.


    Gekauft hab' ich über Alibaba bei Shenzen OSN Power.

    Die haben von all den Anbietern im Web die besten Referenzen. Der Kontakt bis zum Kauf lief positiv.

    Rohpreis ist USD 27,28 / Zelle, dazu kommt Fracht, Verbinder, Zoll....

    Ist noch zu früh, einen Strich drunter zu machen.


    Ich plane jetzt eine Konfiguration von 22S10P, also 220 Stück von den Teilen.

    Mit den 2,3 V Nennspannung der Zelle liege ich bei 50,6 V, und 10x40 = 400 Ah.

    OK, die 22 kW in der Überschrift sind Angeberei, seien wir froh wenn wir 20 erreichen.


    Das empfohlene Spannungsfenster der LTO liegt zwischen 1,8 und 2,8 V.

    Der Infini kann lt. Datenblatt 40 ... 60 V.

    Mit 22S liege ich damit zwischen 1,82 und 2,73 V ganz gut dabei.


    Hab' also 230 Stück geordert (10 Reserve für man-weiß-ja-nie)

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  • Die "Proforma Invoice" ist vom 17. Oktober.

    Ich werd' wohl eine Woche gebraucht haben, das Geld raus zu bringen.

    Gestern, 19. Dezember, kam der UPS-Mann mit 14 schweren Päckchen :-)

    Die Lieferzeit ist also im versprochenen Rahmen.


    Teilweise sah der Karton schon recht ramponiert aus (nicht das, was man von UPS erwartet).

    Aber die Zellen sind in so 'ner Art Eierkartons verpackt.

    Ich hab' die ramponiertesten Pakete geöffnet und keine mechanischen Schäden an den Zellen feststellen können.

    Frag' mich keiner, warum man so eine Sendung nicht auf Palette verschickt.

    Die Wege der internationlaen Logistikkalkulation sind unergründlich...


    Optisch sehen die Zellen top aus.

    sauber glänzend, YinLong-Logo, keine Hinweise auf Gebrauchtware oder Plagiat.


    Lt Shenzen OSN handelt es sich um B-Ware, die aus den sehr engen Automotive-Spezifikationen raus fallen.

    Let's see....

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  • Das sind die Empfehlungen des Händlers zum Handling:


    Ich hab' mich mit also (unter anderem) mit einem YR1035 zum Messen der zellspannung (auf 5 digits) und des normgerechten Innenwiderstandes (1 kHz AC, 4-Punkt-Messung) sowie einem EBS-A20 Discharger bewaffnet.

    Zm Üben hab' ich auch noch den Umbau einer Kawasaki auf E-Bike samt Akku aus 18650 begonnen (natürlich nur zum Üben :-) um Erfahrung zu sammeln.


    Die ersten beiden Zellen hatten beide 0,32 mOhm, eine 2,1888 V, die andere 2,2396 V.

    Ob da jetzt unterschiedliche Selbstentladung oder unterschiedliche Vorgeschichte oder einfach ganz normale Streuung zugrunde liegt, sei dahin gestellt.


    Der Innenwiderstand liegt < 1 mOhm in der Spezifikation.


    Ich hab' jetzt meinen EBS-A20 aufgesetzt, um Lade-Entlade-Ladezyklus zur Kapazitätsmessung durchzuziehen.


    Ich bin mir nicht sicher, ob ich mir wirklich den Sortieraufwand antun möchte, so wie er oben dargestellt ist.

    Mit einem einzigen EBS-A20 komm ich da nicht weit. Der kann max 4 A laden, wenn er das 2x im Testzyklus macht, sind 24 Stunden schnell rum. Bei 220 Zellen sind das ein dreiviertel Jahr

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  • Ich hab' zwar eine Hand voll FZ35 Discharger und einen Sack voll zb213.

    Damit könnte ich also parallele Entladungsmessungen für Einzelzellen machen.

    Aber ich muß sie dafür trotzdenm auch noch alle 2x präzise laden.

    40 Ah sind ein Haufen zeugs.


    Ich hab' das bei meinen Moped-Zellen begonnen (100 Zellen in Li 500 gemessen) und dabei festgestellt, daß die Zellstreuung geringer ist als die Meßfehler.

    Die Statistik beim zufälligen Mischen der Zellen reicht zum Homogenisieren des Packs aus.

    Erste Messungen an einem 5S32P-Pack haben das bestätigt.


    Ich hoff' jetzt, daß das mit den Yinlongs ähnlich läuft.

    Mein Plan:

    • ca 10 Stück mit EBS auf Kapazität messen, um die Streuung abzuschätzen
    • evtl. die Spannungen egalisieren, um hohe Ausgleichsströme zu verhindern, ggf. mit Labornetzteil auf niedrigem Wert, damit es nicht zu lange dauert
    • das Pack mit zufälliger Mischung aufbauen
    • evtl. entweder vorher oder nacher alle Bänke auf Nennspannung (2,7 oder 2,8) händisch egalisieren
    • Das Pack so aufbauen, daß man einzelne Zellen ohne großen Aufwand tauschen kann
    • Das Pack dann mit einem brauchbaren BMS life betreiben und die Drift der Bänke beobachten
    • Falls es starke Abweichungen gibt, Zellen zwischen der besten und der schlechtesten Bank mischen

    Als BMS hab' ich mir jetzt das Chargery BMS24T raus gesucht.

    Ich denk', ich werd das erst mal ohne Relais betreiben.

    Der Grundschutz (Über- / Unterspannung, Überstrom) wird ja vom infini bereit gestellt.

    Das Chargery macht dann erst mal nur Balancing und Monitoring.


    Was fehlt, ist das Abschalten des Packs, wenn eine Bank aus der Balance fällt.

    Aber selbst wenn eine Bank komplett zusammen bricht (also kurz schließt), krieg ich bei bei 60 V / 21S = 2,857 V au dem Rest, bin also noch immer innerhalb der Spec von max 2,9 V.


    Ich hatte mir auch überlegt, nach Tesla-Manier eine Einzelzellensicherung zu verbauen.

    Aber ich glaub', ich verkneif mir das

    • LTO sollten lt. Prospekt eigensicher im Bezug auf Beschädigung und Brandgefahr sein
    • ein Unfallrisiko wie beim Auto ist bei einem stationären Speicher zu vernachlässigen
    • Ob eine selbstentladende Zelle tatsächlich so schnell degradiert, daß die Sicherung auslöst, bevor die ganze Bank kurzgschlossen ist, sei dahin gestellt
    • eine komplett gestorbene Bank mit 10P kostet 28 € * 10 = 280 €, evtl zzgl. Kleimengenzuschlag, und liegt damit imho im Vergleich zum Mehraufwand einer Einzelzellensicherung im Rahmen

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  • Viel Glück und einen geeigneten Akkuraum!

    Siehst Du da ein Problem?


    Wenn ich mich recht entsinne, hat LTO einen Temperaturbereich von -20 .. 60 °C

    Sicher ein großes Plus ggü anderen Li-Technologien.


    Ich werd' in den ehemaligen Heizkeller gehen, der nach Einbau einer Hackschnitzelheizung frei geworden ist.

    Der hat immerhin Brandschutztüren.

    Ich glaub' zwar nicht, daß ich das brauche, aber falls jemand einen formalen Nachweis der Eigensicherheit der LTO fordert, wirds mit China-Ware evtl. eng.

    Ich hätte diesen Raum auch für die Blei-Akkus vorgesehen, da denke ich sind die Anforderungen bei weitem schärfer.

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  • Hi wjr,


    Zitat


    Die Teile haben 30 ... 40 Ah bei ca 2,3 V Nennspannung, also irgendwo knapp 100 mWh.

    ganz so groß darf die Streuung durch B Sortierung nicht sein... Es gibt die 66160er YinLong's in 30, 35 und 40Ah (ein paar mal habe ich jetzt auch schon 45Ah gesehen).

    Wenn Du 40Ah gekauft hast sollten schon alle nahe bei diesem Wert sein (meine schlechteste ist ~39,2Ah).


    100 mWh?


    Mit den 2,3V Nennspannung zu rechnen ist auch etwas optimitisch. Der Durchschnittswert des nutzbaren Spannungsbereichs liegt eher so bei 2,2V.


    Zitat

    Die ersten beiden Zellen hatten beide 0,32 mOhm, eine 2,1888 V, die andere 2,2396 V.

    Das ist schon relativ viel... die Zelle müsste ganz schön lang gelegen haben, meine beiden Reservezellen verloren von März bis Anfang Dezember ~0,05V.


    Auch wenn's in Arbeit ausarted, - ich würde schon erst mal jede Zelle messen. Erst mal nur die Spannung mit der sie angekommen sind und die Auffälligen (deutlich niedrigere Spannung) laden und endladen und dabei die Kapazität messen.


    Spannung angleichen sehe ich vor dem Pack bauen als Pflicht. ich habe mir mit nem Arduino eine Abschalteinrichtung gebaut damit ich das sauber hin bekomme.


    Der 8 Zellen Block den ich im WoMo ganz ohne Regelung und Ballancing betreibe hatten am Ende des Jahres eine Spannungsunterschied von 0,009V (höchste zu niedrigste Zellspannung), - beim Einbau waren es 0,003V.

    Um das weiter verfolgen zu können, habe ich vor dem Wiedereinbau die Zellen nicht neu angeglichen- Mal sehen wie es nächstes Jahr aussieht.

  • OK also bei mir kann ich nach 7 Monaten folgendes veststellen.

    Zwischen 2.1 volt bis 2.4 volt sehr stabil und ca. 75 bis 80 % von der berechneten ah bei mir 15 Stück pararell 40 ah und davon 24 in Serie

    1 pack trifftet ab 2.4 volt weg

    Also 23 pack haben 2.47 volt und einer 2.4 volt

    Dieser pack ist beim entladen dann umgekehrt der stärkste 23 Pack haben 2.07 volt der ander 2.14 volt

    Daher habe ich mir jetzt im Winter mal die Mühe gemacht diesen Pack Manuel nachzuladen bis er die gleich Spannung hat wie die ander. 15ah konnte ich nachladen bei 600ah also 2.5% Abweichung nicht viel aber das BMS bekommt das nicht geregelt.

    Sollte 1 amper ausgleichen ist aber bei kleinen volt Zahl Differenzen nur 0.3amper also Dauer das Ausgleich bis zu 45 Stunden

    Zu lange daher werde ich mir jetzt noch ein activities balancing mit Kondensator zulegen das 5 amper Balance macht auch wenn die Spannungs Unterschiede klein sind

    Lg Daniel

  • Hallo,


    ich bastel derzeit auch an meiner kleinen LTO-Batterie mit 30 Zellen. Ich versuche mal meine Erfahrungen zu teilen:


    • Alle kaufbaren LTO-Zellen sind gebraucht Zellen. Die Unterschiede in den Kapazitäten der einzelnen YinLlong-Zellen (25ah/30ah/40ah/45ah) sagt lediglich aus, welche Restkapazität die Zellen besitzen. Manche Hersteller sagen es sind A-Zellen, manche B-Zellen, aber sicher ist, dass keine Einzige dieser Zellen neu sind. Die technischen Angaben mit Laden und Entladen mit 6C bzw. 10C gelten nur für nagelneue Zellen. Nagelneue Zellen werden in Bussen eingesetzt und mit diesen hohen Lade-/Entladezyklen benutzt. Wenn der interne Widerstand der Zelle in dem Bus zu hoch wird (also nicht mehr flott aufgeladen werden kann), dann können wir diese als PV-Speicher kaufen. Meine Zellen teste ich alle komplett mit dem EBC-A20 Lädegreät selbst. Meine 40AH Zellen stimmen in der Kapazität, aber man kann diese nur mit maximal 0,2C (eventuell 0,25C) benutzen und die Nenn-Kapazität erhalten. Bei mir ist bei 0,3C Feierabend, dann schaffen die Zellen nicht mehr viel. Aber Achtung: Im Verbund vieler Zellen ist die Belastbarkeit natürlich viel ausgeglichener.

      Viele machen den Fehler mal eben schnell 6 LTO-Zellen zusammenzupacken und dann mit einem Fön die Leistung zu messen. Das Ergebnis ist gnadenlos schlecht. Ich glaube aber, wenn man versteht, dass bei einer LTO-Batterie eine höhere Anzahl an Zellen für ein gutes, stabiles Ergebnis unter Last sorgt, dass man hier viel Spass haben kann.

      Manche Hersteller warnen auf den Webseiten, das man auf jeden Fall auf das Gewicht der Zellen (30AH über 1170g, 40AH über 1220g, 45AH über 1260g) achten soll! Dies kann ich jedeoch nicht besätigen. Da die Zellen sowieso alle eingeschränkt sind, kann man nur mit einem Lasttest die Kapaizität bestimmen. Ich hatte Zellen mit 1170g die eben doch über eine Kapazität von 40AH verfügt haben.
    • Bei meinen Tests sind meine Zellen voll geladen, wenn ich diese auf 2,65V hochlade und dann diese Spannung erhalten bis der Ladestrom von 5 Ampere auf 2 Ampere gefallen ist. Dann ist die Zelle zu 99% gefüllt. Hierbei sei gesagt - später wichtig für Solar-Laderegler in der Absorptionsphase - das wenn die Spannung gehahlten wird und der Ladestrom auf 0 Ampere geht, die Zelle komplett voll ist. Dann ist die Zelle fast schon überladen. Hier sind die LTOs recht robust, aber man sollte aufpassen. Ich werde später im Solar-Betrieb die LTO-Zellen nicht in dieser Form laden (vielleicht bis 2,5V maximal 2,55V), dass habe ich nur für die Kapizitätstest gemacht. Wichtig ist: Man kann beim Laden nicht lediglich auf die Spannung achten. Wenn man zum Beispiel den ganzen Tag 2,65V Spannung auf eine LTO-Batterie packt, ist diese Überladen. Natürlich sind LTOs realtiv tolerant gegen Überladen/Unterladen, trotzdem sollte man wissen, wie man die LTO-Zelle lädt.
    • Die Verbindung der Zellen ist gar nicht so trivial wie gedacht. Der Strom sollte möglichst gleichmäßig durch alle Zellen fliessen und es sollte so wenig Verbindungen wie möglich haben. Meiner Meinung nach sollten die Endpole "in der Diagonale gegenüber liegen" und jede serielle Verbindung auch tatsächlich zwischen den Zellen realisiert werden. Dies bedeutet bei einem 6s5p 73 Busbars, das ist schon ordentlich! Aber so ist der kürzeste Weg des Stroms gleichzeitig der Längste und jeder Weg durch die LTO-Zellen durchlaufen 9 Verbindungspunkte. Ich verwende 5mm Alu-Platten und bohre die Löcher selbst, dann habe ich parallel und seriell direkt zusammen auf einer Platte. Einfach weil jede Verbindung den Widerstand erhöht.
    • Ich habe ebenfalls das Chargery-BMS. Für den Preis mit der Funktionalität sicherlich richtig gut. Das "Balancing" ist nur passiv und kann nur beim Laden/Entladen funktionieren (in Storage passiert überhaupt nichts). Das BMS belastet einfach Zellen die beim Laden eine höhere Voltzahl als andere haben (also eine schwache Zelle mit geringerer Kapazität) mit einem Widerstand, so dass die anderen Zellen weiter geladen werden können und keine Zelle hoffnungslos überladen wird.

      Jeder muss natürlich selbst wissen, wie und ob er die Zellen "balanced". Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass ich "Bottom-Balancing" verwenden werde, weil es aus meiner Sicht das logischteste und sinnvollste ist. Ich entlade meine LTO-Zellen auf eine genau definierte Voltzahl mit dem EBC-A20, so dass alle Zellen gleich und ziemlich leer sind. Dann baue ich meine Batterie zusammen, und lade die Batterie vollständig auf und beobachte die Voltzahl der parallelen "Strings" und stroppe den Ladevorgang sobald ein String mein vordefinierte Voltzahl erreicht haben. Natürlich sind dann nicht alle Zellen bei 100%, ABER der ganz große Vorteil, alle Zellen sind mit gleich viel Energie geladen. Beim passiven Balancing mit dem Chargery würden schwache Zellen "im Limit-Voltbereich" gehalten werden, damit starke Zellen weiter aufladen. Im Ergebnis habe ich dann am Ende unterschiedlich geladene LTO-Zellen, die beim Entladen ständig Strom gegenseitig austauschen werden und die schwächsten Zellen werden nonstop "bekämpft". Beim "Bottom-Balancing" habe aber alle LTO-Zellen nach dem Laden gleich viel Energie geladen und geben diese auch fast gleichzeitig wieder ab, hier gibt es viel weniger "Kämpfe", weil die schwachen und die starken Zellen gleich "mitmachen".

      Ich habe hier auch einen aktiven Balancer "QNBBM 6S active balancer". Aber auch dieser findet keine Verwendung bei mir. Wir wissen bei unseren gebrauchten LTO-Zellen, dass wirklich jede Zelle unterschiedlich benutzt ist. Es ist utopisch zu Glauben man "balanced" die Zellen auf 5mv. Natürlich funktioniert dies mit den aktiven Balancers, die schauffeln dann aber nonstop Strom zwischen den Zellen hin und her. Das geht einfach auf Kosten der Kapazität. "QNBBM" gibt einen Wirkungsgrad von 94% an, dies wirkt sich bei ständiger Ausgleichung aus.

      Im Übrigen ist "Bottom-Balancing" die gute Gelegenheit seine Batterie zusammenzubauen. Alleine aus Sicherheitsgründen bei sovielen Parallel/Seriell-Schaltungen, sind leere Batterien zu bevorzugen.
    • Beim Einsetzen eines BMS gibt es das Problem mit den "Charge/Discharge"-Relays. Die sind natürlich sehr sinnvoll und sollten meiner Meinung unbedingt eingesetzt werden. Wenn man allerdings "Normally-Open"-Relays einsetzt, muss immer ein Strom fliessen, um die Relays aktiv zu halten. Ich versuche derzeit verschiedene Solid-State-Relays aus, um große Relays mit mehr Stromaufnahme zu vermeiden. Das zieht halt auch an der Kapizität der Batterie. Der größte Nachteil der Solid-State-Relays ist, dass diese echt warm werden. HIer ist ein gutes Hitzemanagement ganz, ganz wichtig.

      Hierbei sei noch gesagt, dass beim Bauen einer LTO-Batterie auch über ein Charge-Relay nachgedacht werden kann - und sollte. Für den Chargery gibt es ein "Charge-Delay-Board", aber das führt hier jetzt zu weit. Dies kann genutzt, werden, um Wechselrichter & co ohne Funkenbildung vorzuladen. Sollte man mal gehört haben.
    • In den Packs verwende ich derzeit keine Sicherungen, aber man kann Andenken bei größeren parallen Packs an einer Stelle Sicherungen zu verwenden. Ganz sicher, wenn man verschiedene Batterie Packs verwendet, müssen die Packs einzeln abgesichert werden. Wenn ein Packs ausfällt (durch BMS/Sicherung/Fehler) dann fliesst in den anderen Packs viel Strom - vielleicht zuviel (denke an die Relays).
    • Beim ersten Tests der LTO-Zellen ist man eventuell wegen der Kapizität enttäuscht, aber wenn man herausgefunden hat, dass die Masse und niedrigen Cs (0,1C, 0,2C) wichtig sind - also komplett anders als die Zellen beworben werden - kann man viel Spass haben. Der blaue Yinlong Überzug ist übrigens nur für den Wiederverkauf und so werden die Zellen in den Bussen nicht benutzt!

    Mehr fällt mir erstmal nicht ein. Ich freue mich, aber das wir hier unsere Erfahrungen teilen können.



    Ciao

    Tobi