Selbstbauakkus Li-Ion - besondere Erfahrungen

  • Im Folgenden möche ich meine eigenen Erfahrungen, Berechnungen, Gedanken usw. bezüglich Eigenbau Akkus für PV Speicher posten. Da die "normalen" Infos hier von div. Leuten sowieso gepostet wurden, beschränke ich mich auf Specials.


    Daten der Versuchs-End-Anlage:

    48 V Konfiguration, da in Summe die Kosten für "Peripherieteile pro kW" (Victron MPPTs und Multis) geringst möglich sind.

    Li-Ion möglich von 12s bis 16s, will man alles nutzen 13s bis 15s.

    Wollte 14s machen, jedoch entschieden für 13s, da die Quelle der Akkus "defekte" eBike / eScooter Akkus sind, welche relativ oft in 13s zur Verfügung stehen.


    Wirtschaftliche Betrachtung Selbstbau vs. Kauf-Akkus:

    Vorweg: vollkommen sinnlos die ganze Sache, aber es geht um Spaß und Erfahrungen sammeln, persönliches Interesse.

    Referenz: neuer Akku BYD = ca. 400 Eur / kWh netto bei 5000 Zyklen, inkl. CAN-Bus BMS, Garantie, Sicherheit LiFePO.

    Li-Ion Akku bei 2500 Zyklen dürfte nicht mehr als 200 Eur / kWh kosten, bei 1500 Zyklen nicht mehr als 120 Eur.

    Selbst wenn die Akkus geschenkt sind, 120 Eur / kWh sind schnell investiert, kleine oder große BMS-Platinen, Stecker, Sicherungen, Kabeln, usw.

    Von Arbeitszeit brauchen wir gar nicht reden. Schade, denn ich bin überrascht wie viele "defekte" Akkus vollkommen in Ordnung sind.

    Also auch bei geschenkten Akkus ist das Geld besser in neue Komplett-Akkus investiert.


    Interessiert, jedoch total überrascht bin ich von den div. Tesla-Modulen, die immer wieder angeboten werden. Eur 1000 für 5 kWh = Eur 200 / kWh.

    Selbst wenn diese noch 2500 Zyklen schaffen würden (unrealistisch), ist alleine rechnerisch schon ein neuer BYD überlegen (ohne Investition in BMS + Verkabelung / Gehäuse / Abreitszeit für Tesla-Module zu berücksichtigen).

    Also ich verstehe nicht, warum diese für PV Speicher eingesetzt werden, viel zu teuer.


    Einschub: Spannungsbereich LiFePo

    Gestoßen auf China-Billig Angebote bei Alibaba / Aliexpress, gerechnet.

    Erster Blick: Boah eh, sind die billig.

    Zweiter Blick: die Daten passen "nicht ganz": nur 2000 Zyklen bei LiFePo, der Spannungsbereich viel zu weit.

    Konkret: Ladeschluß bei 3,65 V, Float bei 3,6 V, Entladeschluß bei 2 V.

    Vergleich Daten BYD 5000 Zyklen, Echtbetrieb: Ladeschluß bei 3,45 V, Entladeschluß bei ca. 3.0 V.

    Also so eine BYD scheint gestreichelt zu werden, das ist mal meine Erkenntnis. Und / oder da ist viel mehr Kapazität drin, als verkauft wird.



    13 Stück dicke 1s Akkus vs. mehrerer kleiner 13s Komplett-Akkus

    Bin immer noch nicht sicher, habe zuerst die erste Varianten begonnen, also dicke Prügel von 1s zusammengestellt, zu je ca. 100 Ah.

    13 halbwegs idente aus solchen second-life Akkus zu basteln ist gar nicht so einfach.


    Habe nun mal umgeschwenkt, und vollkommen fertige 13s Akkus (in 3p, 4p, usw) hergenommen und daraus 1+ kWh Prügel gebaut.

    Prügel 1: 13s4p, davon 4 parallel = 13s16p (Quelle = 4 Stück e-Bike Akkus)

    Prügel 2: 13s24p aus identen Akku-Teilen zusammengebaut (Quelle = 5 Stück e-Bike Akkus)


    Jeder Prügel braucht nun ein eigenes BMS. Soweit mal kein Problem, aber was man nicht tun kann (so denke ich bzw. bin davon überzeugt), ist einfach die Prügel via BMS (!) parallel schalten.

    Grund: schaltet ein BMS den ganzen Prügel z. B. wegen Über- oder Unterspannung ab, soweit ok. Wird der Akku vom BMS wieder zugeschaltet, knallt es. Grund: Am Eingang hängt kein Ladegerät oder e-Bike Motor mit lächerlichen Strömen, sondern die anderen dicken Akkus mit mächtig viel Strom zur Verfügung. Ich will das gar nicht ausprobieren.

    Somit: 13s Akkus parallel ist ok, aber keinesfalls die Akkus per BMS trennen lassen. Muss ja nicht sein, eine Sicherung zum Trennen im Notfall / Überlastfall muss / wird reichen.



    Erfahrungen mit Balancern, aktiv + passiv

    Erster Prügel am Multi, erstes Mal laden, entladen, Zelldifferenzen prüfen, sehen was passiert.

    Zellen nicht ganz gleichmäßig geladen, das war Absicht, denn ich will das Balancing testen.


    Aktiver Balancer:

    Ja, das klingt nett und gut, denn es wird in allen Bereichen gebalanced. Ein Video eines Typen, der die Balancer testete, hat dann gleich mal das erste Erwachen ergeben, und zwar wie die Balancer arbeiten:

    Balancing Strom bis zu 1,2 A, toll. Balancing startet bei 0,1 V Zelldifferenz.

    Problem an der Sache: es werden immer nur die benachbarten Zellen gecheckt, ob 2 benachbarte Zellen die 0,1 V Differenz haben.

    Problem 1: 0,1 V ist ca. 10 % SoC!

    Problem 2: im Extremfall addieren sich die Fehler, wenn die benachbarten Zellen wie die Daltons geladen sind, erste voll und immer leerer bis zur letzten. Bei 13s wären das 12 x 0,1 V = 1,2 V - also der gesamte Spannungsbereich.

    Also die Probleme ignoriert, wird schon nicht so sein, testen. Und natürlich, ist gleich beim ersten Pack das der Fall, die erste am stärksten und wie die Daltons bis zur letzten, der schwächsten.

    Dies und die Überspannung einer Zelle ignoriert der Balancer gepflegt, das geht ihn nichts an.

    Fazit: Aktiver Balancer (viele gibts nicht) ist nett, aber das alleine ist der baldige Akku-Tod.


    Passiver Balancer:

    Beides in Kombination wird sicher das Richtige sein. Aktiver drauf (für extreme Unterschiede in allen SoC Bereichen), passiver Balancer für Top-Balancing.

    Übrigens sind da schon die ersten Eur 20 + 20 für eine 1 kWh Bank investiert, nur Balancer.

    Zwischenzeitlich der 2. Prügel fertig, der wird zum Testen herhalten.

    Also dann vorsichtig rauf auf die 4,2 V, sehen was passiert.

    4,25 schreiben die meisten Balancer, ist Ladeschluß / BMS würde den Lader nun trennen.

    Ist ja ok, aber wird jetzt gebalanced? Ich merke nichts. Gar nichts. Tatsächlich, die Wärmebildkamera entlarvt den Balancer, da tut sich etwas. Wenig.

    Schluß mit dem Gequatsche, hier die nackten Tatsachen / Ergebnisse:

    4,25 = Ladeschluß des BMS

    Balancing startet bei 4,20 V bzw. bis auf 4,20 V runter.

    Und jetzt kommts: Balancing Strom 30 bis 50 mA, je nach Platine.

    Zelldrift: ca. 100 mV, also ca. 10 % SoC.

    Die Rechnung: 1 kWh Pack 13s = ca. 20 Ah = 20.000 mAh

    um 1 % SoC auszugleichen = 200 mAh, bei 50 mA = 4 Stunden

    um 10 % SoC auszugleichen = 2.000 mAh, bei 50 mA = 40 Stunden


    Uff - wie balance ich nun lächerliche 100 mV aus?

    Laden auf 4,25 V, ein paar Stunden stehen lassen, wieder laden auf 4,25 V, ein paar Stunden stehen lassen, usw usw...

    Grund: 4,2 auf 4,25 V ist gar nichts. Die Zellen schießen in dem Bereich bei kleinster Berührung hoch. Um die anderen Zellen von 4,1 auf 4,2 hochzukriegen dauert das ewig.


    Also, mmmpv, bist ein Koffer, war eine blöde Idee, besser doch eine dicke Bank und einen ordentlichen Balancer wie REC oder Batrium.

    Das Zeug ist gar nicht so leicht zu bekommen, aber selbst wenn, nochmals die Rechnung:

    Akku: ein dicker Akku soll es am Ende sein, 13s, sagen wir 20 kWh ist schon nett, wie z. B. aus einem Nissan Leaf.

    20.000 Wh bei 13s = 415 Ah.

    Will man dieselben 100 mV oder ca. 10 % SoC ausbalancen, mal rechnen:

    Batrium meint 2 A max, aber nur mit Kühlung und bei 3,65 V (LiFePo). Recommended 0,7 A. REC bilde ich mir ein, 1 A gelesen zu haben.

    Egal, es geht um Richtwerte, also machen wir 1 A Balancing Strom bei einem "guten" BMS.


    415 Ah, 10 % balancen = 41 Ah, bei 1 A = 41 Stunden.

    Interessant - selbe Situation!


    Also, was bedeutet das nun?

    So gleich mal 100 mV ausbalancen ist eine Challenge.

    Das geht bei fast allen Balancern nur oben. Und es dauert.

    Warum ist das ein Problem?

    Weil ich da oben eigentlich gar nicht sein will! Oberhalb von 90 % SoC tuts weh, dort soll man nicht sein bei Li-Ion diverser Chemien.

    Aber nur da oben funktioniert Balancing, aber es dauert lang und erfordert, dass man ganz oben im Spannungsbereich ist.


    Damit die Balancer angehen, muss man sie mehrmals "anstoßen". Also rauf auf 4,25 V, auf 4,2 balancen lassen, wieder auf 4,25 V usw.


    Und nun verstehe ich, warum die e-Bike Hersteller sagen, der Akku soll immer voll sein.

    Macht man es nicht, findet kein Balancing statt. Und wenn doch Balancing, dann dauert das zu lange.

    Automatisch passiert auch nix, denn der Ladeport wird erst unter ca. 4,18 wieder freigegeben. Also Vollladen, ein paar Stunden warten, ein bisschen fahren, ganz wenig, wieder laden bis voll, stundenlang balancen lassen, wieder ein paar Meter fahren damit die nächste Ladung freigegeben wird usw.

    Also man muss den Akku quälen, im oberen SoC Bereich, damit überhaupt gut gebalanced wird. Ich denke, nun wird mir klar warum die Akkus schnell ex gehen.

    Einen Tod sterben sie, entweder unbalanced oder SoC 100 gegrillt.



    Was bedeutet das für die weiteren Experimente?

    Erstens, Lust es wieder sein zu lassen. Die Sache wird mühsam.

    Zweitens, eine Strategie entwickeln. Die Befehle für "Laden / Entladen" müssen mehr über den Akku wissen, oder zumindest erahnen. Und dann das 100 % SoC Ping-Pong Spiel machen, viele Male hintereinander, bis man davon ausgehen kann, dass alle Zellen nun endlich die 4,2 V haben.

    Gut - das kriegt man hin. Also wird man weiter sehen, testen, messen, usw.

    Aber jetzt werden mal per Ping-Pong die beiden 1 kWh Prügel top-gebalanced - wobei ich zellenweise ein bisschen mithelfen werde mit Li-Ion Ladern...


    Grüße, mmmpv

  • mmmpv

    Hat den Titel des Themas von „Selbstbauakkus - besondere Erfahrungen“ zu „Selbstbauakkus Li-Ion - besondere Erfahrungen“ geändert.
  • Vielleicht darf ich meine kleinen Erfahrungen mit Lions hier dazu schreiben, angeregt aus einem YT-Video und Resten zweier eBikeakkus hab ich mir eine kleine Bank mit ca. 20Ah bei 12V zusammen gebastelt (3s15p und 3 Tüten) - Ladestrategie 12,0 V und runter entladen bis 10V, die Bank wurde bisher ca. 200 mal nachgeladen, sind so 50 Zyklen durch, kein BMS oder Balancer, Drift bisher 0,05V - Belastung bisher max 2A, dennoch das Konzept für eine kleine Bank scheint so zumindest aufzugehen. Die 20Ah sind ungefähr das was die Bank bis 10V runter liefert.

  • KlausAlb : ohne Balancer trau ich mich nicht. Deine Werte machen mal Mut!

    Ich denke oder hoffe, dass das geringe Belasten mit ca. 1/10 C wie bei Dir, einiges leichter machen sollte.

    Auch das Fernbleiben von oberen und unteren Extremen (Spannung 3,3 bis 4.0 V) würde ich wie Du machen.

    Bei einigen "defekten" Akkus habe ich mir oft die Frage gestellt, was denn da kaputt sein soll. Sind voll OK.

    Was aber aufgefallen ist, dass da und dort doch beachtliche Innenwiderstände zu sehen sind.

    Das stört aber nur bei hohen Strömen, die wir hier gar nicht haben. Geladen wird meist auch viel länger / langsamer als bei eBike & Co.


    Zu den Werten:

    erster Blick: 0,05 V ist ja gar nix!

    zweiter Blick: das sind 50 mV, der aktive Balancer tut mal nix, geht erst ab 100 mV los.

    50 mV ist grad mal die Hälfte von meinem obigen Beispiel (100 mV), also das Balancen würde auch lange dauern.

    Und die 50 mV sind ca. 5 % SoC...


    Dazu noch eine andere Sache: einige eBike Akkus waren ohne Balancer, und zwar immer die mit den grünen Sony Zellen.

    Also es dürfte Zellen geben, die entweder nicht driften oder perfekt gleich sind und bleiben (kann ja nicht sein, oder?) oder die überladefähig sind. Diese Sonys haben übrigens Original eine relativ geringe Kapazität, ca. die Hälfte von allen anderen.

    Wollte diese gar nicht verwenden, weil doppelt so groß / schwer bei gleicher Kapa wie alle anderen, aber hab so viele davon...


    Bilder reinstellen hab ich mir auch noch vorgenommen - auch auf die Gefahr hin, dass manche Leut´die "Hände überm Kopf zusammen schlagen" :)

  • Ich hab im Vorfeld alle der Zellen einmal geladen und entladen, und mir mir die Kapazität notiert, und auch dementsprechend das Paket zusammen gestellt. Die drei Lipotüten, die die Hälfte des Speichers ausmachen, auch aus einem eBike-Akku, verhalten sich genauso, auch hier keine Drift feststellbar bei meiner Ladestrategie.

    Ich glaube die Zellen driften am meisten zwischen 4.0 und 4.2 Volt beim Laden, und wenn man sie unter 3.3V entlädt. Bei der Menge an Akkus, die du wohl noch auf Lager hast, lässt sich das warscheinlich auch noch einfach testen.

    Geladen wird der Akku mit einem D3806 - ein Arduino machts per Zeitschaltung möglich, und misst dabei noch Ein- und Ausgangsstrom.

  • Sorry, abbonier mobil ... ich hab einfach keine Schaltfläche in mobiler Version

  • KlausAlb : Anfangs habe ich die Lade / Entlade / Lade-Spielchen gemacht, aber irgendwann war mir das zu mühsam. Trotz bis zu 5 Ladestationen.

    Hier habe ich einige Packs, die auch im unteren Spannungsbereich realtiv nahe beieinander liegen, diese können nicht so schlecht sein. Bewahrheitet sich bisher. Gerne sehe ich, wenn genau eine oder wenige Zellblöcke defekt sind, denn dann ist die Ursache klar, warum diese ausgemustert wurden. Sind aber so viele Packs hier, die wirklich vollkommen OK scheinen. Selbst Innenwiderstände ganz OK. Vielleicht sind einfach nur die BMS Platinen kaputt gewesen, aber ich habe niemals die im Akku verbauten Platinen getestet. Traue den Dingern nicht, es kommt sowieso etwas Neues drauf

    Ich habe zwar viele Akkus hier, aber sehr schwierig schon mal nur genug aus der selben Baureihe zusammenzusuchen. Nominell liegen hier mehr als 10 kWh rum. Ich bin schon glücklich wenn ich 1 kWh pro Baureihe finde. Dann noch aussortieren - bleibt nicht mehr viel übrig. Wobei die Dinger doch meist sehr nahe beieinander liegen, viel sortieren muss man nicht. Unterspannung, mechanische Defekte, Korrosion, aufblähen, das wird auf 0 V entladen und kommt zum Verwerter...


    Akku-Packs sind gebalanced, ersten Testläufe gemacht. Interessant bisher:

    Laden und entladen bei etwas mehr als 0,5 C: absolut keine Erwärmung der Akkupacks feststellbar.

    Aktiver Balancer: meine Begeisterung ist verfallen. So wie die Dinger funktionieren ist das kontraproduktiv: Ist das Pack voll und in Balance, dann entladen. Irgendwann, im unteren Spannungsbereich ist dann irgendwo die Spannungsdifferenz zu hoch, der aktive Balancer schichtet um. Klingt mal ganz nett, das soll er ja tun. Wird der Akku wieder geladen, fällt das auf den Kopf. Die zuvor "zu starken" und "vom Balancer ausgesaugten" Zellen sind nun zu wenig geladen. Spannungsdifferenz aber zu gering, damit der aktive Balancer den Fehler wieder gutmachen würde.


    Die Strategie wird somit sein, nur passive Balancer zu verwenden. Ich habe welche mit LEDs bestellt, um zu sehen wann das Balancing statt findet. Im Normalfall werde ich mich im mittleren SoC Bereich bewegen, ab und zu dann vollmachen zwecks Balancing. Vielleicht in der Art: zuerst auf 4,2 * Zellanzahl, dann ein paar Stunden warten, dann auf 4,22, paar Stunden warten, dann nochmals auf 4,22 und paar Stunden warten. Wird sich zeigen, wie lange dann in der Praxis Balancing wirklich nötig / sinnvoll ist.


    Ist auch ein nettes Spiel, zuzusehen wie sich die Spannungen verhalten bei unterschiedlichen C-Raten. Klar ist die beste Effizienz bei geringen C-Raten (1/10), dabei ist auch wenig Zelldrift zu sehen. Im Leerlauf sowieso keine nennenswerte Drift. Bei höheren C-Raten aufgrund der unterschiedlichen Innenwiderstände zwischenzeitlich deutliche Drifts, im Leerlauf wieder beieinander. Fazit: für PV Speicher passts absolut, 1/10 C passt perfekt (= ca. eine Nacht oder Sommertag). Je größer der Speicher, desto geringere C-Raten sind von Nöten, mit einem großen Speicher kann man dann längere PV-ärmere Zeiten überbrücken. Großer Akku = weniger Zyklen. Was auch gut ist, denn so viele Zyklen wird man aus den Li-Zellen nicht rauskriegen, bei gebrauchten sowieso nicht...

  • Passive Balancer mit LEDs eingetroffen, verbaut und getestet. Eine LED pro Zelle. Toll wie man das sieht, aber auch hier wieder: Nichts für Perfektionisten. Eine Zelle wird auf 4,220, eine andere auf 4,190 gebalanced. Was soll´s.

    Ein anderer Balancer hat sehr schön auf 4,202 bis 4,204 gebalanced, aber diese krieg ich nur für 7s und ohne LEDs.

    Scheinbar muss man da durchprobieren, bis man das Wunschobjekt gefunden hat. Aber ich lass es mal, das mit den LEDs gefällt mir schon ganz gut.


    3 Stück zu je ca. 1 kWh sind nun beisammen, rauf und runtergetestet, unauffällig.

    Muss wieder tote Akkus schnorren gehen...

  • Ein anderer Balancer hat sehr schön auf 4,202 bis 4,204 gebalanced, aber diese krieg ich nur für 7s und ohne LEDs.

    manche Balancer sind kaskadierbar... ist nur nicht immer leicht raus zu finden auf den ganzen alibaba uns sonstigen chinaseiten.

    Im Pedelecforum gibt es auch einiges an knowhow, evtl gibt es da noch Tips.

    Hier im Forum hat doch auch mal jmd einzel BMS Bausteine entworfen und gefertigt (lassen), die beliebige serielle Zellenanzahl konnten so weit ich das richtig erinnere. Finde das grad nicht mehr...


    edit: doch noch gefunden: Speicher selberbauen: Lithium Balancer 8 Kanal

  • Interessiert, jedoch total überrascht bin ich von den div. Tesla-Modulen, die immer wieder angeboten werden. Eur 1000 für 5 kWh = Eur 200 / kWh.

    Selbst wenn diese noch 2500 Zyklen schaffen würden (unrealistisch), ist alleine rechnerisch schon ein neuer BYD überlegen (ohne Investition in BMS + Verkabelung / Gehäuse / Abreitszeit für Tesla-Module zu berücksichtigen).

    Also ich verstehe nicht, warum diese für PV Speicher eingesetzt werden, viel zu teuer.

    Ich glaube Du rechnest die Tesla Module zu schlecht:

    Es gibt für ca. 300 € eine Hardware, die das Tesla BMS ansteuert und perfekt auf Victron abgestimmt ist. Man braucht also nicht viel zusätzliche Hardware.

    Deine angenommene Restzyklenzahl ist meiner Meinung nach zu gering. Ein Tesla der 100.000 km auf dem Puckel hat, hat gerade mal 200 Vollzyklen! (100.000 km / 500 km Reichweite = 200) Selbst wenn man die Zyklenzahl rechnerisch wegen der Schelladungen verdoppelt sind das nur 400.

    Warum sollen die Tesla Akkus schlechter sein als die BYD? Dann blieben 4600 Zyklen übrig für 200 € je kWh plus Material für den 48 V Aufbau. Das werden bei mir für 100kWh so um die 2500-3000€ werden.


    Natürlich rechnet sich das immer noch nicht vernünftig, aber es geht auch ums Machen weil man es kann ;-)

    Gruß Kalle


    Eine gute PV Anlage rechnet sich

  • Janne : Da ich nur Balancing verwende und die anderen Funktionen nicht, kann ich beliebige Balancer anschließen. So habe ich auch 2 Stück 7s Balancer auf 13s angeschlossen, funktioniert. Sind nur (fast) doppelte Kosten, die kosten pro Stück ungefähr immer dasselbe (15 bis 20 Euro / Dollar), egal wieviel s...


    Kalle01 : 500 km sind die Ausnahme auf einzelnen Stecken (mein Rekord waren 632 km), 400 km pro Ladung schaffen wenige, sind im Schnitt eher 300 km - wenn man die div. Postings und Anzeigen am Display der Autos begutachtet (Langzeitschnitt Wh/km).

    Dann noch die Frage, wieviele Zyklen die Tesla Akkus wirklich schaffen werden. 5000 sicher nicht.

    Warum? Dann wäre das ja schon die "million mile battery", die gerade angepriesen wurde, nach Deiner Rechnung noch mehr (5000 Zyklen zu 500 km = 2,5 Mio - schön wär´s).

    Wenn die künftige "million mile battery" gerechnet ist mit 1.600.000 km zu 400 km pro Ladung, sind das 4000 Zyklen. Somit schätze ich die alten Akkus auf 2000 Zyklen.

    Die, die jetzt schon ca. 1.500 Zyklen drauf haben, wurden per Software massiv eingeschränkt. Geringere Ladeleistung, geringere Kapazität. Konkret, die oberen 10 % wurden gekappt. Keine 4,2 V mehr pro Zelle, meist 4,1 bei mir sogar nur mehr ca. 4.0. Dürfe einen Grund haben, offiziell nur "um die Lebensdauer zu verlängern".

    Bleibt bei 12s (2 Module in Serie) ein Spannungsbereich von 36 V bis 48 V, so weit ich weiss hat zumindest Victron mit den 36 V schon mal ein kleines Problem. SMA dürfte da beliebter sein bei Tesla Modulen.


    Wie auch immer, würde mich das mit Tesla Modulen sehr interessieren, aber nicht für Eur 200 / kWh, wenn ich neue LiFePo um 400 inkl. Garantie und allem Pipapo krieg...