ich baue gerade ein Li-Ionen basiertes Akkusystem für meinen Sprinter-Ausbau und wollte darüber berichten.
Vielleicht findet hier ja jemand das ganze interessant.
Stand der Dinge war, das ich 2x 140W Solarpanels auf dem Dach habe, mit 2x 100Ah billig "Solar" Bleiakkus. MPPPT Laderegler, 2000W Wechselrichter, Kompressorkühlbox, Diesel-Luft-Standheizung, viele LED Lampen, Trennrelais zur Fahrzeugbatterie. Alles Standard-Komponenten, von allem immer eher die "günstige" Variante.
Das System lief für 3.5 Jahre ganz gut und ich war zufrieden. Jetzt haben die Bleiakkus aber ganz schön nachgelassen. Und weil der Bus eh schon heftig an den 3.5 Tonnen kratzt (Es ist der 4L2H NCV3 als 316er) habe ich mit Lithium geliebäugelt. Die Standard-Kompenenten hierfür sind leider garstig teuer, die nackten Lithium-Eisen-Phosphat Zellen ebenso.
Und so kam ich auf die Idee: Warum keine normalen 18650-er Li-Ion Zellen verwenden, die Tesla vor 10 JAhren schon genommen hat?
Die Samsung INR18650-29E Zelle bekommt man neu für 2€ pro Zelle (wenn mann >100 Zellen kauft) bei 10 Wh und 40g pro Zelle. Damit kann ich einen 100Ah Bleiakku (~1 kWh, ~30 kg, ~200€) leicht mit 100 Zellen ersetzen (~1 kWh, ~4 kg, ~200€). Temperatur ist auch kein großes Problem, Entladen geht von -20°C bis 60°C, Laden immerhin zwischen 0°C und 60°C. Das ganze Zell-Management usw. bekomme ich als E-Ingenieur doch easy in den Griff, oder?
Das Problem: Die Spannungslage der Li-Ionen Zellen von typ. 3.6 V (min. 3V (schonend), max. 4.2V) passt nicht auf 12V Systeme. Bei 3 Zellen in Reihe hängt man bei 9V - 12.6V zu niedrig, bei 4 Zellen mit 12V - 16,8V zu hoch. LiFePo Akkus sind da mit typ. 3V pro Zelle kompatibel, aber vieeel teurer.
Aber was wäre mit einem 24V System? 7 Zellen bedeuten 21V - 29,4V, das ist ungefähr der Spannungbereich von 24V Blei Akkus. 220V Wechselrichter für 24V sind kein Problem (da fließt richtig Strom das kann nicht vorab auf 12V gewandelt werden). Die Kühlbox (Dauerverbraucher) ist 24V kompatibel, für den Rest mit "kleiner" Leistung bräuchte man Step-Down Regler auf 12V (~90% Effizienz).
Also habe ich viel nachgedacht und bin bei folgender Idee zu einem Bastelprojekt für ein modulares Akkusystem gelandet:
- Das erste Modul ist der Akku mitsamt einem Mikrocontroller der folgende Aufgaben erledigt:
- Über/Unter-Spannungsüberwachung, Überstromüberwachung, Über/Untertemperaturüberwachung
- Falls bei der Überwachung ein Parameter außerhalb der erlaubten Limits liegt, wird der 24-V Ausgang über Leistungs-FETs abgeschaltet
- Beim Laden überwacht der Mikrocontroller das Balancing
- Kommunikation über ein Bus system. (Wahrscheinlich I2C, vielleicht auch CAN)
- Es können mehrere Akkumodule parallel in das System gesteckt werden
- Schnittstellen: 24V Ausgang, Bus-Stecker mit 5V Low-Power Ausgang.
- Das zweite Modul besteht aus einem Mikrocontroller kontrolierten DC-DC Wandler, der je nach Konfiguration als Solar-Laderegler (MPPT) oder als Lade-Booster von der Fahrzeugbatterie verwendet werden kann:
- Der Wandler kann in beide Richtungen Strom pumpen, also sowohl von der 12V Fahrzeugbatterie in die LiIon Batterie als auch rückwärts, falls z.B. das Fahrzeug länger steht, und man die Fahrzeugbatterie über die Solarzellen puffern möchte.
- Der Wandler kann Step-Up und Step-Down in beide Richtungen (Also von einem 24 V Solarsystem Step Down, oder von einem 12V System step Up)
- Eingangs und Ausgangs Strom und Spannung, sowie Wandler Temperatur werden überwacht.
- Ausgelegt auf eine Leisung von ~300W
- Kommunikation über ein Bus system. (Wahrscheinlich I2C, vielleicht auch CAN)
- Es können mehrere Wandlermodule parallel betrieben werden (Ladebooster, Solar-Lader, Landstrom-Lader, 12V Erzeugung)
- Schnittstellen: 24V zum Akku, Ein/Ausgang zu 12-V Akku/Solar/usw (je nach Konfiguration), Bus-Stecker mit 5V Input.
- Das dritte Modul ist ein Display-Modul, das nur den aktuellen Status aller angeschlossener Batterien und Wandler anzeigt und managt:
- Kommunikation über ein Bus system. (Wahrscheinlich I2C, vielleicht auch CAN)
- Anzeige von allen Parametern.
- Konfiguration von Parametern (z.B. Wie weit sollen die Akkus geladen/entladen werden (Akkuschonung <--> max. Kapazität))
- Herunterregeln von Lade-Wandlern wenn der Akku voll ist (die Abschaltung im Akkumodul ist nur für Notfälle)
- Automatische Rückwärts-Ladung der Fahrzeugbatterie falls eine kritische Spannung erreicht ist.
- Eventuell Akkuheizung aktivieren (über den Balancer) wenn bei Kälte geladen werden soll.
- usw.
- Schnittstellen: Bus-Stecker mit 5V Input.
Geplant sind 3 Akkumodule mit insgesamt 3kwh Kapazität
Wandlermodule für Solar, Ladebooster, Landstromladen, 12V erzeugen (LEDs).
2 Displaymodule, einer fest verbaut, einer fürs Schlauchboot.
Der gegenwärtige Status des Projekts:
Die Akkupakete sind zusammen ge-punkt-schweißt. Die Schaltpläne und Layouts sind gemacht, Bauelemente bestellt.
Als nächstes muss alles zusammengelötet werden und vor allem alles programmiert werden.
Kosten bisher:
- 330 Zellen a 10 Wh --> 660€
- Ein billig Akku Punktschweißgerät 100€
- Alle Platinen ätzen lassen, knapp 100€
- Alle elektronischen Bauteile zusammen ~ 400€
- Alugehäuse für alle Module ~200€
- Ein neuer 24-V Wechselrichter - mal gucken.
Mal gucken wie es weiter geht...
Ich halte Euch auf jeden Fall über den weiteren Fortschritt auf dem Laufenden. Wird aber in nächster Zeit langsamer voran gehen. Weihnachtsurlaub vorbei. Kindergarten für die 2 Jungs zu. Da muss man echt gucken wo man mal eine freie Stunde hat.