Red' nicht, tu es!

LiFePo4 in den Pössl

Grundsätzliches

Wir haben ja nicht den großen Stromverbrauch, aber trotzdem schien mir eine LiFePo4 angebracht, erlaubt sie doch die besser Nutzung ihrer Kapazität. Während die AGM nur rund 50% ihrer 95Ah nutzen kann, ohne Schaden zu nehmen, können LiFePo4 problemlos 80 bis 90% ihrer Ladung abgeben, ohne Schaden zu nehmen.

Jetzt ist es nicht so, dass ich viele Verbraucher habe. Der Volksverblöder (TV) ist zwar eingebaut, aber noch nie gelaufen und der Kaffee wird per Bialetti gemacht. Wir haben also außer LED-Beleuchtung, Wasserpumpe und Gebläse der Gasheizung keine sonstigen Stromverbraucher, außer diverses USB-Zeugs.

Es passierte mit der AGM, was passieren muss:
Nach ca. 5 Stunden Heizbetrieb und Betrieb des CPAP-Gerätes schaltete das Schaudt 99 wegen Unterspannung (10,5V)ab. Eigentlich hatte ich das erwartet.

Was tun?

Das bekräftigte mich in meinem Entschluss, auf LiFePo4 umzubauen. Angepeilt waren 100Ah, die für meine Zwecke ausreichen sollten und gleichzeitig das Gewicht um rund 10kg verringern.

Dabei fällt eben auf, dass einerseits die Maße der üblichen Verdächtigen (Batterien) nicht so sind, wie man sich das wünschen würde für eine Untersitzmontage, andererseits missfiel mir auch, dass fast alle LiFePo4-Kaufbatterien recht groß bauen, ein BMS haben, aber nicht zu öffnen sind. (außer wenn sie in Blechkästen verbaut sind). Des weiteren sind sie meist viel größer, als es für die Zellen notwendig wäre.

Im Klartext: Wenn das BMS Ärger macht, kommt man nicht dran, wenn das Balancing nicht zufriedenstellend ist, kann man nicht dran etc. etc.

Warnung: 3,2V-Zellen mit 120Ah haben Potenz! Die offene Verdrahtung bei Eigenbauten birgt Unfallgefahren. Also bitte, Uhren, Ringe und anderen Schmuck runter, wenn man an Strom arbeitet!

Das Objekt der Wahl

So habe ich mich dazu entschlossen, eine offene Einheit zu bauen, wo man überall dran kommt. Sollte also das passive Balancing nicht ausreichend erscheinen (reicht nicht, weiß ich mittlerweile), kann ich jederzeit einen aktiven Balancer hinzufügen, ohne etwas aufsägen zu müssen.

Die Zellen sind von CATL und haben 120Ah, das BMS ist ein Smart DMS 4S 100A von Daly mit BT und externem Display. Da der Ladestrom des WA121525 (ohne Fühler) maximal 25A beträgt und das Schaudt 99 in Bleisäure-Stellung mit 18A lädt, bin ich im Bereich von 0,2 C bei den Zellen. Die maximale Entladestrom von 1C ist für mich kaum relevant. Ich habe keinen Wechselrichter mit Kaffeemaschine oder Klimaanlage darauf laufen.

Die AGM ist unterm Sitz verbaut und das noch an ziemlich dämlicher Stelle:
Die Batterie ist im hinteren Bereich unterm Beifahrersitz und vorne ist Platz für eine zweite Batterie. Zumindest sieht es so aus. Davor an einem Blech ist die Hauptsicherung. Da die LiFePo4-Zellen erheblich kleiner und niedriger bauen, möchte ich auch gleich die Anordnung ändern.

Die LiFePo4-Zellen sollen so weit nach vorne, wie möglich, das BMS seitlich davon und der hinten freiwerdende Platz soll ein Fach werden, das noch einen Deckel bekommen soll, so dass man dort Krimskrams, Schuhe o.ä. aufbewahren kann.

Hier mal Bilder von den Zellen mit BMS vor dem Einbau. Das Maß des Blocks beträgt LxBxH 200mm x 174mm x 166mm. Das BMS ist 166mm x 65mm x 24mm groß. Ich habe es in ein Kunststoff-Lagerkiste eingebaut und mit einem Acryldeckel gegen Berührung der Pole geschützt. Das BMS hat keine Lüfter. Darauf habe ich Wert gelegt.

Trotzdem das BMS über BT verfügt, legte ich auf eine Anzeige Wert. Deswegen habe ich eine LED-Anzeige mitgeordert und ein Programmierinterface auch gleich mit. 

Nun, die LiFePo4 ist jetzt mal eingebaut mit dem 100A Daly BMS.

Die verschwundenen Amperestunden (ja wo sind sie denn?)

Ein erster Test ergab drei Tage autark Stehen ohne Probleme. Aaaaber… das Daly kann Ströme unter 2A nicht richtig oder gar nicht messen. Wenn also ständig 1,5A „verschwinden“ können, ohne im SOC (state of charge) mit berechnet zu werden, dann wäre eine 120Ah Batterie nach 40Std nur noch halb voll und der SOC würde immer noch voll anzeigen. 

So haben wir nach zwei Tagen immer noch gemäß BMS-App 98% SOC gehabt, obwohl rein überschlägig die Berechnung des SOC nach Voltzahl (ich weiß, das ist nicht genau) rund 40-50% ergeben hätte. Wir brauchten nur Strom für das Heizungsgebläse, CPAP-Gerät und Licht.

Als ich dann mehrfach mein leeres MBP (MacBook Pro) aufgeladen habe, sankt der SOC auf rund 85%, wobei die Ermittlung nach Voltzahl rund 30% ergab.

Nunja, die mitgeorderte SOC-LED-Anzeige, die am BMS hängt, kann natürlich auch nur anzeigen, was das BMS weiß. Weiß das BMS nix, oder etwas falsches, wird auch die SOC-LED-Anzeige unweigerlich den gleichen Mist anzeigen. Böse Zungen behaupten, wer viel misst, misst Mist!

Abhilfe

Kurzum… Leute, die wenig Strom verbrauchen wie wir, können den SOC nicht richtig ermitteln. Würde ich nun einen der üblichen und teuren Shunts der üblichen Verdächtigen einbauen, wäre mir auch nicht geholfen, denn selbst ein Shunt mit 100A hat eine Toleranz von 1%. Die Toleranz bemisst sich immer nach dem Maximalwert. In diesem Fall sind also die 1% rund 1A. Ein 300A-Shunt demzufolge 3A. Entnimmt man nun aber nur 1A, dann kann die Anzeige beim 100A Shunt bei 0 (Null!) liegen, sie kann aber auch bei 2 (unwahrscheinlich) liegen. Ein 300A-Shunt könnte sogar glatt 3A „verschlucken, ohne dass es in den SOC berechnet wird.

An der Genauigkeit von 1% des Skalenendwertes gibt es wenig zu ändern, außer, es wird echt richtig teuer. Aber selbst 400€-Lösungen können diese niedrigen Werte nicht auflösen. Da bauen sich Leute einen 300A Batteriecomputer ein und wundern sich, wenn sie nach drei Wochen Standzeit den Akku nutzen wollen, dass er erst voll anzeigt und nach wenigen Minuten wegen Unterspannung zum Schutz der LiFePo4 abschaltet. Die Foren sind voll von solchen Effekten bei Leuten, die wenig Stromabnahme haben. Einer, der seine Kaffeemaschine puttern und sein Klima auf der 200Ah-LiFePo4 rauschen lässt, dessen Frau den Fön benutzt und so per Wechselrichter dann 200-300 Ampere (kurzzeitig) abnimmt, der hat i.d.R. keine Probleme mit der Anzeigegenauigkeit. Da spielt es kaum eine Rolle, ob da 200A oder 203A oder 197A gemessen und berechnet werden. Die verbelibende Laufzeit des Akkus unterscheidet sich da nur um Sekunden. Deswegen sind die Batteriecomputer der üblichen Verdächtigen auch für solche Verbräuche optimiert und nicht für klein Rainer, der meist unter der Wahrnehmbarkeitsschwelle rumtuckert.

Ich werde mit einem anderen Messgerät versuchen, die Geringverbrauchsproblematik in den Griff zu bekommen. Nachdem die allseits marodierenden LiFePo4-Spezialisten nichts passendes haben, muss wieder einmal der „gute alte Chinese“ herhalten.

Die haben Shunts mit 50A und 1% Genauigkeit. Das würde den „blinden Fleck auf 0,5A verringern. Da wir weder Kaffeemaschine (aus der Bialetti schmeckt’s eh besser), Klimaanlage (fahren die Leute in den Süden, um dann festzustellen, dass sie keine Wärme mögen?), noch TV/Sat (wer nichts mit sich anzufangen weiß, braucht sowas natürlich) nutzen, ist unser Stromverbrauch selten über 2 A (typisch unter 1 A) und mit 40A abgesichert, was mehr als ausreichend ist. Bei Nutzung von 80% der Batteriekapazität können wir mit unserem typischen Verbrauch rund 4 Tage autark stehen. Eine PV-Anlage wäre bei uns „Perlen vor die Säue“, weil nach 4 Tagen langsam auch die zweite WC-Kasette voll wird und wir eh ans Ausleeren denken müssen. Sobald der Motor läuft, schiebt der Booster 25A in die LiFePo4. Ich habe bewusst auf einen stärkeren Booster verzichtet, weil die Lima unseres Ducatos gerade mal 150A bringt und dort ja nicht wenige andere Verbraucher auch mit versorgt werden müssen. Jedenfalls wären die 80% verbrauchter Strom nach gut 3 Stunden komplett wieder geladen.

Interessanterweise schiebt der Booster auch dann die 25A von der Fahrzeug in die Aufbaubatterie, wenn der Motor im Stand läuft. Die Ladezeit des Aufbauakkus lässt sich also wirklich in Betriebsstunden berechnen und nicht nach Zeit und Drehzahl. Und natürlich muss die Lima die 25A, die aus der Fahrzeugbatterie abgezogen werden, zusätzlich erbringen. Aber jeder sollte sich mal überlegen, dass wenn er Nachts mit Licht fährt, alleine sein Licht schon 10A zieht, mit Zusatzscheinwerfer (Nebel-/Fernscheinwerfer) sind es fast 20A. Die 150A Lima kann die 25A zusätzlich locker ab. Ob allerdings eine 150A Lima einen 50A Ladebooster bei Nacht und Regen mitversorgen kann, ohne dauerhaft einen Schaden zu erleiden, weiß ich nicht. Für meinen Teil und unsern Pössl sind mir die 25A ausreichend.

Wer natürlich 200Ah Batterien und größer verbaut hat, ist mit 25A Ladestrom vermutlich nicht ganz zufrieden. Allerdings haben die neueren Sevels (Ducato, Jumper, Boxer) auch mittlerweile meist stärkere Lichtmaschinen mit 210A. Die baut aber Stellantis sicher nicht ein, weil sie so nett sind, sondern weil die zunehmende Fahrzeugelektronik mehr und mehr Strom braucht. Und wenn jemand mehr entnimmt, als die Lima nachschieben kann, werden von der Fahrzeugelektronik eben wichtige Funktionen eingeschränkt. So beispielsweise verringert sich die Regelfrequenz des ABS, wenn die Stromversorgung nicht ausreichend ist. Merkt beim Fahren keiner und man kommt erst drauf, wenn man in die Spezifikationen der Bauteile reinliest. Aber ich denke, so weit kommst es nicht mit einer 210A Lima, denn wer fährt schon mit leerer Aufbaubatterie im Winter (Heizungsgebläse) bei Nacht (Fahrlicht) und starkem Regen (Nebelscheinwerfer dürfen dann genutzt werden, der Scheibenwischer läuft auch) los?

Und nein, wir haben nur einen kleinen mobilen Wechselrichter mit 300W als Notlösung zum MacBook aufladen. Aber selbst das wurde nun geändert und für das MacBook haben wir nun auch ein 12V Ladergerät. Der Umweg über 12V auf 230V und dann per Netzteil das MacBook laden entfällt nun auch.

Ein Shunt wäre vorhanden, aber…

Praktischerweise hätte ich sogar schon einen eingebauten Shunt im EBL99. Das ist ein 50A/50mV-Shunt. Den könnte man sogar abgreifen, die Anschlüsse sind am EBL99 nach außen geführt. Leider sind die marktüblichen Batteriecomputer mit Smart-Shunt ausgestattet (der Shunt wandelt die Signale um und überträgt sie dann an den Computer. Das passt nicht an einen analogen Shunt.

Die meisten Batteriecomputer aus chinesischer Produktion arbeiten wirklich noch mit Spannungsteilern/Meßleitungen und ohne Datenleitung, allerdings sind die immer auf 75mV ausgelegt. Passt also auch nicht. Ich könnte höchstens mit einem analogen 50µA Messgerät eine Momentanverbrauchsanzeige (Zeigeramperemeter) bauen und deren Werte dann zu einem Diagram interpolieren. Genauer wird es aber auch nicht, denn lese mal einer an einem analogen +/-50 µAmpermeter einem Wert von 0,5 ab. Das ist weniger, wie die Dicke des Zeigers.

Kurzum, alles vorhanden, aber nicht sinnvoll nutzbar mangels passender Peripherie.

Zellendrift

Des Weiteren driften die Zellen ein wenig. Der eingebaute passive Balancer bringt nur 0,5A und das nur am Ende der Ladezeit. Da werde ich einen aktiven Balancer einbauen, der immer ausgleicht, auch wenn nicht geladen wird und dann aber mit 5A.

Ss, ein aktiver Balancer ist eingebaut. das Ding sieht so aus:

Der aktive Balancer arbeitet wunderbar, die Zellendrift ist nun nicht mehr nennenswert und er arbeitet unabhängig vom Ladegerät und BMS (Batteriemanagementsystem). Er arbeitet immer, egal. ob geladen, entladen oder Stillstand herrscht, wird die Drift zu groß, wird er aktiv.

Nun mal hier ein Blick auf das Daly-BMS, nachdem die LiFePo4 einige Tage am Schaudt EBL99 (in Stellung „Bleisäure“) gehangen hat.

Wenn ich die nachfolgende Tabelle zu Grunde lege, fahre ich mit den 13,7V in Ruhe nicht schlecht.

Beim Fahren wird mit dem Schaudt 25A-Booster geladen.
Denke, das Ganze haut hin.

Des Weiteren habe ich einen separaten Batteriemonitor eingebaut. Hier die Anleitung, Shots von Teil gibt es später…


Anmerkung

Am Wohnmobil kann man natürlich mit begrenztem finanziellem Aufwand mit LiFePo4 rumexperimentieren. Da ich mich mit dem Gedanken beschäftige, irgendwo auf unseren 700 Quadratmetern Dachfläche eine PV zu installieren, interessiert mich natürlich die Möglichkeit, LiFePo4-Zellen zur Stromspeicherung einzusetzen. Und möglichst dann nicht mit einem Fertiggerät, dessen Komponenten unbekannt sind, Ersatzteile nur von Hersteller (teuer) gekauft werden können und man auf die Zellensteuerung keinen Einfluss hat.

Mir ist es u.U. lieber, selbst einen Block aufzubauen, ggf. in einer Größenordnung, die man per Lastabwurfrelais auch unterbrechungsfrei autark fahren kann. Beim Camper kann ich mir erstmal Grundwissen in Akkutechnologie erarbeiten.

Und nein, das ist jetzt kein Aufruf, zu Hause an 380V rumzuspielen, getreu dem Motto: „Strom macht besonders Spaß, wenn man keine Ahnung hat!“

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