XXL Powerhouse – DIY Feldakku aus 18650 Zellen

XXL Powerhouse – DIY Feldakku aus 18650 Zellen
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Liebe Leser. Für mein nächstes Projekt brauche ich eure Hilfe.
Ich möchte eine riesigen Feldakku bauen, welcher per Photovoltaik aufgeladen wird. Zusätzlich werden Inverter für 5V, 12V, 24V und 220V verbaut.  Als Energiespeicher habe ich mich für 18650 Lithium-Ionen Zellen entschieden.
Mein Ziel ist es einen Akku zu bauen, der über 1KWh speichern kann. Ich habe mich dazu entscheiden einen 6S20P Akku mit 22.2V zu bauen.

 

Warum 18650 Zellen

Die Tesla Powerwall hat mich inspiriert, die 18650 Li-Ion Zellen zu verwenden. Sie haben eine sehr hohe Energiedichte, keinen Memoryeffekt und man kann den Akku auch längere Zeit voll geladen stehen lassen ohne, dass er Schaden nimmt.
Eine kleine weltweite Community baut genau auf diese weise eigene Hausbatterien und lädt diese per Photovoltaik.

Woher kommen die 18650 Zellen


Ein weiterer Punkt, warum ich mich für 18650er Zellen entschieden habe ist, dass man sie in nahezu jedem Akku findet. Sie sind in Powerbanks, E-Bike Akkus, Laptop-Akkus oder auch Akkuschraubern verbaut. Alte oder defekte Akkus werden heutzutage leider nicht recycelt und wandern in den Müll. Wenn man diese Akkus allerdings öffnet, findet man haufenweise 18650er Lithium Ionen Zellen. Meistens sind nur wenige Zellen des Akkus wirklich beschädigt, und der Rest kann für die weitere Verwendung getestet werden.

Ich brauche deine Unterstützung

Sei ein Teil dieses Projekts! =) Da ich für dieses Projekt sehr große Mengen 18650er Zellen benötige, brauche ich eure Unterstützung. Solltest du alte oder defekte Akkus mit der Aufschrift „Li-Ion“ (Powerbanks, E-Bike Akkus, Laptop-Akkus oder auch Akkuschraubern) rumliegen haben, würde ich mich sehr freuen, wenn du mir diese zuschicken könntest. Egal ob es ein Akku oder größere Mengen hast, ich freue mich über jeden Akku, der hier ankommt. Falls du die Versandkosten nicht selber tragen kannst/möchtest, übernehme ich diese natürlich. Kontaktiere mich einfach per Kontaktformular, Facebook. Ansonsten findest du meine Adresse hier. VIELEN DANK!

 

 

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Ich benötige ungefähr 120-150 gute Zellen. Falls eine oder mehrere Zellen aus einem der 6 Packs kaputt gehen sollte, werde ich auch ein Plug and Play Ersatzpack bauen, welches einfach ausgetauscht werden kann.

 

Testverfahren

Zum testen der Batterien habe ich mir eine Tabelle angelegt, in der ich die wichtigsten Daten sammle. Die Tabelle rechnet mir alle Werte aus und erleichtert mir die Arbeit mit so vielen Zellen enorm. Sie berechnet Spannungsunterschiede, teilt die Zellen in verschiedene Klassen ein und noch vieles mehr. Hier findest du eine relativ aktuelle Version von ca 250 Zellen. Klicke auf das Bild um es in voller Größe zu sehen.

Das Testverfahren in wenigen Schritten erklärt:

  1. Akku öffnen und Zellen freilegen (geschweißte Bleche entfernen, Klebereste entfernen)
  2. Spannung messen und in Liste eintragen. Je nachdem wie hoch die Spannung ist, wird vorselektiert
  3. 0V Zellen werden versucht mit einem Labor-Netzteil wieder zum Leben erweckt zu werden. Mit einem geringen Strom (100mA) wird versucht die Zelle zu „boosten“. Sobald die Zelle ca 3 V erreicht hat, lade ich diese mit 500mA voll.
  4. tote Zellen (0V) werden entsorgt, wenn sie nicht wiederbelebt werden können
  5. Zellen voll laden und „heater“ aussortieren. Heater sind Zellen, die beim laden extrem heiß werden. Zellen die warm werden sollten nicht entsorgt werden. Als Faustregel gilt: Wenn du die Zelle nicht mehr anfassen kannst und dir fasst die Finger verbrennst, ist es ein Heater.
  6. Vollautomatischer Kapazitättest mit Opus BT-C3100 Ladegerät. Volle Zelle einlegen und „Discharge Test“ auswählen. Die Zellen werden nun ggfs bis 4.2V voll geladen und danach bis ca 2.8V entladen. Die entnommene Energie wird gemessen und angezeigt. Nach dem Entladevorgang werden die Zellen voll automatisch auf 4.2v geladen und sind bereit für den nächsten Test.
  7. Nun notiere ich mir die Spannung der vollen Zelle. Da das Opus Ladegerät Zellen nicht immer genau auf 4.2V lädt, messe ich alle Zellen durch und schreibe die Spannung in meine Excel Tabelle
  8. Spannungsverlust messen. Nach mindestens 21 Tagen Lagerung auf 4.2V (Zelle ist also voll geladen) messe ich die Spannung erneut. Sollte der Spannungsabfall zu hoch sein, heißt das, dass sich die Zelle selber entlädt. Würde man solch eine Zelle in ein Pack mit anderen Zellen einbauen, würde sie langsam alle parallel geschalteten Zellen entladen. Diese Zellen, wandern sofort in den Müll und müssen zwingend aussortiert werden.
  9. Internal Resistance messen. Mit folgende Messgerät habe ich den Innenwiderstand gemessen.
  10. Zellen ggfs voll laden und nach Kapazität sortieren.

 

Statistik zu bisher getesteten Akkus: aktuell im Spannungsabfall Test

Derzeit habe ich ca 250 Zellen getestet. Von allen 250 Zellen, die ich hier liegen habe sind ca 10% Ausschuss. Nachdem der Spannungsabfalltest bei allen Zellen durchgeführt wurde, kommt die Stunde der Wahrheit und ich ich habe eine genaue Anzahl an „guten“ Zellen.

 

Kapazitätscheck

Mit dem Opus BT-C3100 teste ich jede Zelle auf ihre Kapazität.

 

Spannungsverlust-Test

Ich lasse alle meine Zellen nach dem Kapazitätscheck ca 30 Tage oder mehr voll geladen liegen. Vorher habe ich mir die Spannung jeder Zelle notiert sodass ich nach 30 Tagen genau sagen kann, wie viel Spannung die Zelle verloren hat.
Ist die Zelle ein „Drainer“ (entlädt sich selber) muss die Zellen unbedingt entsorgt werden.

Zellen Sortieren

Nach dem Spannungsabfalltest sortiere ich die Zellen nach ihrer Kapazität. Wenn ich genügend Zellen zusammen habe, werde ich mit dem finalen Bau des XXL Akkupacks anfangen.

Pack Builder

Ebenfalls in EXCEL habe ich einen Pack Builder „programmiert“. Man muss lediglich die ID der Zelle in die Spalte des betreffenden Packs eintragen und es wird die Kapazität errechnet, welches das Pack am Ende hat. Hintergrund ist, dass alle 6 Packs möglichst gleich große Kapazität haben sollten. Ob ich später mit diesem Tool arbeiten werde, weiß ich noch nicht genau.

Fortsetzung folgt

PS: Ich könnte noch Zellen gebrauchen! 😉

 

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Auf Patreon findest du auch weitere Infos zu meiner Person und dem Blog

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18 Antworten

  1. Phil Phil sagt:

    Beitrag aktualisiert! 😉

  2. booster sagt:

    Hey Frag mal bei einem Handy Laptop Verkäufer nach Akkus die Defekt sind.
    Ich habe mir 94 kg Akkus Kostenlos von Tükischen und Afrikanischen An und Verkauf Läden geholt.
    Deutsche Händler wollten immer noch was haben oder waren sehr unfreundlich.

  3. Salü Phil,

    Ich habe vor einer Weile angefangen gebrauchte und Teils defekte Laptopakkupacks zu sammeln und konnte vor ~2 Monaten mein eigenes Akkupack fürs Feld bauen.
    Die Kenndaten des Akkus sind:

    Konfiguration der 144 Zellen: 3S48P
    Nennspannung: 11.1V (3S)
    Ladeschlussspannung pro Zelle: 4.2V
    Entladeschlussspannung pro Zelle: 3V
    Geschätzte Kapazität: 100Ah
    (vor 2 Tagen) gemessene Kapazität: 106.2Ah
    Errechnete gespeicherte Energie: ~1.18kWh
    Maximale Entladerate (nach konsultierung sämtlicher Datenblätter der Zellen): 1,5C (150A)
    Gewicht: geschätzt zwischen 7-8kg (besitze leider keine grosse Waage xD)

    Der Grund weshalb ich einen 3S Akku gebaut habe und nicht einen 6S wie du es vor hast ist ganz simpel: Zuhause wird der Akku mittels eines kleinen Solarpanels geladen welches eine niedrigere Spannung (13.6Vmp) und auch Leistung hat (40Wmp), und geregelt + überwacht wird es durch ein Eigenbau Lader (noch im Bau^^). Und weil die meisten Ladegeräte welche auch andere Leute besitzen meist einen Spannungsbereich von 10-18V besitzen.

    Im nachhinein muss ich aber sagen das ich lieber mehrere kleinere Akkupacks gebaut hätte da ich kein Auto habe und daher immer alles per ÖV transportieren muss ^^

    Ein paar Anmerkungen am Rande:
    Einige der verbauten Zellen sind HV (wenn ich mich richtig erinnere von Samsung SDI), welche daher (noch) weniger Kapazität besitzen.
    Die meisten verbauten Zellen haben eine Entladeschlussspannung von 2.5V, einzelne sogar 2V. Leider aber hat es auch einige mit 3V. Daher muss das ganze auf 3V begrenzt werden.
    Als ich die Kapazität gemessen hatte, habe ich den Akku auf 3.2V/Zelle entladen, daher nicht bis ans Limit. Wahrscheinlich hat der Akku noch 4-5Ah mehr Kapazität.

    Wichtig für alle Leute welche etwas ähnliches machen wollen: Liest sämtliche Datenblätter der Hersteller, diese könnt ihr einfach per Google oder aber auch (vielleicht nicht mehr ganz up-to-date) über diese Liste finden: https://drive.google.com/file/d/0B9KXttJ6nbz6VWUtcUtvZEY3dWc/view

    Falls sich jemand fragt wie 1.1kWh gespeicherte Elektrische Energie aussieht: https://cerny.li/1kWh_3S48P.jpg (ich muss mal noch ein Gehäuse bauen ^^)

    Cheers!

    Bunkerotter

    • Phil Phil sagt:

      Hey Bunkerotter,

      vielen Dank für deinen ausführlichen Kommentar und die Fotos.
      Ich werde auch um die Zellen zu schonen, die Minimalspannung auf 3 Volt begrenzen.

      Wie hast du deine Zellen zusammengelötet? Hast du auch Fusewires verwendet?

      Gruß,
      Phil

      • tschaerni sagt:

        Salü Phil,

        Ich habe die Zellen fest zusammengelötet, ohne fusewire. Die Grund dafür ist ganz einfach: eine solche Schmelzsicherung funktioniert nur bei Kurzschlüssen (gab da mal einen Typen auf YT der das ausführlich getestet hat). Wenn eine einzelne Zelle stirbt und intern einen Schluss bekommt hat dieser zum einen nen Widerstand und zum anderen geht das kontinuierlich und langsam. Daher nützt eine „Schmelzsicherung“ in dem Sinne nicht viel, im Gegenteil, der Draht kann sich unter Umständen aufheizen und die Isolation und/oder die Zelle selbst schädigen. Abgesehen davon würden die bei meiner Verwendung mit hoher Wahrscheinlichkeit reissen (der Akku kommt in einem Koffer mit in dem auch noch andere Dinge drauf liegen).

        Daher beobachte ich einfach die Zellenspannung, besonders wenn sie geladen und gebalanced sind. Wenn eine Zelle einen Schluss hat würde sich das durch sinkende Spannung mit der Zeit bemerkbar machen. Und falls das Ding hochgeht: Upsi-Daisy. Aber nach allen Tests von Universitäten, der NASA, lesen von Datenblättern, sehen von verschiedenen Referaten von Chemikern etc. pp. kam ich zum Schluss das Lithiumzellen nicht einfach so in die Luft gehen. Entweder wurden sie unterladen/verpolt durch tiefentladung, überladung, überbelastung, hohen Temperaturen ausgesetzt, mechanisch beschädigt oder sonstiges. Bei normalem Gebrauch und Beachtung der maximalen/minimalen Spannungen und Ströme sind sie sehr sicher. zumindest solange man keine noname backyard china Zellen verwendet.

        Bezüglich der Zellenschlussspannung, wie oben schon geschrieben: Schau in allen Datenblättern nach.

        Ich habe übrigens mein Akkupack umgelötet, da ich das Teil in einen kleinen „Pilotenrollkoffer“ packe und es von den Massen nicht gut gepasst hat. Und weil ich schon dabei war hab ich das Pack auch auf 6S24P gelötet weil Step-Down ein wenig effizienter ist als Step-Up 😉

        Cheers!
        – Bunkerotter

        • Phil Phil sagt:

          Hey Bunkenrotter,

          also ich das Projekt in den Sozialen Medien (Facebook) vorgestellt habe, gab es einen richtigen Shitstorm wegen den Zellen. Viele haben schon mein Haus brennen sehen und wollten mich vor den gefährlichen Li-Ion Zellen warnen. Das waren aber allesamt „Damfper“ die von explodierenden Zellen berichteten. Wenn man natürlich so viel Leistung abruft und die Zellen weit über der Spezifikation entlädt ist das meiner Meinung nach nicht verwunderlich. Ich denke auch, dass gerade die 1860er Zellen eine der sichersten Methoden sind soviel Energie auf kleinstem Raum zu speichern wie wir es tun. Wenn man, wie du schon sagtest, auf die Spannungen acht gibt kann da nicht viel passieren.

          Datenblätter habe ich von den bekannten Zellen schon alle durch, doch leider habe ich auch viele unbekannte Zellen wo lediglich die Batch vermerkt ist. Da wird es schwierig herauszufinden um welche Zellen es sich wirklich handelt.

          Gruß,
          Phil

          • tschaerni sagt:

            Bin selbst Dampfer 😛

            Aber ich verwende Hochstrom Zellen, meist mit Lithium-Mangandioxid als Akkuchemie, die können ordentlich Leistung raushauen, z.B die Samsung INR18650-30Q, 3Ah mit 15A dauerentladestrom, oder die LG Chem INR18650HG2, 3Ah mit 20A dauerentladestrom. Oder die Monster in der Rubrik: Sanyo (Sony) US18650VT4, 2,1Ah mit _30A_ dauerentladestrom, das sind über 110W die eine 18650er Zelle leisten kann ^^

            Aber die Zellen welche wir (und die meisten anderen welche solche Akkupacks bauen) verwenden kommen (meist) aus Laptopakkus, dort wird meist Lithium-Cobaltoxid als Akkuchemie verwendet, dort liegt der Typische Entladestrom meist bei etwa 2C. Dafür können die ein wenig mehr Energie speichern (panasonic NCR18650B mit 3,4Ah, gibt aber nen neuen Spitzenreiter, finde die Zelle nur nicht mehr, die hat auf jedenfall 3,6Ah). Dafür ist das verwendete Elektrolyt ziemlich anfällig auf Temperaturschwankungen, hohe Temperaturen und fackelt bei misshandlung verdammt schnell ab. LiMg Zellen halten sogar ohne probleme Kurzschlüsse für mehrere Sekunden aus (gab da mal ein super Testvideo wo das jemand demonstriert hat und LiMg Zellen komplett kurzgeschlossen hat bis die Zellen 0V hatten. Sie wurden verdammt heiss ja, aber es kam nicht zum Venting^^)

            Bezüglich den Datenblättern, ich hab dir in meinem ersten Post einen google drive link geschickt, das ist eine öffentliche liste mit so gut wie jeder 18650er Zelle welche in grösseren Zahlen im Umlauf sind (zumindest die Orginalen, nicht die welche irgendwelche marken rebranden und mit neuem Schrumpfschlauch versehen). Wahrscheinlich wirst du dort fündig (hat für jede Zelle auch entsprechende Bilder) Vielleicht hilft dir das weiter 😉

            Cheers!

            – Bunkerotter

  4. Rene Piesker sagt:

    Hay Philip… geiles Projekt. Da ich mir auch kein großes Feldakku leisten kann und es satt habe meine 5000 4S immer am Sonntag Vormittag voll zu ballern, möchte ich dies auch gerne in Angriff nehmen. Ein Paar hab ich auch schon gesammelt. Nun mache ich es bei mir so, das ich die Akkus aus dem Case entferne und über ein XT60 Stecker und Balancer erst mal über die 3S Ladeoption mit meinem Robb Lader über die Lipofunktion mit 1A lade. Kapazität sind ja ca 4,8 A pro Zelleneinheit. Die Akkus sind bei CA 3,1V Zellspannung bei mir angekommen.Danach entferne ich die Lötfahnen und der nächste Akku ist dran. Ich hab nach dem Googeln noch eine Berechnung gefunden um den RI der Zellen zu messen, Da ich mir diesen Lader nicht kaufen wollte.
    Wie willst du die Verbindung der Zellen machen. Löten oder ein selbst gebautes Punktschweißgerät dafür nutzen?

    Gruß Rene

    • Phil Phil sagt:

      Hey Rene,

      ich habe mir ein extra Messgerät für den Innenwiderstand gekauft, musste aber feststellen, dass es keine großartigen verwertbaren Ergebnisse liefert. Selbst die schlechten Zellen (Heater, oder die die sich selber entladen) haben nahezu den selben Innenwiderstand wie gute Zellen.
      Ich sortieren nun nur noch nach Kapazität und alles was sich selber entlädt oder heiß wird, fliegt raus. 😉

      Für den Zusammenbau verwenden ich spezielle ABS Halter für 18650er Zellen. Diese kann man beliebig erweitern. Über eine verdrillte Kupferleitung verbinde ich alle Zellen miteinander. Jede einzelne Zelle bekommt ein „Fusewire“ (Sicherung).
      Da sich alle Zellen der ersten Akku-Aktion gerade im Langzeittest (Selbstentladung) befinden, werde ich die kommenden Tage diesen Artikel erweitern. 🙂

      Gruß,
      Phil

  5. Rolf sagt:

    Und wie sieht es aus Gerhard?
    Hab das Gerät auch schon im Auge und bin am überlegen es anzuschaffen.
    Gut ein paar Zellen haben ich ebenfalls zusammen.

  6. Olberg sagt:

    Phil,
    It looks great so far!
    What kind of BMS are you using with your Victron equipment?

    Good luck with the rest of your build.
    /O

    • Phil Phil sagt:

      Hey /0,

      i am not quite shure which BMS i would use (maybe this). Maybe i wont use a BMS at all, because the powerpack behaves like a big LiPo.

      For low voltage warning, i would go with this little device. This will warn me if the cells voltage will get low or if they differ to much to the other cells.

      If i want to charge the pack with a solar panel, i will buy a good charger controller where i can set the parameters i need.

      Greets,
      Phil

      • tschaerni sagt:

        Hey Phil,

        I just read your comment about the ISDT BC-8S. I also have that thing. It works, BUT there is a BIG problem with it: If one cell rapidly discharges, under the set Alarm Voltage, the beeper will not warn you. It’s a great device to manually check the voltage, but for an alarm you should consider to use one of these 1$ Lipo Alarms that are around for ages. They aren’t that accurate, but you safely warn you.

        Cheers!
        Bunkerotter

  7. Gerhard sagt:

    Als Ladegerät könntest du auch das hier nehmen: https://www.amazon.de/gp/product/B01M7TNKZL

    • Phil Phil sagt:

      Das Gerät hat ja nahezu identische Features. 🙂 Das Gerät kann ja sogar den Innenwiderstand messen.

      Mich interessiert vorallem die Testfunktion in Zusammenhang mit dem Current Meter.
      Beim Opus wird der Akku egal in welchem Zustand er ist, erstmal voll geladen und danach entladen. Während des Entladevorgangs wird die Kapazität gemessen, die der Akku abgibt. Ist das bei diesem Lader auch der Fall? 🙂

      Gruß,
      Phil

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