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Eigenbau Batterie-Speicher LiFePo4

Fertige Batterie-Speicher sind häufig sehr teuer, dafür aber sehr einfach zu installieren. Wer handwerklich begabt ist und sich mit Elektrotechnik auskennt, dem bietet sich die Möglichkeit einen eigenen Speicher zusammenzubauen. Einige Grundlagen sind dabei jedoch zu beachten, damit Ihr Batterie-Speicher auch sicher ist. Vor allem beim Umgang mit Batterie-Zellen ist Vorsicht geboten.

LiFePo4-Zellen verbinden DIY-Speicher

Prismatische LiFePo4-Zellen

LiFePo4-Zellen

Was sind Prismatische Zellen?

Prismatische Lithium-Eisenphosphat-Zellen kommen in fast allen modernen Batterie-Speichern zum Einsatz. Durch die eckige Form können diese Zellen ideal und platzsparend verbaut werden.

Durch die freiliegenden Kontakte werden die Zellen miteinander verbunden und zu einem Batterie-Block verschaltet.

Eine prismatische Zelle selbst besteht wiederum aus vielen kleinen Zellen, die innerhalb der Zelle parallel verschaltet sind.

Auch für Heimwerker sind diese prismatischen Zellen sehr gut geeignet und äußerst beliebt. Es lassen sich beliebige Blöcke aus unterschiedlich vielen Zellen erbauen. Besonders durch die geringen Kosten lassen sich auch größere Batterie-Speicher kostengünstig realisieren.

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Reihenschaltung von LiFePo4-Batterie-Zellen

Batterie-Zellen einer 24V-Batterie

Durch die Reihenschaltung von Batterie-Zellen erhöht sich die Gesamt-Spannung des Batterie-Blocks. Ein Vorteil einer Reihenschaltung ist, dass für das Erreichen einer bestimmten Leistung mit höherer Spannung weniger Stromfluss notwendig ist. Dadurch reduziert sich der Spannungsverlust und Leiterquerschnitte können geringer gewählt werden.

In jedem Fall müssen Sie ein Batterie-Management-System (BMS) verbauen, das die Spannung jeder einzelnen Batterie-Zelle überwacht. Denn eine Batterie darf nur innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs verwendet werden.

Stromfestigkeit von Batteriekabeln

Fließt Strom durch einen Leiter, dann erwärmt sich dieser. Je nachdem wie viel Strom durch einen Leiter fließt, kann dieser sogar heiß werden und zu brennen anfangen. Dies ist so, da der Leiter einen Widerstand darstellt. Je dicker der Leiter ist, desto kleiner wird der Widerstand und desto einfacher hat es der Strom, durch ihn durchzufließen. Das bedeutet, dass ein größerer Leiter sich weniger stark erwärmt als ein dünnerer Leiter bei gleichem Stromfluss. Durch die Erwärmung fällt auch die Spannung des ab. Am Ende des Leiter (nahe des Verbrauchers) kann also eine geringere Spannung gemessen werden, als am Anfang des Leiters nahe der Stromquelle. Dieser Effekt verstärkt sich unter Last, also wenn durch den Leiter mehr Strom fließt. Genauso verhält es sich bei der Leitungslänge.Mit zunehmender Länge erhöht sich auch der Spannungsverlust.

Diese Tabelle gilt nur für die maximale Belastungsgrenze bezüglich der Wärmeentwicklung bei maximal 2 parallel verlegten Aufputz-Leitern. Werden diese Werte für längere Zeit überschritten, kann dies zum Brand führen. Gerade an LiFePo4-Blöcken können hohe Ströme fließen. Der Fakt des Spannungsverlustes wurde hier nicht berücksichtigt werden. Gerade bei Leitungslängen von mehr als 3 Metern sollten Sie erwägen, einen größeren Querschnitt zu wählen.

Merksätze für Batteriekabel

Kompressionsgehäuse

DIY-Batteriespeicher mit Kompressionsgehäuse für Lumentree

Ein ebenfalls sehr wichtiges Bauteil ist das Kompressionsgehäuse. Wie der Name vermuten lässt, komprimiert es die Zellen und verhindert eine Ausdehnung der Zellen. Dies ist wichtig, da die Pole der LiFePo4-Zellen mit Verbindern verbunden sind, welche bei einer Zellausdehnung zu mechanischen Spannungen und Beschädigungen führen würde. Aber auch beim Einsatz von flexiblen Zellverbinden ist ein Kompressionsgehäuse sinnvoll. Denn LiFePo4-Zellen neigen dazu, sich bei hohen Belastungen mit der Zeit aufzublähen. Dies ist für die Zellgesundheit allerdings nicht zuträglich, weswegen eine Fixierung die Lebensdauer verlängert.

Das obige Bild zeigt, wie einfach ein solches Gehäuse aufgebaut sein kann. Zwischen den Zellen sollten unbedingt nicht leitende Kunststoffplatten gelegt werden, da sonst Kurzschlüsse entstehen können, wenn sich die dünne Zellisolierung mit der Zeit durchreibt. Dabei sollten Sie auch darauf achten, die Metall-Stäbe, die zum Zusammenziehen der Platten verwendet werden, isoliert sind, um ebenfalls Kurzschlüsse zu vermeiden. Hier können Sie Kunststoffrohre verwenden.

Erst wenn die Batterie-Zellen fest miteinander verzurrt sind, dürfen Sie die Zellen mit den Zellverbindern verbinden. Verändern Sie die Verzurrung nicht mehr und öffnen Sie das Kompressionsgehäuse nicht, wenn die Zellen noch mit den Verbindern verbunden sind. Sie riskieren sonst Schäden an den Zellverbindern.

LiFePo4-Zellen verbinden

LiFePo4-Zellen verbinden DIY-Speicher

Die Zellen verbinden Sie über die Pol-Anschlüsse an der Oberseite. Achten Sie dabei unbedingt darauf, dass Sie keinen Kurzschluss durch Fehler verursachen. Decken Sie Zellen ab, an denen Sie gerade nicht arbeiten und verwenden Sie isoliertes Werkzeug.

Die Zellen werden im Zick-Zack-Muster miteinander verbunden, die Zellen sind ebenfalls abwechselnd gedreht. Dabei können sowohl starre, als auch flexible Verbinder eingesetzt werden. Dabei werden die Balancer-Leitungen des BMS mit eingearbeitet, sodass die Spannung jeder Zelle vom BMS gemessen werden kann.

Ziehen Sie die Zellverbinder mit einem Drehmoment von ca. 6 Nm an, um Schäden an den Zellen zu vermeiden, aber auch einen festen Sitz für einen geringen Widerstand zu gewährleisten.

Ein ebenfalls sehr wichtiges Bauteil ist das Kompressionsgehäuse. Wie der Name vermuten lässt, komprimiert es die Zellen und verhindert eine Ausdehnung der Zellen. Dies ist wichtig, da die Pole der LiFePo4-Zellen mit Verbindern verbunden sind, welche bei einer Zellausdehnung zu mechanischen Spannungen und Beschädigungen führen würde. Aber auch beim Einsatz von flexiblen Zellverbinden ist ein Kompressionsgehäuse sinnvoll. Denn LiFePo4-Zellen neigen dazu, sich bei hohen Belastungen mit der Zeit aufzublähen. Dies ist für die Zellgesundheit allerdings nicht zuträglich, weswegen eine Fixierung die Lebensdauer verlängert.

Das obige Bild zeigt, wie einfach ein solches Gehäuse aufgebaut sein kann. Zwischen den Zellen sollten unbedingt nicht leitende Kunststoffplatten gelegt werden, da sonst Kurzschlüsse entstehen können, wenn sich die dünne Zellisolierung mit der Zeit durchreibt. Dabei sollten Sie auch darauf achten, die Metall-Stäbe, die zum Zusammenziehen der Platten verwendet werden, isoliert sind, um ebenfalls Kurzschlüsse zu vermeiden. Hier können Sie Kunststoffrohre verwenden.

Erst wenn die Batterie-Zellen fest miteinander verzurrt sind, dürfen Sie die Zellen mit den Zellverbindern verbinden. Verändern Sie die Verzurrung nicht mehr und öffnen Sie das Kompressionsgehäuse nicht, wenn die Zellen noch mit den Verbindern verbunden sind. Sie riskieren sonst Schäden an den Zellverbindern.

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Kabelschuh-Pressverbindungen

Vergleich billige vs. teure Kabelschuhe
Vergleich billige vs. teure Kabelschuhe

Links der teure Kabelschuh, rechts der günstige Kabelschuh. Der Unterschied ist offensichtlich. Beim günstigem Modell ist das Material viel dünner und damit die Quetschverbindung nicht so fest. Auch die Stromübertragung ist dadurch beeinträchtigt. Es kommt hier stärker zur Wärmeentwicklung. Wählen Sie daher das teurere Modell, dieses kostet etwa 1 bis 2 Euro pro Verbinder, ist sein Geld aber auf jeden Fall Wert. Ein guter Hersteller ist Klauke.

Kabelschuh korrekt verpressen

Ordnungsgemäße Pressverbindungen gelingen nur mit ordentlichem Werkzeug. Dieses ist schon ab 50 Euro erhältlich.

Kabelschuh verpressen

Der Kabelschuh muss fast auf ganzer Länge gepresst werden. Es sollten keine Materialüberstände entstehen.

Kabelschuh isolieren

Ebenfalls unverzichtbar ist eine Isolierung des Kabelschuhs. Dies sorgt für mehr Sicherheit durch Berühhrungsschutz. Wenn Sie keine Schrumpfschläuche haben, ist auch Isolierband geeignet.