Umrüstung auf Lithium-Ionen-Batterien

Nach längerem Grübeln und der Sondierung des Portemonnaies

Den Ausschlag gab der Tipp von einem Freund: Lithium-Ionen-Batterien als Bausatz und damit um ca 50% billiger (ist aber immer noch teuer genug).

Voraussetzung ist, dass man sich in Elektroinstallationen gut auskennt, denn: man baut auf eigenes Risiko

Aber der Reihe nach:

Vorteile der Li-Ions

  • etwa 3-fach höhere Energiedichte als Bleibatterien (d.h. bei gleicher Leistung nur ca 1/3 des Gewichtes)
  • 5-fach höhere Zyklenfestigkeit (d.h. sie halten wesentlich länger)
  • sehr geringer Innenwiderstand (d.h. hochstromfähig, können hohe Ladeströme aufnehmen)
  • Stromentnahme bis zu 80% der Kapazität möglich ohne die Zyklenfestigkeit deutlich zu reduzieren (bei Bleibatterien werden max. 50% empfohlen), dadurch deutlich mehr Kapazität verfügbar

Nachteile gibt es natürlich auch:

  • vor allem der Preis; aber hier wird sich in den nächsten Jahren einiges tun, sobald die Massenproduktion einsetzt (ähnlich wie bei den Solarzellen); ich habe für mein System ca. € 3.200,- bezahlt
  • heikel im Umgang: müssen unbedingt vor Über- und Unterspannung geschützt werden, deshalb ist ein ausgeklügeltes Batteriemanagementsystem (BMS) zwingend notwendig

Nun zu den Komponenten (Bezugsquelle war die Firma Faktor.de)

  • am wichtigsten: die einzelnen Zellen; bei mir: Winston-Einzelzellen (LiFeYPO4) mit einer Grundspannung von 3,2V; d.h. man benötigt 4 Zellen für eine 12V-Batterie und 8 Zellen für 24V, die jeweils hintereinandergeschaltet werden
    Bei der Kapazität der Zellen gibt es eine große Auswahl: von 40Ah bis 400Ah, in unterschiedlichen Abmessungen.
    Ich habe 8 Zellen zu 200Ah, d.h. eine 24V/200Ah-Batterie (von der ich locker 150Ah nutzen kann)

Winston Einzelzelle, LiFeYPO4 (Lithium-Eisen-Yttrium-Phosphat)

3,2V  200Ah

Yttrium-Zusatz: nochmals höhere Zyklenfestigkeit und höhere Temperaturbeständigkeit

 

 

 

  • jede Zelle benötigt ein Batteriemanagementsystem (BMS), das auf dem Pluspol montiert wird. Die einzelnen BMS werden miteinander verbunden; sie sorgen einerseits dafür, dass die Spannung der einzelnen Zellen immer gleich ist
Sieht ziemlich wild aus, aber: gelb sind die einzelnen Zellen;  Blaue Streifen: Die BMS-Module, auf den Pluspol jeder Zelle geschraubt;  Weiße Kabel: Verbindung der BMS-Module untereinander und mit dem Relais;  Grüne Kabel: RS485-Datenbus

 

 

 

 

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  • und steuern andererseits ein Hochtrom-Relais (24V/500A), das die Batterie sowohl bei Über- als auch Unterspannung vom System trennt (wird in die Haupt-Plusleitung eingeschleift)
Das Hochstromrelais; schaltet bis 500A bei 24V

 

 

  • Dazu kommt ein Monitor/Überwachungsgerät, über das alle Parameter angezeigt und auch eingestellt werden können.
  • Der Monitor ist mit dem Relais und allen BMS über einen RS485-Bus verbunden (klingt schlimmer als es ist: werden einfach hintereinader mit einem 4-adrigen Datenkabel zu einem Bus verbunden, nämlich +, -, Daten A, Daten B)
  • das Ganze ist ein Inselsystem: D.h. es ist in sich geschlossen und kann ohne weiteres in ein bestehendes Elektro-System implementiert werden ohne andere Komponenten (z.B. Batterielader) ersetzen zu müssen. Es sollte lediglich die Lade-Kennlinie für AGM-Batterien eingestellt werden mit einer Ladeschlussspannung von 14,4V/28,8V (können die meisten neueren Ladegeräte)
  • nur bei der Lichtmaschine sollte man nachbessern: der werksseitige Regler ist sehr rustikal.
    Es sollte ein Lichmaschinen-zu-Batterie (A2B) oder ein Batterie zu Batterie (B2B) Ladewandler dazwischen geschaltet werden, um eine vernünftige Ladekennlinie zu erzeugen

 

 

 

mein A2B Wandler von Sterling, der gleichzeitig als verlustfreie Trenndiode fungiert

Leistung: 24V, 100A (die Lichtmaschine liefert 80A max.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hier noch einmal die gesamte Verkabelung als Schema:

 

  • Faktor.de hat alle meine Batteriemanagement-Komponenten von einer Marke (ECS) bereitgestellt, d.h. sie harmonieren gut miteinander

Links:

Faktor.de: https://www.faktor.de/, Ansprechpartner Herr Eisenbichler

ECS: https://ecs-online.org/, Ansprechpartner Herr Jahn