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Lithiumbatterie-Eigenbau: Anleitung

Hier der Weg zu einer einfachen, günstigen LFP-Batterie ohne viel Schnickschnack und ohne Gewähr. Damit der Weg vorgezeichnet ist wie auf dem Titelbild: einfach nur geradeaus. Diese Seite baut auf den Grundlagen auf.

Einkaufsliste:
  • Vier prismatische Zellen gewünschter Grösse
  • Wenn nicht dabei: acht Schrauben, oder Madenschrauben + Muttern, Unterlegscheiben oder Schruppscheiben, Kupferblech oder drei Zellverbinder 
  • Aktives Balancerboard (4s, LFP) mit Anschlusskabel, z.B. 1,5 A, Anschluss an die Zellverbinder (löten oder Ringkabelschuhe)
  • Material zum elektrischen Anschluss ans Bordnetz, z.B. passende Steckverbindung EC5, oder Polschuhe/ andere Terminals, sowie Ringösen und kurze, dicke Kabel. 
  • Wenn nicht schon da: kräftiges Klebeband, Isoliermaterial (Platten/Folie), doppelseitiges Klebeband, ggfs Schaumstoff-Isolierband aus dem Heizungsbereich
  • Ggfs. Material zum Schutz der Zellen und zur geschützten Befestigen der Batterie am Zielort
Schnellanleitung zur Initialisierung

Alle Zellspannungen unbelastet messen. Sie liegen üblicherweise im Bereich von 3,30 V (+/- 0,05 V). 

  • Wenn keine nennenswerte Differenz besteht (+/- 0,01 V), können die Zellen in Reihe geschaltet und mit 13,8 V vollgeladen werden. Diese Methode erlaubt auch den sofortigen Zusammenbau der Zellen zur fertigen Batterie. Dabei ist ein aktiver Leistungsbalancer (möglichst die unten abgebildete "grosse" Version mit 12 Induktoren) anzuschliessen. Wenn bei 13,8 V und geringem Ladestrom der Ausgleich erfolgt ist und keine Zelle über 3,60 V liegt, kann man die Spannung um 0,1 V-Schritte erhöhen oder den Strom auf ca 500 mA begrenzen (etwa den halben Balancerstrom nehmen), bis bei 14,4 V kein nennenswerter Strom mehr fliesst.
  • Haben die Zellen eine höhere Differenz, aber nicht mehr als 0,5 V, ist der Ladezustand stark unterschiedlich. In diesem Fall sollte man sie parallel schliessen und mit 3,60 V laden, bis kein Strom mehr fliesst (0 mA). Klingt einfacher als die Methode oben und ist es auch, man muss es aber extra verschalten und es dauert ziemlich lange.
  • Wenn die Differenz der höchsten zur geringsten Spannung mehr als 0,5 V beträgt, würde ich die Zellen einzeln vollladen (3,60 V, bis kein Strom mehr fliesst). Bei einer Zellspannung unter 2,5 V muss dies mit sehr geringem Strom erfolgen.
Zusammenbau:

Mechanische Konstruktion: bei Zellen ohne Kunststoffgebäuse (mit blauer Folie) drei isolierende Zwischenlagen in passender Grösse schneiden (z.B. dicke Folie oder Pappe). Die Zellen in gewünschter Bauform und die Zwischenlagen mit doppelseitigem Klebeband verbinden, auf korrekte Ausrichtung der Pole achten. Das Paket mit starkem Klebeband umwickeln, die Zellen dürfen sich gegeneinander nicht mehr bewegen können. Ecken und Kanten können mit Schaumstoff-Klebeband geschützt werden. Wenn der geplante Einbauort nicht geschützt ist, kann man die Zellen natürlich auch in ein Gehäuse einbauen, oder das Paket mit Platten schützen (Kunststoff oder dünne Siebdruckplatten). Sowohl die Zwischenisolierung als auch das Gehäuse kann man weglassen, wenn die Zellen selbst ein Kunststoffgehäuse haben (Winston, Calb).

Verdrahtung: drei Zellverbinder verbauen, oder erst mal herstellen (schneiden, ggfs. biegen und bohren). Sie müssen flach und blank sein und direkt auf die Elektroden montiert werden.  Ein dünner Auftrag von Noalox auf die gereinigten Kontaktflächen beugt Korrosion vor. Die Verbinder werden von oben mit einer Unterlegscheibe und einer Schraube bzw. Mutter (bei Verwendung von Madenschrauben) befestigt. Wenn die Zellverbinder eine "Welle" als Längenausgleich haben, sollte man statt Unterlegscheiben Schruppscheiben verwenden. An den Zellverbindern oder den Schrauben werden die mittleren Kabel des Balancerkabels - ohne angeschlossenen Balancer - verdrahtet, die Reihenfolge der Kabel ist unbedingt einzuhalten. Die Kabel können an die Verbinder gelötet oder mit einer Ringöse an einer Schraube befestigt werden. Am Pluspol einen Sicherungshalter (ANL, Mini-ANL oder Würfelsicherung) anbringen, am Minuspol ggfs. einen Shunt. Wenn ein Shunt verbaut wird, noch ein dünnes zusätzliches Kabel über eine 1 A-Sicherung vom Pluspol abzweigen. Den Anschluss für das Bordnetz herstellen, z.B. Steckverbindungen oder Batteriepole. Kabel befestigen, damit keine dynamischen Kräfte auf die Elektroden wirken. Balancer anschliessen und befestigen. Alle Verbindungen prüfen bzw. ordentlich festziehen. Wenn nicht am Anfang geschehen, werden jetzt die Zellen zur Initialisierung vollgeladen. Das kann zur Geduldsübung werden, ist aber der wichtigste Punkt beim Batteriebau. Oben auf der Seite gibt es eine Übersicht über die Methoden.

Prüfung: anschliessend die Batterie durch Stromentnahme belasten. Wenn alles funktioniert, Batterie stark belasten. Prüfen, ob etwas warm wird, was nicht warm werden darf. An der Batterie darf da nix - nur die Last darf (Heizlüfter am Wechselrichter, Tauchsieder etc). Wenn bestanden, Prüfsiegel draufdenken und einbauen. Die fertige Batterie muss ordentlich befestigt werden, und die elektrischen Kontakte müssen mit nicht leitendem Material geschützt sein. Sie sollte dann mindestens ein Jahrzehnt wartungsfrei ihren Dienst versehen. Ausnahme Tiefentladung: um Schäden vorzubeugen, dürfen tiefentladene Batterien (0,1-10 V) nur bei Raumtemperatur mit geringem Strom geladen werden. "Geringer Strom" ist etwa 0,01 C, also 1 A bei 100 Ah. Kleinerer Strom schadet nicht, dauert aber länger.

Titelbild: Kings Canyon NP