Einleitung
Ich werde in den nächsten Wochen ein netzgekoppeltes 16kWh ESS mit 16 Cornex 314Ah-Zellen und einem Multiplus II 5000 zusammenbauen. Ich hab zwar eine elektrotechnische Ausbildung und finde mich daher ganz gut im Metier zurecht, aber null praktische Erfahrung mit dem Bau einer Batterie. Daher möchte ich mein Projekt vor der Umsetzung hier vorstellen, vielleicht bekomme ich noch ein paar Expertenbewertungen und -ratschläge. Fehlt was, übertreibe ich bei manchen Details?
Ich hab bei diesem Projekt zum ersten Mal sehr viel der Planung mit Google Gemini akkordiert. Das macht unglaublich viele dumme Fehler, besonders wenn die Dialoge zu lang werden, man muss deshalb jede Aussage selber überprüfen. Es ist aber trotzdem eine große Hilfe, ich hab dadurch sehr viele gute Anregungen erhalten und mir dadurch einiges an zusammengefasstem Wissen extrahiert, ohne Wochen mit Recherche verbringen zu müssen.
Zunächst zum groben Aufbau:
Die 16 Zellen sollen in zwei Reihen aufgebaut werden. Die Kompression erfolgt mit sechs M10 Gewindestangen sowie Tellerfedern. Dazu verwende ich zwei 8mm Stahlplatten, welche beide Zellreihen abdecken. Zwischen den Zellreihen verbleibt ein 20mm Spalt, in dem zwei der sechs Gewindestangen geführt werden. Dadurch sollte der notwendige Druck gleichmässig auf die Zellen wirken. Zwischen die Zellen lege ich 0,5mm FR4 sowie, falls ich es auftreiben kann, 0,8mm BISCO HT-800 Silikonschaumplatten. Bei den Druckplatten verwende ich 1mm FR4 über die gesamte Fläche. Da ich über den lokalen Makerspace Zugang zu einem Wasserstrahlschneider habe, möchte ich diese Platten damit zurechtschneiden.
Die Zellen werden mit flexiblen Busbars verbunden, von der Batterie gehe ich mit 70mm² (NSGAFöu) zum Shunt, von dort weiter über einen RKA 95 Klemmblock, der die Verbindung auf zwei 35mm² (H07V-K) zu den beiden Terminals des BMS aufteilt. Auf der P- Seite wieder zu einem RKA 95, der sie wieder auf ein 70mm² Kabel zusammenführt und dann zum Inverter. Vom Pluspol führt ein 70mm² Kabel zu einem NH01 Lasttrennschalter (250A) und dann zum Inverter.
Steuerung per Cerbo GX, Kommunikationskabel crimpe ich selber, USB-RS485 mit Waveshare FT232RNL, als Smart Meter nehme ich einen Victron EM540.
Batterie, Shunt und BMS sollen in eine Box aus Siebdruckplatten kommen.
Soweit zum Aufbau, hier meine Einkaufsliste:
| Bild | Bezeichnung | Stückzahl | Preis | Status | Notizen |
|---|---|---|---|---|---|
| Cornex PF173-314A | 16 | 836,82 € |  |
Dongguan Lightning New Energy Technology Co., Ltd. (Alibaba), geliefert wurde aus Polen, alle Zellen haben 3,268-3,269 V | |
| JK BMS PB2A16S20P | 1 | 95,38€ |  |
Jikong Official Store (AliExpress ID 5058221) | |
| Busbar | 16 | 51,24 € | |
EZKABO Store (AliExpress), Stärke 2mm | |
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| NO-OX-ID A-Special Kontaktpaste | ~60ml | ~25 € | |
baymarinesupply (Aus den USA, shipping cost $22.50  ) |
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| Multiplus II 48/5000/70-50 | 1 | 661,21 € | |
green-future.at | |
| Cerbo GX | 1 | 210,35 € | |
green-future.at | |
| SmartShunt 500A | 1 | 84,95 € | |
green-future.at | |
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spar ich mir erstmal | ||||
| Smart Meter EM540 | 1 | 88,91 € | |
green-future.at | |
| Waveshare RS485 USB Converter | 1 | 18,54 € | |
Amazon | |
| Presskabelschuh 35mm² M6 | 6 | 7,72 € |  |
Schäcke, Cimco 183572, DIN 46235 | |
| Presskabelschuh 70mm² M6 | 3 | 11,11 € | |
Schäcke, Cimco 183561, DIN 46235 | |
| Presskabelschuh 70mm² M10 | 4 | 10,38 € | |
Schäcke, Cimco 183523, DIN 46235 | |
| RKA Klemmblock | 2 | 42,95 € | |
Schäcke, Hora Universalklemme RKA 95/1 | |
| Sicherungslasttrennschalter 1-polig NH)) | 1 | 45,04 € | |
Schäcke, EATON XNH00-1-A160, doch nur "Spielzeug NH00", Fehlbestellung die ich nicht mehr retournieren kann, jetzt leb ich erstmal damit | |
| NH00 160 A | 1 | 8 € | |
Schäcke, Eaton 160NHG00B | |
| Gummi Aderleitung 70mm² | 3m | 45 € | |
enercab.at, zzgl. 6,90€ Versand | |
| Aderleitung 35mm² | 1m | 6,40 € | |
enercab.at | |
| FR4 0,5mm | 14+1 | 9,78 € | |
ahltec.de, 1 Stk. 600x500mm, 1x Bodenplatte, zzgl. 14,02€ Versand | |
| FR4 1,0mm | 1 | 14,82 € | |
ahltec.de, 1 Stk. 600x500mm, 2x Isolierung Druckplatten | |
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| EPDM Zellkautschuk 2mm | 2x0.5m² | 25,85 € | |
Diconfa (eBay) | |
| Druckplatten Stahl | 2 | 20€ | |
Schrottplatz, 8mm Wald- und Wiesenstahl, 420x205mm, Anstrich mit Rostschutzfarbe, strichliert die Umrisse der Batterien | |
| Gewindestange M10 8.8, Scheiben, Muttern | 6 | 42,37 € | |
Priara (eBay), Hersteller: Reyher, Gewindestange DIN 975 M 10 x 1000mm 8.8 galvanisch verzinkt, Sechskantmutter DIN 934 M 10 8 galvanisch verzinkt, Scheibe DIN 6340 10,5 x 28 x 4 Stahl vergütet galvanisch verzinkt | |
| Werkzeugfedern 115mm | 6 | 74,36 € | |
sodemann-federn.de, 4xC26115, 2xD26115 | |
| Siebdruckplatten 12 und 21mm | 6 | ~70 € | |
Baumarkt | |
| div. Kleinmaterial | x | ~50 € | |
Schäcke, Kabelbinder, Kabelkanal für die BMS Sensorkabel, Kabelverschraubungen, Zugentlastungen, Ringkabelschuhe, DIN Schiene, fliegende 3A Sicherung fürs BMS | |
| Summe | ~2700 € |  |
Kosten:
Ich wollte ursprünglich ein sehr einfaches, günstiges Setup mit einem Solis EA1P6K-L machen. Dem Angebot für die Zellen hab ich daher recht spontan zugesagt, rückblickend etwas blauäugig weil ich die Kosten und den Aufwand unterschätzt habe. Leider ist dieser Solis Inverter in Österreich nämlich nicht zugelassen und ich hab auf Victron umgeschwenkt. Mit dem ganzen zusätzlichen, ursprünglich nicht mitberechnetem Material bin ich jetzt doch einiges über dem angepeilten Budget von 2000 Euro. Da relativieren sich die billigen Batterien wieder etwas. Ich bekomme aber vorraussichtlich 1000 € durch Landesförderung ersetzt, also sollte es sich trotzdem rentieren und der Zorn meiner Besten in Grenzen halten (Immerhin ist das eine Investition mit einer höheren Rendite als jeder ETF 
).
Kommentare zu Gemini:
Bei einigen der Berechnungen habe ich aus Faulheit zunächst Gemini Pro gefragt (Das macht KI mit einem!), und dann versucht, wo möglich, die Rechnung nachzuvollziehen. Ich hab aber auch immer wieder nachgehakt und neue Chats für die Details eröffnet, mittlerweile sind schon mehrere Iterationen dabei rausgekommen und wir kommen der Wahrheit wohl langsam näher:
- Dicke der Bodenplatte (21mm) und notwendige Unterstützung von unten (Lt. Gemini genügen zwei , von den Stirnseiten 210mm nach innen versetzt
). Wie Holz sich unter Belastung verhält und man das berechnet kann ich leider nicht nachvollziehen. 21mm ist aber recht ordentlich und wird auch bei den 110kg Gesamtgewicht hoffentlich halten ohne sich über die vielen Jahre hinweg zu verziehen 
- Berechnung der Dimensionen und Platzierung der Lüfungsöffnungen (Ich hab bereits Lüftungsgitter mit ø48mm herumliegen, daher die vielen Öffnungen in den Siebdruckplatten). Wird wohl passen, Kamineffekt wurde vom Tool gut erklärt und die Größe der Öffnungen erscheint sinnvoll. Bei den akkumulierten Wärmeverlusten von ca. 30W unter Spitzenlast (Shunt, BMS, RKA 95, Kabel) sollte das gefühlt passen.
- Notwendige Vorspannung der Gewindestäbe und Tellerfedern. Diese soll 3000N pro Zellreihe betragen (Scheinbar Industriestandard für 314Ah CATL und EVE Zellen). Ich hab mir die notwendige Auslegung von Gemini mal vorschlagen lassen und dann nachgerechnet. Bei gleichmässiger Aufteilung der Kräfte über die gesamte Druckplatte schlägt Gemini aussen 750 N und innen 1500N pro Gewindestange vor. In Summe 6000N, aufgeteilt auf zwei Reihen sind das 3000N, macht also Sinn. Es gibt Tellerfedern mit einer Nennkraft von 411 N. Dadurch ergeben sich bei 2 parallelen Tellerfedern Kräfte von 822 N auf den äusseren Gewindestäben und 4 parallelen Tellerfedern 1644N auf den mittleren Stäben. Die parallelen Tellerfedern lassen sich mehrfach wiederholen um mehr Federweg zu erhalten, ohne die wirkenden Kräfte zu verändern (Sh. Wie stapelt man Tellerfedern?). Lt. Datenblatt beträgt der maximale Federweg bei den gewählten Tellerfedern 0,55mm, 4 Pakete mit 4 paralleln Tellerfedern ergibt also 4,4mm Federweg.
Umso genauer man die Frage stellt, umso detaillierter fällt auch meist die Antwort aus. Ich hab das meist in Englisch gefragt, sollte aber in Deutsch genauso funktionieren. Hier ein Beispiel-Prompt, nachdem die Rechnung immer wieder falsch ausgefallen ist:
Please redo this calculation based on the following and explain your calculation:
- Figure out the required pressure for Cornex PF173-314AH prismatic cell
- Consider the springiness of the 7x2 layers of 0.8mm HT-800 between the cells (If applicable)
- Calculate the necessary force on each individual threaded M10 rod (4 on the outside, 2 in the center. The horizontal distance between the respective outer rods to the center rods is 195mm. Vertically, the upper and the lower rods are 165mm apart (If unsure about the layout, ask, don't assume)
- Provide me with the required type, amount and configuration of 10,2mm Tellerfedern. There are also washers with smaller nominal force available at this dimension (e.g. 254N, 304N, 411N) according to the attached datasheet (D1=10,2mm)
- Finally, figure out how I can make sure I've applied enough force when tightening the locknuts. Can I measure the compression of the spring washers or the inner distance between the pressure plates, do i use a torque wrench? Give me a practical advice how I can measure enough force is applied on the batteries.
Da wurde dann natürlich das HT800 14x statt 7x gezählt, da hab ich dann noch ein paar weitere Anläufe gebraucht.
Sehr praktisch ist das Erstellen von Python Scripts. Sämtliche Zeichnungen für die obigen Zuschnitte sind DXF-Dateien, die von einem von Gemini erstellten Script erzeugt worden, ich hab da kaum selber programmiert oder gezeichnet. Ich hab mir auch gleich ein Script zum Erstellen eines Wartungsdokument (5,5 KB) erstellen lassen, das mir zeigt worauf ich in den nächsten Jahren beim Anziehen der Muttern in welchen Intervallen achten muss. Sicher hilfreich wenn ich die Details längst vergessen hab.
Insgesamt also schon sehr spannend wie gut das mit einem LLM bereits funktioniert, wenn man bedenkt dass ich vor zwei Wochen noch kaum Wissen über den Zusammenbau einer Batterie hatte, insbesondere in Hinblick auf die Kompression und was ein BMS macht. Für einen absoluten Laien ist ein LLM als Quelle aus meiner Sicht aber bedingt geeignet, da es viele Fehlinformationen wiedergibt wenn man nicht sehr aufmerksam ist und die Erklärungen mit technischem Hintergrundwissen selbst verifizieren kann. Aber gut, andere Internetquellen und YouTube sind auch nicht immer besser.
Abschliessende Worte und Ausblick
Ich lieg grad mit Influenza im Bett und mein Schlafrythmus ist sowieso komplett durcheinander, sonst hätt ich auch keine Zeit für eine so detaillierte Dokumentation.
Soweit mal das Einstiegsposting, danke für die Aufmerksamkeit wer es bis hierher geschafft hat! Ich werd sporadisch updaten, mit Kleinkindern im Haus wird sich das Zusammenbauen sicher ein paar Wochen ziehen. Schön wäre es wenn ich's bis Februar schaffe was auf die Reihe zu bekommen (Sonst stehen die relativ spontan bestellten Zellen sinnlos herum).
Was machst Du mit dermaßen viel Kapazität?
Die Automatisierung wäre nicht das Problem, Home Assistant ist vorhanden und ein MQTT-Script ist sonst auch keine Hürde. Aber soweit bin ich ja noch lange nicht 
