Hallo .
Ich habe gerade diesen Artikel verfasst, da sehe ich, dass da ja schon jemand vor mir aktiv war Danke datom 😀. Ich hänge meinen Text jetzt also mal hier unten an.
Vielleicht habt Ihr auch Andreas Video über den Brand von LiefePo4 Zellen gesehen und habt als Akku DIY‘er womöglich auch plötzlich ein flaues Gefühl im Magen. Ich denke, das ist ein wirklich wichtiges Video, das uns aber nicht abschrecken, sondern über das Thema Sicherheit noch einmal nachdenken lassen sollte.
Ich möchte an dieser Stelle einmal meine Erkenntnisse dazu zusammentragen zu dem was man tun kann, um die Gefahr die im Umgang mit LifePo4 Zellen ausgehen kann, so gering wie möglich zu halten. Ich bin schon der Ansicht, dass man DIY Akkus durchaus sicher betreiben kann, wenn man es richtig macht. Bei unseren Fahrradakkus habe ich da schon mehr Bedenken. Aber auch für diese gibt es feuerfeste Lade- und Aufbewahrungstaschen, die schon mal ein gewisses Maß an Sicherheit bringen.
Ein Wort vorab: ich bin zwar in einem technischen Beruf unterwegs, ein ausgewiesener Akku-Experte bin ich aber nicht! Ich trage hier lediglich zusammen, was ich beim Akkuselbstbau so gelernt habe. Ihr seid alle eingeladen, sogar aufgefordert, diesen Leitfaden konstruktiv zu ergänzen oder ggf. zu korrigieren. Er erhebt keinen Anspruch auf absolute Korrektheit und / oder Vollständigkeit! Er soll auch keine Anleitung zum Bau sein, sondern hebt lediglich einige Punkte bzgl. Sicherheit hervor. Je mehr Ihr also dazu beitragen könnt, desto besser.
Und, ganz wichtig: Ihr handelt natürlich immer in eigener Verantwortung.
Okay, as können wir also tun damit unser Lifepo4 Akku so sicher wie möglich wird und worauf kommt es an?
So wie ich das gelesen habe, können auch LifePo4 Zellen bei bis zu 400°C ausgasen bei / nach:
- Überladung
- Tiefentladung
- Mechanischer Beschädigung
- Überhitzung
All dies gilt es also zu vermeiden, durch z.B:
1. Auslegung
Macht Euch Gedanken, mit wieviel Ampere Ihr Euer System später maximal belasten wollt. Legt eine gute Schippe Sicherheit drauf. Ich empfehle 30% - 50% Aufschlag. Denkt dran, dass z.B. ein 100A Daly-BMS zwar mit 100A entladen, aber mit weitaus weniger Ampere beladen werden kann. Auch hier gilt: überdimensionieren.
Auch sämtliche betroffenen Kabel / Verbinder sollten mindestens eine Dauerbelastung des gewählten, und dann durch die Sicherung bestimmten Maximalstromes sicher aushalten können.
Ich habe z.B. einen 100A Sicherungsschalter, dann aber noch (für wirklich alle Fälle) eine 200A Schmelzsicherung nachgeschaltet.
2. Auswahl der Komponenten
Die Akkuzellen würde ich nicht im absoluten Discount kaufen, sondern bei Händlern die sich, z.B. hier in der Community, einen Namen gemacht haben. Ich selbst habe meine Zellen bei Gobelpower gekauft und denke, das war eine gute Wahl. Die Zellen werden bei Gobelpower geprüft und getestet und meine Messergebnisse zeigen, dass die Zellen innerhalb der angegeben Parameter liegen. Aber auch Basengreen und Tywacell machen auf mich (ganz persönlich) einen guten Eindruck.
Das BMS ist ebenso eine wichtige Komponente. Sehr wichtig hierbei die korrekte Eingabe der Batterie-Parameter. Ansonsten kann es schnell zu Überladungen von (einzelnen) Zellen kommen. Macht Euch schlau, was Ihr im jeweiligen BMS, passend zu Eurem System einzugeben habt.
3. Korrekte Verspannung
Bei der Verspannung kommt es darauf an, den Akku nicht zu sehr zu verpressen. Ansonsten drohen innere Beschädigungen = Gefahr. Einfach mit Spanngurten oder Gewindestangen und Muttern zu arbeiten halte ich für keinen guten Weg, da sich die Spannkraft damit überhaupt nicht bestimmen lässt. Es gibt hier im Forum aber Wege, die Spannkraft mit Federn auf die in den vom Zellherstellern empfohlenen Spannkräfte zu bringen. Ansonsten würde ich die Verspannung lieber bleiben lassen, als Gefahr zu laufen, den Zellen zu beschädigen. Denn durch innere Beschädigungen kann es zu Kurzschlüssen und somit zu punktuell hohen Temperaturen innerhalb der Zelle kommen. Hier zwei Beispiele:
https://www.akkudoktor.net/forum/anleitungen-tutorials/neues-thema-akku-aufbau-mechanik/paged/1/
https://www.akkudoktor.net/forum/neue-ideen/liefepo4-zellen-mit-300-kg-verspannen-so-gehts/
Ich war übrigens sehr erschrocken, asl ich nach einigen Wochen noch mal die Federn gemessen habe. Von den 7mm Federweg waren nur noch 2mm übriggeblieben! Ich erkläre mir das damit, dass die Zellen denn doch ihre Form geändert haben. Anfangs waren die Flächen nicht flach, sondern leicht konvex. Somit gab es an den Außenseiten doch noch einen mm Spalt. Der hat sich jetzt gesetzt.
Zwei Dinge, die man tun kann:
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Flexible Busbars. Zu denen würde ich jetzt definitiv raten. Somit habt Ihr kein Problem mehr an den Kontaktgewinden Eurer Zellen und Ihr gebt den Zellen die Freiheit, sich auszudehnen / zusammenzuziehen ohne das Ihr eine Kraft auf die Pins ausübt. Das macht die Zellen definitiv sicherer! Allzuteuer sind sie nicht, und wenn bei den Zellen womöglich eh keine dabei sind, dann sind das nur ein ganz paar Euro mehr. Bei der Bestellung darauf achten, dass die Zellendicke im Operationsbereich liegt und der Gewindedurchmesser stimmt.
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Überprüft, insbesondere nach der ersten Ladung/Entladung, den eingestellten Federweg und regelt frühzeitig nach. Am Besten trennt Ihr dazu das BMS von den Zellen und löst die Muttern an den Pins. Bei sehr geringen Korrekturen kann man darauf womöglich verzichten.
4. Gehäuse
Auch ich habe meinen Akku in einem Holzkasten verbaut. Eigentlich nicht wirklich eine gute Idee, das müssen wir in Punkto Brandschutz wohl zugeben.
Allerdings habe ich meinen Kasten nun noch mit Keramikfaserpapier ausgelegt. Auch den Deckel!. Keramikfaserpapier ist nicht entflammbar und hält, je nach Fabrikat, gerne über 1000°C stand. Das macht die Sache immerhin etwas sicherer und gibt mehr Zeit zum handeln, bevor der Kasten doch noch Feuer fängt.
Ich habe mir übrigens noch einen Wifi-Feuermelder in den Kasten eingeklebt. Somit sollte ich schon über ein Rauchentwicklung informiert werden, bevor der gesamte Wohnraum eingenebelt ist.
Griffe / Rollen anbringen, sodass der Kasten im Brandfall schnell, und möglichst ins Freie zu bewegen ist. Dabei sollte die Kabelage einfach zu trennen sein.
5. Zusammenbau.
Achtet bei Kabeln, Verbindern, Sicherungen etc. auf gute Qualität.
Es versteht sich von selbst, dass die Batterie möglichst nahe des Minus- oder Pluspols mit min einer Sicherung versehen sein muss.
Wichtig ist die Reihenfolge der Schritte beim Zusammenbau. Ich empfehle:
- Topbalancing! Denn hierdurch lässt sich die Wahrscheinlichkeit veringern, dass beim Laden einzelne Zellen „nach oben abhauen“. Ein korrekt eingestelltes BMS sollte das detektieren und den Ladevorgang bei Erreichen der maximalen Zellspannung abbrechen. Das gilt es nach Inbetriebnahme aufmerksam im Auge zu behalten!
- Zellen anordnen und ggf. Brandschutz anbringen
- Auf vom Hersteller der empfohlenen Anpressdruck verspannen
- Busbars auflegen
- Die vom BMS / Active Balancer noch getrennten(!) Kabel verlegen
- Muttern an den Kontakten handfest anziehen
- Mit einem Voltmeter minus an schwarz, und plus an die einzelnen Kontake der Stecker des BMS / Balancer und die Spannungen messen. Die Spannungen müssen sich, asugehend vom ersten Kontakt neben dem Minuskontakt, jeweils um eine Zellspannung erhöhen. Noch könnt Ihr hier Fehler korrigieren. Versieht man sich und steckt dann den Stecker zum Beispiel ins Daly-BMS, geht es (so wie ich gelesen habe) sofort kaputt.
- Erst dann den / die Stecker in sicher montiertes BMS / Balancer stecken. Bei einer Demontage entsprechend umgekehrt verfahren.
6. Batterie sichern
Natürlich braucht die Batterie einen Sicherungsschalter oder eine SIcherung, die sie gegen überlasung oder Kurzschluss schützt. Wer eine Schutzeinrichtung wie den Victron Energy Battery Protect o.ä. einbaut macht dabei auch nichts falsch. Mein Wechselrichter wird durch ein Pythinskript gesteuert, welches das Daly-BMS über ein VenusOS ausließt. Der WR wurd nur angeschaltet, wenn Werte aus der Batterie kommen. Ich verlasse mich dabei nicht auf den prozentualen Ladezustand, ondern auch auf die minimale und maximale Ladespannung der Zellen. Werden diese unter- bzw. überschritten, dann schaltet der WR gar nicht erst an. Andere DC Verbraucher laufen bei mir über den Lastausgang des Ladereglers, den ich auch entsprechend programmieren kann.
Auch weitergehende Überlegungen, sich gegen Über- oder Tiefentladung zu schützen können nicht schaden. Beides kann im Extremfall zur Zerstörung oder zum Ausgasen der Batterie oder zum Brand führen.
7. Test des Systems.
Wie bei vielen technischen Einrichtungen ist gerade hier der Test des Systems sehr wichtig. Gerade unter Vollast bei Laden oder Entladen sollte man dabei sein.
Wie oben erwähnt, können hohe Temperaturen den Akku zum Brennen bringen. Das kann z.B. passieren, wenn die Busbars schlechter Qualität sind oder die Verbindungen zwischen den Bars und den Zellen, aus welchen Gründen auch immer, schlecht sind. An diesen Stellen haben wir einen erhöhten Widerstand der zur Erwärmung im betroffenen Bereich führen kann. Wir müssen bei unseren Akkus mit sehr hohen Strömen rechnen die bei Widerstanden auch zu hohen Temperaturen führen können. Diese können sich durch die Gewinde bis ins Innere der Zellen ableiten.
Wie prüfe ich das also?
Erst einmal müssen wir das System durch Laden oder Entladen auf eine halbwegs hohe Last bringen. Da der Akku nach dem ersten Zusammenbau durch das Topbalancing noch voll geladen sein dürfte kommt vermutlich eher Entladen in Betracht.
Ein probates Mittel ist nun das Beobachten mit einer Wärmebildkamera. Ist ziemlich teuer, hat nicht jeder, und: mal sollte die Bilder auch zu deuten wissen. Kommt also nicht für jeden infage.
Alternative (kein Witz!): ein optisches Fiebertermometer. Z.B. ein solches:
https://www.amazon.de/gp/product/B0865RL4PH/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&psc=1
Die Dinger messen ziemlich genau, sonst wären sie kaum für den medizinischen Gebrauch zugelassen. Wichtig ist dabei, dass es umschaltbar auf direkte Temperaturmessung ist. Den bei der Fiebermessung wird die Hauttemperatur gemessen und mittel eines Algorithmus erst dann die innere Körpertemperatur berechnet. Das brauchen wir nicht. Bei o.g. Thermometer gehen wir also auf den Gegenstandsmodus. Man kann dann jeden beliebigen Punkt anvisieren und bei Druck auf den Start-Knopf wird die angepeilte Oberflächentemperatur angezeigt. Wie gesagt, ziemlich genau.
Wir lassen unser System also eine Weile auf Last laufen und messen dann alle neuralgischen Punkte ab. Insbesondere die Pole der Zellen. Dort sollten sich keine signifikanten Temperaturerhöhungen ergeben haben. Falls doch besteht hier Handlungsbedarf!!!
Ich halte dies für mit den wichtigsten Punkt dieses „Leitfadens“.
Auch Kabelverbindungen, Crimpungen etc. sollte man bei der Gelegenheit messen.
Es empfiehlt sich, das Ganze bei Gelegenheit zu wiederholen.
Es empfiehlt sich außerdem, nach hinreichender Entladung, die erste Vollladung zu überwachen und die Zellspannungen im Auge zu behalten. Spannungen von über 3,65 Volt sollten schon im Hinblick auf die Lebensdauer der Zellen nicht erreicht werden.
ChatGPT meint zu dem Thema:
„Im Allgemeinen wird angenommen, dass LiFePO4-Zellen bei einer Ladespannung von mehr als 4,2 Volt pro Zelle oder einer Entladespannung von weniger als 2,5 Volt pro Zelle instabil werden und zu einer thermischen Reaktion führen können. Dies könnte zur Überhitzung, Entzündung oder sogar Explosion der Zelle führen.“
Vielleicht kann das jemand bestätigen / korrigieren… Generell gilt aber: das BMS tut nur das was wir eingestellt haben! Also: please double check!
Ok, wie oben schon gesagt. Helft gerne mit, diesen Leitfaden zu ergänzen. Je mehr wir über das Thema Sicherheit beim Akkubau wissen, desto besser, ist ja klar.
