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Als kleines Projekt zwischendurch habe ich eine USV (= unterbrechungsfreie Stromversorgung) gekauft und möchte sie umbauen von Blei-Vlies-Batterien (AGM) auf LiIon

Geworden ist es eine APC Smart-UPS 750, Modellreihe SMT750I

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das Gerät liefert bis 750W Notstrom und ist original bestückt mit zwei Stück 12V 7Ah Batterien.

 

Wieso eine USV?

Der Hauptzweck von USVs ist eigentlich, Computersysteme und Server für Stromausfälle ab zu sichern. Dabei hat man die Möglichkeit, nicht abgeschlossene Arbeiten nochin Ruhe zu beenden und ab zu speichern sowie den PC normal herunter zu fahren.

Bei uns hat es einen anderen Grund. Und zwar haben wir ja im Wohnzimmer einen wasserführenden Holzofen.

Ein Holzofen ist prima, falls mal Stromausfall ist, um trotzdem im Winter nicht frieren zu müssen.

Die Besonderheit beim wasserführenden Ofen ist allerdings, dass zum Betrieb immer eine Wasserpumpe laufen muss. Ohne Pumpe zirkuliert das Wasser nicht, überhitzt und es kommt zum Überdruck. Heißt:  bei einem Stromausfall können wir den Ofen nicht nutzen.

Ein ähnliches Problem gibt es bei der Solarthermieanlage, denn diese benötigt auch eine Zirkulationspumpe die die erhitzte Solarflüssigkeit umwälzt. Ohne Pumpe würde auch diese überhitzen.

Der Plan ist nun, diese beiden Zirkulationspumpen (samt der dazugehörigen Steuerelektronik) über eine USV ab zu sichern, sodass auch bei STromausfall die beiden Systeme noch weiterlaufen können.

 

 

 

 

Wieso der Umbau auf LiIon?

Nun, Bleibatterien (und dazu gehören auch AGB Batterien, die typischerweise in USVs verbaut werden) haben nur eine recht geringe Kapazität.

Die originalen 2x 7Ah Batterien (erhältlich auf Amazon / eBay) ergeben zusammen 168Wh wobei man hiervon nur 50% nutzen darf, da eine tiefere Entladung die Zellen schädigt.

 

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Bleiben also noch 84Wh nutzbare Kapazität übrig.

Ein Verbraucher mit 50W kann dann also knappe 1,5 Stunden versorgt werden, ein Verbraucher mit 100W gar nur 45 Minuten.

Die beiden Zirkulationspumpen von Ofen und Solarthermie verbrauchen jeweils zwischen 15 und 45 Watt je nach Fördergeschwindigkeit wobei die Pumpe am Ofen fest eingestellt ist auf niedrige Leistung und die an der Solarthermieanlage ist automatisch temperaturgeregelt.

Da es sehr unwahrscheinlich ist, dass die Sonne voll scheint (= Sommer) und gleichzeitig der Kamonofen brennt rechne ich daher mal mit 50 Watt maximaler Gesamtleistung.

Außerdem würde ich gerne etwa 5 - 6 Stunden Stromausfall überbrücken können, um auf der sicheren Seite zu sein.

 

Wieso genau dieses USV-Modell?

USVs gibt es gebraucht ohne Akku auf eBay.de wie Sand am Meer zu sehr günstigen Preisen.Die meisten USVs arbeiten mit 12V Batteriespannung und erst die richtig großen arbeiten mit 24V.

Nun sind aber 12V für LiIon Zellen im Grunde nicht machbar. LiIonzellen haben 3,7V Nennspannung (= mittlere Arbeitsspannung) bei 4,20V maximale Ladespannung sowie 2,8V minimale Entladespannung.

  • Schaltet man nun 3 Zellen in Reihe erhält man einen nutzbaren Spannungsbereich zwischen 8,4V und 12,6V was zu niedrig ist, da 12V Batterien mit bis zu 15V geladen werden.
  • Schaltet man stattdessen 4 Zellen in Reihe landet man zwischen 11,2V und 16,8V. Das passt auch nicht, da das System so nie voll geladen werden würde, aber viel zu tief entladen wird.

Fazit:  12V ist mit LiIon nicht möglich.

 

Was hingegen super funktioniert ist ein 24V System mit 7 Zellen in Reihe. Der nutzbare Spannungsbereich liegt dann zwischen 19,6V und 29,4V.

 

Die APC 750 deswegen, weil sie als "kleine" USV bereits mit 24V arbeitet. Die beiden verwendeten 12V AGM Batterien sind in Reihe geschaltet.

Der Neupreis der APC 750I liegt bei rund 400€ und gebraucht liegt der Durchschnittspreis bei um 80€. Für meine habe ich mit etwas Glück über eBay nun 26€ + 9€ Versand gezahlt.

 

 

Der Umbau

So, kommen wir zum eigentlichen Teil. Super:  die USV kam schonmal unversehr an. Das ist bereits die dritte USV, die ich gekauft habe über die Jahre, und beide zuvor kamen defekt an da sie unzureichend gepolstert waren für das hohe Gewicht. Also falls Du eine USV mal kaufen solltest:  weise den Verkäufer zur Sicherheit lieber nochmal darauf hin, dass er auf eine sehr gute Polsterung achten soll.

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das ist das gute Stück

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die APC 750 gibt es mit und ohne Display. Das alte Modell hat keines, ich wollte unbedingt das Modell mit Display haben.

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unten Mitte der 230V Eingang, die sechs anderen Steckplätze sind dann die Ausgänge, die über die USV abgesichert werden.

Der Lan- sowie der USB Anschluss ist, damit ein angeschlossener Computer / Server automatisch im Falle eines Stromausfalls heruntergefahren werden kann. Das brauche ich nicht.

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die Front ist nur geklippst, daginter ist das Batteriefach. Super:  der Verkäufer hat das Batteriekabel mit dazu gelegt. Das ist gut, denn damit kann man auch normale Standardbatterien kaufen die erheblich! günstiger zu bekommen sind als die "orig." Batterien von APC. Standard-USV Batterien in 7Ah kosten etwa 15€ das Stück, das orig. APC-Set kostet 130€ aufwärts und ist nichts anderes als zwei Standardbatterien + ebendieses Kabelstückchen, um die zwei Batterien in Reihe zu schalten.

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den Platz werde ich vermessen und schauen, wie ich ihn am besten mit den normalen 18650er LiIon Zellen ausfüllen kann

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nach ein wenig Ausprobieren passt ein 6x7 Raster am besten. Damit lässt sich ein 7s6p Akkupack bauen, also 6 Zellen parallel und davon 7 in Reihe

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Zellhalter gibt es als 4x5 Raster und 50er Packung auf Aliexpress / Amazon / eBay

einzelne Zellhalter ebenfalls auf Aliexpress / Amazon / eBay

18650 Zellhalter 4x5 Plastik Halter DIY Powerwall

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passt seitlich und in der Tiefe perfekt, oben ist dann noch genügend Platz für BMS und Kabel

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vorher noch ein Test, mit wieviel Spannung das Gerät die Batterien lädt um aus zu schließen, dass die Spannung doch zu hoch ist für die LiIon Zellen

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kurz vor voll lädt die USV mit 27,4V  d.h. Maximalspannung wir bei 28V liegen und das ist ideal

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hier mal noch durch's Menü gezappt, damit man sieht, was man alles einstellen und anzeigen lassen kann

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dann der eigentlich Akku- Umbau.

Diesen 48V-Akku unten hatte ich mal gebaut, ohne ihn dann wirklich zu nutzen. Den werde ich nun wieder zerlegen und die Komponenten benutzen für die USV.

Das BMS hier ist ein Smart-BMS mit integriertem aktiven Balancer, ein JKBMS mit Appsteuerung. Das ist ziemlich cool aber für die USV werde ich das nicht verwenden.

Wer dennoch möchte findet es hier bei z.B. Aliexpress oder Amazon oder eBay

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das sind LG MG1 Zellen mit orig. 2.850mAh Kapazität aus alten Bosch eBike Akkus, die bringen noch 2.400mAh nutzbare Restkapazität.

-> Leitfaden Akkus & PV von A-Z - 5 eBike Akku zerlegen

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die einzelnen Zellen hatte ich mit Sicherungsdraht verlötet, jeweils 4 Stück parallel und dann 14 davon in Reihe

-> Leitfaden Akkus & PV von A-Z - 20 Löten - Anleitung für Akkus

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alles abgelötet

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 und neu arrangiert im Raster 6x7 für die USV

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 auch hier nehme ich wieder Sicherungsdraht. Das ist im Grunde normaler Kupferdraht (ohne Lackschicht) in 0,2mm² Stärke, der brennt bei etwa 5A durch je nach Drahtlänge

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 Am Anfang und am Ende nehme ich für die beiden Pole ein Stück 2,5mm² Kupferader

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 als BMS (absolut zwingend erforderlich bei LiIon !!) nehme ich ein einfaches für 7S und 20A Dauerbelastbarkeit (auf Amazon / eBay / Aliexpress), ansonsten muss es nix großartiges können

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 die Plastik-Zellhalter kann man in den Zwischenräumen durchbohren (7mm Metallbohrer geht gut) und dann Kabel durchziehen

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 Unterseite

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 ein BMS schaltet immer nur den Minuspol der Batterie, der Pluspol geht ungeschaltet an den Verbraucher / die Ladequelle = in unserem Fall direkt an die USV

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 da das Innere der USV komplett aus Metall ist und gut leitet habe ich das Akkupack ein wenig schützend mit Plastikdeckel oben / unten sowie Panzertape geschützt

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 nicht schön aber funktionsmäßig und sieht man später auch nicht mehr.

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an den Kabelenden habe ich Kabelschuhe aufgecrimpt zum direkten Anschluss an die USV, ohne dort die orig. Kabel ab schneiden oder ranfrickeln zu müssen, so kann man später jederzeit und ohne Gebastel wieder auf normale, orig. AGM Batterien umsteigen.

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Hilfreich ist hier eine Crimpzange mit Aderendhülsen und Kabelschuhen auf eBay und Amazon

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Schrumpfschlauch ran, ...

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 ...Akkupack einschieben

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 mal noch eben beschriften

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 und tada - sie läuft, ohne zu explodieren  😀

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 die USV testet erst den AKku, lädt ihn komplett auf, entlädt ihn um zu testen, wieviel Laufzeit der "neue" Akku hat. Das dauert ein paar Stunden

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aber damit wäre der Umbau nun schon komplett.

Fehlt noch der Einbau in das Hausnetz, damit die beiden Pumpen drüber laufen können, aber das mache ich mal zu einer anderen Gelegenheit

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