2021 - KW04 - DIY 18650 Powerwall Spind 1

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Mittlerweile gibt es hier auch einen eigenen Bereich zum Thema Akku-Selbstbau mit vielen Tipps, Anregungen und Anleitungen -> DIY 18650 Powerwall

 

 

Es ist ja schon eine ganze Weile her, als ich damit angefangen habe einen alten Schul-Spind vorzubereiten um dort die Selbstbau-Powerwall brandgeschützt unter zu bringen, s. KW47 - 14s120p Solarakku2, Spind, Ofenbesteck

 

Nun geht es endlich damit weiter. Der Plan:

• die Powerwall am kleinen Infinisolar E 5.5KW Wechselrichter im Schweinestall soll in den Dreierspind links eingebaut werden (2x 14s60p mit zus. 11KWh)
• die Powerwall mit den großen 120p Akkupacks kommt in den 4er Spind ans Gartenhaus (2x 14s120p mit zus. 27KWh)

Bezugsquellen, Handbuch, Zubehör, Facotry Passwort, Erfahrungsbericht und mehr:

• Hybrid Wechselrichter MPI 10k mit 10000 Watt von MPP Solar Infinisolar
• Hybrid Wechselrichter MPI 5.5k mit 5500 Watt von MPP Solar Infinisolar

 

 

die Spinde haben alle lediglich ein einziges Fach im oberen Bereich. Das reicht nicht aus und ich werde einige Zwischenböden einschweißen.

Da ich noch kein dünnes 2mm Blech geschweißt habe ist erstmal Üben an Reststücken angesagt

 

irgendwann passt die EInstellung, wobei hier bei weitem nicht so viel Spielraum bleibt wie bei den 6mm Blechen, die ich sonst bisher hatte.

Übrigens:  schweißen kann ich auch noch garnicht so lange:

 

um im Spind einen guten Kontakt zum Schweißen zu bekommen schleife ich nicht die komplette Farbe ab sondern zur zwei Streifen

 

das sind die Regalböden. Ebenfalls in 2mm

 

Markierungsstriche an den Spindinnenwänden

 

doch halt, bevor ich die Regalböden einschweiße und hinterher schauen muss, wie ich die Spindrückwand umständlich gedämmt bekomme ziehe ich das lieber vor.

Das ist 40mm Mineralwolle in WLG032, feuerfest bis >1.000°C

 

so ist die Rückwand am STück gedämmt und ich kann die Regalböden davor einschweißen.

 

die Regalböden fixiere ich mit Schweißmagneten

 

klappt halbwegs gut trotz, dass das alles arg beengt ist, auch wenn ich keinen Designpreis für die Nähte gewinnen werde

 

 

 

 

 

 

fertig

 

dann muss das Teil von der Garage ums Haus durch den Kornspeicher in den Schweinestall

 

das Aufstellen klappt auch nur dank der gewölbten Decke

 

als letzte Amtshandlung am ersten Tag noch Metalschutzlack auftragen

Gefällt mir ehrlich gesagt nicht so da das schon fast Hochglanz ist. Ich wollte eigentlich Hammerschlaglack, habe mich aber leider bei der Bestellung vertan. Naja egal, die Hauptsache ist ja eh, dass es Rostschutzfarbe ist, der Look an sich ist zweitrangig

 

am nächsten Tag geht es weiter mit der Brandschutzauskleidung

 

die Außenwände werden alle mit der Isover UKF 40mm WLG032 ausgekleidet

 

 

probeweise mal ein "Heater-Pack" anhalten. Passt genau, das sind 60 LiIon Zellen im 18650 Format aus gebrauchten Laptopakkus. Davon sollen dann zunächst mal 1.680 Stück rein

 

alle Flächen aus Metall werden mit 10mm Fermacell verkleidet.

 

Fermacell ist ebenfalls feuerfest bis über 1.000°C

 

Zeit, für den Umzug. Aktuell ist die Powerwall in der Metallkiste

 

das sind 4,3KWh in 840 LiIon Akkuzellen. Zum Bau der Kiste -> KW31 - Solarakku Akkupacks bauen, Dummy-Load, Berufsschule-Akku1

 

alles vorsichtig zerlegen und herausnehmen

 

zwischen die Akkupacks werden auch wieder Abstandshalter aus Fermacell kommen

 

mit dem Teppichmesser anreißen, über eine Kante knicken und fertig

 

so ungefähr

 

der Platz ist eng, die Abstandshalter sind zu hoch und müssen gekürzt werden. Da ich mit dem Teppichmesser nicht 1 - 2cm abschneiden kann mache ich das mit der Bandsäge. Das Sägeband wird hinterher vermutlich stumpf sein...

 

...aber das ist eh das mitgelieferte, was eine schlechte Qualität hat und holpert ->  Bandsäge Scheppach HBS 162

 

 

dicht gedrängt passen haargenau 6 Akkupacks in ein Fach rein

 

auf diesem Bild noch nicht drauf, aber auf den unteren Packs ist mittlerweile auch noch ein Deckel aus Fermacell drauf, damit im Falle eines Brandes das Feuer nicht von einem Pack zum nächsten übergreifen kann.

Generell sieht mein Sicherheitskonzept so aus:

1. Unfallvermeidung im Vorfeld

• alle Zellen einzeln auf Herz und Nieren testen in einem ehrstufigen Testverfahren und erst dann verwenden, wenn alle Werte einwandfrei sind
• Kabel, Verbinder, Elektronikbauteile so dimensionieren, dass immer Leistungsreserven da sind und sich nichts erhitzt
• die Akkupacks in einem Bereich benutzen, wo sie kaum Leistung bringen müssen (0,5A je Zelle) und schonen / ohne Erwärmung betrieben werden

2. Unfallvermeidung im Betrieb

• mehrere Sicherheitsmechanismen parallel wie Einzelabsicherung auf Zellebene (Sicherungsdraht)
• DC-Sicherungen zwischen Akku und Wechselrichter
• BMS mit Über- und Unterspannungsschutz auf Einzelzellebene, Überlast- sowie Übertemperaturschutz
• Wechselrichter mit Über- / Unterspannungsschutz sowie Überlastschutz auf Packebene

3. Unfallminimierung im Ernstfall

Sollte im laufenden Betrieb eine Zelle schadhaft werden (durch Alterung, Produktionsmangel) und im schlimmsten Fall sich so stark erhitzen, dass sie Feuer fängt dann wäre der Worst-Case ein Thermal Runaway, also eine Kettenreaktion, bei der die benachbarten Zellen ebenfalls erhitzt werden und Feuer fangen.

Ich setze hier an zwei Punkten an:

• Separatoren zwischen den Akkupacks, damit sich eine Kettenreaktion nur auf das betroffene Akkupack beschränkt und nicht auf andere Packs übergreifen kann. Und wenn dann nur zeitverzögert, wodurch ein Thermal Runaway zumindest stark abgeschwächt wird
• falls alle Maßnahmen von der Vorauswahl der zellen, über die verschiedenen Absicherungen und technischen Schutzeinrichtungen erfolglos bleiben, dann sollen die Akkus einfach innerhalb des feuerfest ausgekleideten Metallspindes ausbrennen und fertig

 

16mm² Kabel zum Verbinden der Packs

 

 

die direkt benachbarten Packs werden mit M6 Schrauben direkt miteinander verbunden, von Etage zu Etage dann mit den kurzen 16mm² Kabeln

 

 

die zweite Powerwall steht am Gartenhaus

 

rechts die Kiste ist für Heidi und ist hier nur testweise angeschlossen, links sind nochmal 14 Stück 60p Akkupacks mit gesamt 6,8KWh drin

 

die feuerfeste Auskleidung hilft auch ein wenig, die Innentemperatur im Winter anzuheben (16,3°C und 48,1V AKkuspannung)

 

in der anderen Kiste sind es sogar 18,9°C

 

der Inhalt zieht nun auch in den Spind um

 

-> KW42 - Solarakku 2 fertig, MPI 10k, SDM630 Einbau

 

ausbauen und zerlegen

 

beim zweiten Akku fange ich mit der Bestückung von unten an, sodass sich die beiden Plus-Enden in der Mitte treffen

 

sieht, wenn man direkt davor steht, beeindruckender aus als auf den Fotos

 

 

alle Packs sind durchnummeriert. Die LED-Voltanzeige ist tot, da die Spannung zu niedrig = unter 3,0V ist

 

hier ist die Mitte

 

fertig verbunden und verkabelt

 

kleiner Umbauam Wechselrichter. Hier bin ich zu anfangs noch von kleineren DImensionen ausgegangen und habe nur ein Paar mit 16mm² vom Wechselrichter zu den beiden Sicherungen gelegt...

 

...das will ich ändern auf zwei separate Zuleitungen für mehr Leistungsreserven

 

die Sicherungsautomaten sind speziell für Gleichstrom (mit eingebauten System zur Vermeidung von Lichtbögen im Moment des Kontaktes) und mit jeweils 2x 63A ausgelegt

 

mit Kabeldurchführungen in den Spind rein

 

 

 

im oberen Fach (orig. Zwischenboden) ist nun genug Platz für JKBMS , Kabel, Schalter etc.pp.

 

beide Powerwalls werden am Ende zwar parallel an den WR angeschlossen, bekommen aber jeweils ein eigenes JKBMS

 

zum Montieren bastele ich mir noch eine Unterkonstruktion aus OSB

 

U-förmig, um auch die Seiten ausnutzen zu können

 

 

um auch den letzten Rest Platz aunutzen zu können baue ich die Unterkonstruktion klappbar

 

Halter für die beiden JKBMS

 

so in etwa. Das sind übrigens JKBMS mit integriertem aktiven Balancer

 

 

als Abstandshalter zur besseren Belüftung für den Wärmetransport klebe ich Muttern mit Heißkleber an die JKBMS Unterseite

 

 

 

sieht dann so aus. AUf der mittleren Platte hinten rechts der gemeinsame Minuspol, der zum Wechselrichter geht, links der (noch leere) gemeinsame Pluspol.

Vorn dann die beiden separaten Minuspole für die beiden Powerwalls.

Als Schraubbefestigungen nehme ich M6 Schlossschrauben, die ich von hinten durch ein vorgebohrtes Loch einschlage. So kann man daann wunderbar einfach Kabel mit Hilfe von Ringkabelschuhen sicher verbinden und befestigen

 

die Teile aus der "alten" Metallkiste werden weitestgehend wieder verwendet

 

 

die beiden AKkus werden benötigt zum einmaligen Starten der JKBMS ...

 

...die kleine Platine ist ein DC-DC-Wandler mit festem 12V Ausgang

 

die JKBMS haben ein Datenschnittstelle. Mit diesem externen Dongle kann man dann ein Canbus / RS485 Signal abgreifen

 

und das RS485-Signal wird dann mittels "Modbus-over-Ethernet-Adapter" ins Netzwerk eingespeist

 

einen DC-DC-Wandler mit 12V um später noch im Spind von außen gut sichtbar eine Temperaturanzeige sowie eine Batterie-Ladestandsanzeige / Voltmeter zu verbauen, damit man auch im Vorbeigehen mit einem schnellen Blick weiß, was im Innern des Spinds / der Akkupacks gerade Sache ist,

und ein DC-DC-Wandler mit 5V für die beiden Modbus-to-Ethernet Adapter

 

eingebaut sieht das dann so aus

 

 

deswegen die Scharniere, so klappen die beiden Hälften seitlich etwas weg und mittig ist dann ein wenig mehr Platz

 

 

achja, ich habe mittlerweile zwei identsche BMS verbaut, und zwar die kleinen Modelle des JKBMS -> BD6A17S-6P -> 0,6A Balancingstrom, 13S bis 17S, 60A Dauerbelastbarkeit / 120A max. = um 50€

Ursprünglich wollte ich für das größere Akkupack mit 6,8KWh auch das größere JKBMS mit 2A Balancing-Strom benutzen wie auf den ersten Bildern hier, aber das hat keinen Kommunikationsport...

 

...also 2x identisches Modell mit Kommunikationsport

 

die Plusleitung teilen sich beide Akkupacks

 

 

 

Minuspol zum jeweiligen BMS

 

bevor es an die Verkabelung der Balancer-Kabelchen geht erst noch die beiden anderen Spindfächer schonmal vorbereiten für später, wenn mal weitere Akkupacks folgen sollten

 

die drei Fächer werden weitestgehend identisch aufgebaut, also braucht jedes Fach auch 5V

 

Einschub für das mittlere Spindfach. Unterschied hier:  zwei kleine Netzwerk-Switches

 

pro Fach zwei eigenständige Akkupacks = 6 insgesamt, jedes mit separatem JKBMS und Netzwerkschnittstelle - dazu dann die Switche, damit am Ende nur ein einziges Netzwerkkabel nach draussen führt

 

die werden über USB mit Strom versorgt, das habe ich auch an den 5V DC-DC-Konverter angeschlossen.

 

 

 

passt rein. EIn paar der Fermacell-Trennteile sind auch schon passend zugeschnitten

 

 

 

 

noch ein paar Löcher bohren um die drei Spindfächer später miteinander verbinden zu können

 

dann eine richtige Fummelarbeit:  die Balancerkabel

 

 

jedes einzelne Akkupack benötigt eine Kabelverbindung direkt zum BMS. Das dient einerseits zur Spannungsüberwachung, sodass das JKBMS bei Über- oder Unterspannung das gesamte System abschalten kann, andererseits kann es durch den integrierten Balancer auch Ladungsunterschiede ausgleichen, indem es Strom vom Akkupack mit der meisten Ladung transferiert in das Akkupack mit der geringsten Ladung, bis allesamt ausbalanciert sind.

Ich löte die Kabelenden nicht direkt an die Akkupacks sondern löte Krokodilklemmen an, damit man diese später im Wartungsfall leichter abmachen kann.

Mit Beschriftung, dieses hier mit "3 / 4" bedeutet:  "kommt zwischen Akkupack Nr. 3 und Nr. 4"

 

ganz schöner Kabelsalat

 

 

 

was so ein paar Kabelbinder ausmachen

 

 

 

 

 

 

angeschlossen an das Ladegerät erwachen auch die kleinen Spannungsanzeigen so langsam wieder zum Leben

 

dann die Balancerverkabelung des unteren Akkus

 

das ist noch mehr Arbeit und Fummelei, weil alle Kabel noch angelängt werden müssen

 

 

 

 

 

Da ich damit rechne, dass es ab März in den Garten geht und dort einige neue Projekte anstehen will ich das ganze Akkuprojekt bis dahin weitestgehend abgeschlossen haben,

d.h. dass der Februar sich im Großen und Ganzen ausschließlich um Solarakkus drehen wird.

 

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