De voordeligste manier om een LiFePO4 accu in gebruik te nemen is door zelf een accupakket samen te stellen en te bouwen.
In principe is dit goed te doen. Wel dien je een basiskennis van electra te hebben en beschikking te hebben over de benodigde gereedschappen. Veilig en secuur kunnen werken is ook een pre.
Ben je niet zeker van je zaak? Doe het dan samen met iemand, of ga voor een kant- en klare accu. Accu’s, en zeker Lithium accu’s, bevatten een hoop energie en kunnen makkelijk bekabeling laten ontbranden en/of enorme vonken geven bij een kortsluiting.
Benodigdheden
- Accucellen (4 stuks voor een 12V accu, 8 stuks voor en 24V accu)
- Een geschikt BMS
- Geschikte aansluitsnoeren
- Kabelschoenen + perstang
- Behuizing / gereedschap om deze te maken
- Aan te raden: Momentsleutel met een bereik van 2-15nm
Behuizing
De behuizing is de basis van je accupakket. Deze kan op vele manieren gemaakt worden. Het meest gebruik zijn 4 cellen bij elkaar tot een ‘vierkant’ pakket, maar je kan, als dat praktischer is, ook prima een hele smalle lange accu bouwen door alle cellen in de lengte naast elkaar te plaatsen.
De cellen kunnen ook gewoon zonder behuizing geplaatst worden, maar dat is meestal af te raden.
De behuizing zorgt voor een goede bescherming tegen mechanische invloeden zoals trillingen enz. Dat is dus essentieel in bijvoorbeeld een camper of boot.
Gebruik je de accu’s puur voor stroomopslag bij bv een offgrid installatie? Dan heb je minder met trillen te maken, maar dan nog is het zeker aan te raden om alsnog een goede behuizing te hebben als er onverhoopt toch wat gebeurt.
Compressie
Een ander veel voorkomend onderwerp is compressie: Het samenpersen van de cellen.
Elke lithiumcel zal bij op- en ontladen iets uitzetten en krimpen. Afhankelijk van de constructie van de behuizing zal dit meer of minder zijn. Bij de cylindrische cellen (ronde cellen) is dit minimaal, bij de plastic cellen iets meer. De alumium prismatic cellen (de ‘blauwe folie accu’s) is dat nog iets meer van toepassing. Deze laatste soort is degene die het meest toegepast wordt voor zelfbouw accu’s, omdat deze de beste prijs/prestatieverhouding hebben. Het nadeel van deze cellen is dat ze iets opzwellen bij het laden. Hoe groter de capaciteit, hoe meer ze opzwellen. Dit doet zich voornamelijk voor als ze volledig vol geladen worden
Door de cellen te klemmen voorkom je het uitzetten, waardoor deze veel minder belasting op de aansluitingen geeft (de busbars).
Het beperken van het uitzetten bij het laden komt ook de levensduur ten gunste. Afhankelijk van het merk cel vergroot dit de levensduur met gemiddeld 30-40%.
Dat klinkt spectaculair, maar in de praktijk is dat eigenlijk niet het belangrijkste, want de levensduur is zoiezo al lang.
De levensduur van een LiFePO4 accu wordt in cycles uitgedrukt. 1 cycle is een accu helemaal volladen en daarna tot 0 leegtrekken. De levensduur is gemiddeld 3000 cycles.
Echter, in de praktijk gebruik je een accu niet dagelijks voor 100%. Dus 1 cycle per dag is onrealistisch. Bij normaal gebruik is 1-2 cycles per week al veel, en dan rekenen we de tijd nog niet mee dat de camper/boot enz niet gebruikt wordt. Zelfs bij een zwaar gebruik van 3 cycles per week, 365 dagen in het jaar, zit je op 160 cycles per jaar. Dat betekend dus een levensduur van ruim 15 jaar.
Dan is het, op papier, leuk als dat 20 jaar zou kunnen zijn, maar tegen die tijd is er meestal al een ander voertuig en/of een andere energiebehoefte.
Naar onze mening is het dus niet heel realisitisch om te focussen op die extra cycles.
Naar onze mening dient de behuizing dan ook primair voor het degelijk en veilig monteren van de cellen, ter voorkoming van beschadigingen en storingen door slechte of loskomende verbindingen. De eventuele langere levensduur door de cellen stevig vast te zetten is een leuke bijkomstigheid, maar geen hoofdreden.
BMS
Het BMS (Battery Management System) zorgt voor de monitoring en bewaking van de accucellen. Deze zal bij een (te) volle accu het laden uitschakelen en bij een lege accu het ontladen stoppen, om schade te voorkomen door diep-ontladen of overladen. De BMS bewaakt alle individuele cellen en kijkt dus niet alleen naar de totale spanning, maar ook naar een individuele cel.
Ook zal een goede BMS een temperatuurbeveiliging bieden en bijvoorbeeld bij te lage temperaturen het laden van een accu blokkeren. Een LiFePO4 accu mag niet geladen worden onder de 0 graden, een BMS moet dit dus voorkomen.
Daarnaast zal de BMS proberen de cellen zo goed mogelijk in balans te houden. Elke BMS is hiervoor voorzien van een balancer. Bij de meeste BMSsen is dat een kleine ‘passieve’, die alleen kleine verschillen kan compenseren. Bij een goed accupakket is dat voldoende.
Bij een accuset met een groot verschil tussen de cellen is een actieve balancer noodzakelijk, een passieve heeft hier niet het vermogen voor.
Op deze pagina gaan we daar verder niet op in.
Bekabeling
Het is al even benoemd: Om een pakket goed te monteren moet je geschikte kabels gebruiken. Deze kabels moeten de stroom aan kunnen die er kan gaan lopen en moet dus dik genoeg zijn. Ga je vanaf de accu een dunnere kabel plaatsen bijvoorbeeld naar een paar lampjes? Dan moet de kabel altijd voorzien zijn van een juiste zekering, om te voorkomen dat de kabel overbelast wordt en kan gaan branden bij een kortsluiting.
Ook de kabellengte speelt mee. Bij een lange kabel heb je meer verlies in de kabel, waardoor het soms nodig is om een dikkere kabel te gebruiken. Op deze pagina gaan we verder niet in op de diverse verbruikers, maar focussen we alleen op de accu zelf.
Daarbij is de capaciteit van de BMS dus bepalend voor de benodigde kabeldiameters. De BMSsen die wij leveren zijn 120, 150 of 200A.
Je kan de BMSsen instellen op een lagere stroom. Dat kan soms handig zijn als er geen behoefte is aan dergelijke hoge stromen. Gebruik je een zware omvormer? Plaats deze dan zo dicht mogelijk bij de accu.
Ons advies voor kabeldiameters als je de maximale stroom wilt benutten en de kabellengte max 50cm is (Dus accu direct naast de omvormer – die is vaak de grootste verbruiker)
120A BMS – Max 1500W omvormer – min. 25mm2
150A BMS – Max 1800W omvormer – min. 35mm2
200A BMS – Max 2400W omvormer – min. 50mm2
Let op: Dit zijn de minimale kabeldiameters. Bij 1M lengte altijd 1 maat groter nemen, bij grotere afstanden zal dit berekend moeten worden. Liever 1 maat te groot nemen dan een te dunne kabel.
Opm: De kabels vanaf de 120A BMS zijn iets dunner (16mm2). Omdat dit slechts 15cm is en siliconenkabels zijn (geschikt voor hogere temperaturen) is dat een uitzondering.
Denk ook aan de juiste zekeringen. Als je een 200A BMS gebruikt ivm een zware omvormer maar ook een klein verdeelblok hebt voor overig verbruikers dan heeft die laatste een minder dikke kabel. Die zal dus correct afgezekerd moeten worden, want die kabel kan de 200A niet verwerken.
Elke kabel dient dus geschikt te zijn voor de maximale stroom. Dat is dus de stroom die de BMS kan leveren. Gebruik je een dunnere kabel? Dan moet er een zekering geplaatst worden om die kabel te beschermen.
Voorbeeld: Er zit naast je omvormer ook een kleine verdeler voor verlichting, koelkast, ventilatie enz, met de bekende steekzekeringen. Deze zekeringhouder kan maximaal 100A aan. Dan moet de zekering van de kabel hiernaartoe dus maximaal 100A zijn. Advies is 50-60A, dat is meestal voldoende.
De voorbereidingen
De eerste stap is het balanceren van de cellen. Hiermee zorg je ervoor dat alle cellen in balans zijn en even vol zijn. Alle door ons geleverde sets zijn reeds gebalanceerd, in dat geval kun je dus deze stappen overslaan.
Benodigdheden: Een geschikte instelbare lader of regelbare voeding, voorzien van stroombegrenzing en voldoende busbars om de cellen aan te sluiten.
Sluit alle cellen parallel aan. Stel vervolgens de voeding in op 3.65V. Sluit daarna de voeding aan, de – aan de ene zijde en de + aan de andere zijde van het accupakket. Hiermee zorg je dat de cellen gelijkmatig geladen worden.
Daarna is het een kwestie van wachten tot de stroom gedaald is tot ongeveer 1A. Let op: Dit kan lang duren. Bij een accuset van 4 cellen a 280Ah die halfvol is moet er dus 560Ah geladen worden (4×280 x 50%) Met een 10A lader duurt dat dus bij benadering 56 uur!
De bouw
Het begint met een behuizing maken. Dit kan helemaal naar eigen inzicht. Veel gebruikte materialen zijn betonplex of normaal multiplex. Welk materiaal je kiest hangt af van het gebruik. In een motorruimte van een boot is het gebruik van een goede houtsoort die ook wat beter bestand is tegen omgevingsfactoren zoals betonplex te prefereren.
Let wel: Materialen als spaanplaat of MDF zijn in de meeste gevallen niet aan te raden omdat deze niet bestand zijn tegen vocht. Ook al heb je hier niet direct mee te maken, warmte / koudeverschillen kunnen condens veroorzaken en daardoor is het raadzaam om geschikte materialen te gebruiken.
Uiteraard kun je ook een behuizing van RVS, metaal, aluminium enz maken, of zelf iets (3D) printen. Let wel op dat de cellen niet beschadigen door scherpe hoeken en/of kortsluiting kunnen veroorzaken.
Zoals al eerder benoemd is het raadzaam om de cellen stevig te klemmen, om fysieke belasting op de aansluitingen (terminals) te voorkomen. Met name bij bewegende installaties is dat van belang.
Een veel voorkomende manier van klemmen is het gebruik van draadeinden. Hiermee kun je de cellen goed stevig bij elkaar monteren.
Het is raadzaam om extra isolatie tussen de cellen te plaatsen. De Ikea Finfördela snijplanken zijn ideaal om isolatieplaatjes van te maken.
Bescherm ook de draadeinden met bijvoorbeeld een stuk waterleidingslang of luchtslang (aquarium) om te voorkomen dat de schroefdraad beschadigingen maakt op de cellen.
Na het monteren/plaatsen van de cellen kunnen de busbars en de balanskabels aangesloten worden. Zorg ervoor dat deze kabels netjes afgewerkt worden en ook bij trillingen niet beschadigen (bijvoorbeeld doordat ze op een scherpe rand liggen en kunnen trillen).
Het is aan te raden om de celterminals en busbars voor montage grondig schoon te maken (te ontvetten) en licht op te schuren met fijn schuurpapier (korrel 1000 of hoger) om zo een optimaal contactoppervlak te garanderen)
Als laatste moeten de temperatuursensoren geplaatst worden. Bij voorkeur zo verspreid mogelijk en zo dicht mogelijk op/tussen de cellen. Hoe nauwkeuriger de celtemperatuur gemeten wordt, hoe beter.
Tenslotte de BMS en een eventuele batterijmonitor shunt monteren en aansluiten.
Gebruik, met name bij de cellen, de momentsleutel om te voorkomen dat de aansluitingen beschadigen door ze te vast te draaien. Meestal is dit 4-10Nm, raadpleeg hiervoor de informatiesheet van de cellen.
Afronding
Nu het batterijpakket klaar is kan deze geplaatst worden en aangesloten worden op de installatie. Indien gewenst kunnen de instellingen van de BMS aangepast worden.
Let op: Doe dit alleen als je bekend bent met de functies van de diverse instellingen. Hiermee kun je bij foutieve instellingen de accu’s beschadigen.
Als laatste moeten alle laders (walstroom, losse laders, zonnepanelen en DC-DC laders) ingesteld worden. Zie hiervoor de aanbevolen instellingen: Informatie / Laden
