Vylepšení elektroinstalace vestavby – díl první, LiFePO4 za polovinu, aneb baterie DIY

Toto je první část série článků věnovaných přestavbě elektrické části mé vestavby. A hned na začátek raději přidám pár upozornění. I když to první je spíše varování – 12V sice přímo člověka nezabije, ale při nesprávné manipulaci s akumulátory může dojít ke zkratům a popáleninám, nesprávně provedená elektroinstalace pak může způsobit požár vozidla. Pokud tedy nemáte odpovídající vědomosti a nářadí, raději se do dále popsaných úprav nepouštějte. Je třeba dbát na správné průřezy vodičů i jejich správné a spolehlivé spojení. Kabely je nutné fixovat, aby jejich pohyb nemohl způsobit uvolnění šroubových spojů, stejně tak je nutné je chránit před poškozením při položení v interiéru vozidla, například volbou ochranného opletu či uložením do ochranných trubek. Ačkoliv LiFePO4 články patří k poměrně bezpečným, i zde hrozí při nesprávné manipulaci s nářadím zkrat a z toho plynoucí nemilé následky.

Druhé upozornění se týká odkazů – v textu jsou odkazy na konkrétní použité výrobky konkrétních výrobců či prodejců. Uvedeny jsou proto, že jsem to od nich kupoval a to v režimu běžného zákazníka, bez jakékoliv slevy či závazku reklamy. Podobné zboží lze jistě koupit i jinde, ale tohle nemá být vyčerpávající popis možností českého trhu. Uvedené odkazy tedy slouží pro jasnou identifikaci nakoupených položek, kde a za kolik nakoupíte je zcela na vás.

Kde brát energii?

Kombinace naftového topení a kompresorové lednice přináší v mé vestavbě Clever Vario Kids zvýšené nároky na zdroj elektrické energie. I proto byla vestavba vybavena od výrobce dvěma gelovými akumulátory, každý z kapacitou 95 Ah. V této kombinaci pak byla rozumně využitelná kapacita někde kolem 110-120 Ah. Ovšem spotřeba třeba jen lednice s mražáčkem se v horkých dnech a na sluníčku šplhala k 50-65Ah denně . Podobně v zimě, v případě běžných záporných teplot, byla spotřeba vozidla kolem 50-60Ah, ovšem v případě extrémních mrazů atakovala i 70Ah. Nutno dodat, že to nebyla jen spotřeba uvedených dvou zdrojů, ale něco málo šlo i do světel (hlavní osvětlení má spotřebu kolem 1A za hodinu provozu) a do dobíjení elektroniky – mobilních telefonů či laptopu. Při stání na divoko se pak akumulátor dobíjel jen během přejezdů, dobíjecí proud kolísal mezi 15-18A. I tak se dalo vydržet, díky delším přejezdům mezi lyžařskými středisky, i 5-7 dnů na horách, ale přeci jen to bylo občas nadoraz a v některých případech například i za cenu vypnutí či omezení provozu lednice.

Solární panely?

Hledal jsem tedy řešení . Ono ani v Rakousku moc veřejných stání s přípojkou elektřiny není, natož u sjezdovek, zimní kempy pak nevyhledáváme. Solární panely v zimě moc smyslu nedávají, parkoviště v údolích jsou slunečnímu svitu vystavena jen několik hodin denně a to jen v tom lepším případě, navíc sluníčko svítí pod nevhodným úhlem. Fotovoltaika by tak byla využitelná jen zhruba 6-8 měsíců v roce, k tomu je nutné připočíst hmotnost solárního panelu, lepení na střechu a nutnost udělat průchod do auta. Běžně používané panely na vestavby s výkonem do 215Wp by tak v našich tuzemských podmínkách pokryly nutný příkon zhruba od dubna do září, navíc tedy za předpokladu, že bych stál na osluněném místě. V jižních zemích by samozřejmě bilance byla příznivější. Větší energetické bezpečnosti by se dalo dosáhnout instalací většího výkonu. Ovšem střecha vestavby je menší než u klasických obytných vozů.

Výhodou solárního panelu je cena – i s instalací a vším potřebným může přijít na částku 13-18.000 kč. Ale jak je z vyznění tohoto odstavce a vlastně celého článku zřejmé, touto cestou jsem se nerozhodl jít. Místo toho jsem se rozhodl navýšit zásadně kapacitu akumulátorů a o použitím LiFePO4.

LiFePO4

Průmyslová sériová výroba obvykle přináší snížení nákladů a málokterý produkt lze svépomocí vyrobit levněji, kupodivu u LFP akumulátoru to neplatí. Komerčně nabízené výrobky jsou v porovnání s cenou jednotlivých komponent poměrně drahé. Dvě oblíbené značky, Liontron a BullTron nabízí akumulátor o využitelní kapacitě 200 Ah za cenu kolem 50.000 Kč, levnější značky jako Ultimatron pak kapacitu 200Ah (využitelná pak 160Ah) za cenu kolem 32.000 Kč. Cena za Ah se pak pohybuje u komerčních výrobků v rozmezí 160-260 Kč, ostatně podrobnější srovnání lze najít v článku Konec solárů podruhé – nový akumulátor 480 Ah pod sedačku.

Udělej si sám, aneb akumulátor DIY

Nakonec jsem se rozhodl sestavit si dva aku packy po 240Ah z článků o kapacitě 120Ah, s tím, že budou náhradou za stávající baterie a vejdou se tedy pod sedadlo. Jeden pod sedačku řidiče a druhý pod sedadlo spolujezdce. Zde je zhruba prostor o rozměrech 370 x 340 x 190 mm, ovšem s různými omezeními. Prostoru a upevnění akumulátoru se budu podrobněji věnovat v jednom z dalších dílů.

Každý z takto vyrobených akumulátorů se skládá z článků je v zapojení 2p4s, tedy vždy dva články spojené paralelně (2* 120Ah = 240 Ah), a čtyři takové dvojice spojené sériově (4 * 3.2V = 12.8V). Tím se dosáhne normovaného napětí 12.8V a kapacity 240Ah výsledného akumulátoru. Dva samostatné akumulátory spojené paralelně pak dají dohromady 480 Ah. Výsledek vypadá takto:

Díly

Základní materiál jsem koupil na českém eshopu mivvyEnergy. Je jasné, že je zde určitá přirážka a zboží lze objednat přímo z Číny levněji. U mne ale přeci jen převážila jakási jistota českého dodavatele. Ten má v obchodě s Čínou asi větší zkušenosti než já a vybral si, jak doufám, spolehlivé dodavatele. A to mi za přirážku k ceně stálo.
Základní materiál pro články stál takto, v porovnání je i aktuální cena – bohužel ani této oblasti se nevyhnulo zdražování a tak cena z 36.078 Kč za nejpotřebnější položky vyskočila 0 7.5% na 38.792 Kč, jak ukazuje tato tabulka:


Položka
PočetCena/ks
2021
Cena
2021
Cena/ks
2022
Celkem
2022
ks
Článek LiFePO4 120Ah 3,2V CATL*161.79928.7841.959 31.344
Balancér (BMS) 4S LiFePO4 200A 3,2V Smart Bluetooth 2 3.199 6.3983.1996.398
Podložka Al-Cu (cupal) pro svorník M6 326 1926192
 Propojka měděná pro lithiové články 22 32  70439858
36.07838.792

*) články nejsou nově od společnosti CATL, ale od HIGEE

Jedná se o nejdražší položky, další díly již nebudou tak drahé. BMS je možné zvolit i levnější, zbytečně jsem asi volil lepší model s několik čidly teplot a vyššími balančními proudy. Proud 150mA je ovšem poměrně nízký v porovnání s aktivními balancéry, které umí vyrovnat rozdíly proudem v řádu ampér. Nicméně levnější BMS nestojí nijak zásadně méně, při výběru je nutné dbát, aby byli určeny pro sestavu s 4 články.

Sestavení

Články je samozřejmě nutné nějak spojit do funkčního celku tak, aby šli umístit do vozidla. Rozhodl jsem se pro kombinaci vytištěných plastových dílů a kovových součástí, které drží vše pohromadě a „stlačují“ jednotlivé články k sobě. Prošel jsem nějakou fází prototypování, kdy jsem se vyzkoušel několik konstrukcí, nakonec zvítězila docela lehká konstrukce pouzdra, kdy na vytištění jednoho pouzdra je potřeba 1kg PETG filamentu. Jedno z pouzder je vytištěno v černé barvě, druhé v černé chameleon. V obou případech je použit filament NEBULA PETG v ceně 400 Kč za jedno balení struny o hmotnosti 1kg z obchodu 3D fox. Filament třeba od Průši je kvalitnější, s mnohem vyšší kryvostí, ovšem cena je o 300Kč vyšší a 1kg struny Prusament PETG Jet Black přijde na 699 Kč.

Náklady na vytištění plastových dílů, tedy spotřebu elektrické energie, si netroufám odhadovat. Může se jednat o několik stovek korun za spotřebovanou energii, ale tady hodně závisí na vašem tarifu.

Články jsou drženy pomocí závitových tyčí a kusů nařezaných z DIN lišt. Celkem je potřeba cca 5 kusů závitové tyče průměr 4mm a jedna závitová tyč 3mm, poté něco málo přes dva metry DIN lišty. Cena těchto věcí se pohybuje kolem 400 Kč na jeden akumulátor. Pro konečné sestavení jsou pak nutné šroubky a matky M4 a M3 spolu s odpovídajícím podložkami, řádově se jedná o desetikorunové položky. Zvolená konstrukce umožňuje akumulátor kdykoliv rozebrat, není navíc potřeba úplného rozebrání, aby šlo vyjmout jednotlivé články. Jedna strana, ta na které je následně instalována BMS a pojistka kladného pólu, je tzv. pevná, druhá je pak pohyblivá, při utahování se pohybuje směrem dovnitř. Pro rozebrání tesy stačí povolit jen tuto stranu.

Do takto zhotoveného pouzdra jsou umístněné články tak, jak je patrné na fotkách. Každá dvojice, která bude spojena paralelně, je navíc ještě oddělena od ostatních izolační přepážkou. I když je hliníkové pouzdro izolované na pohled dostatečně tlustou a tuhou folii, přeci jen další izolace nic nepokazí. Závitovými tyčemi lze DIN lišty stáhnout k sobě a celé sestavě tak dodat pevnost.

Články je dobré (vlastně nutné) před zapojením inicializovat, tedy nabít v paralelním zapojení na 3.65V. K tomu slouží nastavitelný zdroj. Pokud takový přístroj nemáte, mivvyEnergy to umí za poplatek cca 100 Kč za článek udělat za vás (v tomto případě, kdy je použito 16 článků, by to stálo 1600 Kč). Poté se články spojí pomocí měděných propojek, ty je dobré před použitím očistit, třeba jemnou čistící houbou. Také je nutné dát cupal podložky mezi terminály článku a měděné propojky.

Zapojí se rovnou i vodiče pro BMS. zde je nutné zachovat pořadí – já si raději označil každý vodič na bužírkách čárkami. Na boky se pak díky DIN lištám uchytí BMS a pojistkové pouzdro pro kladný pol. Jedná se o pouzdro na MIDI pojistku (pořízeno v Autokelly za cca 68 Kč, dnes 72 Kč) uchycené na plastový díl z červeného filamentu pro jasné odlišení. Prostřední plastová přepážka krabičky má dva otvory pro teploměry BMS, lze tedy měřit teploty uprostřed seskládaného akumulátoru.

Kladný pól je jištěn MIDI pojistkou o velikosti 60A. Neplánují vyšší odběr z jednoho akumulátoru než 50-60 A v extrémních případech, typický odběr bude ve dvojici maximálně v řádu 15-30A. Propojovací vodiče na póly jsou tedy o průřezu 16mm2. Pro vyšší trvalé zatížení, například 60-80A bych jednoznačně volil vyšší průřez, tedy 25mm2 (70-90A) nebo ještě lépe 35mm2 (90-120A) . Pro porovnání, ve velkoobchodě Elkov se cena slaněných vodičů CYA H07V-K pohybuje takto:

  • 16mm2 – 68 Kč
  • 25mm2 – 121 Kč
  • 35 mm2 -148 Kč

Pro připojení vodičů jsou nutné lisovací očka odpovídajících rozměrů, já je sehnal v prodejně Konektory Brno – mimo oček M6/16mm2 jsou potřeba i lisovací očka pro měřící vodiče BMS (M6/0.75 – 1.5mm2). Dále jsou potřeba smršťovací bužírky a z nářadí horkovzdušná pistole. Co se týče materiálů, očka i bužírky jsou desetikorunové položky.

Při připojování měřících vodičů a záporného pólu na BMS postupujte vždy podle návodu k BMS. Tady napřed připojit záporný pól sestavené kombinace článku na BMS (B-) a teprve poté měřící vodiče (balanční vodiče). V případě rozpojování je postup obrácený, tedy napřed odpojit měřící (balanční) vodiče a teprve pak záporný pól B-. Správný postup je vždy uveden v návodu k BMS na stránkách mivvyEnergy, a to dokonce v češtině.

K sestavení pouzdra není nutné žádné speciální nářadí, ovšem pro lisovaní oček by jste měli mít k dispozici vhodné lisovací kleště. Pro vodiče použité pro měření BMS to nebude problém, připojení pólů baterii silnějšími vodiči již vyžaduje kleště s možností lisovat očka na vodiče o průřezu 16-35mm2. Podobně i utažení propojek jednotlivých článků je dobré provádět momentovým šroubovákem. Ale není úplně nezbytně nutný.

Seshora je nasazen jednoduchý vytištěný kryt, jištěny pomocí kousků závitnice 3mm. Protože polský filament zase tak moc nekryje, prosvítá přes něj mírně i modrá dioda Bluetooth modulu, tedy jen v případě, že s BMS komunikujete díky aplikaci v mobilním telefonu. Dosah Bluetooth je poměrně značný, ze všech zařízení na palubě, Truma či Victron, mají tyto moduly nejdelší dosah.

Hmotnost

Původní akumulátor Varta Professional Dual Purpose 95Ah (využitelná cca 55-60Ah) vážil 27.8 kg. Jeden sestavený akumulátor popsaný v tomto článku s kapacitou 240Ah (využitelná kapacita cca 215Ah) váží 25.9 kg, tedy o cca 2kg méně. Sestava dvou akumulátorů pak dohromady váží 51.8 kg a nahradila GEL akumulátory s hmotností 55.6 kg – tedy prakticky 4 kg z hmotnosti vozů dolů :-). Není to moc, ale rozhodně to potěší.

A zatímco dříve činila využitelná kapacita sestavy maximálně 120 Ah, nyní je to 430Ah, tedy více jak tři a půl krát více. Články se ale nabijí na cca 3.55V – 3.60V Test kapacity jsem končil při poklesu napětí na 12V – vzhledem k tomu, že měřící čínský přístroj má na vodičích docela velký úbytek napětí, je na svorkách akumulátoru ve skutečnosti cca 12.1 – 12.15V. Z akumulátoru by se tedy asi dalo dostat o pár Ah více, ale v praxi je to zbytečné a nemá příliš cenu testovat až do úplné nominální kapacity. Zde testy proběhly asi pro 90% kapacity:

Závěr

Celkové náklady na oba akumulátory (2 * 240Ah/12.8V) se tak pohybují do cca 43.000 Kč v cenách roku 2022. Tedy zhruba 86 Kč za jednu ampérhodinu. To je zhruba poloviční cena nejlevnějších komerčních řešení a dokonce třetina ceny těch nejdražších řešení. Výsledná sestava akumulátorů LiFePO4 je dokonce o několik kg lehčí než původní GEL akumulátory a přitom nabízí tři a půl krát větší využitelnou kapacitu. Vytištění a sestavení nebylo zvlášť obtížné.

Náklady lze snížit objednáním článků přímo z Číny, ale to s s sebou nese jistá rizika. Stejně tak lze volit i jiné kapacity.

V příštím díle popíši úpravy elektroinstalace, tedy zejména instalaci DC/DC měniče (boosteru) i DC/AC měniče (230V).

  1. Mistrovská práce! Ještě prosím prozraďte kolik hodin jste tomu obětoval. Máte můj obdiv!

    To se mi líbí

    1. Martin Strimpfl avatar

      Hodiny jsem nepocital, bylo jich dost, experimentoval jsem docela dlouho s vhodnou konstrukci pouzdra. Ale zase jsem se alespon jakztakz naucil delat s 3D modelovanim a tiskem, takze ztraceny cas to pro mne nebyl. V nejakem dalsim dile uverejnim i tiskove soubory.

      To se mi líbí

  2. Úžasné, krásná, kvalitní práce. Dik

    To se mi líbí

  3. Pěkná práce. Gratulace.

    To se mi líbí

  4. Skvělá práce

    To se mi líbí

  5. Seš borec a ultra velký dík za krásný a detailní návod.

    To se mi líbí

  6. Martine krásná práce ale podle mně zbytečně nadimenzované. Řekl bych, že těch 480 Ah nejsi schopen využít. Máš sice 4 násobnou kapacitu ale jen o 4 kg méně na váze. Dobré ale to jsou cca 2 pet láhve s vodu …. Já jsem dlouho na toto téma spekuloval a pak si počkal na akci 15% sleva na Liontron, dal jsem 2 x 100 Ah pod sedadlo řidiče a to v kombinace s 25A boosterem. Baterie vyšly na 35 tis. Kč bez daně, daň odpočtena. Pokud nejsi na jednom místě týden, tak to je více, než dostatečné. Nemluvím o létě ale o zimě, vč. rozfuku topení, atd. Ale jak říkám, jsem tvůj fanda, práce krásná.

    To se mi líbí

    1. Má to být spíše inspirace, jak si udělat vlastní baterii. 240Ah by vyšla na polovinu, v ceně bez DPH by to odpovídalo cca 17-18 tisícům a to bez jakýchkoliv slev.

      200Ah by mi stačilo v základu tak na 4 dny, na týden ne (ale to má každý jinak). Počítal jsem se navíc s extrémním případem dobíjení dvou elektrokol dvakrát a spotřebu na 3-4 dny, tak jsem se dostával k cca 380-420 Ah, chtěl jsem i dvě samostatné baterie (kdyby jedna selhala). Při kombinaci s dostupnými články a místy pod sedadly z toho vzešlo toto. Ale naprosto souhlasím, že v mnoha případech stačí poloviční kapacita, s ušetřením 28 kg a samozřejmě i penězi. Dvě samostatné baterii lze mimochodem snadno udělat i s touto konstrukci, články stačí zapojit jako 2*120Ah a BMS pro každou z těchto sestav dát po obou stranách, DIN lišty to významně usnadní.

      Jsem zvědav, jaká sleva bude na baterky u Campervans letos (předpokládám, že těch 15% bylo od nich), u přechozích Vánoc byla dokonce 20%.

      To se mi líbí

      1. Inspirace … rozumím a chválím, jsi dobrý a udělal jsi to krásně. Já bych to takto asi nedal, nebo s mnoha šrámy na duši a porušením pravidel slušného chování a zejména vyjadřování v průběhu instalace … 🙂 Týden bez přejezdu je už samozřejmě na hraně ale 4 dny OK, i v zimě. Pokud píšeš nabíjení elektrokol, ano mám to stejně ale na kolech zase jezdíš asi jaro-podzim, kdy přeci jen slunce svítí … mám na střeše ještě 2×160 Wp soláry …. Ale jasně, to jen na okraj. To jen na okraj. Yes, bylo to u Campervans a taky jsem zvědav, zda bude letos nějaká akce … BTW už je mi to jedno ale i tak. Možné je to i to, že díky tomu, že se ceny za LiFePo stále drží a nemají tendenci klesat, plus vyšší ceny díky inflaci, že sleva nebude.

        To se mi líbí

  7. Super práce.
    Já v nadšení z nového auta koupil/dodelal ihned solary 175w a pak si uvědomil že je to sice fajn, ale vlastne v zimě je mi to k ničemu. Čili ještě dokoupim 200Ah LiFePo. To už se pomalu blíží k hranici 20tis. Na druhou stranu, stranu stačí v zimě vypnout lednici a je to v poho 🙂 Jsem pozitivně překvapen jak rychle dobíjí booster.

    To se mi líbí

Zanechat odpověď

Vyplňte detaily níže nebo klikněte na ikonu pro přihlášení:

Logo WordPress.com

Komentujete pomocí vašeho WordPress.com účtu. Odhlásit /  Změnit )

Twitter picture

Komentujete pomocí vašeho Twitter účtu. Odhlásit /  Změnit )

Facebook photo

Komentujete pomocí vašeho Facebook účtu. Odhlásit /  Změnit )

Připojování k %s

%d blogerům se to líbí: