E-Bike Akku selber bauen: Eine ausführliche Anleitung

E-Mobilität gewinnt zunehmend an Bedeutung, und das Selberbauen von E-Bike-Akkus ist ein spannendes Thema, um Kosten zu sparen und die Qualität der Technik zu beeinflussen. Wer ein wenig technische Fachkenntnisse besitzt, kann sich auch einen größeren 48V Akku bzw. Solarspeicher heute relativ einfach selber bauen.

Auch wenn das Angebot an fertigen 48V Akkus inzwischen deutlich vielfältiger und günstiger ist als noch vor ein paar Jahren, kann man durch einen Eigenbau noch immer sehr viel Geld sparen. Hinsichtlich Qualität und Funktionalität müssen sich selbst gebaute LiFePo4-Akkus keinesfalls hinter kommerziellen Produkten verstecken. Im Gegenteil, ein sorgfältig selbst aufgebauter Akku kann gegenüber fertigen Akkus sogar Vorteile hinsichtlich Funktionalität und Wartungsfreundlichkeit besitzen. DIY-Akkus können durchaus so ausgelegt werden, dass sich sehr lange Lebenszeiten ergeben.

Grundlagen zum Thema Akkus

Bevor es ans Eingemachte geht, klären wir ein paar grundlegende Dinge zum Thema Akkus.

Bei der Stromversorgung von E-Bikes sind (stark vereinfacht) 3 Kennzahlen relevant:

  • Volt (V): bezeichnet die Spannung des Akkus.
  • Ampere (Ah): Die Angabe der Amperestunden (Ah) bezeichnet die Kapazität eines Akkus.
  • Watt (Wh): bezeichnet die Leistung des Akkus. Die Kennzahl errechnet sich als Multiplikation von Spannung und Kapazität. Das Ergebnis der Rechnung wird in Wattstunden (Wh) angegeben. Daher ist diese Kennzahl aus unserer Sicht die Aussagekräftigste bei einem E-Bike Akku.

LiFePo4 Akkus: Eine sichere und langlebige Wahl

Wenn ihr meinen Blog oder meinen Videokanal verfolgt habt, dann wisst ihr ja sicher, dass ich schon viele Jahre auf sogenannten Lithium-Eisenphosphat Akkus (kurz LiFePo4 Akku oder auch LFP-Akku genannt) setze. Dieser Akkutyp hat sich aufgrund der hohen Sicherheit und der langen Lebensdauer schon länger bei Heimspeichern für Solaranlagen durchgesetzt. LiFePo4 Akkus werden heute in allen modernen Speicher-Systemen genutzt, sowohl für große Dachsolaranlagen, Balkonkraftwerke, Powerstationen und vieles mehr.

Sie gelten als besonders sicher, da sie nicht zum Durchgehen bzw. zum Brennen und Explodieren neigen, wie man es von normale Lithium Akkus her immer mal wieder in den Schlagzeilen lesen muss! Das Thema Sicherheit und Langlebigkeit habe ich bereits in zahlreichen Artikeln und Videos ausführlich behandelt. Ich denke, dies ist den meisten bereits bekannt.

DIY-Projekt: 48V LiFePo4 Akku selber bauen

Nachdem ich euch kürzlich gezeigt habe, wie man einen 48V Akku aus fertigen Rack-Batterien zusammenstellt, zeige ich euch in diesem Projekt, wie ich einen 48V Akku komplett aus einzelnen Zellen selber aufbaue. Ich habe den hier vorgestellten Speicher bereits vor ca. einem halben Jahr gebaut und habe diesen somit schon viele Monate erfolgreich im Dauereinsatz. Das Konzept hat sich für mich also bewährt, daher habe ich aufgrund eurer Anfragen jetzt gerne noch diese Projektbeschreibung mit Zeichnungen, Bauteileliste und Maßangaben für euch angefertigt.

Diese Projektseite enthält sehr detailreiche Informationen und viele Bilder und Zeichnungen, denn der Teufel steckt manchmal einfach im Detail. Das Projekt soll einfach als Anregung dienen und euch einiges an Speicher-Erfahrungen vermitteln.

Sicherheitshinweis

Ich möchte an dieser Stelle aber, wie schon bei anderen ähnlichen Artikeln, betonen, dass der Bau und der Betrieb von Akkus nicht ganz ungefährlich ist. Wir arbeiten zwar hier nur mit einer Gleichspannung von ca. 48V, welche im Regelfall noch nicht gefährlich ist. Allerdings arbeiten wir hier mit Zellen, die eine große Energiemenge speichern können und bei Kurzschlüssen oder anderen Fehlern enorm große Ströme abgeben.

Ein gravierender Fehler wie ein Kurzschluss kann selbst Drähte mit großem Querschnitt blitzartig zum Verglühen bringen. Sogar brennende Lichtbögen (ähnlich wie bei Schweißgeräten) können dann entstehen. Der Nachbau des Projekts ist daher nichts für Minderjährige. Auch Laien mit geringen Elektro-Kenntnissen, die zum Beispiel das Ohmsche Gesetz nicht wirklich auswendig kennen, würde ich vom Bau eines eigenen Akkus abraten.

Wenn ihr euch an so ein Akku-Projekt wagt, dann solltet ihr wirklich über gute Kenntnisse und Erfahrungen im Elektro-Bereich verfügen, ihr solltet also wirklich überlegen, ob ihr euch das selbst zutraut! Und vor allem solltet ihr langsam und sorgfältig arbeiten können und jeweils an Schutzmaßnahmen wie Schutzbrille, isoliertes Werkzeug usw.

Egal ob ihr diesen Akku nachbaut oder einen ähnlichen Akku baut und nur einige Anregungen übernehmt, beachtet, dass ihr immer auf eigene Gefahr handelt! Ich gebe keine Gewähr oder Garantie für dieses Projekt oder Beschreibung, Zeichnung oder sonstiges. Ich zeige euch hier nur, wie ich meinen Akku baue und ihn selbst betreibe und lasse euch an den Erfahrungen teilhaben.

Bei jedem Eigenbau von Technik-Produkten können sich bei Fehlern und Unfällen auch Probleme, Risiken im Hinblick auf Versicherungen (z. B. Gebäudeversicherung etc.) ergeben, auch das liegt natürlich in eurer Eigenverantwortung!

Alternativen zum Selberbauen

Solltet ihr euch den Eigenbau eines Akkus nicht zutrauen, so kann man auch mit fertigen Rack-Batterien deutlich einfacher einen Speicher aufbauen, auch hier gibt es schon preiswerte und gute Lösungen. Schaut einfach mal in den Artikel „48V Solarspeicher Akku-Rack selber bauen„. Wenn auch das noch etwas zu komplex für euch ist, dann gibt es inzwischen auch Lösungen, die man einfach nur noch in die Steckdose stecken muss und wirklich von jedem Plug-and-Play installiert werden können.

Das Gehäuse: Siebdruckplatten als stabile und sichere Lösung

Beim Bau habe ich mich diesmal nicht für ein Metallgehäuse wie noch bei meinem 24V-Projekt entschieden. Ich habe einfach kein Metallgehäuse gefunden, das optimal gepasst hätte. Bei den erhältlichen Bauformen hätte ich bei der Form und Größe einfach zu viele Kompromisse eingehen müssen. Und das Zurechtschweißen eines eigenen Metallgehäuses hätte einen sehr großen Aufwand bedeutet, zumal meine Schweißkünste beschränkt sind.

Als Kompromiss habe ich ein Gehäuse aus Siebdruckplatten geplant, das hat sich schon mehrfach bewährt. Siebdruckplatten bieten auch eine gewisse Sicherheit, weil sie nicht so leicht entflammbar sind wie viele andere Holzplatten. Zudem sind Siebdruckplatten äußerst stabil, wasserfest und lassen sich einfach gut verarbeiten. Auch kommerzielle Wohnmobil-Akkus, die oft die gleichen Zellen nutzen, werden nicht selten in Gehäusen aus Siebdruckplatten verbaut.

Geplant habe ich den Akku wieder mit dem CAD-Programm Sketchup, dadurch kann alles auf den Millimeter genau im CAD-Programm ausgemessen und Platten auch maßgenau bestellt werden.

Wichtige Aspekte beim Bau

Markiert habe ich im Bild einige Dinge, die beim Bau besonders wichtig waren und ich für besonders wichtig halte. Unter anderem war mir sehr wichtig, dass der Speicher rundum sauber und stabil geschlossen ist. Nicht selten sieht man in vielen anderen Bauanleitungen, dass Komponenten wie BMS oder Sicherungen einfach außen angeschraubt werden. Oder manchmal sind Elektronik und Kontakte nur durch eine dünne Acrylglasscheibe abgedeckt. Das halte ich beides für viel zu gefährlich im Alltag.

Wenn der Akku in einem Raum steht, wo vielleicht auch andere Dinge wie Regale, Werkzeuge, Räder oder was auch immer stehen, dann muss man immer damit rechnen, dass irgendjemand vielleicht mal etwas auf den Speicher fallen lässt. Und dieses kann dann ganz schnell einen Kurzschluss und Brand auslösen. Das kann also hier nicht so einfach vorkommen, der Speicher ist stabil rundum geschlossen.

Da die Lüftungsgitter alle geneigte Lamellen und ein feines Insektengitter besitzen, ist auch ein recht ordentlicher Schutz vor Insekten, Schmutz und in gewissem Maße sogar etwas Spritzwasser gegeben. Der Speicher besitzt zudem Rollen, damit er leicht positioniert werden kann, ohne den Kasten tragen zu müssen. Immerhin wiegt er am Ende rund 100 kg, das ist kein Leichtgewicht.

Leistung und Belastung

Ich habe meinen Speicher so ausgelegt, dass er maximal mit 100A belastet werden kann. Im Regelbetrieb empfehle ich aber, die Ströme möglichst unter 50A zu halten, um eine möglichst lange Lebenszeit von geschätzten 15 bis 20 Jahren zu erreichen. Beachtet, dass bei einem 48V Akku ein Strom von 50A bereits eine Leistung von 2400W bedeutet, 100A würde bereits 4800W bedeuten. Da ich den Speicher bei mir im Dauerbetrieb selten länger mit mehr als 1500W belaste, entwickelt dieser im Alltag eigentlich fast keinerlei spürbare Wärme. Das ist halt der große Vorteil eines 48V Akkus gegenüber niedrigeren Spannungen wie 12 oder 24V.

Verwendete Zellen

Für den Bau des Akkus habe ich im übrigen 280 Ah Eve-Zellen verwendet, man könnte aber auch genauso gut 300A Zellen oder mehr nutzen, solange die Zellengröße gleich bleibt. Das ist im wesentlichen einfach nur eine Sache des Preises! Mein aktuell bevorzugter Lieferant ist Gobel Power*, hier bekommt man sehr gute 280A und 314A Eve Zellen zu wirklich fairen Preisen und oft schneller Lieferung aus Europa.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Damit ihr den Bau des Akkus möglichst gut nachvollziehen könnt, beschreibe ich meinen Aufbau vorwiegend anhand einiger Zeichnungen, wo ihr Schritt für Schritt maßgenau seht, wie ich diesen zusammengebaut und verkabelt habe. In diesem Zuge erfahrt ihr auch, warum ich mich für die jeweilige Bauweise und spezielle Komponenten entschieden habe. Es lohnt sich also, die Schritt-für-Schritt-Anleitung mal durchzulesen, auch wenn ihr vielleicht doch lieber einen fertigen Akku kaufen wollt. Man erfährt doch das ein oder andere, was bei der Auswahl oder bei der Beurteilung eines Akkus wichtig ist.

Für diejenigen, die so einen Akku nachbauen wollen oder einen ähnlichen bauen wollen, versuche ich auch alle wichtigen Maßangaben und Bezugsquellen anzugeben oder in Zeichnungen einzuzeichnen.

Erste Schritte: Gehäusebau

Im ersten Schritt solltet ihr euch Siebdruckplatten mit den unten angegebenen Maßen besorgen. Die kann man sich entweder im Baumarkt zusägen lassen oder bei einem Ebay-Händler* auf Maß bestellen. Im ersten Arbeitsgang wird die Bodenplatte mit den Seitenteilen und der Rückseite entsprechend der unteren Abbildung verschraubt. Für das Verschrauben habe ich vorwiegend 4×40 mm oder 3,5×50 mm Schrauben verwendet, welche ich jeweils mit einem 3-mm-Bohrer vorgebohrt und mit einem Kegelsenker versenkt habe.

Die Platte zur Elektronik-Abtrennung wird in diesem Schritt noch nicht verschraubt, sie wird später über Gewindestangen und Schrauben zum Einstellen des Anpressdrucks benötigt und erst mal beweglich gehalten.

Zellenpositionierung

Damit die Zellen sich im Gehäuse nicht verschieben können, aber dennoch ausreichend Luft zwischen Zellen und Gehäusewand zirkulieren kann, werden im nächsten Schritt 3 stabile Hartholz-Latten (z. B. Buche) für die Bodenplatte vorbereitet. Die Latten haben eine Länge von ca. 57,9cm und sind 28x28mm stark. Je nach Zellenstärke kann die Länge ein wenig abweichen.

Diese Latten werden neben den späteren Gewindestangen genutzt, um die Zellen fest in Position zu halten und eine Verformung zu verhindern. Damit die Zellen sauber eingestellt werden können, habe ich mit einem Abrundfräser die Kanten etwas abgerundet. Später wird noch ein ca.

Damit später die Abtrennplatte die Zellen gut und stabil zusammenpresst, habe ich an den Lattenenden eine 8 mm Quermutter eingesetzt, wie im oberen Bild zu sehen. Die Quermutter erlaubt die feine Einstellung des unteren Anpressdrucks über eine normale 8 mm Sechskantschraube. Da die Hauptkräfte jedoch später über Gewindestangen abgefangen werden, könnte man statt Quermutter ...

E-Bike Akku aus 18650 Zellen selber bauen

Neben den im Haushalt üblichen AA oder AAA Batterien fristen die 18650 Zellen in den Köpfen der Verbraucher eher ein Schattendasein. Obwohl kaum ein Endverbraucher diese Zellen kennt spielen sie eine sehr große Rolle in strombetriebenen Akku Geräten aller Art. 18650 Zellen werden in Laptops, Rasenmähern, Bohrmaschinen, Powerbanks und eben auch in E-Bike Akkus verbaut. Sie kommen sogar in vielen Elektroautos zum Einsatz.

Vorteile von Li-Ion Akkus

Im Gegensatz zu anderen Akkus haben Li-Ion Akkus keinen Memory-Effekt. Das heißt, wie beim Smartphone, ist häufiger Kontakt zum Ladegerät überhaupt kein Problem.

Zellenspannung und Schaltung

Eine Zelle hat eine Nennspannung von 3,6 Volt. Um einen 36 Volt Akku zu bauen benötigt man also eine Serienschaltung von 10 dieser Zellen. Bei einer Serienschaltung wird der Minuspol einer Zelle mit dem Pluspol der nächsten verbunden. Die Spannung (V) der einzelnen Zellen addiert sich und die Kapazität (Ah) der entstandenen Batterie bleibt gleich, wie bei der einzelnen Zelle.

Um auch die Kapazität des finalen Akku-Packs zu erhöhen werden mehrere 18650 Zellen parallel geschaltet. Bei dieser Schaltung bleibt die Spannung der entstehenden Batterie gleich, während sich die Kapazität der einzelnen Zellen summiert.

Zuerst werden die Zellen parallel geschaltet und anschließend in Reihe verbunden. Wir haben uns für einen 10S5P Akku entschieden. Das bedeutet 10 Zellen-Gruppen in Reihe und jeweils 5 parallel geschaltet. Die Ladeschlussspannung von 18650 Zellen liegt bei 4,2 Volt.

Die Wahl der richtigen Zellen

Die Wahl der richtigen 18650 Zellen ist grundsätzlich nicht so schwer. Der einfachheitshalber kann man sich am originalen Akku des E-Bikes orientieren. Die Kapazität und der Entladestrom der einzelnen Zellen sollten möglichst hoch sein. Wir haben uns bei diesem Akku-Pack für das Modell INR18650-35E von Samsung entschieden.

Da der Markt für 18650 Zellen voll mit Plagiaten ist sollten die Zellen bei einem seriösen Händler gekauft werden. Kapazitäten über 4.000mAh bei Preisen unter 5€ pro Stück sind eher mit Vorsicht zu genießen. Die Zellen sind das Herzstück des neuen Akkus und sollten daher von guter Qualität sein. Wer wirklich Geld sparen will kann auch gebrauchte Zellen aus Laptops, etc. verwenden. Da diese Zellen dann zwangsläufig aus unterschiedlichen Geräten stammen, sollten sie vorab geprüft werden und ein Test der Kapazität erfolgen.

Zellen verbinden: Löten oder Punktschweißen?

Bei dieser Frage scheiden sich die Geister. Um den Akku verlässlich nutzen zu können müssen die einzelnen Zellen sehr stabil miteinander verbunden werden. Die beiden gängigsten Möglichkeiten sind, zum einen Löten und zum anderen das Punktschweißen mit Nickelsteifen. 18650 Zellen sind sehr hitzeempfindlich. Beim Punktschweißen wird das Metall an den Polen der Zellen am wenigsten belastet. Daher werden professionelle Akku-Packs überwiegend geschweißt. Wer mit dem Lötkolben geübt ist kann auch auf diese Weiße ein sehr gutes Ergebnis erzielen. Eine breite Lötspitze, nicht zu hohe Temperaturen und nur kurzer Kontakt an den Polen belasten die Zellen nur geringfügig. Wir haben uns für ein günstiges Punktschweißgerät (Sunkko 737G) entschieden.

Sicherheitshinweise beim Punktschweißen

Entgegen der Landläufigen Meinung sind Lithium Ionen Akkus nicht ganz ungefährlich. Während des Schweißens kann es sehr schnell zu Kurzschlüssen kommen. Ein winziger Augenblick der Unachtsamkeit kann dazu führen, dass das komplette Battery-Pack abbrennt.

Vorbereitung der Zellen

Bevor die eigentliche Arbeit beginnt müssen alle 18650 Zellen auf das gleiche Spannungsniveau gebracht werden. Am einfachsten funktioniert das durch Aufladen aller Akkus (sehr gutes Ladegerät). Sind die Zellen ungleich geladen können die Ausgleichsströme beim Verbinden sehr hoch sein.

Gehäuse und Anordnung der Zellen

Damit der Akku später am Fahrrad auch gut aussieht haben wir uns als Verpackung für ein fertiges Gehäuse entschieden. Neben der eigentlichen Schale sind ein Ladestecker, eine Akkustandsanzeige, ein Schloss zur Sicherung, die Rahmenhalterung und ein Gitter zur Anordnung der Zellen schon enthalten. Für einen Preis von ca. 45€ kann man die Teile einzeln kaum beschaffen.

Wir haben die Zellen in Blöcken zu je 5 Stück in das Gitter des Gehäuses eingelegt. Dabei sind die Blöcke immer in entgegengesetzter Richtung eingelegt, um Plus- und Minuspol der benachbarten Zellen verbinden zu können. Mit passend geschnittenen Nickelstreifen werden zunächst jeweils die Plus- und Minuspole der Blöcke verbunden und anschließend in Reihe geschaltet.

Bei der Reihenschaltung wird der erste Minuspol mit dem Pluspol des zweiten Blocks verbunden. Der Minuspol des zweiten Blocks wird mit dem Pluspol des dritten Blocks verbunden und so weiter bis zum zehnten Block. Mit einem Multimeter lässt sich die Spannung der Blöcke gut messen.

Battery Management System (BMS)

Um den fertigen Akku möglichst gleichmäßig und schonend zu laden und zu entladen, muss der Akku mit einem Battery Management System (BMS) verbunden werden. Ein BMS balanciert die gleichmäßige Auslastung aller Zellenblöcke und sorgt dafür, dass der Akku lange halten kann.

Der Schaltplan des BMS muss berücksichtigt werden. Die 10 Batterie Anschlüsse des BMS werden der Reihe nach an die Pole der Batterie angeschlossen. In unserem Fall ist der Minuspol durch ein schwarzes Kabel gekennzeichnet. Dieses kommt an den Minuspol der Batterie. Das zweite Kabel wird zwischen Minuspol des ersten Zellenblocks und Pluspol des zweiten Zellenblocks gelötet. Dieser Prozess wird mit den weiteren Kabeln bis zum Pluspol der Batterie fortgesetzt. Zum Löten der Kabel bieten sich die Nickelstreifen zwischen den Zellen an. Somit wird nicht zu viel Wärme direkt an die Pole abgegeben.

Der Pluspol wird meist nicht ans BMS angeschlossen. Ein Kabel verbindet den Pluspol der Batterie mit dem Plus-Ausgang des Akkugehäuses. Hier schalten wir meist noch einen Flachsicherungshalter mit einer 30 Ampere Sicherung zwischen. Ein weiteres Kabel verbindet den Pluspol mit dem Ladeanschluss. Da die Ladeadapter meist nicht mit + und - gekennzeichnet sind empfiehlt es sich vor dem Anschließen mit einem Multimeter nachzumessen.

Verpackung und Einbau

Wenn alles passt und nichts schiefgegangen ist, wird der Akku mit Gewebeband oder in einem Schrumpfschlauch verpackt. Vorsichtig kann der Akku nun ins Gehäuse gelegt werden. Es empfiehlt sich die Seiten mit gepolstertem Klebeband zu verstärken, damit der Akku bei der Fahrt nicht im Gehäuse umherfällt. Anschließend wird der Akkudeckel aufgelegt und festgeschraubt. Bei einem 10S5P Akku muss alles gut verstaut werden, damit der Deckel ordentlich zugeht.

Sofern am Rad noch keine Halterung angebracht ist wird die mitgelieferte Halterung noch entsprechend der Akkuausgänge verkabelt. Um alle Kontakte stabil und wasserabweisend zu halten, machen wir immer reichlich Gebrauch von Heißkleber. Mit einem XT60 Stecker kann die Rahmenhalterung mit dem Motor verbunden werden.

Vorteile eines selbstgebauten E-Bike Akkus

Ein selbstgebauter E-Bike Akku ist nicht nur deutlich günstiger als ein gekaufter Akku. Auch was die Leistung angeht kann hier mehr erreicht werden, als bei gekauften Akkus. 630 Wh sind für Kaufakkus eher eine Seltenheit. Wenn Anbieter diese dennoch im Sortiment haben sind sie meist sehr teuer. Bei den meisten Herstellern ist jedoch bei 500 Wh Schluss.

Ein weiterer Vorteil ist die längere Lebensdauer. Da die Zellen bei gleicher Strecke nicht so stark entladen werden wie bei einem kleineren Akku können sie deutlich länger halten.

Kostenübersicht

Alles in allem haben uns die Einzelteile des Akkus 235€ gekostet.

Leistung

Die Leistung des Akkus ist überragend. Wir waren alle bei den ersten Testfahrten begeistert.

Komponente Kosten
Zellen ca. 180€
Gehäuse ca. 45€
Sonstige Teile ca. 10€
Gesamtkosten ca. 235€

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