DIY 60 Ah Akkutank mit Doppelabgang

Für die Versorgung meiner Anzugheizung war ein leistungsstarker Akkutank erforderlich. Zu diesem Zweck habe ich ein großes Gehäuse aus Delrin beschafft, das ideal für den Einsatz unter Wasser geeignet ist.

Akku-Zellen

Um die maximale Leistung im Gehäuse unterzubringen, habe ich mich für die Verwendung von 21700-Zellen entschieden anstelle der herkömmlichen 18650-Zellen. Da die 21700-Zellen etwas größer sind, war eine präzise Planung notwendig, um den verfügbaren Platz optimal auszunutzen. Um sicherzustellen, dass alle Komponenten perfekt passen, habe ich das Innenleben vorab in Fusion 360 detailliert konstruiert und simuliert.

Mit den verbauten Zellen (EVE INR21700-50E) erreiche ich eine Gesamtkapazität von 60 Amperestunden. Das sollte für nahezu alle stromintensiven Anwendungen beim Tauchen mehr als ausreichend sein. Insgesamt kommen 3 x 12 Zellen mit jeweils 5000 mAh zum Einsatz.

Um die Zellen optimal im Gehäuse zu positionieren, habe ich drei maßgefertigte Halterungen mit meinem FDM-Drucker angefertigt. Diese Fixierungen sind mit allen notwendigen Einbuchtungen ausgestattet, um später die Kabel, Temperatursensoren und Nickelstreifen sauber und sicher entlang der Akkuzellen zu führen.

Deckel und Compartment

Für den oberen Teil des Akkutanks habe ich eine spezielle Halterung für die Bananenstecker entworfen und anschließend gedruckt. Diese Fixierung sorgt dafür, dass die Stecker fest an ihrem Platz sitzen. Als Kabel wurde ein Stück 2,5mm NYM Kabel verwendet, da eine Litze an dieser Stelle zu dick gewesen wäre. Die Buchsen wurden versenkt und dichten über einen eingesetzten O-Ring ab.
Wichtig: Baut ein Belüftungsloch in das Compartment ein! Hier auf dem rechten Bild links oben zu sehen. Es handelt sich und eine versenkte Schraube mit untergelegten O-Ring. Dieses Belüftungsloch wird benötigt um das Compartment rein und auch wieder raus zu bekommen.

BMS

Aufgrund der Energiedichte des Akkus war es unerlässlich, ein smartes Battery Management System (BMS) zu integrieren, um jederzeit alle relevanten Parameter überwachen und konfigurieren zu können. Der Markt bietet jedoch nur wenige Smart-BMS, die klein genug sind, um in dem begrenzten Raum Platz zu finden. Letztendlich fiel meine Wahl auf ein Smart-BMS der Firma Daly aus der H-Serie. Dieses Modell verfügt über ein zusätzliches Bluetooth-Modul und kann Ströme von bis zu 30 Ampere steuern. Wie man am verbauten System erkennen kann, wird der vorhandene Platz hier bis an seine Grenzen ausgenutzt.

Punktschweißen

Das Thema Punktschweißen war für mich bis zu diesem Projekt völliges Neuland, weshalb ich anfangs eine recht steile Lernkurve durchlaufen habe. Dennoch konnte ich viele wertvolle Erfahrungen sammeln, die ich hier teilen möchte.

Vorsicht bei günstigen Geräten

Von den besonders günstigen Schweißgeräten im Powerbank-Format kann ich nur abraten. Diese Modelle bieten schlichtweg nicht genug Leistung, um zuverlässige und stabile Verbindungen herzustellen. Sehr gute Ergebnisse habe ich hingegen mit Geräten erzielt, die Supercap-Kondensatoren verwenden. Diese liefern die notwendige Energie, um dauerhaft stabile Schweißpunkte zu erzeugen.

Wahl der Nickelstreifen: Qualität ist entscheidend

Für die Verbindung der Zellen habe ich ausschließlich Full-Nickel-Streifen verwendet. Dabei ist es entscheidend, die Qualität der Streifen vor der Verwendung zu prüfen, da häufig nur nickelbeschichtete Streifen verkauft werden, die deutlich weniger belastbar sind.

Die Überprüfung ist einfach: Raut den Streifen mit Schleifpapier an und legt ihn in Salzwasser. Wenn der Streifen nach kurzer Zeit rostet, handelt es sich nicht um echtes Full Nickel.

Richtige Dimensionierung der Streifen

Um die passenden Streifen für euer Projekt auszuwählen, habe ich eine Tabelle angefügt, die euch bei der Entscheidung hilft.

Ein wichtiger Grundsatz: Lieber überdimensionieren als riskieren, dass die Streifen zu heiß werden. Ich habe mich für 0,2 mm x 10 mm entschieden – eine Dimension, die problemlos Ströme von etwa 19 Ampere bewältigen kann.

Typ	Querschnitt/Größe	Optimale Ampere	Akzeptable Ampere	Kritische Ampere
Reiner Nickelstreifen	0.1mm x 5mm	4.72	7.08	9.44
Reiner Nickelstreifen	0.1mm x 7mm	6.61	9.92	13.22
Reiner Nickelstreifen	0.15mm x 5mm	9.92	14.88	19.83
Reiner Nickelstreifen	0.15mm x 8mm	11.33	17.00	22.67
Reiner Nickelstreifen	0.15mm x 10mm	14.17	21.25	28.33
Reiner Nickelstreifen	0.15mm x 12mm	17.00	25.50	34.00
Reiner Nickelstreifen	0.2mm x 7mm	13.22	19.83	26.44
Reiner Nickelstreifen	0.2mm x 10mm	18.89	28.33	37.78
Reiner Nickelstreifen	0.2mm x 12mm	22.67	34.00	45.33
Reiner Nickelstreifen	0.2mm x 25mm	47.22	70.83	94.44
Reiner Nickelstreifen	0.2mm x 30mm	56.67	85.00	113.33
Reiner Nickelstreifen	0.3mm x 10mm	94.44	141.67	188.89
Reiner Nickelstreifen	0.3mm x 7mm	19.83	29.75	39.67
Stahlstreifen	0.1mm x 5mm	1.00	1.50	2.00
Stahlstreifen	0.15mm x 5mm	1.50	2.25	3.00
Stahlstreifen	0.15mm x 7mm	2.30	3.45	4.60
Stahlstreifen	0.15mm x 10mm	3.29	4.93	6.57
Stahlstreifen	0.2mm x 7mm	3.20	4.80	6.40
Stahlstreifen	0.2mm x 10mm	4.90	7.35	9.80

Test

Nach dem Zusammenbau des Akkus wurde er einem intensiven Lasttest unterzogen und dabei mithilfe einer Wärmebildkamera überwacht. Dabei konnten keine Hotspots oder übermäßige Wärmeentwicklung festgestellt werden, was auf eine gleichmäßige Verteilung der Last und eine optimale Kühlung hinweist.

BMS Konfiguration

Mit der zugehörigen App des BMS lassen sich nun alle Parameter des Akkus überwachen und individuell anpassen. Ich habe mich bewusst für sehr konservative Einstellungen entschieden, um die Lebensdauer des Akkus zu maximieren. Die Maximalspannung des gesamten Akkus wurde von den ursprünglich möglichen 12,6 Volt auf 12,4 Volt reduziert, während die Zellspannung von 4,2 Volt auf 4,15 Volt verringert wurde. Zudem habe ich die minimale Abschaltspannung von 7,5 Volt auf 9,1 Volt erhöht. Diese Anpassungen minimieren die Belastung der Zellen und tragen erheblich zur langfristigen Haltbarkeit bei.

Bauteile

Für die Kabeldurchführung wurden AGRO-Verschraubungen mit passenden Reduzierhülsen von M16 auf M12 verwendet. Alternativ kann man die Verschraubungen auch direkt beim Hersteller zu beziehen. Allerdings muss man dort mindestens 10 Stück abnehmen. (M12x1.5, M16x1.5)

Die verwendeten Kippschalter stammen von C&K (Modell PT102SQQ) und sind von Haus aus bereits nach IP68 gegen Wasser und Staub geschützt.

Um die Schalter zusätzlich abzusichern, wurden Gummischutzkappen von APEM (Modell N35111005) montiert.

Dabei ist zu beachten, dass sowohl die Schalter als auch die Gummischutzkappen US-Produkte sind, wodurch die Gewinde nicht metrisch ausgeführt sind. Hierbei handelt es sich um das spezielle Gewindeformat „11,9 – 32 NS„.

Alternativ könnte man auch normale Schalter ohne IP68 verwenden. Dies würde ich aber nur machen, wenn ich sicher bin, das dass Compartment zu 100% dichtet! (APEM 631H/2 631H/2 Kippschalter, APEM N36116005 N36116005 Dichtkappe)

Für die Verkabelung des Akkutanks habe ich hochwertige WAM-Cords verwendet, die als besonders langlebig gelten und sich durch ihre einzigartige Konstruktion auszeichnen. Anders als herkömmliche Kabel enthalten sie keine zwei separaten Litzen. Stattdessen besteht die Leitung aus einer zentralen Litze und einer leitfähigen Ummantelung – ähnlich wie bei einem Koaxialkabel.

Ein wichtiger Hinweis: Bitte unbedingt die Polung der stromführenden Stecker, also die am Akkutank, vor der Installation sorgfältig die Polung prüfen. Nach meinem aktuellen Wissensstand ist die Polung auf der Akkuseite standardmäßig so ausgeführt wie im folgenden Bild dargestellt. PIN = GND, Loch = Plus

Tipp

Um die Handhabung der weichen Gummischutzkappen zu verbessern, habe ich eine zusätzliche Sicherung angebracht: Zuerst eine Lage Schrumpfschlauch, gefolgt von einem kleinen Kabelbinder und einem zweiten Schrumpfschlauch darüber. Diese Kombination sorgt dafür, dass die Kappen leichter zu ertasten sind und verhindert, dass sie beim Bedienen verrutschen.