Lithium Batterien (LiFePO4) richtig laden und lagern

Lithium (LiFePO4) Batterien sind unschlagbar, wenn es auf Zyklenfestigkeit, Leistungsfähigkeit und Energiedichte ankommt. Damit die Freude an den Kraftpaketen auch lange hält, sollten Lithium Batterien richtig geladen und gelagert werden. Immer wieder tauchen jedoch Fragen auf, wie man nun Lithium-Eisen-Phosphat Batterien richtig lädt und zwischen den Wohnmobiltouren richtig lagert.

Lithium Akkus wollen nicht voll sein! Oder doch?

In den Anfängen der Lithium Technik im Wohnmobil hat sich kein Mensch um die richtige Pflege dieser neuartigen Akkus geschert. Selbst im Jahr 2020 gibt es noch Hersteller die damit werben, dass ein LiFePO4 Akku 1:1 mit Ladegeräten für Blei-Akkus geladen werden kann, aber nur leise kommunizieren, dass die Akkus länger halten, wenn man sie mit einer angepassten Kennlinie lagert.

Bekannt ist, dass Lithium Batterien keinen Schaden nehmen, wenn sie nicht voll aufgeladen werden - damit werben sogar viele. Ob ein dauerhafter Ladezustand von 100% für die Batterien mit Lithium Technik förderlich für die Lebensdauer ist, oder sich doch eher negativ auswirkt, wird in der Wohnmobil Branche nicht klar kommuniziert.

Bekannte Fakten zum Laden von Lithium Akkus

Was ich sicher weiß ist, dass die meisten Lithium-Akkus eine Ladespannung von 14V bis 14,6V benötigen, damit das BMS die Zellen ausgleichen kann. Manche integrierte Batteriecomputer wie bei Bulltron Akkus zeigen auch dann erst 100% Ladezustand an.

Auch unbestritten ist eine Ladeerhaltungsspannung von 13,5V, damit die LiFePO4 Batterien mit nahezu 100% Ladezustand einsatzbereit bleiben.

>Bis hierher sind sich alle einig.

Ist es schädlich, wenn LiFePO4 Akkus lange Zeit voll sind?

Hört man auf die Importeure von LiFePO4 Zellen, wird jedoch eine Lagerung bei einer Spannung von 13,2-13,3V empfohlen. Wir fischen also im Trüben und es bleibt nur eine Analyse des Schwarm-Wissen übrig:

Blicken wir einmal über den Tellerrand zu anderen Branchen:

• Laptop Akkus: Lenovo hat in seiner professionellen ThinkPad Serie spezielle Ladeprofile, mit denen der Akku nur zu einem gewissen Prozentsatz aufgeladen wird. Wird der Akku lange am Netz betrieben, kann eingestellt werden, dass der Akku nur noch bei 50% Ladezustand gehalten wird. Benötigt man mehr Kapazität zwischen den Steckdosen, kann dieser Wert auch höher eingestellt werden. Das soll die Lebensdauer der Zellen laut Lenovo deutlich verlängern.

  Beim ThinkPad eine Standardeinstellung, um den Lithium-Akku zu schonen

• E-Bikes: Auch hier schreiben einige Hersteller von Elektro-Fahrrädern in der Bedienungsanleitung, dass die Akkus für den Winter nicht ganz voll eingelagert werden sollen.
• E-Autos - sicher nicht ohne Grund machen sich die Hersteller die Mühe, spezielle Steuerungen zu entwickeln, die es dem Nutzer ermöglichen, den Zeitpunkt der Vollladung des Akkus zu bestimmen. Bei Tesla kann man per App einstellen, wie voll der Akku zu einer bestimmten Abfahrtszeit sein soll. Der Wagen berechnet dann den Ladestrom so, dass genau zu dem Zeitpunkt der gewünschte Ladezustand erreicht wird. So wird vermieden, dass der Akku unnötig lange bei 100% Ladezustand gehalten wird.
• Importeure von Winston Zellen empfehlen: Lagerung mit 13,3V statt ganz voll.
• Auch Wikipedia besagt, dass es ein voller Ladezustand, neben hohen Temperaturen, der Lebensdauer der Akkus nicht zuträglich ist.

Schlussfolgerung zum Lagern von LiFePO4 Akkus

All dieser Aufwand wäre nicht nötig, wenn es bedenkenlos möglich wäre, den Akku bei 100% voll zu lagern. Denn Strom wiegt nichts, es wäre also für den Nutzer nicht von Nachteil, wenn man immer einen vollen Akku hätte, auch wenn man ihn gerade nicht braucht.

Ich nehme daher an, dass sich eine LiFePO4 und LiFeYPO4 Batterie bei 50% Ladezustand am wohlsten fühlt. Alles darüber und darunter dient nicht zur Verlängerung der Lebenserwartung.

Nur 50% Ladezustand bei Lithium Batterien???

Welche Konsequenzen hat das für die Nutzung im Wohnmobil?

Immer wieder fragen mich Kunden: “Aber wenn der Akku idealerweise nur bei 50% gehalten werden soll, dann kann ich ja die Kapazität gar nicht nutzen...”

Naja, gleiches gilt für die Bleibatterie mit 100% - trotzdem entlädt man sie, um Strom abseits der Steckdose zu haben - oder?

So lade ich meine Lithium Akkus im Wohnmobil

Ich mache hier keine genau terminierte Philosophie draus, sondern versuche es nur etwas zu optimieren. Jeder Tag wo die Akkus nicht voll waren ist schon ein guter Tag. Ich habe 3 Ladevorgaben für mich erschaffen:

• Wenn schlechtes Wetter den Solarertrag mindert, muss der Akku ran und wenn möglich auch voll aufgeladen werden, damit die volle Kapazität zur Verfügung steht. Diesen Lademodus aktiviere ich bei schlechtem Wetter und vor allem im Winter, wenn ich die volle Leistungsfähigkeit ausschöpfen möchte.

  Winter-Ladekurve meiner Lithium Akkus im Wohnmobil

• Wenn ich im Sommer genug Sonne habe, und nur wenig Akkukapazität benötige, lade ich die Akkus nicht immer ganz voll auf. Da die Akkus aber über Nacht trotzdem zyklisch entladen werden, gibt es alle paar Wochen für den Zellausgleich eine Vollladung. Dies kann man auf der nachfolgenden Grafik gut erkennen.

  Sommer-Ladekurve meiner Lithium Akkus im Wohnmobil

• Wenn ich lange am Landstrom stehen müsste. Zum Beispiel beim Überwintern im Süden oder allgemein länger auf einem Campingplatz. Würde ich das 230V Ladegerät so einstellen, dass die Spannung immer fest bei 13,2V steht. Da der Akku nahezu nicht zyklisch benutzt wird, brauche ich auch keinen Zellausgleich.
• Wenn ich nicht im Wohnmobil bin und das Fahrzeug irgendwo abgestellt ist, werden die Akkus erst voll aufgeladen, dann auf 13,3V entladen und mit dem Batterietrennschalter vom Bordnetz getrennt. Die Solaranlage wird ebenfalls abgeschaltet.

Kurze Zusammenfassung

Was ich bisher versucht habe zu erklären:

1. Lithium-Eisenphosphat-Akkus fühlen sich am wohlsten bei 50% Ladezustand
2. Lithium Akkus müssen für den automatischen Zellausgleich ab und an voll aufgeladen werden
3. Wenn man es braucht, kann man die volle Kapazität nutzen, wenn es man es nicht braucht, verlängert man das Akku leben, indem man sie nicht voll auflädt.

Was bedeutet dies für den Wohnmobil-Urlauber?

Es sind drei Betriebszustände wirklich wichtig.

1. Die Lagerung des Akkus, wenn das Fahrzeug längere Zeit nicht benutzt wird.
2. Die volle Leistungsfähigkeit des Akkus auf den Urlaubstouren, wo die Lithiumbatterie zu 100% voll aufgeladen wird.
3. Sonderfall: Lange am Landstrom auf dem Campingplatz

Die Betriebszustände 1 & 2 sind einfach zu lösen. Entweder wird der Akku voll aufgeladen oder eben vom Bordnetz getrennt, wenn das Fahrzeug längere Zeit nicht benutzt wird. Für diese Art der Nutzung müssen in der Regel auch keine Ladegeräte im Wohnmobil ausgetauscht werden.

Der Betriebszustand Nummer 3 ist schwieriger herzustellen, da es kein Ladegerät gibt, welches bei einem einstellbaren Ladezustand das Laden beendet.

Es gibt jedoch Ladegeräte, die einstellbar sind. Und wenn man die Ladespannung so weit nach unten dreht, bis der Akku gar nicht mehr voll werden kann, hat man das gewünschte Ziel erreicht.

Lösung: Programmierbare Ladegeräte

Batterieladegeräte von Victron Energy oder auch FraRon lassen sich so einstellen, dass Lithium Akkus nicht ganz voll werden. Damit die Solaranlage hier nicht dagegen spielt, muss auch ein passender Solarladeregler eingebaut werden. Die MPPT Laderegler SmartSolar von Victron Energy eignen sich durch ihre einfache Programmierbarkeit über das Smartphone besonders gut.

Laden mit Solarstrom - so gehts

Die SmartSolar MPPT Laderegler von Victron Energy lassen sich per App recht einfach programmieren. Möglich ist das mit jedem Victron Energy SmartSolar MPPT Laderegler oder auch mit den BlueSolar MPPT Ladereglern mit zusätzlichem Bluetooth Dongle.

Ich habe mir neben der Hauptladekennlinie, wo der Akku auch voll wird, noch eine zweite Ladekennlinien erstellt und abgespeichert. Wenn ich möchte, dass der Akku nicht voll wird, stelle ich diese ein.

Folgende Parameter werden dabei im Laderegler hinterlegt:

Powermodus - immer Voll für schlechtes Wetter

Hier wird die LiFePO4 Kennlinie ausgewählt und nach den Herstellervorgaben des jeweiligen Akku eigestellt. Bei Victron Akkus passt die Kennlinie natürlich. Für BullTron und Liontron wird die Absorptionsspannung auf 14,4V eingestellt.

Mit dieser Einstellung wird der Akku voll aufgeladen, dies ist auch für den Zellausgleich und die Kalibrierung des Batteriecomputer alle 1-3 Wochen wichtig.

Einstellwerte für den MPPT Regler von Victron Energy

• Victron SMART und SUPERPACK: Standard Victron LiFePO4 Einstellung
• Liontron: Standard Victron LiFePO4 Einstellung mit 14,5V Absorbtionsspannung
• BullTron: Standard Victron LiFePO4 Einstellung

Langzeit an der Steckdose - keine Volladung

Damit die Lithium Batterie nicht voll herum steht, senke ich die Absorbtions- und Erhaltungsspannung leicht ab. Je nach gewünschtem Ladezustand muss mit den Einstellungen etwas gespielt werden. Rein nach der Ladespannung hat man auch unterschiedliche Ladezustände je nach vorhergegangenen Ladezustand. Das macht aber nichts, wichtig ist, dass der Akku eben nicht ganz voll wird.

Einstellwerte für den MPPT Regler:

• Absorbtionsspannung und Erhaltungsspannung 13,3,-13,4V

Hier muss man etwas probieren und auch ein paar Tage beobachten, bis man die richtigen Werte gefunden hat.

Bitte den Akku alle 2-4 Wochen in der LiFePO4 Kennlinie zu 100% voll aufladen, damit der Zelldrift nicht zu groß wird.

Um ein unkontrolliertes Entladen der LFP Batterie zu verhindern gibt es nun zwei Wege:

1. Auf Nummer Sicher:
   Die Batterie direkt am Pol von allen Verbrauchern trennen. Am besten mit einem Trennschalter direkt nach dem Batteriepol. Dazu wird der Akku vorher auf 100% aufgeladen, damit sich die Zellen noch einmal ausgleichen können und danach wird der Akku mit einem Verbraucher so lange entladen, bis die Spannung auf 13,3-13,4V abgefallen ist. Dann wird der Solarregler per App abgeschaltet und der Akku per Trennschalter vom Bordnetz getrennt. So abgeschaltet Systeme sind 6 Monate lagerfähig!
   Die 200Ah LiFeYPO4 Batterie von Fraron hat das BMS integriert. Über den Hauptschalter am Akku können die Verbraucher genauso abgeschaltet werden. Wegen dem höheren Stromverbrauch im Akku empfielt Fraron, die Batterie mit 100% Ladezustand abzuschalten und alle 6 Monate wieder aufzuladen.
2. Immer am Landstrom:
   Wenn das Fahrzeug am Landstrom angeschlossen werden muss, gibt es eine andere Möglichkeit. Mit einem einstellbaren Ladegerät kann eine niedere Absorptions- und Erhaltungsspannung eingestellt werden. So dass sich der Akku wie mit der Solaranlage nicht ganz voll werden kann.
   Die Victron Energy und Fraron Ladegeräte aus meinem Shop haben einen Netzteil-Modus, bei dem nur eine feste Spannung ausgegeben wird, ohne Kennlinie.

Lithium Lagermodus mit dem 230V Ladegerät

Die meisten Ladegeräte für Bleibatterien im Wohnmobil laden mit 14,4V Ladeendspannung und halten danach die Batterien bei 13,8V. Für das reine Aufladen und am nächsten Tag ausstecken ist das ok, aber wenn Sie länger am Landstrom stehen müssen, ist die hohe Lagerspannung von 13,8V für Lithium Batterien auf Dauer zu viel. Die Zellen stehen dabei unter hohem Druck, was der Lebensdauer abträglich ist. Besser ist es daher, wenn die Batterie nicht benutzt wird, sie entweder abklemmen, oder mit niedriger Spannung vor ungewollter Entladung zu schützen.

Mit diesen hier beschriebenen Batterieladegeräten ist es einfach, die Akkus schonend zu laden.

Warum muss man dann Lithium Batterien gelegentlich doch voll aufladen?

Nun ist es so, dass die Zellen in dem LFP Akku mit der Zeit langsam auseinander driften und unterschiedliche Ladezustände aufweisen können. Daher empfehle ich während der Nutzungszeit den Akku alle 4 Wochen einmal voll aufzuladen, damit die Balancer die Zellen ausgleichen können. Dabei ist es jetzt nicht wichtig, ob es 4 oder 6 Wochen sind. Schaden tut es der Batterie nicht, wenn mal mehr Wochen vergehen. Wird die Batterie über einen längeren Zeitraum nicht benutzt muss auch nicht balanciert werden.

Mein Fazit

Die Lagerung von Bleibatterien war einfach - solange eine Steckdose in der Nähe war. Die Lagerung von Lithium Akkus ist noch einfacher, da man sie mit einem Trennschalter ganz einfach abschalten kann und dann bis zu einem Jahr gar nicht danach schauen muss.

Da man 230V Ladegeräte nicht unbeaufsichtigt betreiben soll, ist die Lagerung durch abschalten in meinen Augen die beste Lösung.

Wer dies nicht möchte, weil die Heizung durchlaufen muss, oder man keine Lust hat, das Autoradio und die Uhr neu einzustellen, hat mit den Einstellungen der Ladegeräte eine Möglichkeit, die Akkus trotzdem schonend zu lagern.

Wichtig ist zu wissen: Fällt der Landstrom aus, wird der Akku zwangsläufig entladen. Wenn ihn keiner rechtzeitig wieder nachlädt, kann es zur Zerstörung des Akkus kommen. Wenn das BMS abgeschaltet hat, ist der Akku nur noch wenige Tage lagerfähig und muss schnellstmöglich wieder aufgeladen werden. Bekommt man diesen Zustand nicht mit, kann es das gewesen sein.

Der ungeplante Stromausfall und die damit verbundene Tiefentladung des Akkus sind bisher die einzig mir bekannte Todesursache von Lithium Akkus seit 2014.