LiFePO4 Batterie im Wohnmobil richtig laden & lagern

Lithium-Batterien sind eine geniale Erfindung. Wer oft mit dem Wohnmobil autark unterwegs sein möchte, findet hier eine robuste und leistungsstarke Stromversorgung. Anders als Blei-Batterien muss der Lithium-Akku theoretisch nie voll aufgeladen werden. Dies ist für den Akku sogar besser als lange bei vollem Ladezustand am Ladegerät gegart zu werden. Womöglich noch mit falscher Spannung. Doch wie behandelt man Lithium Batterien im Wohnmobil richtig? Was muss beim Laden und Lagern der teuren LiFePO4 Akkus beachtet werden?
Ich möchte hier etwas Licht ins Dunkel zu bringen, darum habe ich diesen Artikel geschrieben. Dies ist die neue Version aus 2022, in der nun die Erfahrungen der letzten 10 Jahre eingeflossen sind. (Stand 05/22)

Fakten und Probleme zu Lithium Akkus

Heute bekannte Fakten sind, dass der Innendruck der Lithium-Batterien mit steigender Spannung im Akku zunimmt. Anders gesagt, je voller der Akku wird, desto höher ist der Druck im Akku. Hohe Drücke im Akku lassen ihn schneller altern. Technisch voll ist ein 12V LiFePO4 Akku mit einer Ladespannung von 14V, darüber nimmt er nicht mehr wirklich viel Kapazität auf.

Trotzdem muss die Ladeendspannung (Absorptionsspannung) nach Herstellervorgabe eingehalten werden, damit da interne BMS die Zellen im Akku ausgleichen kann. Hat der Akku einen Batteriecomputer und kann den Ladezustand per Display oder App anzeigen, dann wird bei dieser Spannung auch ein Neukalibrierung der Ladezustandsanzeige durchgeführt.

Der Zelldrift und der dadurch notwendige Zellausgleich durch das BMS ist nicht weiter schlimm. Selbst 4 Wochen Dauerbetrieb ohne Vollladung führen nur zu einem geringen Zelldrift, der je nach BMS nach 1-3 Vollladungen wieder ausgeglichen ist.

Das Problem mit dem Batteriecomputer

Der Batteriecomputer egal wo eingesetzt rechnet die ein und ausgehenden Ströme zusammen und bildet dies dann im Ladezustand in % (SOC = State Of Charge) ab. Temperatur, Stromstärke und Selbstentladung und Kleinströme sorgen dafür, dass es immer zu einer gewissen Abweichung kommen wird. Und so kommt es mit jedem Tag, an dem Akku nicht ganz aufgeladen war, zu mehr Abweichung bei der Anzeige zum tatsächlichen Ladezustand. Gleiches passiert, wenn ein Akku gar nicht benutzt wird, und einfach nur gelagert wird. Der Eigenstromverbrauch der Akkus und die Selbstentladung der Zellen führt dazu, dass die meisten Batteriecomputer nach Wochen immer noch 100 % anzeigen, obwohl der Akku schon deutlich entladen ist. Dumm gelaufen - oder doch nicht?

Ich kenne das Problem, und wenn Kunden mich anrufen interessiert mich der Ladezustand nach % überhaupt nicht. Ich frage immer nach der Batteriespannung. Diese lügt nie! Hat der Akku ohne Stromentnahme eine Spannung von 12V, ist der Ladezustand unter 5 %, egal was der Batteriecomputer sagt! Hat der Akku eine Ruhespannung von 13,4V und mehr ist er nahezu voll, egal was der Batteriecomputer sagt!

Die Genauigkeit der Batteriecomputer sinkt mit jedem Tag etwas. Umso wichtiger ist es, ein Gefühl für die Batteriespannung zu entwickeln.

Den Ladezustand des LiFePO4 Akku anhand der Spannung ermitteln

Aus den bekannten Fakten und Problemen ergeben sich folgende Erkenntnisse:

1. Lithium-Eisen-Phosphat Batterien müssen eigentlich nie voll aufgeladen werden, was für ein längeres Batterieleben von Vorteil wäre, aber irgendwie müssen sie es doch …
2. Batteriecomputer verrechnen sich mit der Zeit.
3. Für den Zellausgleich ist eine gelegentliche Vollladung wichtig.
4. Auch bei bester Pflege altert ein Akku und verliert jedes Jahr etwas an Kapazität.

Daraus habe ich folgende Empfehlung abgeleitet. Es ergibt Sinn, den Akku spätestens alle 1-2 Wochen einmal voll aufzuladen - wenn er benutzt wird! Wird der Akku nicht benutzt, weil das Fahrzeug im Winterlager steht, sind weder Zelldrift noch der Batteriecomputer ein Problem und der Akku kann bei „fast voll“, gelagert werden.

LiFePO4 Batterien richtig laden

LiFePO4 Batterien sind recht unkompliziert, was die Ladung angeht. Das reine Aufladen kann mit jedem Ladegerät erfolgen, das auch Bleibatterien laden kann. Darum schreiben viele Hersteller auch, dass die LiFePO4 Akkus 1:1 gegen die Bleibatterien getauscht werden können. Wer den Akku nur am 230V zum Laden einsteckt, wenn es nötig ist und danach wieder weiter fährt, benötigt kein spezielles Ladegerät.

Möchte man wie mit der Blei-Batterie aus alter Gewohnheit am Campingplatz 3 Wochen an der Steckdose stehen, sollte man sich vielleicht ein paar Gedanken über ein passendes 230V Ladegerät machen.

Mein Tipp zum richtigen Laden von Lithium Akkus wenn man länger am Landstrom stehen muss

Was sich als gut erweisen hat, sind die Ladegeräte von Victron. Die IP22 Serie ist gut, günstig und kann per App einfach programmiert werden. Die IP43 Ladegeräte von Victron sind sogar lüfterlos und in einer Breitbandversion sogar weltweit nutzbar. Per App kann man nicht nur die Victron eigene LiFePO4 Kennlinie mit 14,2V Absorptionsspannung und 13,5V Erhaltungsspannung einstellen, sondern auch eigene Werte einstellen.

Meine Idee ist nämlich, die Erhaltungsspannung des Ladegerätes von 13,5V auf 13,3-13,4V abzusenken. Dadurch wird der Akku als Erstes einmal voll aufgeladen, entlädt sich aber danach wieder leicht. Dadurch kann das Ladegerät auch länger am Strom angeschlossen bleiben, ohne dass der Akku übermäßig gestresst wird.

Wenn zum Beispiel nach 3 Wochen Landstrom am Campingplatz die Reise weitergeht, kann einfach am Vorabend das Ladegerät kurz vom 230V Netz getrennt werden. Damit startet ein neuer Ladezyklus und der Akku wird fit für den nächsten Tag gemacht. Dann stimmt auch der Batteriecomputer wieder zu 100 %.

Wenn Landstrom und Solar zusammen kommen | LiFePO4 mit Solar aufladen

Wenn eine Solaranlage installiert ist, würde der Solarregler natürlich jeden Tag den Akku voll aufladen, was die Einstellung des Ladegerätes wirkungslos machen würde. Hier hilft entweder das Abschalten der Solaranlage (mit einer DC Sicherung, oder bei kleinen Solarspannungen (unter 50V) einem Trennschalter) oder das Umstellen des Solarreglers. Damit der Regler nicht jeden Tag nach Sonnenaufgang einen neuen Ladezyklus anfängt, sollten Absorptionsspannung und Erhaltungsspannung auf 13,4V eingestellt werden. Wird das 230V Ladegerät 0,1V niedriger als der Solarregler eingestellt, hat man am Tag sogar eine Solarvorrangschaltung ;-)

Zum richtigen Laden der Lithium-Batterie gehört also ein passender Solarladeregler. Da dieser jeden Tag den Akku stressen könnte, ist hier meiner Meinung nach wichtig, dass der Regler eine Ladeerhaltungsspannung von 13,5V liefert. Tut er das nicht, muss er ausgetauscht werden. Gute MPPT Solarladeregler gibt es von Victron Energy. Mit 5 Jahren Herstellergarantie und Bluetooth sind diese Geräte so ziemlich das Beste, was man heute kaufen kann.

LiFePO4 Laden mit Ladebooster oder Lichtmaschine

Als dritte Ladequelle ist bei vielen die Lichtmaschine im Spiel. Fahrzeuge vor Euro 6 haben meist eine feste Ladespannung von 14,4 Volt. Fährt man damit 10 Stunden wird der Akku ab Erreichen der 100 %, mit dieser hohen Spannung gestresst. Wenn das mal passiert, ist es nicht so schlimm, wie wenn man jeden Tag 10 Stunden am Fahren ist.

Abhilfe schafft entweder ein Schalter in die D+ Leitung, die das Trennrelais versorgt, oder man rüstet einen Ladebooster nach. Aber Achtung, bei erster Lösung, wenn das Trennrelais im EBL sitzt. Hier steuert D+ auch das Einfahren von Trittstufe und Satellitenschüssel und oft auch das Umschalten des Kühlschranks auf 12V. Mit dem Ladebooster kann mit einem höheren Ladestrom geladen werden (besonders dann, wenn der Booster mit eigenen Kabeln zwischen Starter.- und Bordbatterie angeschlossen wird), als allein über das Trennrelais möglich wäre. Weiter kann ein Booster auf die Batterie passende Kennlinie eingestellt werden. Was den Akku bei langen Fahrten schont.

Lithium Batterien bei längerer Nichtbenutzung richtig lagern

Wird das Fahrzeug längere Zeit nicht benutzt, oder sagen wir es so: Wird der Bordakku längere Zeit nicht benutzt, dann empfehle ich den Akku vom Bordnetz mittels eines Batterie-Trennschalters vom Bordnetz zu trennen. So kann er nicht unkontrolliert überladen oder gar tiefentladen werden. Tiefe Temperaturen sind den Akkus egal, sie müssen deshalb nicht ausgebaut werden.

Das Einlagern des Akkus für eine längere Zeit, zum Beispiel über den Winter geht wie folgt:

1. Den Akku bis zur vorgeschriebenen Absorptionsspannung (mindestens 14,2V) voll aufladen. Achten Sie dabei auf die Batteriespannung, und nicht auf die % Anzeige des Batteriecomputers der App.
2. Wenn vorhanden, die Solaranlage abschalten (über Regler oder durch Trennen der Module vom Regler)
3. Jetzt das Ladegerät abschalten und den Akku auf eine Spannung von 13,3-13,4V entladen. Zum Beispiel durch das Einschalten von Beleuchtung, oder auch größeren Stromverbrauchern.
4. Nun die Lithium-Batterie vom Bordnetz trennen. Am einfachsten geht dies mit einem Trennschalter in der Minus-Leitung.

Jetzt ist der Akku mindestens 6 Monate lagerfähig. Eine gelegentliche Kontrolle der Batteriespannung kann nicht schaden. Bis 13V ist der Akku noch über 30 % voll, fällt die Spannung unter 13V sollte einmal bis 13,6V nachgeladen werden. So eingelagert, kann dem Akku nichts passieren. Der Akku muss ich Winter nicht ausgebaut werden, solange die Umgebungstemperatur nicht unter -30 °C fällt.

Wird der Akku längere Zeit nicht benutzt: ABSCHALTEN!

Inbetriebnahme des LiFePO4 Akku nach der Winterpause

Bevor die nächste Reise beginnt, einfach einen Tag vorher den Trennschalter am Akku einschalten, die Solaranlage wieder in Betrieb nehmen und den Akku am Ladegerät einmal voll aufladen, damit der Zellausgleich sichergestellt ist und der Batteriecomputer wieder stimmt. Nach einer längeren Pause stimmt der Batteriecomputer garantiert nicht mehr mit dem Ladezustand des Akkus überein.