So finden Sie Ihr Glück mit LiFePO4-Batterien (Lithium-Ionen).

Preise für Lithium-Ionen-Batterien wandelt sich langsam von übertrieben teuer zu nur mäßig unerschwinglich, und wir bei BSLBATT verzeichnen einen stetigen Anstieg der Verkäufe dieses Batterietyps. Die meisten Benutzer scheinen sie in Wohnmobilen, Sattelkupplungen, Wohnmobilen und ähnlichen Fahrzeugen einzusetzen, während einige tatsächlich auf stationäre, netzunabhängige Systeme umsteigen.

In diesem Artikel geht es um eine bestimmte Kategorie von Lithium-Ionen-Batterien; Lithium-Eisen-Phosphat oder LiFePO4 in seiner chemischen Formel, auch als LFP-Batterien abgekürzt. Diese unterscheiden sich ein wenig von denen, die Sie in Ihrem Mobiltelefon und Laptop haben. Dabei handelt es sich (meistens) um Lithium-Kobalt-Batterien. Der Vorteil von LFP besteht darin, dass es viel stabiler ist und nicht zur Selbstentzündung neigt. Das heißt aber nicht, dass die Batterie im Schadensfall nicht entzünden kann: In einer geladenen Batterie ist jede Menge Energie gespeichert und im Falle einer ungeplanten Entladung können die Ergebnisse sehr schnell sehr interessant werden! Außerdem hält LFP im Vergleich zu Lithium-Kobalt länger und ist temperaturstabiler. Damit eignet sich LFP von allen verfügbaren Lithiumbatterietechnologien am besten für Deep-Cycle-Anwendungen!

Wir gehen davon aus, dass die Batterie über ein BMS oder Batteriemanagementsystem verfügt, wie dies bei fast allen LFP-Batterien der Fall ist, die als 12/24/48-Volt-Packung verkauft werden. Das BMS kümmert sich um den Schutz der Batterie; Es trennt die Batterie, wenn diese entladen ist oder droht, überladen zu werden. Das BMS kümmert sich auch um die Begrenzung der Lade- und Entladeströme, überwacht die Zellentemperatur (und drosselt bei Bedarf das Laden/Entladen) und die meisten balancieren die Zellen jedes Mal aus, wenn eine vollständige Aufladung erfolgt ist (stellen Sie sich den Ausgleich so vor, dass alle Zellen in das Innere gebracht werden). Akkupack auf den gleichen Ladezustand zu bringen, ähnlich dem Ausgleich bei einer Blei-Säure-Batterie). KAUFEN SIE KEINE Batterie ohne BMS, es sei denn, Sie leben gerne am Rande!

Was im Folgenden folgt, ist das Wissen, das aus der Lektüre zahlreicher Webartikel, Blogseiten, wissenschaftlicher Veröffentlichungen und Diskussionen mit LFP-Herstellern gewonnen wurde. Seien Sie vorsichtig, was Sie glauben, es gibt viele Fehlinformationen! Auch wenn das, was wir hier schreiben, keineswegs als ultimativer Leitfaden für LFP-Batterien gedacht ist, hoffen wir, dass dieser Artikel die Rinderkots durchschaut und solide Richtlinien liefert, wie Sie Ihre Lithium-Ionen-Batterien optimal nutzen können.

Warum Lithium-Ionen?

Wir haben in unserem Artikel über Blei-Säure-Batterien erklärt, dass die Achillesferse dieser Chemie zu lange in einer Teilladung verharrt. Es ist zu einfach, eine teure Blei-Säure-Batteriebank in nur wenigen Monaten kaputt zu machen, indem man sie teilweise aufgeladen stehen lässt. Bei LFP ist das ganz anders! Sie können Lithium-Ionen-Akkus für immer teilweise aufgeladen lassen, ohne Schaden zu nehmen. Tatsächlich bleibt der LFP lieber teilweise aufgeladen, als dass er vollständig voll oder leer ist. Aus Gründen der Langlebigkeit ist es besser, den Akku aus- und wieder einzuschalten oder ihn teilweise aufgeladen stehen zu lassen.

Aber warte! Es gibt noch mehr!

Lithium-Ionen-Akkus sind sozusagen der heilige Gral der Akkus: Mit den richtigen Ladeparametern kann man fast vergessen, dass es einen Akku gibt. Es gibt keine Wartung. Das BMS kümmert sich darum und Sie können beruhigt losradeln!

Aber warte! Es gibt noch mehr! (Jegliche Ähnlichkeit mit bestimmten Infomercials ist reiner Zufall, und ehrlich gesagt lehnen wir diesen Vorschlag ab!)…

LFP-Batterien können zudem sehr lange halten. Unser BSLBATT LFP-Batterien sind für 3000 Zyklen ausgelegt, bei einem vollständigen Lade-/Entladezyklus von 100 %. Wenn man das jeden Tag macht, kommt man auf über 8 Jahre Radfahren zurück! Sie halten sogar noch länger, wenn sie in weniger als 100 % Zyklen verwendet werden. Der Einfachheit halber können Sie sogar eine lineare Beziehung verwenden: 50 % Entladezyklen bedeuten doppelte Zyklen, 33 % Entladezyklen und Sie können vernünftigerweise mit dreifachen Zyklen rechnen.

Aber warte! Es gibt noch mehr!…

Eine LiFePO4-Batterie wiegt außerdem weniger als die Hälfte einer Blei-Säure-Batterie mit ähnlicher Kapazität. Es kann große Ladeströme bewältigen (100 % der Ah-Leistung sind kein Problem, versuchen Sie es mit Bleisäure!), ermöglicht ein schnelles Laden, ist versiegelt, sodass keine Dämpfe entstehen, und es hat eine sehr niedrige Selbstentladungsrate ( 3 % pro Monat oder weniger).

Dimensionierung der Batteriebank für LFP

Wir haben es oben angedeutet: Lithium-Ionen-Akkus haben eine nutzbare Kapazität von 100 %, während Blei-Säure-Akkus erst bei 80 % enden. Das bedeutet, dass Sie eine LFP-Batteriebank kleiner dimensionieren können als eine Blei-Säure-Bank und trotzdem die gleiche Funktionalität haben. Die Zahlen deuten darauf hin, dass LFP 80 % der Amperestundengröße von Bleisäure betragen kann. Es steckt jedoch noch mehr dahinter.

Um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten, sollten Blei-Säure-Batteriebänke nicht so dimensioniert werden, dass regelmäßig eine Entladung unter 50 % des Ladezustands auftritt. Mit LFP ist das kein Problem! Auch die Hin- und Rückenergieeffizienz von LFP ist um einiges besser als die von Bleisäure, was bedeutet, dass nach einem bestimmten Entladungsgrad weniger Energie zum Auffüllen des Tanks benötigt wird. Das führt zu einer schnelleren Wiederherstellung auf 100 %, obwohl wir bereits über eine kleinere Batteriebank verfügten, was diesen Effekt noch verstärkt.

Unterm Strich können wir eine Lithium-Ionen-Batteriebank problemlos auf 75 % der Größe einer entsprechenden Blei-Säure-Batteriebank dimensionieren und die gleiche (oder bessere!) Leistung erwarten. Auch an dunklen Wintertagen, wenn die Sonne knapp ist.

Aber Moment mal!

Ist Lithium-Ionen wirklich die Lösung für all unsere Batterieprobleme? Naja, nicht ganz...

Auch LFP-Batterien haben ihre Grenzen. Ein wichtiger Faktor ist die Temperatur: Sie können einen Lithium-Ionen-Akku nicht unter dem Gefrierpunkt oder bei null Grad Celsius laden. Bleisäure ist das völlig egal. Sie können den Akku immer noch entladen (bei vorübergehendem Kapazitätsverlust), aber der Ladevorgang findet nicht statt. Das BMS sollte darauf achten, den Ladevorgang bei Minustemperaturen zu blockieren, um versehentliche Schäden zu vermeiden.

Auch die Temperatur ist im High-End-Bereich ein Thema. Die größte Einzelursache für die Alterung der Batterien ist die Verwendung oder auch nur die Lagerung bei hohen Temperaturen. Bis etwa 30 Grad Celsius ist das kein Problem. Selbst 45 Grad Celsius stellen keine allzu große Strafe dar. Alles, was höher ist, beschleunigt jedoch die Alterung und letztendlich das Ende der Batterie. Dazu gehört auch die Lagerung des Akkus, wenn er nicht zyklisch genutzt wird. Wir werden später ausführlicher darauf eingehen, wenn wir besprechen, wie LFP-Batterien ausfallen.

Es gibt ein heimliches Problem, das auftreten kann, wenn Ladequellen verwendet werden, die möglicherweise eine hohe Spannung liefern: Wenn der Akku voll ist, steigt die Spannung an, es sei denn, die Ladequelle stoppt den Ladevorgang. Wenn der Wert weit genug ansteigt, schützt das BMS die Batterie und trennt sie, sodass die Ladequelle noch weiter ansteigt! Dies kann ein Problem bei (schlechten) Spannungsreglern der Lichtmaschine von Autos sein, die immer eine Last sehen müssen, sonst steigt die Spannung und die Dioden geben ihren magischen Rauch ab. Dies kann auch bei kleinen Windkraftanlagen ein Problem sein, die auf die Batterie angewiesen sind, um sie unter Kontrolle zu halten. Sie können weglaufen, wenn die Batterie leer ist.

Dann ist da noch der steile Anschaffungspreis!

Aber wir wetten, dass Sie immer noch eines wollen!…

Wie funktioniert eine LiFePO4-Batterie?

Lithium-Ionen-Batterien werden als eine Art „Schaukelstuhlbatterie“ bezeichnet: Sie bewegen Ionen, in diesem Fall Lithium-Ionen, beim Entladen von der negativen zur positiven Elektrode und beim Laden wieder zurück. Die Zeichnung rechts zeigt, was im Inneren vor sich geht. Die kleinen roten Kugeln sind die Lithium-Ionen, die sich zwischen der negativen und der positiven Elektrode hin und her bewegen. Auf der linken Seite befindet sich die positive Elektrode, bestehend aus Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4). Dies sollte helfen, den Namen dieses Batterietyps zu erklären! Die Eisen- und Phosphationen bilden ein Gitter, das die Lithiumionen locker einfängt. Wenn die Zelle aufgeladen wird, werden diese Lithiumionen durch die Membran in der Mitte zur negativen Elektrode auf der rechten Seite gezogen. Die Membran besteht aus einer Art Polymer (Kunststoff) mit vielen winzigen Poren, die den Lithium-Ionen den Durchtritt erleichtern. Auf der negativen Seite finden wir ein Gitter aus Kohlenstoffatomen, das die überkreuzenden Lithiumionen einfangen und festhalten kann.

Das Entladen der Batterie bewirkt das Gleiche in umgekehrter Reihenfolge: Während die Elektronen durch die negative Elektrode abfließen, bewegen sich die Lithium-Ionen erneut durch die Membran zurück zum Eisen-Phosphat-Gitter. Sie werden wieder auf der positiven Seite gespeichert, bis die Batterie wieder aufgeladen wird.

Wenn Sie wirklich aufgepasst haben, verstehen Sie jetzt, dass die Batteriezeichnung rechts eine LFP-Batterie zeigt, die fast vollständig entladen ist. Fast alle Lithiumionen befinden sich auf der Seite der positiven Elektrode. Bei einer vollständig geladenen Batterie wären diese Lithiumionen alle im Kohlenstoff der negativen Elektrode gespeichert.

In der realen Welt bestehen Lithium-Ionen-Zellen aus sehr dünnen Schichten abwechselnder Aluminium-Polymer-Kupfer-Folien, auf denen die Chemikalien aufgeklebt sind. Oft werden sie wie eine Biskuitrolle aufgerollt und in einen Stahlkanister gesteckt, ähnlich wie eine AA-Batterie. Die von Ihnen gekauften 12-Volt-Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus vielen dieser Zellen, die in Reihe und parallel geschaltet sind, um die Spannung und die Amperestundenkapazität zu erhöhen. Jede Zelle hat etwa 3,3 Volt, also ergeben 4 in Reihe geschaltete Zellen 13,2 Volt. Das ist genau die richtige Spannung für den Austausch einer 12-Volt-Blei-Säure-Batterie!

Laden eines LFP-Akkus

Die meisten herkömmlichen Solarladeregler haben keine Probleme beim Laden von Lithium-Ionen-Batterien. Die benötigten Spannungen sind denen für AGM-Batterien (eine Art versiegelte Blei-Säure-Batterie) sehr ähnlich. Das BMS hilft auch dabei, sicherzustellen, dass die Batteriezellen die richtige Spannung haben, nicht überladen oder übermäßig entladen werden, es gleicht die Zellen aus und stellt sicher, dass die Zellentemperatur während des Ladevorgangs im Rahmen bleibt.

Die folgende Grafik zeigt ein typisches Profil eines LiFePO4-Akkus beim Laden. Um das Ablesen zu erleichtern, wurden die Spannungen in die Spannung eines 12-Volt-LFP-Akkus umgewandelt (das Vierfache der Einzelzellenspannung).

In der Grafik ist ein Ladestrom von 0,5 °C oder die Hälfte der Ah-Kapazität dargestellt, d. h. für eine 100-Ah-Batterie wäre dies ein Ladestrom von 50 Ampere. Die Ladespannung (in Rot) ändert sich bei höheren oder niedrigeren Laderaten (in Blau) kaum, LFP-Batterien haben eine sehr flache Spannungskurve.

Das Laden von Lithium-Ionen-Batterien erfolgt in zwei Schritten: Zunächst wird der Strom konstant gehalten, oder bei Solar-PV bedeutet das im Allgemeinen, dass wir versuchen, so viel Strom in die Batterien zu schicken, wie von der Sonne verfügbar ist. Die Spannung steigt während dieser Zeit langsam an, bis sie die „Absorptionsspannung“ von 14,6 V in der obigen Grafik erreicht. Sobald die Absorption erreicht ist, ist die Batterie zu etwa 90 % voll. Für den Rest der Zeit wird die Spannung konstant gehalten, während der Strom langsam abnimmt. Sobald der Strom auf etwa 5–10 % der Ah-Nennleistung der Batterie abfällt, liegt der Ladezustand bei 100 %.

In vielerlei Hinsicht ist eine Lithium-Ionen-Batterie einfacher zu laden als eine Blei-Säure-Batterie: Solange die Ladespannung hoch genug ist, um Ionen zu bewegen, wird sie aufgeladen. Bei Lithium-Ionen-Akkus ist es egal, ob sie nicht zu 100 % geladen sind. Andernfalls halten sie sogar länger. Es gibt keine Sulfatierung, keinen Ausgleich, die Absorptionszeit spielt keine Rolle, man kann die Batterie nicht wirklich überladen, und das BMS sorgt dafür, dass alles in vernünftigen Grenzen bleibt.

Welche Spannung reicht also aus, um diese Ionen in Bewegung zu setzen? Ein wenig Experimentieren zeigt, dass 13,6 Volt (3,4 V pro Zelle) der Grenzwert ist; Darunter passiert sehr wenig, darüber hinaus wird der Akku bei ausreichender Zeit zu mindestens 95 % voll sein. Bei 14,0 Volt (3,5 V pro Zelle) lädt sich der Akku innerhalb weniger Stunden Ladezeit problemlos auf über 95 Prozent auf, und im Großen und Ganzen gibt es kaum einen Unterschied beim Laden zwischen 14,0 oder höheren Spannungen, bei 14,2 gehen die Dinge nur etwas schneller Volt und höher.

Bulk-/Absorptionsspannung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Bulk/Absorb-Einstellung zwischen 14,2 und 14,6 Volt für LiFePO4 hervorragend funktioniert! Mit etwas Absorptionszeit ist auch eine Reduzierung auf etwa 14,0 Volt möglich. Etwas höhere Spannungen sind möglich, das BMS lässt bei den meisten Batterien etwa 14,8 – 15,0 Volt zu, bevor die Batterie abgeklemmt wird. Eine höhere Spannung hat jedoch keinen Vorteil und erhöht das Risiko einer Unterbrechung durch das BMS und möglicherweise einer Beschädigung.

Erhaltungsspannung

LFP-Batterien müssen nicht schwimmfähig sein. Laderegler haben dies, weil Blei-Säure-Batterien eine so hohe Selbstentladungsrate haben, dass es sinnvoll ist, immer mehr Ladung einzuspeisen, um sie bei Laune zu halten. Bei Lithium-Ionen-Batterien ist es nicht gut, wenn die Batterie ständig einen hohen Ladezustand aufweist. Wenn Ihr Laderegler die Erhaltungsladung also nicht deaktivieren kann, stellen Sie ihn einfach auf eine Spannung ein, die niedrig genug ist, damit kein tatsächlicher Ladevorgang stattfindet. Jede Spannung von 13,6 Volt oder weniger reicht aus.

Spannung ausgleichen

Da von Ladespannungen über 14,6 Volt aktiv abgeraten wird, sollte klar sein, dass bei einer Lithium-Ionen-Batterie kein Ausgleich vorgenommen werden sollte! Wenn der Ausgleich nicht deaktiviert werden kann, stellen Sie ihn auf 14,6 V oder weniger ein, damit es sich nur um einen regulären Absorptionsladezyklus handelt.

Zeit absorbieren

Es spricht einiges dafür, die Absorptionsspannung einfach auf 14,4 V oder 14,6 V einzustellen und dann einfach mit dem Laden aufzuhören, sobald die Batterie diese Spannung erreicht! Kurz gesagt: Null (oder eine kurze) Absorptionszeit. Zu diesem Zeitpunkt ist Ihr Akku zu etwa 90 % voll. LiFePO4-Batterien sind auf lange Sicht zufriedener, wenn sie nicht zu lange bei 100 % Ladezustand bleiben, sodass diese Vorgehensweise die Batterielebensdauer verlängert. Wenn Ihre Batterie unbedingt einen Ladezustand von 100 % haben muss, dann wird Absorb das schaffen! Offiziell wird dies erreicht, wenn der Ladestrom auf 5 % – 10 % der Ah-Nennleistung der Batterie abfällt, also 5 – 10 Ampere für eine 100-Ah-Batterie. Wenn Sie die Absorption aufgrund des Stroms nicht stoppen können, stellen Sie die Absorptionszeit auf etwa 2 Stunden ein und machen Sie Schluss.

Temperaturkompensation

LiFePO4-Akkus benötigen keinen Temperaturausgleich! Bitte schalten Sie dies in Ihrem Laderegler aus, da sonst die Ladespannung stark abfällt, wenn es sehr warm oder kalt ist.

Überprüfen Sie unbedingt die Spannungseinstellungen Ihres Ladereglers mit denen, die tatsächlich mit einem hochwertigen Digitalmultimeter gemessen wurden! Kleine Spannungsänderungen können beim Laden eines Lithium-Ionen-Akkus große Auswirkungen haben! Ändern Sie die Ladeeinstellungen entsprechend!

Entladen einer LFP-Batterie

Im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterien bleibt die Spannung einer Lithium-Ionen-Batterie während der Entladung sehr konstant. Das macht es schwierig, den Ladezustand allein anhand der Spannung abzuschätzen. Bei einer Batterie mit mäßiger Belastung sieht die Entladekurve wie folgt aus.

Die meiste Zeit während der Entladung liegt die Batteriespannung bei etwa 13,2 Volt. Von 99 % bis 30 % SOC variiert er nur um 0,2 Volt. Vor nicht allzu langer Zeit war es eine sehr schlechte Idee™, den Ladezustand einer LiFePO4-Batterie unter 20 % zu senken. Das hat sich geändert, und die aktuellen LFP-Batterien entladen sich über viele Zyklen problemlos bis auf 0 %. Es ist jedoch von Vorteil, weniger tief zu fahren. Es ist nicht nur so, dass Sie bei einem Ladezustand von 30 % 1/3 mehr Ladezyklen erhalten als bei einem Ladezustand von 0 %, Ihre Batterie hält wahrscheinlich auch länger. Konkrete Zahlen sind zwar schwer zu ermitteln, aber das Herunterfahren auf 50 % SOC scheint etwa die dreifache Lebensdauer im Vergleich zu 100 % zu zeigen.

Unten finden Sie eine Tabelle, die die Batteriespannung für einen 12-Volt-Akku im Vergleich zur Entladetiefe zeigt. Nehmen Sie diese Spannungswerte mit Vorsicht: Die Entladekurve ist so flach, dass es wirklich schwierig ist, den Ladezustand allein anhand der Spannung zu bestimmen. Kleine Schwankungen in der Last und der Genauigkeit des Voltmeters können die Messung verfälschen.

Lagerung von Lithium-Ionen-Batterien  

Die sehr geringe Selbstentladungsrate erleichtert die Lagerung von LFP-Batterien auch über längere Zeiträume. Es ist kein Problem, einen Lithium-Ionen-Akku ein Jahr lang wegzuräumen. Stellen Sie lediglich sicher, dass er ausreichend geladen ist, bevor Sie ihn einlagern. Etwas zwischen 50 % und 70 % ist in Ordnung. Dadurch dauert es sehr lange, bis die Selbstentladung der Batterie die Spannung nahe an den Gefahrenpunkt bringt.

Es ist in Ordnung, Batterien bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zu lagern, sie gefrieren nicht und die Temperatur spielt keine große Rolle. Versuchen Sie, sie nicht bei hohen Temperaturen (45 Grad Celsius und mehr) zu lagern, und vermeiden Sie es, wenn möglich, sie völlig voll (oder fast leer) zu lagern.

Wenn Sie Batterien über einen längeren Zeitraum lagern müssen, trennen Sie einfach alle Kabel davon. Auf diese Weise kann es keine Streulasten geben, die die Batterien langsam entladen.

Das Ende Ihrer Lithium-Ionen-Batterien

Wir hören, wie Sie vor Entsetzen nach Luft schnappen. Der Gedanke daran, dass Ihre wertvolle LFP-Batteriebank nicht mehr in Betrieb ist, jagt Ihnen Schauer über den Rücken! Leider müssen alle guten Dinge irgendwann ein Ende haben. Was wir verhindern wollen, ist ein vorzeitiges Ende, und dazu müssen wir verstehen, wie Lithium-Ionen-Batterien sterben.

Batteriehersteller betrachten eine Batterie als „tot“, wenn ihre Kapazität auf 80 % ihrer Sollkapazität absinkt. Bei einer 100-Ah-Batterie ist das Ende also erreicht, wenn ihre Kapazität auf 80 Ah gesunken ist. Es gibt zwei Mechanismen, die zum Untergang Ihrer Batterie führen: Zyklen und Alterung. Jedes Mal, wenn Sie den Akku entladen und wieder aufladen, entsteht ein kleiner Schaden und Sie verlieren ein wenig an Kapazität. Aber selbst wenn Sie Ihre kostbare Batterie in einen wunderschönen, verglasten Schrein legen, damit Sie sie niemals mit dem Fahrrad fahren können, wird sie dennoch ein Ende haben. Letzteres nennt man Kalenderleben.

Es ist schwierig, konkrete Daten zur kalendarischen Lebensdauer von LiFePO4-Batterien zu finden, da es nur sehr wenige gibt. Es wurden einige wissenschaftliche Studien zu den Auswirkungen von Extremen (Temperatur und SOC) auf die Kalenderlebensdauer durchgeführt, die dabei helfen, Grenzen zu setzen. Wir gehen davon aus, dass die Obergrenze der kalendarischen Lebensdauer bei etwa 20 Jahren liegt, wenn Sie Ihre Batteriebank nicht überbeanspruchen, Extreme vermeiden und Ihre Batterien im Allgemeinen nur innerhalb angemessener Grenzen nutzen.

Neben den Zellen im Inneren der Batterie gibt es auch das BMS, das aus elektronischen Teilen besteht. Wenn das BMS ausfällt, fällt auch Ihre Batterie aus. Lithium-Ionen-Batterien mit eingebautem BMS sind noch zu neu und wir werden sehen, aber letztendlich muss das Batteriemanagementsystem genauso lange überleben wie die Lithium-Ionen-Zellen.

Im Laufe der Zeit wirken sich Prozesse innerhalb der Batterie zusammen, um die Grenzschicht zwischen Elektroden und Elektrolyten mit chemischen Verbindungen zu überziehen, die verhindern, dass die Lithiumionen in die Elektroden eindringen und diese verlassen. Durch Prozesse werden Lithiumionen auch zu neuen chemischen Verbindungen gebunden, sodass sie nicht mehr für den Transport von Elektrode zu Elektrode zur Verfügung stehen. Diese Prozesse finden statt, egal was wir tun, aber sie hängen stark von der Temperatur ab! Halten Sie Ihre Batterien unter 30 Grad Celsius, sonst sind sie sehr langsam. Wenn die Temperatur über 45 Grad Celsius steigt, geht es deutlich schneller! Staatsfeind Nr. 1 für Lithium-Ionen-Batterien ist mit Abstand Wärme!

Die kalendarische Lebensdauer und die Geschwindigkeit, mit der ein LiFePO4-Akku altert, hat noch mehr zu bieten: Auch der Ladezustand hat etwas damit zu tun. Während hohe Temperaturen schlecht sind, mögen diese Batterien wirklich keinen Ladezustand von 0 % und sehr hohe Temperaturen! Schlimm ist auch, wenn auch nicht ganz so schlimm wie bei 0 % SOC, dass sie bei 100 % SOC und hohen Temperaturen sitzen. Sehr niedrige Temperaturen haben einen geringeren Einfluss. Wie wir besprochen haben, können Sie LFP-Batterien nicht unter dem Gefrierpunkt laden (und das BMS lässt dies auch nicht zu). Es stellt sich heraus, dass eine Entladung unter den Gefrierpunkt zwar möglich ist, sich aber auch beschleunigt auf die Alterung auswirkt. Es ist bei weitem nicht so schlimm, wie die Batterie einer hohen Temperatur auszusetzen, aber wenn Sie Ihre Batterie Temperaturen unter dem Gefrierpunkt aussetzen, ist es besser, dies zu tun, während sie weder geladen noch entladen wird und sich etwas Gas im Tank befindet (jedoch nicht). voller Tank). Allgemeiner gesagt ist es besser, diese Batterien bei einem Ladezustand von etwa 50–60 % aufzubewahren, wenn sie längerfristig gelagert werden müssen.

Geschmolzene Batterie

Wenn Sie es wirklich wissen wollen: Wenn eine Lithium-Ionen-Batterie unter den Gefrierpunkt aufgeladen wird, lagert sich metallisches Lithium auf der negativen (Kohlenstoff-)Elektrode ab. Auch nicht auf eine schöne Art und Weise, es wächst in scharfen, nadelartigen Strukturen, die schließlich die Membran durchstoßen und die Batterie kurzschließen (was zu einem spektakulären „Rapid Unscheduled Disassembly Event“, wie die NASA es nennt, mit Rauch, extremer Hitze und durchaus möglichem „Rapid Unscheduled Disassembly Event“ führt auch Flammen). Zu unserem Glück verhindert das BMS, dass dies geschieht.

Wir gehen weiter zum Kreislauf des Lebens. Es ist mittlerweile üblich, dass Lithium-Ionen-Batterien Tausende von Zyklen durchlaufen, selbst bei einem vollständigen Lade-Entlade-Zyklus von 100 %. Es gibt jedoch einige Dinge, die Sie tun können, um die Lebensdauer des Zyklus zu maximieren.

Wir haben darüber gesprochen, wie Lithium-Eisenphosphat-Batterie Arbeit: Sie bewegen Lithium-Ionen zwischen den Elektroden. Es ist wichtig zu verstehen, dass es sich hierbei um tatsächliche, physikalische Teilchen handelt, die eine bestimmte Größe haben. Sie werden bei jedem Laden und Entladen der Batterie aus einer Elektrode herausgezogen und in die andere gesteckt. Dadurch kommt es insbesondere zu Schäden am Kohlenstoff der negativen Elektrode. Bei jedem Laden des Akkus schwillt die Elektrode etwas an, bei jeder Entladung wird sie wieder dünner. Mit der Zeit entstehen mikroskopisch kleine Risse. Aus diesem Grund erhalten Sie bei einer Aufladung etwas unter 100 % mehr Zyklen, ebenso wie bei einer Entladung auf etwas über 0 %. Stellen Sie sich außerdem vor, dass diese Ionen „Druck“ ausüben, und extreme Ladezustandswerte üben mehr Druck aus und verursachen chemische Reaktionen, die der Batterie nicht zugute kommen. Aus diesem Grund möchten LFP-Batterien nicht gerne bei 100 % Ladezustand entsorgt oder bei (nahezu) 100 % Erhaltungsladung durchgeführt werden.

Wie schnell diese Lithium-Ionen hin und her gerissen werden, hat auch Auswirkungen auf die Lebensdauer des Zyklus. Angesichts des oben Gesagten sollte das keine Überraschung sein. Während Lithium-Eisenphosphat-Batterie Das Laden und Entladen erfolgt routinemäßig bei 1 °C (d. h. 100 Ampere für eine 100-Ah-Batterie). Wenn Sie dies auf vernünftigere Werte begrenzen, werden Sie mehr Zyklen Ihrer Batterie feststellen. Blei-Säure-Batterien haben eine Grenze von etwa 20 % der Ah-Nennleistung, und wenn man bei Lithium-Ionen-Batterien innerhalb dieser Grenze bleibt, hat dies auch Vorteile für eine längere Batterielebensdauer.

Der letzte erwähnenswerte Faktor ist die Spannung, obwohl das BMS eigentlich darauf ausgelegt ist, diese unter Kontrolle zu halten. Lithium-Ionen-Batterien haben ein schmales Spannungsfenster sowohl beim Laden als auch beim Entladen. Das Verlassen dieses Fensters führt sehr schnell zu dauerhaften Schäden und im schlimmsten Fall zu einem möglichen RUD-Ereignis (NASA-Diskussion, wie bereits erwähnt). Für Lithium-Eisenphosphat-Batterie Dieses Fenster beträgt etwa 8,0 V (2,0 V pro Zelle) bis 16,8 Volt (4,2 V pro Zelle). Das eingebaute BMS sollte dafür sorgen, dass die Batterie innerhalb dieser Grenzen bleibt.

Unterricht zum Mitnehmen

Nachdem wir nun wissen, wie Lithium-Ionen-Batterien funktionieren, was ihnen gefällt und was nicht und wie sie letztendlich versagen, gibt es einige Hinweise, die wir mitnehmen können. Wir haben unten eine kleine Liste erstellt. Wenn Sie nichts anderes tun, beachten Sie bitte die ersten beiden. Sie haben bei weitem den größten Einfluss auf die Gesamtzeit, die Sie mit Ihrem Lithium-Ionen-Akku verbringen können! Auch die Beachtung der anderen Maßnahmen hilft, die Lebensdauer Ihrer Batterie noch zu verlängern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Sie für eine lange und glückliche Lebensdauer der LFP-Batterie in der Reihenfolge ihrer Wichtigkeit Folgendes beachten sollten:

● Halten Sie die Batterietemperatur unter 45 °C (wenn möglich unter 30 °C) – das ist bei weitem das Wichtigste!!
● Halten Sie die Lade- und Entladeströme unter 0,5 °C (vorzugsweise 0,2 °C).
● Halten Sie die Batterietemperatur beim Entladen nach Möglichkeit über 0 Grad Celsius – Dies und alles darunter ist bei weitem nicht so wichtig wie die ersten beiden
● Fahren Sie nicht unter 10 % – 15 % SOC, es sei denn, dies ist wirklich erforderlich
● Lassen Sie die Batterie nach Möglichkeit nicht bei 100 % Ladezustand schweben
● Laden Sie das Gerät nicht auf 100 % SOC auf, wenn Sie es nicht benötigen

Das ist es! Jetzt können auch Sie mit Ihren LiFePO4-Batterien Glück und ein erfülltes Leben finden!