Lithiumbatterie, die neue Versorgungsbatterie für Wohnmobile bzw. Reisemobile (und für Boote)

Eine Umrüstung auf Lithium (LiFePo4) lohnt sich, nicht nur wegen dem deutlich geringeren Gewicht gegenüber Blei Batterien. Lipos sind auch äußerst interessant in Bezug auf Solarladung und Zyklenfestigkeit. In diesem Bericht möchte ich euch über Lipos aufklären, welche Erfahrungen ich damit gemacht habe und auf was ihr bei eurer Umstellung auf Lithium beachten müsst.

Lithiumbatterien sind anders

Lithium Batterie

Lithium Batterie im Wohnmobil

Lipo-Technologie ist super, das haben Handy-, Laptop- und Fahrradhersteller längst erkannt. Selbst in vielen Elektrofahrzeugen finden sich heutzutage ausschließlich Lithium Batterien. Somit war es nur eine Frage der Zeit bis Lipos auch im Camper Einzug erhalten. Lipos sind AGM und GEL Batterie in einem, jedoch ohne deren Nachteile.

Ein LiFePo4 Akku ist die Eierlegendewollmilchsau.

LIFEPO´s sind leichter!

  • Lithiumbatterien haben eine Energiedichte von 90-110Wh/Kilo
  • Bleibatterien haben eine Energiedichte von 30Wh/Kilo

Dies ergibt eine Gewichtseinsparung von 70%. Bereits dieser Fakt spricht klar für die Lithiumbatterie – gerade in Zeiten hoffnungslos überladener Wohnmobile.

Welche Anforderungen solltest du an deine Versorgungsbatterie stellen?

Batterien sind Energiespeicher, sollen Strom möglichst effektiv speichern, dabei so leicht wie möglich sein aber trotzdem viele Jahre durchhalten.

Blei-GEL Batterien waren lange das Maß der Dinge, denn diese Batterien sind im Vergleich zu Nassbatterien ( Blei Säure) zumindest relativ zyklenfest. Bestrafen es jedoch mit einer geringeren Lebensdauer, werden sie nicht korrekt geladen.

Eigentlich wäre es doch toll, wenn Batterien so funktionieren wie dein Wassertank im Wohnmobil. Da interessiert eigentlich auch nur, dass genug Wasser drin ist. Lithiumbatterien kommen dieser Vorstellung schon sehr nahe! Die genauen Unterschiede zwischen Blei und Lithium-Eisen-Phosphat Batterien habe ich hier im Blog beschrieben.

Lithium-Batterie Hersteller im Wohnmobil

  • Victron Energy

    Lithium System mit externem BMS, welches mit fast beliebig vielen Lithium Batterien gekoppelt werden kann. Geringe Kosten sprechen für dieses System – denn man kauft nur was gewünscht wird. Dies macht es zum flexibelsten System auf dem Markt. Außerdem zu einem sehr komfortablen, durch die Erweiterbarkeit mit Monitoring und Bluetooth Anzeigen, Werte können via Tablet oder Smartphone ausgelesen / eingestellt werden. Im Gesamten ein ausgereiftes, rundes Konzept mit hochwertigen Komponenten – weshalb es auch bei mir und meinen Kunden zum Einsatz kommt.
    Verfügbarkeit: 60 – 200Ah 12V Akkus

  • Mastervolt

    Lihtium System mit internem BMS sowie externem Lastrelais, abgestimmt auf Mastervolt Anlangen. CAN-Bus fähig
    Verfügbarkeit: 6 – 320AH 12V Akkus

  • Super B

    Lithium System mit internen BMS, Monitoring und open CAN Bus
    Verfügbarkeit: 3,2 – 160Ah 12V Akkus

  • Winston LiFePo4 3,2V Eigenbau

    Lithium als Eigenbau Lösung für den Bastler. Bis man alle Teile zusammen hat, kommt man aber nicht mehr so billig weg, wie es im ersten Augenblick scheint. Da Lithiumbatterien auch eine gewisse Betriebssicherheit bei Unfällen gewähren müssen, der Eingriff in die Wohnmobilelektrik jedoch nicht ganz ohne ist, halte ich von solchen System Abstand. Darum werde hier auch nicht weiter drauf eingehen. Da ich schon einige Neufahrzeuge umgerüstet habe, stellt sich auch immer wieder die Garantiefrage …
    Verfügbarkeit: 20 – 1000Ah 3,2V Akkus

Lithium – unendlich flexibel

LFP-Batterien lassen sich leichter aufladen als Blei-Säure-Batterien. Die Ladespannung kann zwischen 14V und 15V variieren (so lange an keiner Zelle mehr als 4,2V anliegt). Außerdem müssen diese Batterien nicht voll aufgeladen werden. Aus diesem Grund lassen sich mehrere Lithium Batterien parallel schalten, ohne dass eine Beschädigung auftritt weil einige Batterien weniger geladen sind als andere.

Lithiumbatterien benötigen weniger Solarpower!

Klingt im ersten Moment etwas komisch, ist aber bewiesen. Wer mit Lithium Batterien unterwegs ist, braucht weniger Solarpower auf dem Dach um die gleiche Autarkie wie mit Bleibatterien zu erreichen.

Dieser Fakt wird besonders im Winter interessant. Aber wie ist das möglich? Bleibatterien brauchen eine lange Absorptions-Ladezeit, also über 14V Ladespannung, um wirklich voll zu werden. Darum sollte man seine Solaranlage so auslegen, das an einem sonnigen Tag die Batterie voll wird. Im Idealfall sagt man, um Mittag sollte die Ladespannung 14V überschreiten, dann bleibt genug Zeit um die Ladephase abzuschließen.

Lipos haben eine sehr kurze Absorptionsladezeit. Es reicht aus, wenn diese frühstens am Spätnachmittag erreicht wird. So kann man seine Solaranlage gut um 25% kleiner planen gegenüber Bleibatterien. Deine Solaranlage muss also lediglich den Tagesverbrauch nachladen können. So kann sie von morgens bis Abends mit voller Leistung effektiv arbeiten.

Ich selbst habe von 830Wp auf 570Wp abgerüstet und habe seit dem LFP Umbau einen höheren jährlichen Solarertrag, weil der Regler nur selten den Strom begrenzt. Meine Lithium Batterie wird auch nur alle paar Wochen mal wirklich voll geladen. Ich muss dazu aber auch anmerken, dass ich meine Lithiumbatterie gezielt entlade, wenn ich merke, dass der Ertrag im Sommer zu hoch ist. Ist nutze meinen Solarstrom dann für Warmwasserbereitung, für’s Induktionskochfeld oder auch um den Akku meines E-Bike zu laden. Dafür steht mir im Winter in südlichen Gefilden immer ausreichend Lithium Strom zur Verfügung.

Lithium-Eisen-Phosphat Umrüstung, so geht’s:

Lithium ist für jedes Wohnmobil geeignet – jedes Fahrzeug lässt sich auf Lipo umrüsten. Einzig gegebene Platzverhältnisse können zu einem Problem werden, da Lithium Batterien meist andere Maße haben, manchmal nicht in vorhandene Standardhalter passen. Hier muss man eine andere Befestigung bauen. Victron hat die Maße aber so gewählt, dass eine 90Ah LFP problemlos liegend unter den Sitz des Ducato passt, dort die dort verbauten ein oder zwei 80-100Ah Bleibatterien ersetzen kann. Es hat auch außerdem genug Platz für das BMS 12-200, welches vor bzw. hinter der Lithiumbatterie platziert wird.

Lithium Einbaubeispiel Ducato X250

Lithium im X250

Mögliche Einsatzbereiche Lithium

  • Als Versorgungsbatter im Wohnmobil, Fernreisemobil, Reisemobil
    Egal ob Wohnmobil oder wüstentaugliches Fernreisemobil: Jedes Kilo Gewicht das nicht mitfährt spart Sprit – schafft Platz für anderer Dinge.
  • Wohnwagen sind grundsätzlich überladen, vor allem wenn man auch mal fernab vom Campingplatz im Wohnwagen übernachten will. Wohnwagen erhalten dank Lipo Batterien eine leichte, platzsparende Energieversorgung.
  • Solar Inselanlagen, ob nun Ferienhaus in Spanien oder Blockhütte am See. Inselanlagen haben keine Zugang zum Landstromnetz, sind somit auf einen zuverlässigen Stromspeicher angewiesen. Batterien kommen als Energiespeicher zum Einsatz, Lithium Batterien eignen sich durch ihre hohen Ladezyklen besonders gut.
  • Netzgekoppelte Solaranlagen. Auch hier kommen immer mehr Lithium Energiespeicher zum Einsatz, wegen ihrer geringen Betriebskosten.
  • Marine, Segelschiffe und Boote nutzen Lithium. Hier bewähren sich Lipo Batterien weniger wegen dem niedrigeren Gewicht, sondern wieder wegen ihrer Zyklenfestigkeit. Oftmals hat es nur wenig Platz auf dem Deck, und man ist sonst auf die reine Generatorladung angewiesen.

Lithiumbatterie richtig Laden

Lithium bei täglicher Nutzung

Das Lithium Hautpladegerät sollte deine Solaranlage sein, das 230V Netzladegerät ist nur noch ein Notladegerät, sollte dein Solarstrom mal nicht ausreichen. Es ist also nicht mehr notwendig auf jedem Stellplatz automatisch Kabel zu verlegen und teuren Strom zu kaufen.

Grundsätzlich kann man Lipos mit jeden Ladegerät laden, welches auch für Bleibatterien geeignet ist. Wenn es eine Einstellmöglichkeit gibt, dann sollte man es auf Nassbatterie einstellen. Das entspricht normalerweise einer Absorptionsspannung von 14,3V – 14,4V, mit einer recht kurzen Absorptionsladezeit.

Rohbau einer Lithium Stromversorgung

Rohbau einer Lithium Stromversorgung

Beachte: LiFePo4 Batterien fühlen sich am besten, werden sie bei 50% Ladezustand gehalten. Daraus ergibt sich, dass ganz voll bzw. ganz leer nicht das Optimum darstellt. Zwar gehen Lipos deshalb nicht sofort kaputt, dennoch sinkt dadurch ihre Lebensdauer etwas. Insbesondere sollte man 100% Dauervollladung vermeiden. Mit diesem Umstand müssen wir leben, denn schließlich ist es ein Energiespeicher, der uns mit Strom versorgen soll. Machen wir ihn nicht voll, haben wir weniger nutzbare Kapazität.

Lagerung der Lipo zwischen den Reisen

Wird ein Fahrzeug über einen längeren Zeitraum nicht genutzt, wird die Lithium Batterie am besten zu 80% aufgeladen und komplett vom Netz abgeklemmt. Sollte eine Solaranlage montiert sein, musst du vorher am Regler eine Leitung von den Solarmodulen abklemmen um deinen Regler zu schützen. Eine Wiederinbetriebnahme deiner Lithiumbatterie erfolgt in umgekehrter Reihenfolge. Also erst die Lithiumbatterie anschließen, dann die Solaranlage. Mit dem Abklemmen ist sichergestellt, dass es zu keiner unbeabsichtigten Tiefentladung kommen kann, die Lipo so lange lagerfähig bleibt.


Zusammenfassung:

  • Bei längerem Landstrom Aufenthalt: Erhaltungsspannung 13,3V – 13,5V nicht überschreiten. Zur Not lieber das Ladegerät abschalten und die Solaranlage arbeiten lassen. Spart nebenbei noch Geld, da kein Strom für 12V Verbraucher benötigt wird.
  • Bei längerem Nichtbenutzen: 80% geladene Lipo vom System trennen, alle 2 Monate die Spannung kontrollieren. Ab 13V die Lipo unbedingt nachladen.
  • Lipo nach einer Tiefentladung sofort wieder nachladen. Nicht tiefentladen stehen lassen, da die eingebauten Lipo Balancer einen kleinen Eigenverbrauch haben, welcher zur weiteren Entladung führt.
  • Im täglichen zyklischen Betrieb zwischen 25% und 75% pendeln. Im Praxisalltag ist dies etwas schwieriger.
  • Wenn möglich nach Vollladung der Lipo das Ladegerät abschalten. 1 Stunde Absorptionsladung mit 14,3 – 14,8V ist ausreichend.

Lithium Batterien für Wohnmobile haben keinen Memory Effekt. Sie sulfatieren nicht, können ewig halb entladen stehen, kommen mit jeder Bleibatterie – Ladekennlinie zurecht. Sie können hohe Ladeströme genauso gut ab wie niedere Solarladeströme. 

Lithium BMS

Aufbau einer Lipo – Technisches

Lithiumbatterie

Lithium Konfiguration

LFP Batterien 12,8V bestehen aus 4 Lithium Einzelzellen, welche im Vergleich zu Bleibatterien überaus robust sind – solange sie in einem Spannungsfenster von 2,75-3,62V / Zelle (Systemspannung 11-14,5V) betrieben werden. Über- sowie Tiefentladung sind meist tödlich und MÜSSEN verhindert werden. Aus diesem Grund wird auf jede Zelle in der 12,8V LFP eine Modul montiert, welches 4 Funktionen hat.

  • Signal bei Überspannung (mehr als 3,75V)
  • Signal bei Unterspannung (weniger als 2,75V)
  • Signal bei Übertemperatur (mehr als 50°C)
  • Schaltung eines Balancer Strom von 0,7A ab einer Spannung von 3,35V

Diese Signale werden über Datenkabel aus der Lipo geleitet und von einem Batteriemanagement System (auch BMS genannt) überwacht. Dieses BMS sorgt für eine Systemabschaltung bei Übertemperatur oder Über-/ Unterspannung der Lipo. Dazu begrenzt das BMS von Victron Energy den Ladestrom bei nicht ausgeglichen Lipo Zellen.

lithium batterie wohnmobil

Zum Vergrößern bitte anklicken: LiFePo4 & mehr von Victron in meinem Wohnmobil.

Wozu dienen die in einer Lithiumbatterie verbauten Balancer?

Bleibatterien können bei Überladung kochen. Ist eine Einzelzelle in dem Bleiakku voll, kocht diese während die anderen weiter geladen werden können.

LFP Batterien kochen nicht. Da alle 4 Zellen in einem 12,8V Block aber ebenso wie in der Bleibatterie in Reihe geschaltet sind, fließt in jeder Zelle der gleiche Strom. Fertigungstoleranzen ergeben aber, dass die Zellen im Laufe der Zeit ganz leicht auseinanderdriften, dadurch einen unterschiedlichen Ladezustand aufweisen können. Würde nun lediglich die Gesamtspannung überwacht werden könnte es passieren, dass bei 15V 3 Zellen erst 3,6V haben, während eine Lithium-Zelle bereits bei tödlichen 4,2V angelangt ist. Um dies zu verhindern wird ab einer Spannung von 3,6V pauschal ein Lastwiderstand eingeschaltet, welcher kontinuierlich 0,7A vom Ladestrom verheizt. Egal wie hoch der Gesamtladestrom ist, die Zelle mit der höchsten Spannung wird als erste mit weniger Strom versorgt, was zu einem Ausgleich führt. Der Zelldrift ist sehr gering und muss nicht zwingend bei jeder Ladung ausgeführt werden. Schlecht ausgeglichene Einzelzellen machen sich im Gesamtsystem durch weniger nutzbare Kapazität bemerkbar, haben jedoch keinen Einfluss auf die Lebensdauer der Lithium Batterie.

Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass dieser Zelldrift bei weitem nicht so gravierend ist wie anfänglich angenommen. Selbst nach Wochen ohne Vollladung und täglicher Benutzung liegen alle Lithium Zellen nur wenige mAh auseinander. Mit einer geschickten Einstellung vom Solarladeregler kann die Zellbalancierung relativ einfach automatisiert werden.

200A_LFP_Carthago

Einbaubeispiel Carthago 160Ah Lithium

Funktion des Victron BMS 12-200

Das BMS 12-200 Batteriemanagement System von Victron Energy ist der optisch einzige Unterscheid zu einem Bleibatteriesystem. Es wurde speziell für Standard 12V Wohnmobile entwickelt, und ermöglicht eine einfache Installation der Victron Lithium Batterie in dein Reisemobil.

Das BMS besitzt 3 M8 Anschlüsse und einen Flachstecker. Dazu noch zwei Schraubanschlüsse für die zwei Datenleitungen aus der LFP-Verbraucherbatterie. Das BMS ist massegesteuert, was bedeutet, dass es in die Masseleitung zur Batterie eingeschleift wird. Alle bisherigen Massekabel werden nun am BMS 12-200 angeschlossen. Vom BMS zum Lipo Minuspol geht nur noch ein ausreichend dimensioniertes Kabel.

Die Pluskabel, welche früher am Pluspol einer Bleibatterie waren, werden auch bei der Lipo wieder direkt am Pluspol angeschlossen. Dazu noch ein weiteres dünnes Pluskabel, welches das BMS 12-200 mit Strom versorgt. Fertig – dein Lithium System ist betriebsbereit.

Funktion VE.Bus BMS

Das VE.Bus BMS von Victron Energy ist ein offenes System das mehr Möglichkeiten bietet. So liegt der Hauptvorteil in der Systemspannung von 12V – 48V sowie der Einbindung des Victron Multiplus via Bus-System. Meldet das BMS einen Fehler, wird der Wechselrichter abgeschaltet bzw. der Ladevorgang unterbrochen. Der Verdrahtungsaufwand ist jedoch deutlich höher, weshalb ein Einbau nur bei 24V Netzen lohnt. Für 12V Systeme bis 2,5KW Last stellt das BMS 12-200 die einfachere und bessere Wahl dar.

LiFePo4 oder LiFeYPo4?

Eine große Diskussion ist inzwischen, welche Art von Lithium-Eisen-Phosphat Batterie von den Herstellern verbaut wird. Das Y in „LiFeYPo4“ steht für Yttrium, welches den Batterien besseren Eigenschaften bei Temperaturen unter 0 Grad verleihen soll. Victron weist das Yttrium nicht extra aus, jedoch kann man anhand der technischen Daten von Yttrium Zellen ausgehen. Zumal einige Victron LFP Akkus „Thunder Sky Winston“ Polabdeckungen haben, was ebenfalls für LiFeYPo4 Zellen spricht. Leider hält man sich hier sehr bedeckt.

Update 2017

Inzwischen wissen wir es sicher. Victron Energy verbaut in seinen Lithium Batterien Winston Thundersky Zellen vom Typ LYP (LiFeYPo4). Ich habe selbst eine Batterie geöffnet und nachgeschaut, was wirklich drin ist.

Lithium Batterie 100AH mit LiFeYPo4 Zellen von Winston

VE 90Ah LiFePo4 mit Winston Zellen

Lithium ist günstig!

Einbaupeispiel-Lithium

200 Ah LiFePo4 von Victron Energy

„Wenn es nur nicht so teuer wäre,…“ dieses Argument höre ich immer wieder. Da fahren manche Leute Wohnmobile im Wert von 200.000 Euro, können sich aber keine Lithiumbatterie mehr leisten. Bei einer Versorgungsbatterie wird auf den Preis geschaut – bei einem Wohnmobil, wo ich mich manchmal frage, was den Preis bei so manchen Fahrzeugs rechtfertigt, schaut keiner darauf. Einige billige Lämpchen im Sektglasvitrinchen steigern die Bereitschaft, viel Geld für nichts auszugeben, offenbar deutlich. Eine Lithium Batterie, welche 10 mal mehr Ladezyklen aushält als Bleibatterien, aber nur den zweieinhalbfachen Preis hat, ist direkt mal zu teuer.

Empfohlene Lipo Kapazität

Bei der Umrüstung auf Lithium reicht in aller Regel die halbe Kapazität im Vergleich zu bisher verbauten Bleibatterien. Bei Blei sagte man Dauerbetrieb 20% der Kapazität, und nicht tiefer als 50% entladen. Lipos können auch bei 100% Entladetiefe noch 1000 Zyklen bewältigen, Entladetiefen kleiner 50% werden schon gar nicht mehr in Zyklen angegeben, es sind Tausende.


Abschließendes Fazit: Lithium als Versorgungsbatterie lohnt sich

Als glücklicher Besitzer einer eigenen Lithium Batterie konnte ich diese nun schon über 1 Jahr ausgiebig auf Herz und Nieren testen. Wenn man wie ich das ganz Jahr im Wohnmobil lebt und unterwegs ist, ist eine zuverlässige Energieversorgung echt praktisch.

Durch die Umrüstung auf 200AH LiFePo4 Lithium Batterie von Victron Energy habe ich insgesamt 135 Kilo an Gewicht eingespart. Davon sind 110 Kilo Batteriegewicht sowie 25 Kilo durch den Wegfall von Solarmodulen. Das Gewicht war in „meinem Fall“ zwar nicht das Problem, sondern viel wichtiger war mir die Unabhängigkeit vom Landstrom. Dieses Ziel wurde zur vollsten Zufriedenheit erfüllt. Das 230V Stromkabel habe ich im letzten Jahr mehr für andere als für mich selbst benutzt. Genauso wie den Honda Stromerzeuger. Im Übrigen hat das geringere Gewicht gleich mehrere angenehme Nebeneffekte: Mehr Platz und ein etwas geringerer Spritverbrauch.

Geladen wird meine Lithiumbatterie eigentlich fast nur noch über Solar. Nur bei anhaltend schlechtem Wetter auch mal über die Lichtmaschine beim Fahren. Der B2B Lader macht 80A Ladestrom, was nach 3 Stunden Fahrzeit eine volle Lipo bedeutet. Aber schon kurze Fahrstrecken reichen aus um für die nächsten Tage wieder genug Strom zu haben. Der entscheidende Vorteil ist, dass die Lithium-Batterie nicht voll geladen werden muss.

Wo ich früher im Winter in Deutschland immer alle paar Tage einen Stellplatz mit Strom ansteuern musste, reicht nun ein Nachladen aus. In Südeuropa ist der Winter nun viel entspannter, der Solarladestrom reicht aus. Auch meine mobilen Solarmodule kommen nur noch selten zum Einsatz. Eigentlich nur dann, wenn ich über den 230V Wechselrichter andere Wohnmobile mit Strom versorge.

Im letzten Jahr habe ich durch meine ausgiebige Stromnutzung reichlich an Gas eingespart. Den sowieso schon 20 Jahre alten Kühlschrank habe ich gegen einen mit Strom betriebenen Kompressorkühlschrank ausgetauscht. Wasser wurde bei schönem Wetter mit Strom erhitzt anstelle mit Gas. Backofen und Kaffeemaschine laufen sowieso schon immer über den Wechselrichter. So gibt es als Bonus zu den oben beschriebenen Vorteilen noch eine Gaseinsparung von 130 Euro im letzten Jahr. Auch dies sind Werte, die sich summieren – und die relativ hohen Anfangsinvestitionen in eine Lipo weiter relativieren.

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