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AMUMOT Ratgeber

Meine Erfahrungen und Erkenntnisse aus 10 Jahren Wohnmobilleben.

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 und zwischen den Wohnmobiltouren richtig lagert.

Lithium Akkus wollen nicht voll sein! Oder doch?

ladekennlinie für Lithium Batterien
Mit den richtigen Ladegeräten lässt sich ein dauerhafter 100% Ladezustand vermeiden

 

In den Anfängen der Lithium Technik im Wohnmobil hat sich noch kein Mensch um die richtige Pflege geschert. Auch die Lieferanten für Wohnmobil Lithium Batterien gaben keine Anlass zur Besorgnis.
Bekannt ist, dass Lithium Batterien keinen Schaden nehmen, wenn sie nicht voll aufgeladen werden. Ob ein dauerhafter Ladezustand von 100% für die Batterien mit Lithium Technik förderlich für die Lebensdauer ist, oder sich doch eher negativ auswirkt, mag bis heute keiner klar sagen.

Die Kennlinien der herstellereigenen Ladegeräte deuten jedenfalls darauf hin, dass eine dauerhafte Vollladung der Batterien kein Problem ist. Manch einer empfiehlt sogar eine Lager-/Ladeerhaltungsspannung von 13,5V, was nahezu 100% Ladezustand entspricht. Fragt man die Importeure von LiFePO4 Zellen, wird jedoch eine Lagerung bei 13,2-13,3V empfohlen. Wir fischen also im Trüben und es bleibt nur eine Analyse des Schwarmwissen übrig:

  • Grundsätzlich sind alle Lithium Batterien ähnlich in ihren Eigenschaften. Egal ob nun Li-Ion, Li-Po oder LFP, wie sie im Wohnmobil zum Einsatz kommen. Durch verschiedene chemische Zusammensetzungen werden die Eigenschaften der Batterien verbessert, oder sie werden sicherer wie es es bei LiFe(Y)PO4 der Fall ist.
  • Grundsätzlich schadet den Batterien ein mittlerer Ladezustand über lange Zeit nicht! Da sind sich auch alle einig. Ob nun die Batterien voll gelagert werden dürfen sagt keiner so ganz eindeutig. Wikipedia schreibt “nicht voll lagern”, Importeure von Winston Zellen empfehlen auch eher 13,3V statt ganz voll.

Es ist also ein Trend zu erkennen, dass es wohl besser zu sein scheint, die Batterien nicht ganz voll zu lagern. Zumindest fügt diese Lagerung den Batterien keinen Schaden zu!

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

Aber Achtung

Trotzdem bleibt es ein Akku, der aufgeladen und danach wieder entladen werden soll. Und das können Lithium Batterien nun mal deutlich besser als die in der Vergangenheit verwendeten Bleibatterien. Eben mit dem kleinen Unterschied, dass Bleibatterien möglichst immer voll und Lithium Batterien am besten immer halb voll sein sollten – um eine gleich optimale Lebenserwartung zu erzielen.

Ich werde daher meine Batterie immer voll aufladen, wenn ich die volle Kapazität nutzen möchte. Aber ich werde die Akkus auch schonen, indem ich sie im Sommer nicht ganz voll auflade, wenn sowieso mehr als genug Strom zur Verfügung steht.

Nur 50% Ladezustand bei Lithium Batterien?

Welche Konsequenzen hat das nun 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?

Ein kleines Beispiel: Ein Autoreifen hält, wenn man nicht fährt, auch deutlich länger – trotzdem fahren die Leute damit und nehmen den Verschleiß in Kauf. Fährt man mit dem Reifen bei der Formel 1, ist er nach wenigen Kilometern abgefahren. Fährt man damit vorausschauend und in den Kurven etwas langsamer, halten Autoreifen deutlich länger.
Gleiches gilt für Lithium Batterien: Nutzt man nur 70% der Kapazität sind 5-7000 Ladezyklen drin – nutzt man die volle Kapazität sind es nur noch 1000 Zyklen. Beide Zahlen sind immer noch ein Vielfaches der zu erwartenden Lebenserwartung von Bleibatterien.

Warum sollte eine Lithium Batterie nicht immer voll sein?

Ich bin kein Chemiker, sondern ein praxisorientierter Nutzer, der sich aus allen möglichen Quellen bedient und versucht, eine für den Endverbraucher praxistaugliche Lösung zu stricken. Leider geben viele Hersteller keine fundierten Angaben heraus – weder zum Betrieb noch zur Lagerung der Batterien. Auch passende Ladegeräte, die einen Lagermodus für Lithium Batterien bieten, gibt es bis heute nur wenige. Nimmt man den Schnitt aller Meinungen, inklusive der Batterie Hersteller wie Winston, dann ergibt sich Folgendes:

Beim Laden einer Lithium Batterie steigt der Druck in der Zelle mit steigender Spannung. Hohe Spannungen, also hohe Ladezustände, sorgen in der Batterie für schnellere Alterung und letztendlich zu verfrühtem Kapazitätsverlust.
Je weniger lang die Batterie also bei 100% Ladezustand gehalten wird, desto besser ist es für die Lithium Zellen. Es spricht nichts dagegen, die Batterie während der Fahrt mit dem Booster voll aufzuladen, um dann danach ein paar Tage ohne Nachladen das Wohnmobil mit Strom versorgen zu können. Eine Woche Campingurlaub auf dem Campingplatz mit angeschlossenem Landstrom und eingeschaltetem Ladegerät sind dagegen weniger optimal.

Laptops, E-Autos usw. sollte man auch nicht voll Lagern

Dass Lithium Batterien nicht immer voll aufgeladen gelagert werden sollen, hat man auch in anderen Branchen schon erkannt. Hier ein paar Beispiele, die mir auf die Schnelle einfallen:

  • Laptop Akkus: Lenovo hat spezielle Ladeprofile, mit denen der Akku nur zu einem gewissen Prozentsatz geladen wird, wenn man zum Beispiel nicht immer die volle Kapazität nutzen will. Wird der Akku lange am Netz betrieben, kann eingestellt werden, dass der Akku nur noch bei 50% Ladezustand gehalten wird. Das soll die Lebensdauer der Zellen laut Lenovo deutlich verlängern.
  • Ebikes: Auch verweisen einige Hersteller darauf, dass die Akkus im Winter nicht ganz voll gelagert 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.

All dieser Aufwand wäre nicht nötig, wenn es bedenkenlos möglich wäre, den Akku zu 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.
Auch Wikipedia schreibt, dass es ein voller Ladezustand, neben hohen Temperaturen, der Lebensdauer der Akkus nicht zuträglich ist.

Ich versuche daher, meine Lithium Batterien zwischen 10% und 90% Ladezustand zu halten – bei meinem Stromverbrauch ist das von Herbst bis Frühjahr kein Problem.
Da ich die Akkus jeden Tag nutze, ist für mich das Lagern zwar weniger ein Thema, aber im Sommer liefert die Solaranlage so viel Energie, dass die Lithium-Batterien schon am Vormittag voll aufgeladen sind. Das hat mich zum Nachdenken bewegt und ich begann, nach einer Lösung zu suchen.

Den Ladezustand der Lithium Batterie selbst steuern.

Ich habe mir überlegt, dass es wohl am einfachsten sein wird, wenn man die Batterie einfach nicht ganz voll auflädt, wenn man die volle Kapazität sowieso gerade nicht benötigt. Zum Beispiel beim Sommerurlaub, wo die Solaranlage viel Energie liefern und oft nur wenig verbraucht wird. Ein Abschalten der Solaranlage wäre ein Weg – der aber dazu führt, dass die Batterie schon über den Tag wieder entladen werden würde, was unnötigen Verschleiß bedeutet, denn Solarstrom ist billiger als Lithium Strom. Also muss es einen Weg geben, es dem Solarregler beizubringen, dass die Batterie schonend geladen wird, ohne sie dabei ständig auf 100% aufzuladen.
Diese Funktion wäre auch dann sinnvoll, wenn das Wohnmobil unbenutzt zuhause in der Sonne steht und kein Strom verbraucht wird.

Lösung: Programmierbare Solarladeregler

Laderegler für Lithium Batterien
MPPT Laderegler von Victron Energy eignen sich bestens für LiFePO4 Akkus

 

MPPT Solarladeregler von Victron Energy lassen sich einfach durch eine selbstgebastelte Ladekennlinie so anpassen, dass oben beschriebene Wunsch-Betriebsart erreicht werden kann.
Um das zu erreichen, stellt man am Solarladeregler die Ladekennlinie so ein, dass die Batterie gar nicht voll aufgeladen werden kann, selbst wenn rund um die Uhr die Sonne scheinen würde.

Gleiches geht auch mit einem 230V Ladegerät, wenn das Wohnmobil unter dem Carport nicht mit Solarstrom versorgt werden kann. Um nun die Batterie vor unkontrollierter Tiefentladung durch den Eigenverbrauch von BMS und sonstigen Kleinstverbrauchern zu schützen, muss das System entweder komplett abgeschaltet werden, oder man schließt ein Landstrom Ladegerät an, welches durch eine spezielle Ladespannung die Batterie dauerhaft im idealen Ladezustand hält.

Hach ist das ein Aufwand denkt sich jetzt bestimmt so manch einer. Ich würde sagen, während dem Urlaub immer auf der Suche nach einer Steckdose sein zu müssen, wäre mir deutlich lästiger als alle paar Tage oder Wochen mal kurz eine Ladekennlinie an einem Ladegerät umzustellen.

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 drei Ladekennlinien erstellt und abgespeichert. Je nach gewünschter Betriebsart kann ich dem Regler in Sekunden das passende Profil verpassen.

Ich habe mir 3 Kennlinien zusammengestellt, welche ich einfach nach Wunsch aufrufen kann.

  • Volle Leistung (100% SOC)
  • Sommerbetrieb (ca. 80-90% SOC
  • Lagermodus (50% SOC)

Folgende Parameter werden dabei im Laderegler hinterlegt:

Powermodus – immer Voll für schlechtes Wetter

Semi optimale Ladekennlinie für Lithium batterien
Ladekennlinie für immer volle Kapazität und zur Zell-Balancierung

 

Hier wird die Batterie nach der Victron empfohlenen Ladekennlinie geladen. Für den Normalbetrieb ist das ok, wenn immer die volle Kapazität benötigt wird. Wenn ich sehe, dass schlechtes Wetter droht, aktiviere ich am Tag vorher dieses Profil, damit ich die volle Batteriekapazität für die Schlechtwetterperiode zur Verfügung habe.

Einstellwerte für den MPPT Regler:

  • Konstantspannung 14,2V
  • Maximale Konstantspannungsdauer 6 Stunden
  • Erhaltungsspannung 13,5V
  • Ausgleichsspannung 0V
  • Automatischer Zellausgleich deaktiviert

Sommerbetrieb – keine Volladung

richtig laden von Lithium batterien
Sommerbetrieb, die LiFePO4 Batterie wird geschont

 

Damit die Lithium Batterie nicht jeden Tag voll herum steht, senke ich die Konstantspannung und Erhaltungsspannung leicht ab. Dazu aktiviere ich den Zellausgleich für alle 30 Tage mit 14,4V.
Diese Einstellung entspricht etwa 90% Ladezustand. Ob jedoch die 90% auch erreicht werden, hängt davon ab, wie leer der Akku am Morgen war. Durch die niedere Konstantspannung bricht der maximal Ladestrom früher ein und es dauert teils recht lange bis die 90% erreicht werden. Hier kann man auch etwas spielen, ich setze die Konstantspannung im Sommer teilweise bis auf 13,7V runter, wenn ich sowieso mehr als ausreichend Solarstrom zur Verfügung habe.

Einstellwerte für den MPPT Regler:

  • Konstantspannung 13,6-14V
  • Maximale Konstantspannungsdauer 6 Stunden
  • Erhaltungsspannung 13,4V
  • Ausgleichsspannung 14,2V (Victron bis 2018 14,4V)
  • Automatischer Zellausgleich alle 30 Tage

Lagermodus – Dauerladezustand von ca. 50%

Lithium Batterie mit Solar laden
Lagermodus für Lithium batterien.

 

Wird das Wohnmobil nicht benutzt und steht vor dem Haus in der Sonne, kann der Lagermodus für eine Ladeerhaltung bei etwa 50-70% Ladezustand sorgen. Für die Lithium Batterie ist das deutlich entspannter, als wenn sie jeden Tag aufs Neue eines mit 14,2V auf die Mütze bekommt.

Einstellwerte für den MPPT Regler:

  • Konstantspannung 13,15-13,35V
  • Maximale Konstantspannungsdauer 6 Stunden
  • Erhaltungsspannung 13,15-13,35V
  • Ausgleichsspannung 14,2V (Victron bis 2018 14,4V)
  • Automatischer Zellausgleich DEAKTIVIERT

Risiken beim Lagern von Lithium Batterien im Wohnmobil

Folgende Problematik betrifft uns beim Betrieb von Lithium Akkus. Die Zellen haben zwar selbst eine äußerst geringe Selbstentladung, diese wird aber vom Stromverbrauch der Überwachungselektronik wieder zunichte gemacht. Daher entladen sich Lithium Systeme mit der Zeit trotzdem.
Wer nun denkt, dass so ein LiFePO4 Akku einfach so hingestellt werden kann, und man sich nicht weiter darum kümmern muss, weil das BMS ja vor Tiefentladung schützt, wird das unter Umständen teuer bezahlen müssen:
Im Betrieb schaltet das BMS zwar zuverlässig die Verbraucher bei Tiefentladung ab und wenn die Batterie dann wieder geladen aufgeladen wird, ist alles im grünen Bereich. Entlädt sich das System jedoch unbeaufsichtigt durch den Eigenverbrauch, schaltet das BMS zwar auch am Tag X ab, weil der Akku leer ist, aber der Eigenverbrauch von BMS, Batteriecomputer und den Zellbalancern im Akku sorgen weiter für eine Entladung bis zum Tod der Batterie!

Daher sollte man beim Lagern von Lithium Batterien entweder dafür sorgen, dass sich das System bei Nichtgebrauch so langsam wie möglich entlädt. (Das kann erreicht werden, indem man über einen Batterietrennschalter die Batterie von BMS und Batteriecomputer trennt.)
Oder man sorgt dafür, dass die Batterie gar nicht unter einen bestimmten Ladezustand fallen kann, indem, wie oben beschrieben, die Ladegeräte für eine Ladeerhaltung mit fest eingestellter Spannung sorgen.

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

  1. Auf Nummer Sicher:
    Die Batterie direkt am Pol von allen Verbrauchern trennen. Victron Energy LiFePO4 Batterien haben ein BMS in der Minusleitung. Trennt man bei SOC 80% direkt die Minusleitung von dem Batteriepol ist die Batterie sicher und kann 1 Jahr gelagert werden ohne nachgeladen werden zu müssen. Wer keine Lust hat, jedes mal das Werkzeug zu suchen, oder nur schwer an den Batteriepol rankommt, baut einfach einen Trennschalter ein, welcher direkt nach dem Batteriepol und noch vor dem BMS angeschlossen wird. Nicht zu verwechseln mit dem Trennschalter im Wohnmobil. Der schaltet nur die 12V Verbraucher, jedoch nicht das BMS ab.
    Ohne die kleinen Verbraucher kann eine 80% volle Lithium Batterie 1 Jahr gelagert werden. Die 200AH LiFeYPO4 Batterie von Fraron hat das BMS integriert. Über den Hauptschalter können zwar die Verbraucher nach außen abgeschaltet werden, der interne Verbrauch durch BMS und Balancer bleibt aber bestehen. Fraron empfiehlt daher, die Batterie mit 100% Ladezustand abzuschalten und alle 6 Monate wieder aufzuladen.
  2. Immer am Landstrom:
    Wenn das Fahrzeug am Landstrom angeschlossen werden kann, gibt es eine weitere Möglichkeit, um die Batterie ständig bei etwa 40-50% Ladezustand zu halten. Die Ladegeräte BLG20 bis BLG50 aus meinem Shop haben einen Netzteil-Modus, bei dem nur eine feste Spannung ausgegeben wird, ohne Kennlinie. Über einen Schalter kann diese Spannung eingestellt werden. (Siehe unten)
  3. Lagermodus über die Solaranlage: Parallel zu Landstrom gäbe es noch die Möglichkeit, den Solarladeregler in den oben beschrieben Lagermodus zu versetzen. Dann wird die Batterie auch ohne Landstromanschluss immer ausreichend nachgeladen – solange nicht wochenlang Schnee oder Laub von Bäumen auf den Solarmodulen liegt. Weiter ist darauf zu achten, dass das Wohnmobil nicht im Schatten steht.

Lithium Lagermodus mit dem 230V Ladegerät

Lithium Batterien im Wohnmobil laden
Die Geräte der BLG Serie ermöglichen einen einfachen Lagermodus für Lithium Batterien

 

Die meisten Ladegeräte im Wohnmobil laden mit 14,4V Ladeendspannung und halten danach die Batterien bei 13,8V. Für Lithium Batterien sind 13,8V 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 diesem hier beschriebenen Ladegerät ist das einfach zu realisieren. Bestellen kann man das Ladegerät praktischerweise direkt bei mir im Shop.

Die Funktion Power Supply, mit 13,2-13,3V Dauerspannung, ist für Lithium Batterien der perfekte Lagermodus! Es wird dabei nicht geladen, sondern nur verhindert, dass die Spannung unter 13,2V absinkt. Die Batterie kann also nicht zu tief entladen werden.

Mein Vorschlag für die perfekte Lithium Ladekennlinie

Wie lädt man Lithium Batterien richtig
Die Ladegeräte der BLG Serien können einen manuell einstellbaren Lagermodus.

 

Wie oben im Bild zu sehen, gibt es an den Ladegeräten der BLG Serie 3 kleine Schiebeschalter (Nummer ➊/➋/➌ im Bild).

Schalter ➋ (Batterietyp) wird einmal auf WET/AGM eingestellt und dann nicht mehr verändert! Mit den Schaltern rechts davon basteln wir uns zwei Kennlinien für den Lagermodus und Normalbetrieb:

Normalbetrieb, volles Aufladen der Batterie:

  • Schalter ➋ WET/AGM
  • Schalter ➌ 13,5V
  • Schalter ➊ BATTERY CHARGER

Lagermodus

  • Schalter ➋ WET/AGM
  • Schalter ➌ 13,2V
  • Schalter ➊ POWER SUPPLY

Schon Lademodus ohne Volladung

Bei dieser Einstellung lädt das Ladegerät den Akku über Nacht langsam auf, ohne dabei eine Spannung über 14V zu erreichen. Der Ladezustand wird sich dabei zwischen 80-95% einpendeln. In dieser Stellung sollte das Ladegerät nur so lange betrieben werden, bis der Akku keinen Strom mehr aufnimmt. Danach wird es abgeschaltet.

  • Schalter ➋ WET/AGM
  • Schalter ➌ 13,8V
  • Schalter ➊ POWER SUPPLY

Wenn die nächste Reise nun beginnt, reicht es, einfach das Landstromkabel auszustecken und der Ladebooster sorgt während der Fahrt dafür, dass die Batterie wieder aufgeladen wird. Alternativ kann man auch einen Tag vorher das Ladegerät kurz umstellen, damit die Batterie über Nacht voll aufgeladen werden kann.

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.

Mei Fazit

Seit 4-5 Jahren werden Lithium LiFeYPO4 Batterien schon in Wohnmobilen eingebaut. Eine Umrüstung der verbauten Ladetechnik ist nicht erforderlich, wenn sich die Ladegeräte auf eine Ladekennlinie für nasse Bleibatterien (Lead Accid / WET / Blei nass) einstellen lassen. Wird das Wohnmobil für einen längeren Zeitraum nicht genutzt, wird der Akku bei etwa 80% Ladezustand vom Bordnetz und BMS getrennt und ist dann 1 Jahr lagerfähig.

Vielen Nutzern ist das aber zu umständlich, zumal dann das Autoradio und die Uhr neu eingestellt werden müssen. Manche Kunde möchten auch ihr Wohnmobil spontan mal nutzen können oder lassen es über den Winter am Landstrom angeschlossen, damit die Heizung durchlaufen kann. Hier ist dann die Umrüstung auf ein passendes Ladegerät sinnvoll, damit die Batterie durch Landstrom im idealen Ladezustand gehalten und ein Entladen verhindert werden kann.

Gleiches gilt auch für die Solaranlage – wenn das Wohnmobil betriebsbereit das ganze Jahre draußen steht – dann sollte ein Solarladeregler nachgerüstet werden, welcher die Batterie nicht jeden Tag auf 100% auflädt. Wird die LiFePO4 Batterie nur über Solar „gelagert“, muss vor allem im Winter darauf geachtet werden, dass es bei Schnee auf dem Wohnmobildach nicht zu einer versehentlichen Tiefentladung kommt, weil die Solaranlage über längere Zeit keinen Strom liefern kann.