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Spannungsausgleich
Verhindert Spannungsspitzen beim Einschalten
LiFeYPo-100Ah
komplett verkabelt
Akkusteuerung-komplett
realisiert mit Bi-stabilem Relais
Akku 160 Ah
mit 2 Temperaturfühlern
Batteriemanagement
aktiv, d.h. verlustfrei und mit Temperaturüberwachung und -steuerung
Akkuzelle
LiFePO4, 3.2V, 200Ah
Batteriecomputer
Touchscreen - alle relevanten Werte

Wohl kaum ein Besitzer eines Reisemobiles oder Bootes ist mit der seitens der Hersteller verbauten Akkukapazität wirklich glücklich. So wird recherchiert und man bekommt die verschiedensten Optionen zur Aufrüstung aufgezeigt.

Eine dieser Optionen ist die Umrüstung auf LiFePO4. 

Man findet dann diverse verschiedene Ausführungen von fertigen LiFePO4-Akkus, die damit beworben werden, eine vollwertige Alternative zur vorhandenen Gel oder AGM-Batterie zu sein.

Grundsätzlich stimmt dies auch, sie haben die geforderte Akkuspannung (12-13,8V), liefern allesamt die angegebene Energie, meist 100Ah, haben die entsprechenden Polanschlüsse und verfügen meist über einen integrierten Zellspannungsausgleich. Manchmal sind sogar über die für eine LiFePO4-Batterie notwendigen Sicherheitseinrichtungen darin integriert.

Was aber nur sehr selten in den Artikelbeschreibungen zu finden ist, ist die Art der Schaltung der Einzelzellen. So werden teilweise bis zu 20 Zellen @ 5.000 mAh parallel geschaltet, um einen Zellblock von 3,2 V / 100 Ah zu erhalten.

Vier dieser Blöcke werden dann wiederum in Serie geschaltet, um die geforderten 12V / 100Ah zu realisieren. Somit befinden sich dann bis zu 80 Einzelzellen in einem Akkupack!

Das kann man natürlich so machen, aber von einer optimalen Konfiguration ist so ein Akku doch ein Stück weit entfernt.

Dann fügt man noch ein simples 4S-BMS (4S = 4 Zellen in Reihe) hinzu, und verdrahtet dieses mit ein paar "Kleinstrelais", die die zulässigen Leistungen gerade noch verkraften können (manchmal werden auch Transistoren verwendet, die allerdings verlustbehaftet sind) .

Und hier liegt das Problem. Um einen Zellblock mit 20 parallelgeschalteten Zellen wirklich optimal zu laden, ist es schon wichtig, dass die Zellen nicht nur alle die gleiche Charakteristik aufweisen, sondern dass der Ladestrom sich auch wirklich gleichmäßig auf diese Zellen verteilen kann. Das bedeutet, dass auch die Zuleitungen für jede einzelne Zelle einen identischen Widerstand haben sollten. Dieses ist in der Praxis kaum realisierbar und wird deshalb oft geflissentlich vernachlässigt. Man betrachtet also diesen Einzelblock einfach wie eine einzelne Zelle und setzt voraus, dass alle Zellen gleich mit Ladestrom beaufschlagt werden. Nun ist es zwar so, dass die Spannungen sich zwar ausgleichen, aber es geht wertvolle Energie verloren. Darüberhinaus ist es fast unmöglich, eine defekte Zelle zu bemerken, und je größer die Anzahl der parallelgeschalteten Zellen ist, umso größer ist natürlich auch die Wahrscheinlichkeit, eine defekte Zelle dazwischen zu haben, ohne dass man das gleich merkt, weil die Spannung davon ja nicht beeinflusst wird. Noch schlimmer kann es werden, wenn eine der Zellen einen Kurzschluss hat. Dann nämlich kann der Akku durchaus überhitzen und weitere Zellen beschädigen. So ein Akku ist also in der Praxis weit davon entfernt, optimal zu sein.  Natürlich wird so etwas ähnliches auch bei den großen Akkupacks von Elektro- und Hybridfahrzeugen gemacht, diese Packs sind aber selbstverständlich mit den entsprechend aufwändigen Sicherheits-, Balancer- und Diagnoseeinrichtungen versehen. Das dürfte bei den "günstigen" 12V-Akkupacks wohl eher nicht der Fall sein. Hinzu kommt noch, dass fast ausnahmslos alle Hersteller dieser Akkupacks lediglich passives Balancing verwenden, welches obendrein erst wirksam wird, wenn die Ladeschlusspannung fast erreicht ist.

Dieses Beispiel zeigt schon eindrucksvoll, dass man zwar mit solchen Maßnahmen seine Akkukapazität aufrüsten kann, aber dennoch nicht das optimale aus der Versorgung heraus holt.

Es kommt aber noch ein weiterer Aspekt hinzu:

Bei diesen Akkus sind ja meistens, wie es sich gehört, die notwendigen Sicherheitseinrichtungen vorgesehen. Allerdings nur die Sicherheitseinrichtungen, und keine Begrenzung der regulären Ladeschlussspannung. Diesbezüglich verlässt man sich auf die Ladeperipherie. Dass aber sehr viele Ladeeinrichtungen nicht auf eine vernünftige Ladeschlussspannung eingestellt sind, bzw. eingestellt werden können, wird nicht beachtet. Natürlich kann man diese Ladeeinrichtungen ebenfalls gegen solche auswechseln, die entsprechend einstellbar sind, aber dann relativieren sich die vermeintlich eingesparten Kosten gegenüber einem konfigurierten Akku doch recht schnell.

Somit werden diese Akkus sehr häufig (nicht immer!) bis auf ca. 3,7 V Zellspannung geladen, was nun wirklich deutlich über der Nominalspannung liegt und den Akku unnötig stresst.

Auch sind die Unterspannungseinstellungen häufig (wenn nicht gar meistens) auf eine Zellspannung von ca. 2,5 V eingestellt. Kommt man nun öfter mal an diese Grenze stresst das den Akku genauso.

Aber durch dieses "an die Grenzen gehen" erreicht man natürlich am Ende ganz sicher die auf dem Typenschild genannte Kapazität. Ok, aber ich halte das für "auf Kante genäht"

Die von mir konfigurierten Akkus basieren ausschließlich auf WINSTON Zellen (meist 4 Zellen in Reihe) und die Ladeschlussspannung ist auf maximal 3,55V (14,2V Akkuspannung) begrenzt, ebenso ist die Entladeschluss-Zellspannung auf 2,8V (11,2V Akkuspannung) begrenzt. Dieses gewährleistet sowohl die Nominalkapazität, als auch die Schonung des Akkus.

Dann macht es auch nichts mehr, wenn die Ladequelle eine höhere Spannung (z.B. 14,7V) an den Akku anlegt. Sobald die Zellspannung von 3,55V erreicht ist, wird die Ladeeinrichtung vom Akku getrennt.

Meine eigene Anlage habe ich sogar bei 3,5V pro Zelle (14,0V Akkuspannung) begrenzt, und einige Kunden haben dies auch schon gewünscht

Das eine solche Konfiguration mehr Platz benötigt, als ein "Fertigakku", liegt auf der Hand. Meistens passt daher nur ein 100Ah-Akku unter einen Sitz.

 

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