Lithi­um-Bat­te­rie im Wohn­mo­bil: Rat­ge­ber zur Nut­zung von LiFePO4 Akkus

Lithium-Batterie Wohnmobil

Du denkst dar­über nach, dein Wohn­mo­bil mit einer Lithi­um-Bat­te­rie aus­zu­stat­ten, oder möch­test gerne deine Blei­bat­te­ri­en (Gel, AGM, Nass) gegen eine LiFe­PO4-Bat­te­rie aus­tau­schen? Du möch­test wissen, welche Vor- und Nach­tei­le eine Lipo im Ver­gleich zur „nor­ma­len“ Blei­bat­te­ri­en hat und ob du deine alte Blei-Bat­te­rie ein­fach gegen eine Lithi­um-Bat­te­rie aus­tau­schen kannst? In diesem Bei­trag ver­su­che ich, auf alle Fragen rund um das Thema Lithi­um-Bat­te­rie im Wohn­mo­bil ein­zu­ge­hen.

Grund­sätz­li­cher Aufbau eines Lithi­um-Bat­te­rie-Sys­tems

Egal ob Handy, Tablet, Note­book, E-Auto oder E-Bike, in vielen Gerä­ten des täg­li­chen Gebrauchs ist die Lithi­um-Bat­te­rie nicht mehr weg­zu­den­ken. Auch in vielen Wohn­mo­bi­len werden immer mehr Blei-Bat­te­ri­en in Form von Gel, AGM oder Nass­bat­te­ri­en durch Lithi­um-Tech­no­lo­gie ersetzt. LiFePO4 Zellen sind sehr emp­find­lich gegen Über­la­dung, bzw. Tief­ent­la­dung. Des­halb müssen sie durch ein BMS (Bat­te­rie-Manage­ment-System) geschützt werden. Die Über­wa­chung der ein­zel­nen Zellen über­neh­men die Balan­cer und geben bei Feh­lern ein pas­sen­des Schalt­si­gnal an das BMS weiter. Die wich­tigs­ten Bau­tei­le eines Bat­te­rie­sys­tems auf Lithi­um­ba­sis sind:

  • LiFePO4 Zellen
    Die Nenn­span­nung einer Zelle beträgt 3,2V. Eine Lipo besteht daher aus vier in Reihe geschal­te­ten Zellen, um auf eine Nenn­span­nung von 12,8V zu kommen.
  • Balan­cer
    Sie über­wa­chen die ein­zel­nen Zellen auf Über- bzw. Unter­span­nung, Tem­pe­ra­tur oder Über­last und geben bei Feh­lern ein Schalt­si­gnal an das BMS weiter.

Die ein­zel­nen LiFePO4 Zellen und Balan­cer sind bei allen gän­gi­gen Bat­te­rie­sys­te­men im Bat­te­rie­ge­häu­se inte­griert. Eine Aus­nah­me bilden ledig­lich Selbst­bau­ten, auf die ich aber nicht weiter ein­ge­hen werden. Selbst­bau­ten sind eher etwas für Bast­ler mit Fach­kennt­nis­sen und die ein­zel­nen Kom­po­nen­ten sind mitt­ler­wei­le fast genau­so teuer wie eine fer­ti­ge LiFePO4 Bat­te­rie.

  • Bat­te­rie-Manage­ment-System (BMS)
    Es trennt bei Feh­lern den Lade- oder Ent­la­de­strom von der Lithi­um-Bat­te­rie. Je nach Akku­typ ist das BMS eben­falls in das Bat­te­rie­ge­häu­se inte­griert. Es gibt aber auch Lipos die den Anschluss eines exter­nen Bat­te­rie-Manage­ment-Sys­tems erfor­der­lich machen (z. B. Vic­tron Energy).
Schaltplan Victron Lipo mit BMS 12/200
Anschluss­plan einer Vic­tron Energy Lipo mit BMS 12/200 als Ersatz für eine Blei­bat­te­rie (AGM, Gel, Säure)

Wie man im oberen Schalt­plan ent­neh­men kann wird der AB Ein­gang des Vic­tron-BMS im Wohn­mo­bil nicht genutzt. So kann das System pro­blem­los in eine bestehen­de Wohn­mo­bil-Elek­trik inte­griert und/oder eine Blei­bat­te­rie (AGM, Gel, Nass) ersetzt werden. Ein vor­han­de­nes Trenn­re­lais, Lade­boos­ter oder EBL können so weiter genutzt werden. 

Vor­tei­le von Lithi­um-Ionen-Akkus im Wohn­mo­bil?

Lithi­um-Bat­te­ri­en bieten im Ver­gleich zu Gel-, AGM oder Nass­bat­te­ri­en viele Vor­tei­le, was der Nut­zung im Wohn­mo­bil sehr ent­ge­gen­kommt. Sie sind deut­lich lang­le­bi­ger, haben ein gerin­ge­res Gewicht und lie­fern auch bei gerin­ger Rest­ka­pa­zi­tät eine kon­stan­te Leis­tung. Dazu kommt noch ein posi­ti­ves Lade­ver­hal­ten und die Eig­nung hohe Ströme lie­fern zu können ohne hohe Span­nungs­ein­brü­che zur Folge zu haben.

Fol­gen­de Vor­tei­le spre­chen für die Nut­zung von LiFe­PO4-Bat­te­ri­en:

Hohe Zyklen­fes­tig­keit

Eine Lithi­um-Bat­te­rie hat im Ver­gleich eine deut­li­che höhere Zyklen­zahl und somit auch eine deut­lich grö­ße­re Lebens­dau­er als ver­gleich­ba­re Blei­ak­kus. So haben Lithi­um-Bat­te­ri­en die 5 – 10-fache Anzahl an Lade­zy­klen, im Ver­gleich zu Blei­bat­te­ri­en.

Ent­la­de­tie­feGelAGMLithi­um
50%600 – 650400 – 4504800 – 5000
70%*300 – 350200 – 2502800 – 3000
80%*200 – 300150 – 2002000 – 2500

*Nor­ma­ler­wei­se soll­ten Blei­ak­kus maxi­mal 50% ent­la­den werden. Manche nam­haf­te Her­stel­ler erlau­ben auch eine nied­ri­ge­re Ent­la­dung, z. B. Bat­te­ri­en von Vic­tron Energy oder Off­grid­tec. Bitte unbe­dingt die Anga­ben in den Daten­blät­tern beach­ten.

Wie man sehen kann, haben Lithi­um-Bat­te­ri­en eine deut­lich höhere Lebens­er­war­tung als Blei­ak­kus. Diese hohe Zyklen­zahl hat aber natür­lich auch ihren Preis. Dieser Preis ist aller­dings nur auf den ersten Blick höher als der für eine Gel- oder AGM-Bat­te­rie.

Gerin­ge­rer Platz­be­darf

Blei­bat­te­ri­en sollen nur bis maxi­mal 50% ent­la­den werden (Einige Her­stel­ler erlau­ben auch eine tie­fe­re Ent­la­dung, aller­dings sinkt die Zyklen­zahl dadurch deut­lich).

Somit stehen bei einem 200-Ah-Akku tat­säch­lich nur 100 Ah zur Ver­fü­gung. Bei einem Lithi­um-Ionen-Akku ist fast die kom­plet­te Kapa­zi­tät nutz­bar. So kann man grob sagen, dass z. B. eine 200-Ah-AGM-Bat­te­rie durch eine 100-Ah-Lipo ersetzt werden kann. Das sorgt für einen gerin­ge­ren Platz­be­darf.

Lithi­um-Bat­te­ri­en haben ein deut­lich gerin­ge­res Gewicht

Zula­dung ist bei den meis­ten Wohn­mo­bi­len Man­gel­wa­re. Gerade bei Model­len bis 3,5 Tonnen kommt es auf jedes Kilo an. Wer will schon Strafe zahlen, weil das Wohn­mo­bil über­la­den ist?

Genau­so sieht es bei Wohn­wä­gen oder Kas­ten­wä­gen aus. Ein Blei­ak­ku mit 200 Ah hat bei­spiels­wei­se in etwa ein Gewicht von 60 – 70 kg. Eine LiFe­PO4-Bat­te­rie mit 100 Ah bringt gerade mal 12 – 16 kg auf die Waage.

Keine Voll­la­dung nötig

Wer über­wie­gend ohne Land­strom aus­kom­men möchte und sich keine Gedan­ken über Voll­la­dung machen will, sollte zu einer Lithi­um-Bat­te­rie grei­fen. Wie ich in meinem Bei­trag über Bat­te­ri­en im Wohn­mo­bil bereits erwähnt habe, benö­ti­gen Blei­ak­kus eine regel­mä­ßi­ge Voll­la­dung, um ihre ange­ge­be­ne Lade- und Ent­la­de­zy­klen zu errei­chen. Selbst mit einer sehr groß dimen­sio­nier­ten Solar­an­la­ge wird dies nur in den sel­tens­ten Fällen auf Dauer erreicht. Ein Blei-Akku sollte also in regel­mä­ßi­gen Abstän­den über ein Netz­la­de­ge­rät voll­stän­dig auf­ge­la­den werden. Ansons­ten wird die Kapa­zi­tät rela­tiv schnell nach­las­sen und die Blei­bat­te­rie unbrauch­bar. Man spricht in diesem Fall vom soge­nann­ten „Ver­hun­gern“ des Blei­ak­kus.

Hier kann die Lithi­um-Bat­te­rie ganz klar punk­ten. Auch wenn sie nicht regel­mä­ßig auf 100% gela­den wird, behält sie ihre Leis­tung und Kapa­zi­tät. Wer also fast aus­schließ­lich ohne Land­strom aus­kom­men möchte, ist mit einem LiFe­PO4-Akku am besten bedient, gerade zu den Jah­res­zei­ten, wo weni­ger Son­nen­en­er­gie ver­füg­bar ist und das Voll­la­den einer Blei­bat­te­rie durch­aus schwie­rig werden kann.

Zur Ladung von Lithi­um-Akkus wird weni­ger Solar­leis­tung benö­tigt

Wer schon einmal die Ladung eines Blei­ak­kus beob­ach­tet hat, wird fest­ge­stellt haben, dass mit zuneh­men­dem Lade­zu­stand der Lade­strom deut­lich abnimmt. Dies hat zur Folge, dass eine Blei­bat­te­rie eine län­ge­re Lade­zeit benö­tigt, um sie wirk­lich kom­plett voll zu bekom­men. So düm­pelt z. B. eine AGM-Bat­te­rie über meh­re­re Stun­den in der Absorb­ti­ons­la­dung, bis sie von 80% auf 100% gela­den ist. An dieser Tat­sa­che ändert auch eine große Solar­an­la­ge nicht viel. Sie könnte zwar einen hohen Lade­strom lie­fern, die Bat­te­rie selbst begrenzt diesen aber. Somit ver­pufft der über­schüs­si­ge Solar­strom im Solar­la­de­reg­ler.

Eine Lithi­um-Bat­te­rie nimmt bis zur Voll­la­dung immer den maxi­ma­len Lade­strom des Solar­la­de­reg­lers oder Lade­ge­räts auf und erreicht des­halb in viel kürzer Zeit ihren maxi­ma­len Lade­zu­stand. Somit kann die Solar­an­la­ge klei­ner dimen­sio­niert werden. (In unse­rem Solar­rech­ner ist dies bereits berück­sich­tigt.)

FAQ

Uns errei­chen immer wieder Fragen zur Nut­zung von Lithi­um-Bat­te­ri­en im Wohn­mo­bil. Wir haben hier­für einen klei­nen FAQ-Bereich, der die Wich­tigs­ten beant­wor­tet.

Warum sind Lithi­um-Bat­te­ri­en so teuer?
Auf den ersten Blick mag der Ein­druck stim­men, dass Lithi­um-Bat­te­ri­en teuer sind. Wenn man aber die Zyklen­zahl und Lebens­dau­er betrach­tet, rela­ti­viert sich das Ganze ziem­lich. Eine Lithi­um-Bat­te­rie hat im Ver­gleich zu einem AGM-Akku in etwa die 5 – 10-fache Lebens­er­war­tung. Eine Lipo kostet aber bei Weitem nicht das 5 – 10-fache einer Blei­bat­te­rie. Gerade bei einer inten­si­ven Nut­zung des Wohn­mo­bils rech­net sich der höhere Anschaf­fungs­preis ziem­lich schnell.
Kann ich meine Blei­bat­te­rie ein­fach gegen einen Lithi­um-Ionen-Akku erset­zen? Kann ich meine alten Lade­ge­rä­ten weiter nutzen?
Im Grunde ja, da Lithi­um-Bat­te­ri­en die glei­chen Lade­span­nung wie Blei­ak­kus benö­ti­gen. Ledig­lich bei der Span­nung für die Erhal­tungs­la­dung sollte man prüfen, ob die Lade­ge­rä­te (Solar­la­de­reg­ler, Netz­la­de­ge­rät usw.) auf die pas­sen­de Span­nung ein­ge­stellt werden können. Die Lipos von Vic­tron benö­ti­gen 13,5V, die Akkus von Off­grid­tec können auch bei 13,8V dau­er­haft am Lade­ge­rät ver­blei­ben.
Sind Lithi­um-Bat­te­ri­en gefähr­lich?
Lithi­um-Ionen-Akkus können unter bestimm­ten Umstän­den bren­nen. Bei einem ord­nungs­ge­mä­ßen Umgang mit Lithi­um-Bat­te­ri­en ist die Gefahr eines Bran­des aller­dings sehr gering. Die größte Gefahr geht von einer Über­la­dung aus, was durch den Ein­satz von qua­li­ta­tiv hoch­wer­ti­gen Akkus, Lade­ge­rä­ten und eines BMS ver­mie­den werden kann. Des­halb sollte eine Lipo auch nie­mals ohne BMS betrie­ben werden. Natür­lich ist auch eine fach­ge­rech­te Mon­ta­ge der LiFePO4 Bat­te­rie Grund­vor­aus­set­zung für einen siche­ren Betrieb. Ins­ge­samt ist die Lithi­um-Tech­no­lo­gie als sehr sicher ein­zu­stu­fen. Übri­gens können auch Blei­bat­te­ri­en unter bestimm­ten Umstän­den explo­die­ren, wenn sie über­la­den werden oder es zu einem Zell­schluss kommt. Aber auch das ist eher eine Aus­nah­me.
Lithi­um-Ionen-Akku mit inte­grier­tem oder exter­nem BMS, was ist besser?
Für welche Vari­an­te man sich ent­schei­det, hängt unter ande­rem vom per­sön­li­chen Nut­zungs­ver­hal­ten ab. Das exter­ne BMS von Vic­tron hat bei­spiels­wei­se eine höhere Schalt­leis­tung als z. B. das inte­grier­te von Off­grid­tec. Sollen sehr hohe Lade­strö­me oder ein Wech­sel­rich­ter mit sehr hoher Aus­gangs­leis­tung betrie­ben werden, muss man viel­leicht zu einer Lipo mit exter­nem BMS grei­fen. Dies erfor­dert aber wie­der­um einen etwas grö­ße­ren Auf­wand bei der Ver­ka­be­lung und etwas höhere Mate­ri­al­kos­ten. Soll­test Du Dir unsi­cher sein, schreib uns ein­fach eine Nach­richt. Wir helfen Dir gerne bei der Aus­wahl des pas­sen­den Sys­tems.
Benö­ti­ge ich zwin­gend ein Bat­te­rie-Manage­ment-System (BMS)?
Wie bereits erwähnt ist ein BMS für den siche­ren Betrieb einer LiFe­PO4-Bat­te­rie zwin­gend nötig. Eine Tief­ent­la­dung kann bereits zur dau­er­haf­ten Beschä­di­gung führen. Auch ein Über­la­den kann die Bat­te­rie nach­hal­tig schä­di­gen und führt zu einem Ver­lust der Garan­tie­an­sprü­che.
LiFe­PO4-Akkus dürfen bei tiefen Tem­pe­ra­tu­ren nicht gela­den werden, rich­tig?
Das ist rich­tig. Das BMS begrenzt in diesem Fall die Ladung oder ver­hin­dert sie kom­plett. In der Praxis sind Lithi­um-Akkus aber im Fahr­zeu­g­inne­ren ver­baut. Wer mit seinem Wohn­mo­bil im Winter unter­wegs ist, wird aber selten im Kalten sitzen oder fahren wollen. Sobald sich der Innen­raum und die Bat­te­rie auf die Min­dest­tem­pe­ra­tur auf­ge­wärmt hat, schal­tet das BMS den Lade­strom zu und der Akku wird gela­den.
Dürfen Lithi­um-Akkus bei nied­ri­gen Tem­pe­ra­tu­ren ent­la­den werden?
Beim Ent­la­den bis Minus 20 Grad Cel­si­us gibt es keine Ein­schrän­kun­gen. Die ver­füg­ba­re Kapa­zi­tät sinkt bei einer LiFePO4 Bat­te­rie je nach Tem­pe­ra­tur.
Kann ich eine Lithi­um-Bat­te­rie über die Licht­ma­schi­ne laden?
Auch eine Ladung über die Licht­ma­schi­ne ist gene­rell mög­lich. Man sollte aber auf die maxi­mal emp­foh­le­nen Lade­strö­me achten.
Können Lipos mit ver­schie­de­nen Kapa­zi­tä­ten genutzt werden?
Nein. Die Lipos müssen die glei­che Kapa­zi­tät auf­wei­sen und vom selben Typ sein.

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