LiFePO4-Batterie-Tabellen: Spannung, Ladezustand und wichtige Daten

LiFePO4-Batterien auf einen Blick verstehen

LiFePO4-Batterien, ausgeschrieben Lithium-Eisenphosphat-Batterien, werden häufig in Wohnmobilen, Golfcarts, Booten, Photovoltaik-Inselanlagen und Notstromsystemen eingesetzt. Sie bieten eine stabile Leistungsabgabe, einen hohen nutzbaren Energieanteil und eine deutlich höhere mögliche Zyklenzahl als viele herkömmliche Blei-Säure-Batterien.

Die technischen Daten können jedoch auf den ersten Blick verwirrend sein. Nennspannung, Ladeschlussspannung, Ladezustand, Entladestrom und BMS-Grenzwerte beschreiben unterschiedliche Eigenschaften. Die folgenden Tabellen zeigen, welche Werte bei der Auswahl und Auslegung einer LiFePO4-Batterie besonders wichtig sind.

Übersicht der wichtigsten LiFePO4-Eigenschaften

Bei den Angaben handelt es sich um allgemeine Richtwerte. Verbindlich sind immer das Datenblatt und die Bedienungsanleitung des jeweiligen Batterieherstellers.

Nennspannung und typische Ladespannung

Eine einzelne LiFePO4-Zelle besitzt eine Nennspannung von ungefähr 3,2V. Durch die Reihenschaltung mehrerer Zellen entstehen Batteriesysteme mit unterschiedlichen Spannungen.

Die genaue Ladespannung kann je nach Produkt abweichen. Eine zu niedrig eingestellte Ladespannung kann verhindern, dass die Batterie vollständig geladen wird. Eine zu hohe Spannung kann den BMS-Schutz auslösen oder die Lebensdauer beeinträchtigen.

Ladezustandstabelle für eine 12,8V-LiFePO4-Batterie

Die folgende Tabelle zeigt ungefähre Ruhespannungen. Für eine aussagekräftigere Messung sollten Ladegerät und größere Verbraucher getrennt werden. Anschließend sollte sich die Batteriespannung zunächst stabilisieren.

Die Entladekurve einer LiFePO4-Batterie ist sehr flach. Dadurch kann bereits eine geringe Spannungsänderung für einen deutlich veränderten Ladezustand stehen.

Ein Batteriemonitor mit Shunt erfasst den tatsächlich hinein- und herausfließenden Strom. Für Wohnmobile, Boote und Solaranlagen liefert er deshalb meist eine zuverlässigere Ladezustandsanzeige als eine reine Spannungsmessung.

Besonderheiten der LiFePO4-Chemie

LiFePO4 gehört zur Familie der Lithium-Ionen-Batterien, verwendet jedoch Lithium-Eisenphosphat als Kathodenmaterial. Diese Zellchemie ist für ihre hohe thermische und chemische Stabilität bekannt.

Im Vergleich zu einigen Lithium-Ionen-Chemien mit besonders hoher Energiedichte benötigt LiFePO4 etwas mehr Platz und Gewicht für die gleiche Energiemenge. Dafür bietet die Technologie ein ausgewogenes Verhältnis aus Sicherheit, Zyklenfestigkeit, Belastbarkeit und vorhersehbarem Betriebsverhalten.

Amperestunden und Wattstunden richtig vergleichen

Amperestunden geben die elektrische Ladungsmenge an. Sie reichen jedoch nicht aus, um Batterien mit unterschiedlichen Spannungen miteinander zu vergleichen. Dafür ist die Angabe in Wattstunden besser geeignet.

Wattstunden = Nennspannung × Amperestunden

Eine 51,2V-Batterie mit 100Ah speichert somit ungefähr viermal so viel Energie wie eine 12,8V-Batterie mit ebenfalls 100Ah. Für den Vergleich von Speichersystemen sollte daher immer die Energie in Wh oder kWh berücksichtigt werden.

Zyklenlebensdauer und Entladetiefe

Die Zyklenlebensdauer beschreibt, wie viele vollständige Lade- und Entladevorgänge eine Batterie durchlaufen kann, bevor ihre verfügbare Kapazität auf einen definierten Wert sinkt.

Die angegebene Zyklenzahl wird von mehreren Faktoren beeinflusst:

• Entladetiefe pro Zyklus
• Lade- und Entladestrom
• Zelltemperatur
• Obere und untere Spannungsgrenze
• Dauerhaft sehr hoher oder sehr niedriger Ladezustand
• Qualität der Zellen und des BMS

Eine Batterie, die regelmäßig nur teilweise entladen und bei moderaten Temperaturen betrieben wird, kann in der Praxis länger halten als eine Batterie, die ständig bis an ihre Schutzgrenzen genutzt wird.

Dauerstrom, Spitzenstrom und BMS-Grenzen

Die Kapazität in Ah sagt nicht aus, wie viel Strom die Batterie gleichzeitig liefern kann. Dafür müssen der zulässige Dauerstrom und der kurzzeitige Spitzenstrom geprüft werden.

Eine Batterie kann noch ausreichend Energie gespeichert haben und trotzdem abschalten, wenn der angeschlossene Verbraucher die Stromgrenze des BMS überschreitet.

Bei einem Wechselrichter lässt sich der ungefähre Batteriestrom berechnen, indem die Leistung durch die Batteriespannung geteilt wird. Umwandlungsverluste und Einschaltströme müssen zusätzlich berücksichtigt werden.

Temperaturbereiche und Laden bei Kälte

Eine herkömmliche LiFePO4-Batterie sollte bei einer Zelltemperatur unter 0°C normalerweise nicht geladen werden. Beim Laden unterhalb des Gefrierpunkts kann sich metallisches Lithium anlagern und die Zellen dauerhaft schädigen.

Für Wohnmobile oder Außenanlagen, die auch im Winter geladen werden, kann eine Batterie mit integrierter Heizung und automatischer Niedertemperaturabschaltung sinnvoll sein.

Schutzfunktionen des Batteriemanagementsystems

Das BMS überwacht die einzelnen Zellen und trennt die Batterie, wenn ein sicherer Grenzwert überschritten wird. Je nach Modell sind folgende Schutzfunktionen möglich:

• Schutz vor Überladung
• Schutz vor Tiefentladung
• Überstromschutz
• Kurzschlussschutz
• Übertemperaturschutz
• Sperre des Ladens bei zu niedriger Temperatur
• Zellenausgleich

Das interne BMS ersetzt keine externe Sicherung. Kabelquerschnitt, Sicherungen, Trennschalter, Sammelschienen und Anschlüsse müssen für die Batteriespannung und den möglichen Strom ausgelegt sein.

Selbstentladung und Lagerung

LiFePO4-Zellen besitzen eine geringe Selbstentladung. Das ist vorteilhaft für saisonal genutzte Wohnmobile, Boote, Golfcarts und Notstromanlagen.

Im kompletten System können jedoch Bluetooth-Module, Wechselrichter, Überwachungsgeräte, Heizungen und andere Elektronik weiterhin Energie verbrauchen. Vor einer längeren Lagerung sollten nicht benötigte Verbraucher getrennt und der Ladezustand regelmäßig geprüft werden.

Die passende LiFePO4-Batterie auswählen

Systemspannung prüfen

Die Batterie muss zur Spannung des Wechselrichters, Ladereglers, Ladeboosters, Motors und der DC-Verteilung passen. Nicht jedes als 48V bezeichnete Gerät ist automatisch mit einer 51,2V-LiFePO4-Batterie kompatibel.

Energiebedarf in Wattstunden berechnen

Multiplizieren Sie die Leistung jedes Verbrauchers mit seiner täglichen Betriebsdauer.

Energieverbrauch in Wh = Leistung in W × Betriebsdauer in Stunden

Berücksichtigen Sie zusätzlich Umwandlungsverluste, Reserven, schwankende Solarerträge und eine mögliche spätere Kapazitätsabnahme.

BMS-Strombelastbarkeit kontrollieren

Der zulässige Dauerstrom muss für die normalen Verbraucher ausreichen. Der Spitzenstrom muss Anlaufströme von Motoren, Kompressoren und Wechselrichtern abdecken.

Ein geeignetes Ladegerät verwenden

Das Ladegerät sollte ausdrücklich für LiFePO4 geeignet und auf die Herstellerwerte eingestellt sein. Ausgleichsladung oder Desulfatierungsprogramme für Blei-Säure-Batterien dürfen nur verwendet werden, wenn der Batteriehersteller dies ausdrücklich zulässt.

Einbaubedingungen berücksichtigen

Prüfen Sie Temperaturbereich, Gehäuseschutz, Vibrationsfestigkeit, Abmessungen, Befestigung und Anschlussausführung. Die Anforderungen in einem Wohnmobil unterscheiden sich von denen in einem Boot, Golfcart oder stationären Speichersystem.

Fazit

LiFePO4-Batterie-Tabellen helfen dabei, Spannung, Ladezustand, Energieinhalt, Zyklenlebensdauer, Strombelastbarkeit und Temperaturgrenzen besser einzuordnen. Sie liefern jedoch nur Richtwerte, da das reale Verhalten von Batterieaufbau, BMS, Temperatur, Ladetechnik und angeschlossenen Verbrauchern abhängt.

Für ein zuverlässiges System sollten zunächst Spannung und Energiebedarf bestimmt werden. Danach müssen BMS-Strom, Ladegerät, Kabel, Sicherungen und Betriebsumgebung passend ausgewählt werden. Bei korrekter Auslegung kann eine LiFePO4-Batterie über viele Jahre wartungsarme und stabile Energie für mobile sowie stationäre Anwendungen bereitstellen.