LiFePO4-Spannungstabelle: Ladezustand, Laden und Abschaltung

Eine LiFePO4-Spannungstabelle hilft dabei, einzuschätzen, ob eine Batterie voll, teilweise entladen oder nahezu leer ist. Die angezeigte Spannung lässt sich jedoch nur sinnvoll bewerten, wenn bekannt ist, unter welchen Bedingungen und an welcher Stelle sie gemessen wurde.

Eine 12,8-V-LiFePO4-Batterie kann während des Ladens 14,4 V anzeigen, nach dem Abschalten des Ladegeräts auf einen Wert im mittleren 13-V-Bereich absinken und beim Start eines Wechselrichters, Elektromotors oder Golfcarts kurzzeitig unter 13 V fallen. Alle drei Messwerte können normal sein.

Für eine brauchbare Einschätzung des Ladezustands sollten sämtliche Ladequellen und großen Verbraucher abgeschaltet werden. Lassen Sie die Batterie anschließend ruhen und messen Sie direkt an den Batteriepolen.

LiFePO4-Spannungstabelle nach Ladezustand

LiFePO4-Batteriepacks bestehen aus in Reihe geschalteten Zellen mit einer Nennspannung von etwa 3,2 V. Eine typische 12-V-Batterie enthält vier Zellen. 24-V-, 36-V- und 48-V-Systeme verwenden in der Regel acht, zwölf beziehungsweise sechzehn Zellen.

Vor der Verwendung der Tabelle:

• Ladegerät, Solarladeregler, Ladebooster und weitere Ladequellen abschalten.
• Wechselrichter, Motoren, Heizungen und andere große Verbraucher ausschalten.
• Für eine praktische Messung mindestens 30–60 Minuten warten.
• Für Langzeitvergleiche immer dieselbe Ruhezeit und Messmethode verwenden.
• Direkt an den Batteriepolen messen und nicht ausschließlich einer Anzeige vertrauen.

Eine längere Ruhezeit kann einen stabileren Leerlaufwert ergeben. Die folgenden Werte sind dennoch nur Richtwerte und keine exakte SOC-Messung.

Ungefähre Ruhespannung nach Ladezustand

Ein Messwert von 13,04 V bedeutet nicht, dass eine 12,8-V-Batterie exakt zu 50% geladen ist. Die Entladekurve von LiFePO4-Batterien verläuft im mittleren Bereich sehr flach.

Temperatur, Messgerätegenauigkeit, vorheriges Laden oder Entladen, Leitungswiderstand und Zellbalance können den Wert stärker verändern als die Abstände zwischen mehreren Tabellenzeilen.

Systemspannung und Anzahl der Reihenzellen

Die Systembezeichnung beschreibt eine Spannungsklasse und keinen festen Messwert. Eine als 48-V-LiFePO4-Batterie angebotene Batterie hat normalerweise eine Nennspannung von 51,2 V und kann im Ruhezustand über 52 V anzeigen.

Prüfen Sie vor dem Anschluss eines Ladegeräts, Wechselrichters, Motorcontrollers oder Ladeboosters stets die Nennspannung und den zulässigen Ladebereich.

LiFePO4-Spannungswerte richtig interpretieren

Nennspannung

Die Nennspannung dient zur Einordnung des Batteriesystems und zur Auswahl kompatibler Ladegeräte, Wechselrichter, Motoren und Steuergeräte. Sie zeigt nicht den aktuellen Ladezustand an.

Ladespannung

Während Strom in die Batterie fließt, steigt die gemessene Spannung. Gegen Ende des Ladevorgangs kann eine 12,8-V-Batterie je nach Ladeprofil 14,2–14,6 V erreichen.

Nach dem Abschalten des Ladegeräts sinkt die Spannung normalerweise in den mittleren 13-V-Bereich. Dieser Vorgang ist normal und bedeutet nicht, dass sofort viel Kapazität verloren gegangen ist.

Ruhespannung

Die Ruhespannung wird gemessen, nachdem Lade- und große Entladeströme beendet wurden. Sie eignet sich am besten für den Vergleich mit einer SOC-Tabelle.

Spannung unter Last

Große Wechselrichter, Motoren, Heizungen oder Golfcart-Controller verursachen einen vorübergehenden Spannungseinbruch. Nach dem Abschalten der Last sollte sich die Spannung wieder erholen.

Warum Spannung keinen exakten SOC liefert

LiFePO4-Zellen halten ihre Spannung über einen großen Teil der nutzbaren Kapazität relativ konstant. Das ist für angeschlossene Geräte vorteilhaft, erschwert jedoch eine genaue SOC-Bestimmung zwischen etwa 20% und 80%.

Spannungsmessungen eignen sich vor allem dazu:

• einen nahezu vollen oder nahezu leeren Zustand zu erkennen,
• Veränderungen unter vergleichbaren Messbedingungen zu verfolgen,
• ungewöhnlich starke Spannungseinbrüche festzustellen,
• Spannungsverluste in Kabeln und Verbindungen zu ermitteln.

Für die tägliche SOC-Anzeige ist ein korrekt kalibrierter Shunt-Monitor in der Regel zuverlässiger.

Spannung, Kapazität, Energie und Leistung

• Spannung: Elektrisches Potenzial in Volt.
• Kapazität: Verfügbare elektrische Ladungsmenge in Amperestunden.
• Energie: Spannung multipliziert mit Amperestunden, angegeben in Wattstunden.
• Leistung: Spannung multipliziert mit Strom, angegeben in Watt.
• Ladezustand: Geschätzter Anteil der verbleibenden nutzbaren Kapazität.

Eine 12,8-V-Batterie mit 200 Ah speichert ungefähr:

12,8 V × 200 Ah = 2.560 Wh

Eine 25,6-V-Batterie mit 100 Ah speichert ebenfalls ungefähr:

25,6 V × 100 Ah = 2.560 Wh

Die zweite Batterie hat die doppelte Spannung und die halbe Ah-Kapazität, speichert aber ungefähr dieselbe Nennenergie.

Ungefährer Strom bei einer Last von 2.400 W

Ein 51,2-V-System benötigt theoretisch nur etwa ein Viertel des Stroms eines 12,8-V-Systems. Reale Verluste des Wechselrichters sind dabei noch nicht berücksichtigt. Der Kabelquerschnitt muss dennoch passend zu Strom, Länge, Verlegeart, Absicherung und Installationsbedingungen gewählt werden.

LiFePO4-Ladespannung und Schutzwerte

Eine LiFePO4-Ladespannungstabelle dient zur Einstellung von Ladegeräten und Ladereglern. Sie darf nicht mit einer Ruhespannungs-SOC-Tabelle verwechselt werden.

Typische LiFePO4-Ladespannungen

Die höchste Zahl in der Tabelle ist nicht automatisch die beste tägliche Ladespannung. Stellen Sie das Ladegerät auf den vom Batteriehersteller angegebenen Wert ein.

CC/CV-Ladeverfahren

• Konstantstromphase: Das Ladegerät liefert einen kontrollierten Strom, während die Batteriespannung steigt.
• Konstantspannungsphase: Die Zielspannung wird gehalten, während der Ladestrom abnimmt.
• Ladeende: Das Ladegerät stoppt oder wechselt auf eine niedrigere Erhaltungsspannung.

Auch der Ladestrom muss zur Kapazität, Zellkonstruktion, internen Verkabelung, den Anschlüssen und dem BMS passen.

Bulk, Erhaltungsladung und Ausgleichsladung

Die korrekten Werte finden Sie in der Batterieanleitung. Ein allgemeiner Lithium-Modus ist nur geeignet, wenn seine tatsächlichen Parameter zur Batterie passen.

LiFePO4-Batterien benötigen keine herkömmliche Blei-Erhaltungsladung zum Schutz vor Sulfatierung. Manche Ladegeräte deaktivieren die Erhaltungsladung vollständig, andere verwenden eine niedrigere Spannung.

Eine Ausgleichsladung für Bleibatterien muss deaktiviert bleiben, sofern der Hersteller nichts anderes vorgibt. Der Zellausgleich einer LiFePO4-Batterie wird separat durch das BMS oder eine Balancerschaltung ausgeführt.

Unterspannungsabschaltung und BMS

Ein System kann unterschiedliche Warn- und Abschaltwerte für Monitor, Wechselrichter, Motorcontroller, Batterie-BMS und einzelne Zellen besitzen.

Der Wechselrichter oder Controller sollte normalerweise abschalten, bevor das BMS seine letzte Schutzgrenze erreicht. Dadurch werden plötzliche Ausfälle reduziert und eine Reserve bleibt erhalten.

Eine einzelne Zelle kann ihre Unterspannungsgrenze erreichen, obwohl die Gesamtspannung noch akzeptabel aussieht. Das BMS trennt dann das gesamte Batteriepack.

LiFePO4-Spannung richtig messen

1. Alle Ladequellen abschalten.
2. Wechselrichter und große Verbraucher ausschalten.
3. Die Batterie 30–60 Minuten ruhen lassen.
4. Am Multimeter einen passenden Gleichspannungsbereich wählen.
5. Die rote Messspitze an den Pluspol halten.
6. Die schwarze Messspitze an den Minuspol halten.
7. Spannung, Batterietemperatur und Ruhezeit notieren.

Messen Sie zuerst direkt an den Batteriepolen. Bei der Suche nach Spannungsverlusten messen Sie anschließend unter derselben Last am Wechselrichter, Controller oder Verbraucher.

Vergleich der Überwachungsmethoden

Ein Bluetooth-BMS ist hilfreich, wenn Zellspannungen, Temperatur, Strom oder die Ursache einer Schutzabschaltung geprüft werden sollen.

Für kalte Einsatzbedingungen kann eine Batterie mit Bluetooth-Überwachung, Untertemperaturschutz und interner Heizung sinnvoll sein. Die Vatrer 24 V 200 Ah selbstheizende LiFePO4-Batterie besitzt beispielsweise eine Nennspannung von 25,6 V, einen angegebenen Ladebereich von 28,4–29,2 V und Bluetooth-Überwachung. Dadurch lassen sich App-Werte mit einer direkten Multimetermessung vergleichen.

Für einen Kapazitätstest gilt:

Kapazität (Ah) = durchschnittlicher Entladestrom (A) × Entladezeit (Stunden)

Liefert eine Batterie 4,5 Stunden lang durchschnittlich 20 A, wurden während dieses Tests ungefähr 90 Ah entnommen.

Warum sich LiFePO4-Spannungswerte verändern

Strom, Temperatur und Ruhezeit

• Ladestrom erhöht die gemessene Spannung.
• Entladestrom senkt die gemessene Spannung.
• Hoher Strom verursacht einen stärkeren Spannungseinbruch.
• Nach dem Abschalten der Last erholt sich die Spannung.

Kälte kann den Spannungseinbruch verstärken und die verfügbare Kapazität reduzieren. Besonders wichtig sind die zulässigen Temperaturen für das Laden.

Zellbalance, Verkabelung und Messgenauigkeit

Eine Batterie kann eine normale Gesamtspannung anzeigen, obwohl die einzelnen Zellen voneinander abweichen. Beim Laden erreicht die höchste Zelle zuerst ihre Obergrenze. Beim Entladen kann die niedrigste Zelle die Schutzabschaltung auslösen.

• Lockere Anschlüsse erhöhen Widerstand und Wärmeentwicklung.
• Zu dünne Kabel verursachen Spannungsverlust.
• Korrosion verändert den Kontaktwiderstand.
• Beschädigte Sicherungshalter oder Trennschalter können Spannung verlieren.

Typische Probleme und erste Prüfungen

Geeignete Messbedingungen nach Anwendung

Lagerung, Lebensdauer und praktische Antworten

• Die Batterie nicht dauerhaft bei 100% SOC lagern, sofern dies nicht empfohlen wird.
• Nach einer Unterspannungsabschaltung zeitnah nachladen.
• Ruhestromverbraucher während längerer Lagerung abklemmen.
• Den freigegebenen Lagertemperaturbereich einhalten.
• Anschlüsse sauber, trocken und korrekt angezogen halten.
• Während längerer Lagerung regelmäßig die Spannung prüfen.

Häufige Fragen

Welche Spannung hat eine volle LiFePO4-Batterie?

Eine Zelle kann beim Laden etwa 3,55–3,65 V erreichen. Das entspricht ungefähr 14,2–14,6 V bei einer 12,8-V-Batterie und 56,8–58,4 V bei einer 51,2-V-Batterie. Die Ruhespannung liegt anschließend niedriger.

Welche Spannung entspricht 50% SOC?

Eine 12,8-V-Batterie kann im mittleren Bereich bei etwa 13,0 V liegen. Vergleichbare Werte sind ungefähr 26,0 V, 39,0 V und 52,0 V. Eine exakte SOC-Bestimmung ist damit nicht möglich.

Darf die Batterie bis zur BMS-Abschaltung entladen werden?

Das BMS ist als letzte Schutzstufe vorgesehen. Wechselrichter oder Controller sollten normalerweise früher abschalten, damit kein plötzlicher Stromausfall entsteht.

Benötigt LiFePO4 eine Erhaltungsladung?

Eine klassische Blei-Erhaltungsladung ist normalerweise nicht erforderlich. Manche Ladegeräte deaktivieren sie, andere verwenden eine niedrigere Erhaltungsspannung.

Warum sinkt die Spannung nach dem Laden?

Der Ladestrom hat die Klemmenspannung angehoben. Nach dem Abschalten des Ladegeräts sinkt die Batterie auf ihre normale Ruhespannung. Ein fortlaufender Spannungsabfall ohne angeschlossene Last sollte untersucht werden.

Fazit

Bestimmen Sie zuerst die Nennspannung der Batterie und prüfen Sie den zulässigen Ladebereich in der Anleitung. Verwenden Sie die Ruhespannung für eine schnelle SOC-Schätzung, aber nicht zur Programmierung von Ladegerät, Wechselrichter oder BMS.

Bei ungewöhnlichen Messwerten vergleichen Sie die Spannung direkt an der Batterie mit der Spannung am Verbraucher unter derselben Last. Prüfen Sie anschließend Ladeeinstellungen, Leitungsverluste, Anschlüsse, Monitorkalibrierung, Zellbalance und BMS-Daten.