Zuletzt aktualisiert:

Lithium-Aufbaubatterie

Für die Nutzung als Aufbaubatterie sind Lithiumbatterien eigentlich perfekt, da sie nicht nur lange rumstehen können, ohne zu leiden, sondern auch hohe Ströme für Wechselrichter liefern und sehr gut Ladung aufnehmen, also mit gutem Wirkungsgrad vollgeladen werden. Ausserdem sind sie leicht und kompakt. Durch die elektrischen Eigenschaften sind Lithiumbatterien mit Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) als Anodenmaterial besonders interessant, da Bleibatterien problemlos ersetzt werden können. Entsprechende Kapazität ist rund drei- bis viermal so teuer wie AGM, allerdings ist diese voll nutzbar - Bleibatterien sollte man nicht weiter als bis zur Hälfte, besser nur zu einem Drittel entladen. Dies und eine unterstellte längere Haltbarkeit relativieren den Preisunterschied doch deutlich, sodass ich denke, dass Bleibatterien in den nächsten Jahrzehnten aussterben werden. Ich habe im ersten Schritt für die Saison 2018 meine AGM-Aufbaubatterien (2x70 AH) durch eine LiFePO4 60 Ah ersetzt, wobei ich eine AGM-Batterie zunächst noch als Ersatz spazierenfahre, bis ich der Technik richtig traue. Hier die Modifikation mit Bildern:

Die Batterie

Die Batterie habe ich fertig zusammengebaut gekauft. Sie besteht aus vier Zellen ("4S") in Reihenschaltung und ist mit Balancern ausgestattet. Diese werden auf jede Zelle geschraubt (Parallelschaltung) und leiten den Strom in Laderichtung ab der Ladeschlussspannung. So wird sichergestellt, dass alle Zellen vollgeladen werden. Sie simulieren quasi eine Bleibatterie, wo auch eine vollgeladene Zelle leitfähig bleibt, während eine vollgeladene Lithiumzelle zum Nichtleiter wird. Man kann die Komponenten auch einzeln kaufen, was insbesondere dann von Vorteil ist, wenn mal was kaputtgeht. Die Batterie kostet knapp 500 Euro und hat sich in der ersten Saison voll bewährt. Sie liefert zuverlässig die gut 100 A für den Wechselrichter, und die Kapazität von 60 Ah habe ich im Sommer nur zu einem Viertel genutzt. Im Frühjahr/Herbst ist sie allerdings nach 3-4 Tagen ohne Sonne oder Fahrt leer, auch ohne Wechselrichternutzung. 

Sicherungen

Eine leistungsfähige Batterie benötigt eine nahe dem Pluspol verbaute Sicherung, um die Leitungen zu schützen. Im naiven Glauben, mir etwas gutes zu tun, habe ich einen thermischen Sicherungsautomaten verbaut, den man nach dem Auslösen einfach zurücksetzen kann. Leider löst dieser nach einer halben Minute aus, wenn man ihn mit rund 100A belastet. Der Ersatz durch das gleiche Modell mit 300A verlängerte diese Zeit auf rund 2 Minuten, sodass der Kaffee kein Problem mehr war, das Haare föhnen aber schon. Ich vermute, dass die thermischen Automaten einfach die Hitze im Gehäuse nicht loswerden. Man kann die Teile zerlegen und durch Schlitze im Gehäuse vermutlich verbessern. Da ich aber keine Möglichkeit habe, die Dinger bei den Strömen zu testen, ohne jedesmal meinem armen Wechselrichter unter Last den Strom zu klauen, habe ich nach der ersten Saison einen Halter für ANL-Streifensicherungen verbaut, mit einer 350A-Sicherung drin.

Wichtig ist noch die Versorgung des Coulometers: dies wird üblicherweise über ein mehradriges Kabel mit dem Shunt verbunden, und die Versorgung mit Plus erfolgt daher auch am Shunt. Hier liegt das Kabel quasi quer über die Batterie, und für den unwahrscheinlichen Fall, dass sich die Verschraubung des Kabels löst, entsteht dann sehr wahrscheinlich ein Kurzschluss. Dieses Kabel muss daher unbedingt gesichert werden, und die Hauptsicherung zählt nicht, da sonst das Kabel selber zur Sicherung wird. 1A ist völlig ausreichend; der Wert darf nicht höher sein, als der Kabelquerschnitt verkraftet. Wenn man die Sicherung so verbaut, dass man sie gut erreicht, kann man durch Ziehen der Sicherung auch in der Winterpause das Coulometer abschalten. Alternativ kann man sich auch vom Aufbau her ein abgesichertes Plus holen, wenn man etwa mit dem Bordstromschalter auch das Coulometer ausschalten möchte.

Einbau

Ich habe die Batterie in eine kleine Kiste aus dem Baumarkt eingebaut und mit dem Shunt sowie einem thermischen Sicherungsautomaten, später einer Streifensicherung verschraubt. Für einen besseren Berührungsschutz gab es noch M6-Kunststoffkappen, und für die Temperaturkontrolle ein billiges Digitalthermometer. Das Ergebnis passt gut in die Halterung der AGM-Batterie unter dem Fahrersitz. So viel Aufwand muss man vielleicht nicht treiben, aber es war halt Winter und ich bastel gern. 

Unter dem Beifahrersitz habe ich noch eine AGM-Batterie, quasi als Ersatz. Ein Batteriewahlschalter vorn am Sitz erlaubt es, die Batterien einzeln ein- oder abzuschalten. Der Schalter trennt jeweils das Batterieplus vom Bordnetz.

Weiterhin habe ich zwei weitere Schalter unter der Sitzbank eingebaut (je 15A), die es erlauben, die Ladung über Solar und über Netz/Lichtmaschine abzuschalten. Dies ist insbesondere bei Solar wichtig, da es der Solar-Laderegler nicht mag, wenn man ihm dauerhaft die Batterie wegnimmt. Vor Trennen der Batterie muss man also Solar abschalten, und der Schalter dafür trennt das Panel vom Regler. Der Schalter muss ausreichend dimensioniert sein, um den maximalen Strom des Panels schalten zu können. Bei dem anderen Schalter, der die Ladung über den Motor trennt, ist das nicht so einfach. Er wird zwar nicht unter Last geschaltet, aber der Strom ist nur durch die Lichtmaschine begrenzt. Diese könnte schon so 150A liefern, wenn sie will, daher habe ich in den Strang noch eine selbstrückstellende Sicherung verbaut.

Die Batterie ist mit Balancern ausgestattet, auf weitere Elektronik habe ich verzichtet. Es gibt verschiedene Überwachungssysteme, die unter dem Begriff Batterie-Management-Systeme (BMS) zusammengefasst werden. Sie schützen vor Überspannung und Tiefentladung, beides schädigt die Lithiumzellen irreversibel. Ich verlasse mich auf meine Ladegeräte sowie auf die Kontrolle durch den Batteriecomputer. Leider benötigen die Geräte, die bei Unterspannung die Batterie trennen, selbst Strom, und zwar auch nach dem Trennen. Bei längerer Standzeit finde ich es daher sicherer, die  Batterie einfach vollständig auszuschalten. Unterwegs sollte man den Ladezustand eh im Blick haben. 

Wichtig ist noch die Wahl des richtigen Ladegeräts und -programms. Die Ladeschlussspannung sollte 14,4V betragen. Bei etwas niedrigeren Spannungen wird die Batterie nicht ganz vollgeladen; bei 13,8V nur zu etwa 90%, bei noch niedrigen aber ggfs gar nicht mehr. Höhere Ladespannungen als 14,4V (3,6V pro Zelle) belasten die Balancer, die dann heiss werden, was deren Lebensdauer verkürzt. Spannungen über dauerhaft 16V (4V pro Zelle) schädigen den Akku. Manche Ladegeräte laden auch temperaturabhängig, und viele Ladegeräte schalten bei Erreichen der Vollladung auf eine Erhaltungsladung mit niedrigerer Spannung um. Dies kann dazu führen, dass die Lithiumbatterie nicht voll geladen wird. Die Anleitungen der Ladegeräte geben Auskunft über die Ladecharakteristik und die Ladeschlussspannung. Temperaturfühler für die Ladegeräte (Bord/Solar) machen bei Lithiumbatterien keinen Sinn und sollten abgeklemmt werden. 

Hier als Beispiel die Ladeprogramme des Votronic Solarladegeräts MPP240. Wie man sieht, sollte der Temperaturfühler abgeklemmt werden, da die Batterie nicht von der Temperaturführung für Bleibatterien profitiert und bei tiefen Temperaturen sogar überladen werden kann. Zweitens ist in diesem Fall das eigentlich recht universell geeignete Ladeprogramm für Blei-Säure-Batterien (Lead Acid) nicht optimal. Zwar beträgt die Ladeschlussspannung hier 14,4V, aber bei (kurzzeitigem) Erreichen derselben schaltet das Gerät auf Erhaltungsladung. Diese lädt die Batterie aber nicht mehr weiter, weil die Spannung zu gering ist. Wesentlich besser geeignet ist das Programm Gel/AGM1. Gar nicht geeignet ist AGM2, weil die Ladeschlussspannung zu hoch ist.