Batterie für Starter und Powertrim - welche Größe?

[Berkano]

Ich möchte das Thema Lithium-Batterien nochmal aufgreifen, um paar Dinge richtig zu stellen und evtl. Gefahren vorzubeugen.Das wurde meiner Meinung nach zu pauschal behandelt.
Die Gefahr bei Lithium-Batterien steckt in den Zellen und da unterscheiden sich klassische Lithium-Batterien von den LiFePo4-Batterien (Lithium-Eisen-Phosphat). Ganz kurz und knapp für „Laien“ erklärt. Bei einem Kurzschluss innerhalb der Zelle fließen unvorstellbar hohe Ströme, dadurch kommt es auch zu einer enormen Hitzeentwicklung. Dadurch wird Sauerstoff, welcher in der Batterieflüssigkeit gebunden ist, gelöst und fördert die Verbrennung, dadurch wird noch mehr Sauerstoff gelöst und die Verbrennung noch mehr gefördert. Und so geht es dann immer weiter. Das ist der so genannte: „Thermal runnaway“, welcher nicht mehr aufgehalten werden kann. Bei LiFePo4 wird kein Sauerstoff gelöst und deshalb sind diese Zellen etwas unproblematischer. Trotzdem werden im Kurzschlussfall auch hier enorme Energien freigesetzt, es gibt eine starke Hitzeentwicklung und angrenzende, brennbare Gegenstände können entzündet werden. Ausserdem kann der Druck in den Zellen so sehr ansteigen, dass sich ein Sicherheits-Membranventil öffnet und der Druck aus der Zelle geblasen wird. Das was aus der Zelle dann rauskommt sind gefährliche, gesundheitsschädliche Dämpfe und unter anderem Wasserstoff, der noch dazu auch hochexplosiv ist. Es kann also zu Folgexplosionen oder Folgeentzündungen kommen. Das ist bei beiden Zelltypen nahezu gleich gefährlich.

Wie kann man es vermeiden?

Was alle Lithium Zelltypen gemeinsam haben, sie haben ein Problem mit niedrigen Temperaturen und mit Tiefentladung. Noch größere Probleme haben sie mit hohen Temperaturen und mit Überladung. Lithium-Zellen haben eine Spannung von 3,6V bzw. 3,2V bei LiFePo4-Zellen. Das bedeutet, dass man mehrere Zellen in Reihe verbinden muss, um auf 12V, 24V oder 48V zu kommen. Alle Zelltypen haben eine Maximalspannung, welche nicht überschritten werden darf.
Was die Ladung selbst betrifft sind die Zellen ziemlich einfach in der Handhabung. Komplexe Ladekurven, Impulsladeströme usw. die man bei AGM-Batterien nutzt um die Lebenszeit zu verbessern, werden bei Lithium-Zellen nicht benötigt. Man benötigt nur eine Ladeendspannung. Diese errechnet sich ganz einfach aus der Summe der Maximalspannungen der Einzelzellen. Bei einer 12V LiFePo4-Batterie benötigt man 4 Einzelzellen. Die Maximalspannung einer Zelle ist 3,65V.
3,65V x 4 = 14,6V

Diese Spannung ist also die Maximalspannung bevor man in den gefährlichen Bereich kommt. Erfahrungsgemäß ist die Haltbarkeit der Zellen besser, wenn man auf bisschen Kapazität verzichtet und die maximale Zellspannung auf 3,5V senkt. Das sind im Endeffekt dann nichtmal 1 Prozent der Gesamtkapazität, welche man verliert.

3,5V x 4 = 14V.

Die Ladeschlussspannung ist also 14V und diese Spannung muss beim Ladevorgang an der Batterie immer anliegen. Ist die Spannung höher, wird die Batterie gefährlich überladen (siehe oben), ist die Spannung niedriger, wird die Batterie nie ganz voll. Ganz wichtig ist aber nicht nur die Betrachtung der Gesamtspannung der Batterie, sondern auch die Einzelspannungen der Einzelzellen. Es könnte ja theoretisch eine Zelle bereits bei 3,65V sein, die Gesamtspannung ist aber noch bei unter 14V. Diese eine Zelle würde man dann schwer beschädigen, schlimmstenfalls zur Explosion bringen.

Darum benötigt man bei jeder Lithiumbatterie ein BMS (BatterieManagementSystem). Viele Batterien haben dies bereits verbaut. Das ist ganz wichtig, dass ihr da drauf schaut, wenn ihr euch so ne Batterie holt. Entweder mit OnBoard-BMS oder mit einem externen BMS. Das BMS überwacht den Ladestrom, die Lade-/Entladespannung und die Zellspannungen der Einzelzellen. Sollte irgendein Parameter abweichen, dann trennt das BMS sofort den Strom. Selbiges gilt bei der Entladung. Sollte die Batterie gesamt oder eine der Einzelzellen zu weit entladen werden, dann trennt das BMS die Batterie. So verhält es sich auch bei den Temperaturen. Ist es den Batterien zu kalt, dann dürfen sie nicht geladen werden. Maximal mit ganz kleinen Ladeströmen. Die Entladung ist hingegen nicht so temperaturproblematisch.
Ein riesen Vorteil der Lithium-Batterien ist die geringe Selbstentladung, die hohe nutzbare Kapazität bei gleicher Kapazität im Vergleich zu einer AGM-Batterie, die Spannungsstabilität und die höheren Lade-/Entladezyklen. Praktisch alle Probleme einer AGM-Batterie, hat eine Lithium-Batterie nicht.

Für ein Boot ist eine LiFePo4-Batterie optimal, wenn man die Gefahren kennt und auch ein Auge drauf hat. Auch die Aussentemperatur ist kein Problem, weil man ja in der Regel nicht bei Temperaturen unter 10 Grad unterwegs ist. Für ein Wohnmobil ist sie super als Aufbaubatterie. Als Startbatterie bei einem Auto in unseren Breitengraden ist es eher ungeeignet, weil die Temperaturen im Winter so tief sind, dass das BMS die Aufladung sperren würde.