Änderungen beim Einbau einer Lithium Aufbaubatterie

Der Einbau einer Lithium Aufbaubatterie sollte, so die Versprechen vieler Anbieter, ohne große Änderungen an der bisherigen Verkabelung und neue Einstellungen möglich sein. Einfach austauschen!

Das Batterieladegerät sollte zumindest für die alten Blei Säure Akkus mit einer Ladeschlussspannung von 14,4 V geeignet sein. Besser sind natürlich spezielle Ladekurven für Lithiumakkus. Diese zeigen ein anderes Lade- und Entladeverhalten als die herkömmlichen Blei Akkus.

Um eine bessere Ladung und eine Langlebigkeit des Lithiumakkus gewährleisten zu können, ist trotzdem ein genauerer Blick auf die Verkabelung und der verwendeten Komponenten notwendig.

Absicherung der Leitungen

Sicherungen im Wohnmobil dienen in erster Linie dem Schutz der Leitungen. Sie verhindern bei einem Kurzschluss durch die starke Erwärmung der Leitungen einen Brand. Auch eine klassische Autobatterie ist von einem Kurzschluss nicht unbedingt angetan. Der dann fließende Strom ist nur noch vom geringen Innenwiderstand der Blei-Säure oder modernen AGM oder Gel Batterien abhängig. Ströme von mehr als 1.000 A sind möglich. Bei dieser Stromstärke explodiert eine dünne KFZ Leitung innerhalb von Millisekunden.

Lithium Akkus besitzen in der Regel ein Batterie Management System (BMS). Dieses beschränkt durch eine Elektronik den maximalen Lade- und den maximalen Entladestrom.

Fließt bei unserem eingebauten Lithium Akku mehr als 200 A, dann schaltet der Akku elektronisch ab. Man kann nun der Elektronik, made in China, komplett vertrauen oder man sichert, so wie wir, die Leitung nochmal extra mit einen Sicherung von 250 A ab. Diese bewährten Schmelzsicherungen brennen zwar etwas träger durch aber die Spannung ist und bliebt dann komplett weg. Das BMS eines Lithiumakkus schaltet nach einer vorgegeben Zeit z.B. 10- 30 Sekunden nach einem Kurzschluss dagegen die Ausgangsspannung wieder ein.

Machen wir nun aus Versehen einen Kurzschluss, dann schaltet im Idealfall das schnellere BMS die Ausgangspannung ab. Sollte dieses nicht richtig reagieren dann fliegt die Sicherung. Safe!

Akkukapazität

Der eingebaute Lithiumakku hat eine beworbene Kapazität von 200 AH und eine reale Kapazität von 219 AH. Im Vergleich zu den bisher vorhanden beiden AGM Batterie mit jeweils 92 AH  bedeutet dies nur eine leichte Erhöhung der nominalen Kapazität, bedingt durch die größere Entlademöglichkeit eines Lithiumakkus jedoch faktisch eine Verdopplung der nutzbaren Kapazität.

Ein Lithiumakku hält dann seine Kapazität am besten, wenn keine Verbraucher angeschlossen sind. Diese Akkutechnologie kennt keinen Memory Effekt und besitzt nur eine sehr geringe Selbstentladung. Um die Kapazität z.B. im Winterlager lange halten zu können, habe ich zwischen dem Akku und der Hauptsicherung eine Batterietrennschalter installiert. Damit trenne ich physikalisch den Lithiumakku von Bordnetz.

Trotzdem kann ich weiterhin eine 12 V Bordspannung auf den Leitungen im Wohnmobil messen. Das macht mich zunächst stutzig, aber dann konnte ich den „Übeltäter“ finden.

Ladegerät

Der Lithiumakkus wird, wie auch die bisherigen Bordbatterien, mit einem Kombiladegerät dem VCBS Triplecharger von Votronic geladen. Dieses Kombigerät vereint die Ladung über Solar, über Netzspannung und mit der Lichtmaschine über einen Ladebooster bei laufenden Motor. Total praktisch, da der Platzbedarf und auch die Verkabelung des Ladegeräts dadurch sehr einfach ist.  Das Ladegerät besitzt die notwendigen Ladeprogramme für verschiedene Akkutypen und die Messwerte lassen sich mittels Fernanzeige sehr gut ablesen.

Trotzdem bin ich nun über ein paar Fragen gestolpert, deren Antworten ich leider in der Bedienungsanleitung nicht finden konnte. Ob ich das Ladegerät nun in einem Edgecase betreibe, kann ich nicht beurteilen, vorgesehen war es so zumindest nicht.

Doch wo ist das Problem?

Ich habe ja den Lithiumakku per Hauptschalter vom Bordnetz getrennt und trotzdem noch eine 12V auf dem Bordnetz gehabt.

Diese 12 V Spannung kam über das Ladegerät vom Solarpanel und auch aus der Starterbatterie. Das Ladegerät versuchte den nicht vorhandenen Bordakku mit Solar zu laden. Die eigentlich vorhandene Stützladung in die Starterbatterie funktionierte mangels Referenzspannung aus der Bordbatterie auch nicht mehr. Das Ergebnis war eine leere Starterbatterie innerhalb von ein paar Tagen.

Votronic schrieb mir auf meine Anfrage zu leeren Starterbatterie dazu:

Ein Betrieb ohne Bordbatterie stellt für den Triple Charger einen nicht definierten Betriebszustand dar, was zu Betriebsstörungen führen kann (bspw. kann die Starterbatterie entladen werden). Der VBCS Triple Charger bezieht seine Spannungsreferenz für die Laderegelung aus dem Spannungsniveau der Bord-Batterie am seinem Ladeausgang Bord I. So kommt es bei alleiniger vollständiger Trennung der LiFePO4-Bord-Batterie zu dem beschriebenen Phänomen.

Wie also den Lithiumakku möglichst schonend über den Winter bringen? Die Empfehlung des Herstellers:

Bei Lagerung über längerer Zeit (bspw. bei Überwinterung) empfiehlt sich ein Anschluss an einem Automatikladegerät mit entsprechender Lithium Ladekennlinie zur Landstromladung und Erhaltungsladung, da diese auch für diesen Einsatzzweck entwickelt wurden. Spezielle Ladeprogramme wie „Lithium Ruhe Erhaltung“ oder „LiFEPO4 13,2V zur Überwinterung oder Lagerung hält die LiFePO4-Batterie bei abgestelltem Fahrzeug automatisch auf einem für die Lebensdauer vorteilhaften Ladestand von 50-80 % und versorgt dabei auch die 12 V-Aufbauverbraucher und -Systeme wie Alarmanlagen, WLAN o.ä. sowie die (Blei-) Starterbatterie mit deren Fahrzeug-Ruheverbrauchern etc.

Für die Überwinterung eines Fahrzeugs, bzw. sehr lange Standzeiten , empfehlen wir (wie auch die Fahrzeughersteller) die Nutzung einer Stützladung via Landstrom.

Moderne Wohnmobile benötigen also, wenn sie länger stehen sollen, unbedingt Landstrom. Das ist aber etwas auf das nur wenige Wohnmobilisten Zugriff haben.

Also muss ich einfach den Bordakku angeklemmt lassen und hoffen, dass die Solaranlage beide Batterien immer ein wenig laden kann. Denn

LiFePO4 Batterien sollten bei einem Ladestand von 50-80% gelagert werden. Wenn eine Batterie in Benutzung ist, das heißt wenn noch (auch wenn nur geringe) Ströme von der Batterie bezogen werden, kann diese auch immer auf 100% geladen werden.

Eine Alternative dazu wäre dann noch:

Der VBCS Triple Charger könnte ggf. während der Überwinterung des Fahrzeugs … durch Unterbrechen der gemeinsamen Masse-Verbindung … von allen drei Stromkreisen getrennt werden (Solar, Start und Bord). Eine Entladung der Starter-Batterie durch den VBCS Triple Charger kann dann nicht mehr erfolgen, es bleiben jedoch die fahrzeugeigenen Verbräuche durch die Steuergeräte und das damit einhergehende Risiko einer entladenen Starter-Batterie nach der Winterruhe bestehen.

Interessanterweise ist das Laden eines Lithiumakkus nur per Solar oder Ladebooster bei den Geräten von  Votronic wohl gar nicht so empfehlenswert, denn die

Landstromladegeräte sowie unsere Triple Charger sind für dauerhafte Ladung ausgelegt und verfügen über eine U3 Ladephase nach 24h. Ein Solarladeregler oder B2B Ladewandler zur Ladung während der Fahrt lädt nie dauerhaft und startet somit jede Ladung (bei Sonnenaufgang oder Fahrtbeginn) mit der I Ladephase, wo der Ladezustand der Batterie neu abgeschätzt wird und das BMS der LiFePO4 Batterie in der Regel ein Balancing durchführt. Die Kombiladegeräte der Baureihe VBCS Triple und VAC Triple führen nach 10 Tagen über 0,4 Std ein „Auto Wake up“ durch, wo das BMS der Lithium Batterien zu einem Balancing angeregt wird.

Ich konnte das Wohnmobil in der Zwischenzeit mal für zwei Tage an Landstrom anschließen und habe mir danach die Spannungen der einzelnen Zellen des Lithium Akkus ansehen; im Ergebnis also gut ausbalanciert.

Vorläufiges Ergebnis

Ich lasse die Bordbatterie zunächst angeklemmt, so dass zumindest die Starterbatterie nicht unnötig belastet wird. Sollte ich feststellen, dass die Starterbatterie, u.a. bedingt durch die Thitronik Alarmanlage,  einen niedrigen Ladestand aufweisen, dann kann ich als Notfalllösung per vorhanden 230V CTEK Ladegerät über den Wechselrichter die Starterbatterie ein paar Minuten laden, so dass das Wohnmobil zumindest startfähig wird.

Eine andere Möglichkeit ist die Starthilfe der Starterbatterie mit der Aufbaubatterie. Den notwendigen Startstrom für das Wohnmobil kann der Lithium Akku nicht leisten, aber sie kann die Starterbatterie mit einem hohen Strom sehr schnell aufladen.

Wunsch

Ein 12V auf 12V Ladegerät, welches mir automatisch die Starterbatterie startfähig, nicht zwangsläufig immer vollgeladen, über die Bordbatterie hält. Mal sehen, ob ich hier was mit einem Arduino Board und einem Laderegler hinbekomme.