Große 24V-LiFePO4-Batterien an Bord eines Bootes und das erforderliche Zubehör

Hallo Her P.,

auch Ihnen ein glückliches 2024.

Bevor ich auf Ihre weiteren Fragen eingehen kann, muss ich mal nachfragen, weshalb Sie drei getrennte, jeweils aus acht Einzelzellen bestehende und zu bauende Batterien mit jeweils eigenem BMS parallelschalten möchten, anstatt sich die gewünschten Zellen in geeigneter Weise (8S3P) zusammenzubauen und die so entstandene 24V/900Ah-Gesamtbatterie dann mit einem einzigen BMS abzusichern. Denn das wäre doch erheblich einfacher, billiger und technisch auch noch viel besser handhabbar.

Grüße, Tom

Hallo Herr P.,

das ist richtig. Sobald die Spannung einer Zelle den zulässigen Bereich verlässt, schaltet das BMS die Batterie ab. Allerdings kommt dieser Fall bei einwandfreien Lithium-Zellen und sauberer Montage praktisch nie vor, weshalb es m.E. auch keinen Sinn ergibt, sich ausgerechnet hiergegen schützen zu wollen. Dagegen machen BMS für sich allein betrachtet deutlich mehr Schwierigkeiten. Weshalb ich persönlich es auch vermeide, davon mehr zu verwenden als erforderlich. Außerdem kosten BMS Geld und lassen sich im Parallelbetrieb auch nur schwer synchronisieren. Aber OK, wenn Sie drei voneinander getrennte Batterien verwenden möchten, dann können Sie das natürlich so machen. Ich wollte nur meine persönliche Einschätzung und Empfehlung dazu abgeben.

Die Aufladung kann ebenso mit hohen wie mit niedrigen Ladeströmen erfolgen. Wenn aber netzseitig max. 16A zur Verfügung stehen, empfehle ich bei der Ladetechnik eine Leistung von 2kW nicht zu überschreiten. So starke Lader habe ich aber gar nicht im Programm. Sie können also alle Geräte aus meinem Angebot verwenden, sofern sie für 24V-Batterien geeignet sind. Ich würde jedoch dazu raten, die Verhältnisse auf dem Wasser zu berücksichtigen. Viele Geräte aus meinem Angebot sind nicht ausdrücklich für feuchte Umgebungen geeignet, so dass hier entsprechende Spezial-Bootslader vermutlich Vorteile bei der Sicherheit gegen Beschädigungen durch Feuchtigkeitseinwirkung hätten. Ob Ladegeräte für Bleibatterien oder Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien entworfen wurden, spielt dagegen eher keine Rolle, weil besonders LiFePO4-Batterien durch ihr BMS sehr einfach aufladbar sind. Man kann da also nicht so viel verkehrt machen.

Ein Ladewandler zur Aufladung der Batterien aus der Lichtmaschine des Bootes wäre natürlich von Vorteil. Auch Solarzellen können oft an solche Ladewandler angeschlossen werden, so dass man einen extra Solarregler einspart.

Motorgetriebene Notstromaggregate mit 230V-Ausgangsspannung sind dagegen nur begrenzt zur Speisung von Batterie-Ladegeräten geeignet, da es mit vielen Generator/Ladegerät-Kombinationen zu Schwierigkeiten kommt. Außerdem ist zur Ladung größerer Batterien auch meist eine sehr lange Laufzeit des Generators erforderlich, was zu entsprechender Belastung durch Lärm und Abgas führt. Nicht selten rütteln sich solche Stromaggregate auch über das ganze Deck.

Equalizer hübschen Batterien auf, indem sie die Spannungen der Batteriezellen auf sehr gleichmäßigem Niveau halten. Das ist oft ein Vorteil, besonders bei harmoniebedürftigen Menschen, die durch Kleinigkeiten schnell zu verunsichern sind. Sie bieten Vorteile bei Batterien, die selten voll aufgeladen sind und wo dann die BMS-internen passiven Balancer kaum je arbeiten können. Ansonsten kommt man normalerweise aber auch mit den Standard-Balancern der BMS aus.

Ich hoffe, ich konnte Ihnen die gewünschten Informationen bereitstellen. Um Ihnen ein spezielles Angebot zu machen, müsste ich einerseits mehr über die technischen Details Ihres Bootes wissen, andererseits kostet eine solche Zusammenstellung durch den hierfür erforderlichen Informationsaustausch auch viel Zeit, die, wenn ein gewisses Maß überschritten wird, natürlich Geld kostet. Ich würde auch niemandem dazu raten, sich selbst Batterien und die zugehörige Außenbeschaltung zu bauen, wenn er nicht über die erforderliche Sachkunde verfügt, um zu entscheiden, was gen au er benötigt. Erfahrungsgemäß wird man bei einem solchen Versuch auch auf eine Menge Schwierigkeiten stoßen und ich bin weder zeitlich, noch von meiner Kenntnis der christlichen Seefahrt her in der Lage, bei diesen Schwierigkeiten immer zu helfen. Ansonsten gelten die Preise, wie sie im Shop angeschlagen sind. Bei dem momentanen Preiskrieg im Bereich von Lithium-Batterien kann ich Ihnen leider nicht einmal Mengenrabatte einräumen.

Grüße, Tom

Hallo Herr P.,

Sie haben im Grunde völlig recht. Nur ist mir bisher noch nie eine LiFePO4-Zelle mit interner Unterbrechung untergekommen. Solche Unterbrechungen gibt es bei Batterie-Bausätzen aber leider oft. Sie rühren von Kontaktproblemen bei Zellenverbindern und Kabelschuhen her, wenn diese nicht sorgfältig montiert werden und zur sorgfältigen Montage von beidem wird überraschend viel Erfahrung vorausgesetzt. Aus diesem Grund sage ich meinen Kunden folgendes: Die Montage eines Batteriebausatzes ist nicht in 10 Minuten erledigt, auch wenn man das vielleicht instinktiv glaubt. Es erfordert Überlegung, Sorgfalt und Kontrolle. Erfahrung erleichtert die Sache sehr. Dann aber erhält man eine Batterie, die enorm zuverlässig ist! Elektronik kann dagegen jederzeit spontan ausfallen, denn niemand kann auf die vergossenen Leiterplatten schauen und schlechte Lötstellen suchen, zu dünn geätzte Leiterbahnen oder schlechte Durchkontaktierungen, von ausgefallenen Elektronik-Bauteilen mal ganz zu schweigen. Hinzu kommt, dass bei einer 8S3P*-Konfiguration immer drei Zellen parallelgeschaltet werden. Sollte es also tatsächlich einmal zu einem Ausfall einer einzelnen Zelle kommen, welcher sich in einer internen Unterbrechung äußert, wird dieser Fehler praktisch völlig unbemerkt bleiben, bis man feststellt, dass die Batteriekapazität überraschend auf 2/3 der Nennkapazität abgesunken ist. Nun können Sie natürlich argumentieren: „Ja, aber was passiert, wenn eine Zelle einen inneren Kurzschluss erleidet?“ Auch hier kann ich nur schreiben, dass mir solche Fälle selbst bei über verbeulten Zellen nicht untergekommen ist, abgesehen davon, wenn man Zellen tiefentlädt oder einen Schraubenzieher hindurchstößt. Was man beides natürlich besser bleibenlassen sollte.

Daher mein abschließendes Urteil zu Ausfallsorgen: Ich würde eine Raumsonde sicher auch mit drei getrennten Batterien mit jeweils eigenen BMS ausrüsten, aber da spielen die Kosten auch nur eine untergeordnete Rolle und die BMS-Elektronik ist keine Consumer-, sondern Millitary-Quality. Außerdem kann man dort sicher sein, dass alle Zellen, Zellenverbinder, Kabel und Kabelschuhe von Fachleuten perfekt verarbeitet werden. Bei einem Batterie-Bausatz auf einem Boot würde ich eine Taschenlampe, passende Messgeräte und Werkzeuge mitnehmen, aber nicht mehr BMS als unvermeidlich. Aber wie gesagt: Meine Meinung.

Die Lebensdauer der Zellen kann man in der Tat dadurch verlängern, wenn man sie nicht voll durchzyklisiert, sondern ausreichend Abstand von den Grenzen des zulässigen Spannungsbereiches hält. Es gibt nur ein blödes Problem: Wie wollen Sie 30 und 80% Ladezustand erkennen, um bei Erreichen dieser Grenzwerte Ladung bzw. Entladung zu beenden? Schauen Sie Sich mal den Spannungsverlauf einer LiFePO4-Zelle über den Ladezustand an, dann verstehen Sie sicher sofort was ich meine:

Wie Sie sehen, gibt es nur einen ganz minimalen Spannungsunterschied zwischen 30 und 80% der Kapazität. Zudem schwankt die Zellenspannung je nach Höhe von Last- oder Ladestrom, ferner schwankt sie bei Temperaturveränderungen und natürlich über die Alterung. Das BMS kann man zwar so konfigurieren, dass es z.B. die Ladung bei Erreichen von 3,4V beendet wird und die Entladung bei 3,2V, jedoch wird es dann unvermeidlich ein unerwünschtes und unzuverlässiges Schaltverhalten annehmen, weil durch den Spannungsabfall ausgelöst durch Lade- und Entladeströme, dann bereits viel zu früh diese Spannungsschwellen berührt werden und es dann, natürlich, zu unerwünschten Fehlschaltungen kommt. Über dieses Thema könnte ich problemlos ein Buch schreiben, weil es meine tägliche Supportarbeiten mit den Kunden ist. Sehr viele Kunden probieren genau das aus und sind dann völlig überrascht, was dann passiert.

Es ist daher bei gesamtheitlicher Betrachtung eine schlechte Idee, ein paar Jahre Lebensdauer oder einige hundert Zyklen mehr herausholen zu wollen, indem man versucht, von den Grenzen des zulässigen Betriebsbereichs ausreichend weit wegzubleiben. Außerdem besteht dazu auch keine Notwendigkeit, schließlich handelt es sich um absolut zuverlässige, kaum verschleißende LiFePO4-Zellen, nicht um irgendwelchen prähistorischen Bleischrott, der am liebsten immer nur kühl, voll aufgeladen, ohne benutzt zu werden, aber regelmäßig nachgeladen werden möchte, im Keller steht. LiFePO4-Zellen sind von Lebensdauer und Haltbarkeit um so viele Universen besser als Bleizellen, dass sich die Frage des Verschleißes innerhalb der ersten 10 Jahre sowieso nicht stellt. Vielleicht nach 20 Jahren mal, meiner Meinung nach aber eher nach 30 Jahren. Deshalb mache ich mir wirklich keine Sorgen um die effektive Lebensdauer. Außerdem muss man beim Kauf 100% der Kapazität bezahlen, dafür Raum bereitstellen und die Zellen ständig mit sich herumschleppen. Bezieht man die hierdurch entstehenden Kosten mit in die Rechnung ein, macht es überhaupt keinen Sinn, sich mit dieser Frage länger als unvermeidlich zu beschäftigen, auch wenn User in vielen Fachforen und Youtuber nicht müde werden, diesen Irrweg zu beschreiten. Mein E-Auto mit Lithium-Batterie ist 13 Jahre alt und die Batterie-Kapazität liegt bei 98%. Es wird gefahren und geladen wie es gebraucht wird.

Bei der Ladung von LiFePO4-Batterien kann man durchaus Ladegeräte für Bleibatterien verwenden, weil die Zellen selbst ja durch das BMS vor Überladung geschützt werden. Besondere „Kurven“ sind da nicht gefordert. Eher ist es so, dass sich bei Ladegeräten für Bleibatterien eine gewaltige Inflation von Ladeprogrammen entwickelt hat, bei denen man problemlos auch noch einstellen kann, ob man blaue, gelbe oder rote Batterien laden möchte. Die Kunden lieben sowas und zahlen dafür mehr Geld. Die Industrie greift das dankbar auf und liefert das gewünschte. Bei LiFePO4-Akkus braucht es nur eine einfache IU-Kennlinie, also zunächst eine Strombegrenzung (I), damit das Ladegerät nicht überlastet wird und bei Erreichen der Ladeschlussspannung eine Konstantspannungs-Ladephase (U), mehr nicht. 😊

Grüße, Tom

Erklärung 8S3P-Konfiguration: