Frage Degradation von Lithium-Batterien/LiFePO4

Servus Gemeinde,

wir mussten gerade nach gewohntem mehrwöchigem Aufenthalt in Norge aus unserer Wohnkabine wieder zurück ins Haus ziehen. Würde gerne zum Übergang noch ein paar Tage zum Frühstück in der Kabine bleiben, macht meine Frau aber nicht mit… und alleine ist’s weniger lustig, dazu noch der Spott der Nachbarn…

Aber zu meiner Frage:
Ich befürchte, meine Batterie schwächelt schon. Seit sechs Jahren habe ich eine LiFePO4 mit 100 Ah Leistung verbaut. Es ist die dritte, nach begonnenem Lithium-Abenteuer vor neun Jahren. War mit dem „Upgrade“ wohl etwas früh dran und es kannten sich noch nicht alle damit aus. Ist aber eine andere Geschichte.
Mit Victron Triple-Charger, den richtigen Einstellungen/Ladekurve, etc. funktionierte es schließlich und endlich im 3. Anlauf.
Die aktuell verbaute LiFePO4 war also somit von Beginn an frei von Schäden.
Da ich eine Engel Gefrierbox für meinen gefangenen Fisch dabei habe, muss die schon auch was tun fürs damals noch sehr teure Geld.
Die ersten Jahre konnte ich die Batterie-Kapazität im Notfall noch bis auf 10-15% nutzen. Nachgeladen wird über Fahren/integrierter Booster oder abgesetzt mit Strom-Generator, auch mal mit Landstrom.
Über Bord-Computer von Votronic wurde die Kapazität beobachtet und die persönliche Grenze zum Nachladen um die 20% gesetzt, zur Schonung der Batterie. 
Das hatte immer funktioniert, bis es so letztes Jahr zum Stromausfall kam. Mein Fehler, wenn mehrfach nicht komplett geladen wird, setzt sich der BC nicht auf die tatsächliche Kapazität zurück… soweit klar.
Seitdem wird die (aufschlussreichere) Spannung beobachtet. Ich liste es hier mal:
80% / 13,3 V
60% / 13,2 V
30% / 12,8-12,9 V
25% / 12,7-12,8 V
20% / 11,8-11,9 V 
19% / 11,6 V
18% / 11,3 V
17 % / 11,1 V: 
Die Gefrierbox hat nur noch 1,6 Ah bekommen, zieht aber regulär 3,5 Ah.

Mit den Werten bei 20% ist meine LiFePO4 nur noch knapp auf dem Stand einer Blei-Säure-Batterie, Bei 20% sollte sie nach Norm noch 12,9 V haben, gegenüber roundabout 11,6 V bei Blei-Säure. Unter 20% ist dann endgültig Schluss.
Ich weiß… Natürlich ist das nicht die Ruhespannung. Ich kann im Urlaub irgendwie schlecht für einen vollen Entlade-Zyklus alle Verbraucher abschalten, meiner Frau Kühlschrank und Heizung nehmen, alkoholfreies Bier warm trinken und alle aufgetauten Fische auf einmal essen…

Leider habe ich im Neuzustand keine Vergleichswerte dokumentiert. Hatte die Nase voll vom Ärger bis dahin und war froh, dass es dann jahrelang gut lief.

Ich gehe von bereits eingetretener Degradation aus, entgegen aller Werbeversprechungen. Abgesehen vom besagten Jahresurlaub hat die Batterie keinen sonderlichen Stress. Bei Wochenend-Ausflügen brauchen wir kaum Strom. Übers Jahr hängt die Kabine vor dem Haus am Landstrom. 

Wie sind Eure Erfahrungen zur Degradation? Hat sich die letzten Jahre da etwas getan, abgesehen vom gefallenen Preis?

Ich würde da mal nicht so auf die Spannungen gucken. Die hängen stärker von der Temperatur als vom Ladezustand ab! Das funktioniert bei LiFePo Batterien nicht so wie bei Bleibatterien.
Und der Batteriecomputer fuktioniert nur richtig bei regelmäßiger Vollladung, sonst kann man sich nicht auf die Zahlen verlassen, vor allem wenn nur kleine (standby-) Verbraucher aktiv sind. Dann stehen schonmal 50% drauf, die Batterie ist aber schon fast leer. Das sind Messfehler bei kleinen Strömen, die sich dann aufsummieren.
 

Kabinerl schrieb:

...Übers Jahr hängt die Kabine vor dem Haus am Landstrom. ...

Da sehe ich das Hauptproblem wenn die LiFePO4 immer am Strom hängt und bei 100% SOC ist. Für die Lagerung haben die es am liebsten so zwischen 30 und 50%, zur Not noch 80%. 100% wollen Blei-Akkus.

Bei Lithiumbatterien ist die Spannung wesentlich konstanter wie bei Bleibatterien, die dient da höchstens noch als grober Richtwert wenn sie wirklich leer ist. Sieht man auch gut an deinen Messungen.

Was ist denn die angegebene Zyklenzahl bei welcher Entladetiefe und welcher Abschaltspannung?
Bei unserer werden 2000 Zyklen bei 100% Entladung angegeben und 10V Abschaltspannung des BMS. Würde mich schwer überraschen wenn sie das wirklich einhält.

Aufgrund des Alters würde ich schätzen, dass bei deiner Batterie max. 80% Entladung empfohlen wird. Mit Blick auf den Spannungsverlauf würde ich sagen, sie hat 5-10% Kapazität eingebüsst und liefert nun noch 70-75% anstelle der ursprünglichen 80%.
Wie viele Zyklen hat sie denn etwa?

Auch wenn 100% Entladung kein Problem sein sollten, würde ich nicht unter 20% gehen. Einerseits wegen den Messfehlern, man könnte tiefer sein als angezeigt. Und andererseits geht es auf die Lebensdauer, egal was das Datenblatt sagt.

Wie schon erwähnt wurde, Lithiumbatterien am besten bei ca. 50% lagern, nicht permanent am Ladegerät. Beim Isolieren der Batterie dann darauf achten, dass sie vollständig getrennt ist, also auch die Sicherungen für die Messleitungen etc. ziehen. 

Lithiumbatterien sind Diven, sonst bräuchten sie kein BMS und wollen in ihrer Komfortzone gehalten werden.

Hi,

ich kenne jetzt den Votronic-BC nicht persönlich, aber wenn der nur vernünftig anzeigt, wenn er regelmäßig vollgeladen wird, dann halte ich das für ein Manko. 

Meine LiFePo hat Bluetooth über App und weil mir das auf Dauer für den schnellen Check zu unpraktisch war, hab ich für 27 EUR von AliExpress einen separaten Batterie-Monitor mit Shunt geordert und an gut sichtbarer Stelle eingebaut. Der läuft seit 2 Jahren problemlos und zeigt bis heute auf 0,1% genau den gleichen Wert in Prozent oder Ah an, den der Akku über die App vermeldet.

Das hilft Dir vielleicht bei Deinem aktuellen Problem nicht, aber vielleicht ist das was für die Zukunft?

Grüße
Christian

Wishbone schrieb:

Hi,

ich kenne jetzt den Votronic-BC nicht persönlich, aber wenn der nur vernünftig anzeigt, wenn er regelmäßig vollgeladen wird, dann halte ich das für ein Manko. 

Meine LiFePo hat Bluetooth über App und weil mir das auf Dauer für den schnellen Check zu unpraktisch war, hab ich für 27 EUR von AliExpress einen separaten Batterie-Monitor mit Shunt geordert und an gut sichtbarer Stelle eingebaut. Der läuft seit 2 Jahren problemlos und zeigt bis heute auf 0,1% genau den gleichen Wert in Prozent oder Ah an, den der Akku über die App vermeldet.


Hallo Christian,
könntest du denn den Link von AliExpress einstellen, ich persönlich suche so ein Teil schon lange und würde das auch gerne einbauen.
Danke dir fürs erste mal.
Grüße Matze
 

Danke Euch allen erst mal für die Antworten. Die aufgeworfenen Fragen versuche ich mal zusammenfassend zu beantworten.

Ich weiß, optimal für jede Batterie wäre natürlich Trennung aus dem System, also Ausbau, damit Schutz vor Kälte, Frost und allen Verbrauchern, Lagerung bei Nicht-Nutzung um die 50% Kapazität.
Die Realität sieht bei uns so aus: Wir nutzen die WoKa i. d. R. bis Mitte Dezember und regulär wieder ab März. Ausnahme war dieses Jahr mit dem S…Wetter im Frühjahr. Für vier/fünf Monate wäre der Aufwand zum Ausbau natürlich schon gerechtfertigt.
Der Verbleib der Batterie in der WoKa ist wohl das geringere Problem. Ich hab’s auch schon mal so gehandhabt, dass ich sie vom Strom genommen habe. Man glaubt ja nicht, wie schnell man dann vergisst, sie auch wieder mal anzuschließen… zudem ist verblüffend, welche Kleinst-Abnehmer da noch Strom ziehen und wie schnell die Batterie leer wird. Mein BC zeigt bei ausgeschaltetem Zentral-Schalter immer -0,2 Ah Verbrauch an.
Keine Ahnung, was da so zieht.
Ideal wäre, wenn man das Ladegerät auf 80% Maximal-Ladung für kurz bevorstehende Abfahrten einstellen könnte (der Booster macht  dann erst den Rest, wenn’s auch wirklich los geht) und auf 50% für die ganzen Standzeiten/die Nicht-Nutzung.
Aktuell ist’s so, dass das Votronic die Kapazität auf 90% fallen lässt und erst bei Stromabnahme oder Stecker ziehen und wieder rein erneut auf 100% lädt. Natürlich wären 80% maximal besser.
So habe ich’s bei unserem Elektro-Fahrzeug für den Alltag voreingestellt. Dort geht das, von 0-100%, auch ohne Ausbau…

Ich bin elektrisch/elektronisch nicht so gut drauf, dass ich am System bisher selbst rumgebastelt hätte. Wie gesagt, war ich schon froh, als sie es über einen Zeitraum von drei Jahren, mindestens sechs Kreuzwertheim-Ausflügen (ist ja schön dort, aber irgendwann will man mal woanders hin) a 800 km und der 3. Batterie endlich hin bekommen haben; letztendlich auch nur glücklicher Weise, weil ich selbst mit Votronic Kontakt aufnahm und schließlich recherchiert hatte, dass immer noch der alte/falsche Shunt verbaut war.
Wenn man nicht alles selber macht… oder leider in diesem Fall auch, machen kann…

Aber egal, jetzt zur 3. Lithium-Batterie:
Seit 2018 drin, eine Relion 100 Ah. Leider sind die Ladezyklen über den BC nicht ablesbar bzw. werden über das Votronic Ladegerät nicht erfasst. Wenn es dafür etwas gäbe, bitte Info !
Da man Ladezyklen in vollen Hüben rechnen sollte, schätze ich mal, dass da insgesamt bisher maximal 100 volle Ladezyklen drauf sind. Die „vollen“ Ladezyklen von 20 auf 100% sind leicht gezählt, fallen nur in einer Woche/Jahr auf dem Heimweg von Norwegen an, beim frei stehen mit der eingeschalteten Gefrierbox und dem wertvollen, selbst gefangenen Lachs… dazu die regelmäßig prozentualen 70, 80 oder 90 auf 100% an den verlängerten Wochenenden, mehr kann’s insgesamt kaum sein.
Selbst wenn’s schon 300 volle Ladezyklen wären:
Eine solche Degradation dürfte doch noch nicht feststellbar sein. Wenn ich das mit der Belastung unseres E-Fahrzeugs nur in vollen Ladezyklen vergleiche.  

Der Votronic BC rekalibriert sich bei jeder Vollladung von selbst. Unzuverlässige Anzeige-Daten entstehen dann erst bei mehrfacher Ladung, ohne dabei 100% zu erreichen. 
Meine Auflistung im 1. Post ist nach Vollladung entstanden.

Alles, was schon zur Batterie-Pflege gesagt wurde, ist natürlich völlig richtig. Unter 20% habe ich selbst die Batterie I. d. R. nicht fallen lassen; mit Ausnahme „einmal vergessen wieder anzuhängen“ (seitdem hängt sie dauerhaft am Strom), einmal Stromausfall wegen falscher Anzeige-Werte, wie schon geschildert, dazu einmal wegen fehlendem Netzstrom über den Winter auf dem Werks-Gelände in Kreuzwertheim und zuletzt zur Dokumentation.
Die Abschalt-Spannung bei der Relion liegt, laut Daten-Blatt, bei 8 V.
Selbst wenn die aufwendigste und optimalste Batterie-Pflege, Ausbau, Lagerung im Haus, Erhaltungsladung 50%, etc. nicht die auf dem Markt beworbene Anzahl der Ladezyklen toppen würde, sondern diese sich zwingend nur auf diesem Wege überhaupt annähernd erreichen lassen würden, wäre meine Batterie dennoch „zu früh dran“.
Die Relion RB wird mit 5000 Ladezyklen beworben, bei jeweils 100% Entladung…

Entweder rechne ich/denke ich in dem Fall völlig verkehrt und das ist normal oder im System/der Verschaltung/den Einstellungen stimmt irgendetwas immer noch nicht.
Nach insgesamt um die 5.000,- € für den ganzen Umbau, das ganze Hin und Her gar nicht eingerechnet, ist mir jetzt ein bloßer Wechsel der Batterie für einen nächsten Turnus von ein paar Jahren zu riskant. Die nachlassende Kapazität war ja schon letztes Jahr deutlich festzustellen.
Wenn ich wechsle, würde ich jetzt gleich eine Kapazität von 200 Ah nehmen. Aber wenn die nach vier/fünf Jahren auch wieder so nachlässt… ginge halt dann nur nicht ganz so an die Substanz hinsichtlich Restkapazität.

Hallo Rudi,
Danke dir für die Links.
Dazu habe ich doch gleich auch eine Frage.
Wenn ich mir das Schaltbild diese Batterie-Checker ansehe gehen alle Minus (-) Kabel über das Teil.
Meine Frage ist nun diese wo schliese ich meine Solaranlage an, sollte die auch über das Teil laufen od wie?
Anbei der Schaltplan.
Vielleicht kann du mir das erklären oder aufzeichnen, damit ich das auch mal begreife!
Danke dir
Grüße MAtze 

@Kabinerl
Hast du den Hersteller (Relion) mit deinen Messungen schonmal kontaktiert? Wäre interessant was die dazu sagen. 5000 Zyklen bei 100% Entladung wäre schon eine Traumleistung, kann ich mir kaum vorstellen dass das funktioniert resp. nur unter Ideal-/Laborbedingungen.
Bei dem sporadischen Gebrauch und den Daten der Batterie sollte die dennoch liefern wie am ersten Tag.


Zum Lagern der Batterie schalte ich über den Hauptschalter alle Verbraucher ab und ziehe die Sicherungen für Shunt und Ladegerät. In den -0.2A (nicht Ah) ist unter anderem der Stromverbrauch des Shunts mit dem Display enthalten. Bei uns hat das Ladegerät (Votronic VBCS) eine Messleitung am Pluspol, auch darüber kann ein Ruhestrom fliessen. Alternativ die Verbindung an einem der Batteriepole trennen, dan sollte auch kein Strom mehr fliessen.

Das E-Auto ist nicht wirklich damit zu vergleichen. Dort kommunizieren Ladegerät und BMS miteinander. Sprich das BMS erkennt wann die von dir gewünschte Ladeschwelle erreicht ist und stoppt das Ladegerät. Es gibt komplexe Systeme (Victron oder Mastervolt) wo das möglich sein könnte. Bei allen einfachen Systemen kommunizieren die nicht und so kann das Ladegerät nur auf eine Spannung absenken, nicht aber auf einen Zustand. Du kannst die Kühlbox laufen lassen bis du ca. 60% erreicht hast und dann die Batterie komplett trennen. Ein gelegentliches Nachladen sollte nicht nötig sein sofern sauber getrennt wurde. Ausbauen würde ich sie nur in Sibirien.

Wenn sich die Degradierung von 80% auf 70% der Nennkapazität bemerkbar macht, dann ist die Kapazität grenzwertig tief gewählt. Da würde ich eher zu 150+ Ah greifen.

Das raufzählen ist die Ungewissheit. Ab einem definitierten Spannungsniveau meldet der Batteriecomputer zwar schon 100 %, aber wenn die Sonne ordentlich scheint, wird die Batterie weiter nennenswert mit etlichen Ampere geladen. Wenn der Himmel mehrere Tage eher grau ist, weicht die Anzeige 100 % des Batteriecommputers aber deutlich vom tatsächlichen Zustand ab. Und bei weiterem Verbrauch in der Nacht kann Tiefentladung dann schon der realistische Zustand sein.

Eine gewisse Skepsis bezüglich der Anzeige ist angebracht.

Beim Votronic kann man den Batterie-typ einstellen. Ich nehme an der wird dann einen entsprechenden Korrekturfaktor für die Effizienz der Ladung berücksichtigen. 
Als unsere AGM durch war hatten wir mal 60% mal 70% Ladezustand bis die Spannung eingebrochen ist. Ich vermute, dass die Batterie die Ladung nur noch sehr "wiederwillig" angenommen hat und der BC die 100% wesentlich früher berechnet hat als das es Geladen wurde. War aber erst kurz vor Ende so, zuvor hat der Ladezustand und die Spannung gut zusammen gepasst.

Hi,

sorry, ich wr paar Tage nicht hier. Die beiden von Bimobil verlinkten BC meine ich. Den runden hab ich im Sprinter, den eckigen in meinem Mini-Balkonkraftwerk. Beide machen ihren Job gut, ich mag den eckigen lieber aus optischen Gründen und weil mehr Infos auf einen Blick geliefert werden.

Das Kalibrieren der Dinger ist simpel: Mit Ladegerät richtig vollladen, Kapazität in Amperestunden vorher eingeben und dann eben auf "100% geladen" einstellen.

Ich bin kein Elektrofachmann, aber ich meine, das angesprochene Spannungsproblem für AGMs ist für den Shunt/BC gar keines, denn der gibt ja die Kapazität des Akkus nicht anhand der Spannung (also quasi geschätzt) an, sondern zählt jede Amperestunde, die über den Shunt rein- und rausgeht und zeigt das in Prozent an.

Das Verkabeln war übrigens echt simpel. Man muss sich nur vorstellen, daß der Shunt der neue Minus-Pol der Batterie ist.

C.

Das Problem das Bimobil angesprochen hat besteht vor allem bei Bleibatterien durch ihren geringeren Wirkungsgrad.
Gehen bei einer LiFePo mit 100Ah genau 10Ah rein, ist sie um 9.9% geladen worden. Bei einer Bleibatterie sind es zwischen 7-9%, je nach Alter und Zustand der Batterie. Dadurch kann der BC 100% anzeigen obwohl die Batterie noch voll aufnahmefähig und weit unter 100% ist. Für den BC sind 100Ah rein, also ist sie auf 100%. Wenn die Batterie aber schon alt ist hat sie erst 90Ah aufgenommen und es bräuchte nochmal 15Ah um die 100% zu erreichen. LiFePo sind diesbezüglich wesentlich besser, da der Wirkungsgrad wesentlich höher ist.

Ein guter Batteriemonitor sollte sich bei geringem Strom (<0.5A) und maximaler Ladespannung jeweils neu Kalibrieren. Erst an diesem Punkt kann wirklich davon ausgegangen werden dass die Batterie voll ist. 

Wishbone schrieb:

Ich bin kein Elektrofachmann, aber ich meine, das angesprochene Spannungsproblem für AGMs ist für den Shunt/BC gar keines, denn der gibt ja die Kapazität des Akkus nicht anhand der Spannung (also quasi geschätzt) an, sondern zählt jede Amperestunde, die über den Shunt rein- und rausgeht und zeigt das in Prozent an.
 

Es hat teilweise den Charakter einer Schätzung, da der BC den Wirkungsgrad nicht berücksichtigen kann. Hirn nicht abschalten.

Der BC müsste einfach hin und wieder mal kalibriert werden:
Abklemmen und nach ein paar Minuten wieder anklemmen und dann Verbraucher einschalten (Kühlschrank) dann regelt der sich i.d.R. wieder neu ein. Nicht jeder BC kann auch LiFePo4.

@Discher81: Anstelle Deines unhöflichen und besserwisserischen Kommentars könntest Du natürlich auch erklären, an welcher Stelle und welcher Wirkungsgrad beim Strommessen am Shunt eine Rolle spielt. Ich lerne ja gern dazu und bin gespannt.

C.