Vom Umgang mit LFP-Akkus

Mittlerweile gibt es kaum noch Gründe, sich mit Bleiakkus irgendeiner Bauform auseinanderzusetzen: LFP- (LiFePO₄-) Akkus Sind nicht mehr entscheidend teuerer und haben in so ziemlich jeder Hinsicht bessere Eigenschaften: Lebensdauer, Systemspannung, nutzbare Kapazität usw. – nur wer sie bei niedrigen Temperaturen einsetzen will, muss Grenzen beachten.

Die wichtigsten Vorteile

LFP-Technik hat eine Menge Vorteile:

Der im Amateurfunk wichtigste Vorteil ist die Spannung: Blei-Akkus fallen schnell auf 12 V oder weniger ab, was viele Funkgeräte übel nehmen. Im Minimum nimmt die verfügbare Ausgangsleistung ab. Manche Geräte verweigern unterhalb von 12 V oder so komplett den Dienst. LFP-Akkus dagegen haben eine Nennspannung von 12,8 V, die sie erst recht spät bei der Entladung unterschreiten.
Generell ist die Spannung eines LFP-Akkus viel stabiler. Höher als 14 V braucht man beim Laden nicht zu gehen, wie ich unten noch zeigen werde. Deutlich unter 12,6 V kommt man nur, wenn man sehr große Ströme zieht oder die Akkus sehr weit entlädt.
Die nominelle Kapazität kann man größtenteils nutzen, anders als bei Blei-Akkus. Wenn man dort mehr als die halbe Kapazität nutzt, sinkt die mögliche Zyklenzahl drastisch ab.
Die Selbstentladung ist recht gering. Alle paar Monate nachladen sollte reichen. Da habe ich aber keine eigene Erfahrung, weil alle meine LFP-Akkus ständig an den Solarmodulen hängen.
LFP-Akkus wiegen, auf die Kapazität bezogen, nur ein Drittel von Blei-Akkus. Das wirkt sich auch im stationären Einsatz aus: 200 Ah/12 V wiegen in Blei-Technik gut 60 kg.
LFP-Akkus sind generell für viel mehr Ladezyklen spezifiziert. 3000 Zyklen sind die untere Grenze, die man in den Datenblättern ließt. Wenn man den Akku jeden Tag komplett lädt und entlädt, sind das 8 Jahre! In realistischen Betrieb altern diese Akkus eher kalendarisch, also einfach über die Zeit. 10 Jahre sollten eigentlich kein Problem sein, auch wenn für aktuelle LFP-Akkus dafür keine realen Ergebnisse vorliegen können.
Ein LFP-Akku braucht zwingend ein Batterie-Managementsystem (BMS), das für einen gleichmäßigen Ladezustand der einzelnen Zellen sorgt. Das BMS schaltet den Akku auch ab, wenn die Spannungsgrenzen überschritten werden – schützt also vor Überladung und Tiefentladung. Letztere Ausage gilt aber zwangsweise nur eingeschränkt, siehe unten.

Geräte direkt aus dem Akku betreiben

Funkamateure sind gewohnt, viele Geräte direkt aus einem Akku betreiben zu können. Viele Transceiver sind für 13,6 V +/-15% spezifiziert, also typische Bordnetzspannungen in Fahrzeugen. Am unteren Ende dieses Spannungsbereichs geht aber zumeist die Sendeleistung schon zurück. Jeder, der einen Kurzwellen-Transceiver aus einem Bleiakku betrieben hat, kennt as Problem. Mit LFP-Akkus hat man das Problem viel weniger.

Es gibt sehr viele Geräte, die mit einem 12-V-Netzteil ausgeliefert werden. Ich gehe dazu über, solche Geräte ohne Spannungswandler an LFB-Akkus anzuschließen. Die Überlegung ist, dass es heute kaum noch Computerkomponenten gibt, die 12 V benutzen. Alles funktioniert mit 5 V, 3,3 V oder noch geringeren Spannungen. Folglich wird die Betriebsspannung erst mal mit Schaltreglern weiter heruntergesetzt. Für 12 V ausgelegte Schaltregler sollten auch etwas mehr aushalten. Wer ganz vorsichtig sein will, kann zwei Siliziumdioden in Durchlassrichtung in die 12-V-Leitung einfügen.

Dafür übernehme ich keine Garantie! Aber der Windows-Rechner in meiner Funkanlage läuft seit vielen Monaten genau so. Wer seine alte Fritzbox im Shack als WLAN-Accesspoint einsetzen will, kann da aber ohne großes Risiko tun.

LFP-Akkus schonend behandeln

(01.04.25) Meine Ankündigung der Seite Drei Jahre "Notfunk ready" im DARC-Matrixforum P - Notfunk löste die Frage aus, wie man LFP-Akkus behandeln solle. Hier meine Antwort:

LFP-Akkus sind ausgesprochen gutmütig. Man muss sie regelmäßig auf deutlich über 13,6 V aufladen, damit das Batteriemanagement einen Ladungsausgleich machen kann. Die maximale Ladespannung ist 14,4 bis 14,6 V, da ist genug Spielraum.

Meine Laderegler stelle ich typisch auf max. 14,0 V ein, was am Akku 13,8 V oder so bedeutet. Gegenüber der maximalen Ladespannung verzichtet man vielleicht auf 2% mögliche Ladung - geschenkt. Jedenfalls kann ich nach 3 Jahren noch keinen merklichen Kapazitätsverlust entdecken. Mal ganz abgesehen davon, dass meine Akkus häufig über Wochen nicht wirklich randvoll werden. Das passiert recht leicht bei Solarladung.

Für einen tieferen Einstieg und bei leidlichen Englischkenntnissen empfehle ich den YT-Kanal "DIY Solar Power with Will Prowse". Zur hier diskutierten Problematik gibt es da zwei Videos:

Ehe da jemand Widersprüche zu meinen Aussagen vermutet: Ich arbeite mit sehr geringen Ladeströmen, z.B. maximal 35 A für die 300 Ah im Keller. Diese Ströme erreiche ich auch maximal 3 Stunden pro Tag. Dann seht euch mal Diagramme von Ladespannung gegen Ladezustand an: Diese Kurven sind extrem flach, bis ihr bei einem 12-V-Akku die 13,6 V überschreitet. Diese Schwelle hatte ich genannt. Ab dieser Spannung kommt es auch zu Sprüngen im Ladestrom, die offensichtlich vom BMS verursacht werden. Die treten aber fast nur bei ganz neuen Akkus auf, weil die Selbstentladung der einzelnen Zellen recht gering ist.

(05.04.25) Eben lief mir ein YT-Video über den Weg, das die Entlade- und Ladekurve eines LFP-Akkus zeigt: Off Grid Basement: Don't set the Float Voltage too high! Graph to show perfect float voltage

Deutlich kann man sehen, warum die Ladespannung deutlich über 13,6 V hinaus gehen muss, Ladespannungen deutlich jenseits der 14,0 V aber überflüssig sind. Dieses Video vergisst einen wichtigen Aspekt zu erwähnen: Dass das Batteriemanagement den Ladungsausgleich machen können muss.

Das Bild rechts zeigt eine für mich typische Situation: Die Solarmodule liefern um 400 W (30 A) und die wesentliche Last ist der Luftentfeuchter, der rund 300 W zieht. Regelmäßig schaltet der den Kompressor ab, um seinen Verdampfer zu enteisen. Dann braucht der Luftentfeuchter noch rund 50 W für das Gebläse. Unten steht die Uhrzeit.

Deutlich kann man sehen, wie ab rund 13,6 V die Akkuspannung steil ansteigt. Wie man sieht, hängt das nicht vom Ladestrom ab, sondern vom Ladezustand. Bei 13,9 V betrenzt der Solar-Laderegler die Ladespannung, worauf der Ladestrom steil einbricht. Das ist für den Laderegler das Signal, auf 13,5 V Ladungserhaltung umzuschalten.

Die negative Stromspitze zeigt den Einschalt-Stromstoß des Kompressors. Bedenkt die Ströme, die hier fließen: 200 mV Spannungsabfall zwischen Laderegler und Akku bei 20 A zeigen einen Widerstand von 0,01 Ω.

Wie man LFP-Akkus sicher umbringen kann

Dafür gibt es eigentlich nur zwei Möglichkeiten:

Man lässt den Akku in entladenem Zustand lange stehen. Dann entlädt er sich natürlich weiter und dann hilft ihm auch das BMS nichts mehr. Tiefentladung nehmen praktisch alle Akkus ausgesprochen übel.
Man versucht, einen LFP-Akku bei zu niedrigen Temperaturen zu laden. Die Hersteller geben praktisch alle eine Grenze von 0°C an. Leider überwachen das längst nicht alle BMS, während wohl alle BMS eine Überhitzung erkennen und den Akku abschalten.

Natürlich sollte man auch den maximalen Ladestrom beachten. Der liegt aber meist bei 1 C, also bei einem 100-Ah-Akku bei 100 A. Die meisten Funkamateure werden sich schwer tun. solche Ströme bereitzustellen. Kaum einer der mir bekannten Tests hat gemessen, ob das BMS bei zu hohem Ladestrom abschaltet. Zu hoher Entladestrom wird aber in aller Regel gemessen.