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Lithiumbatterie LiFePo4

Warum Lithium-Eisenphosphat?
Die Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4 oder LFP)-Batterie ist der sicherste Typ der regulären Lithium-Eisen-Batterietypen. Die Nennspannung einer LFP Zelle beträgt 3,2 V (Blei-Säure: 2 V/Zelle). Eine 12,8 V LFP-Batterie besteht daher aus 4 in Reihe geschalteten Zellen und eine 25,6 V Batterie besteht aus 8 in Reihe geschalteten Zellen.

Robust
Eine Blei-Säure-Batterie wird in folgenden Fällen aufgrund von Sulfatierung vorzeitig versagen:

  • Wenn sie lange Zeit in unzureichend geladenem Zustand in Betrieb ist (d. h., wenn die Batterie selten oder nie voll aufgeladen wird).
  • Wenn sie in einem teilweise geladenen oder was noch schlimmer ist, völlig entladenen Zustand belassen wird (Yacht oder Wohnmobil während des Winters).

Eine LFP-Batterie muss nicht voll aufgeladen sein. Die Betriebslebensdauer erhöht sich sogar noch leicht, wenn die Batterie anstatt voll nur teilweise aufgeladen ist. Darin liegt ein bedeutender Vorteil von LFP-Batterien im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien.
Weitere Vorteile betreffen den breiten Betriebstemperaturenbereich, eine exzellente Zyklisierung, geringe Innenwiderstände und einen hohen Wirkungsgrad (siehe unten).
Die LFP Batterie ist daher die beste Wahl für den anspruchsvollen Gebrauch.

Effizient
Bei zahlreichen Einsatzmöglichkeiten (insbesondere bei netzunabhängigen Solar- und/oder Windkraftanlagen), kann der Energienutzungsgrad von ausschlaggebender Bedeutung sein.
Der Energienutzungsgrad eines Ladezyklus (Entladen von 100 % auf 0 % und Wiederaufladen auf 100 %) einer durchschnittlichen Blei-Säure-Batterie liegt bei ca. 80 %.
Der Energienutzungsgrad eines Ladezyklus einer LFP-Batterie liegt dagegen bei 92 %.
Der Ladevorgang einer Blei-Säure Batterie wird insbesondere dann ineffizient, wenn die 80 %-Marke des Ladezustands erreicht wurde. Das führt zu Energienutzungsgraden von nur 50 %. Bei Solar-Anlagen ist dieser Wert sogar noch geringer, da dort Energiereserven für mehrere Tage benötigt werden (die Batterie ist in einem Ladezustand zwischen 70 % und 100 % in Betrieb).
Eine LFP-Batterie erzielt dagegen noch immer einen Energienutzungsgrad von 90 %, selbst wenn sie sich in einem flachen Entladezustand befindet.

Größe und Gewicht
Platzeinsparung von bis zu 70 %
Gewichteinsparung von bis zu 70 %

Teuer?
LFP-Batterien sind im Vergleich zu Blei-Säure-Batterien teuer. Jedoch werden sich die höheren Anschaffungskosten bei anspruchsvollen Einsatzmöglichkeiten aufgrund der längeren Betriebslebensdauer, der hohen Zuverlässigkeit und dem hervorragenden Energienutzungsgrad mehr als bezahlt machen.

Unendlich flexibel
LFP-Batterien lassen sich leichter aufladen, als Blei-Säure-Batterien. Die Lade-Spannung kann zwischen 14 V und 16 V variieren (so lange an keiner der Zellen mehr als 4,2 V anliegen). Außerdem müssen diese Batterien nicht voll aufgeladen werden. Aus diesem Grund lassen sich mehrere Batterien parallel schalten und es tritt keine Beschädigung auf, wenn einige Batterien weniger geladen sind, als andere.

Mit oder ohne Batterie-Management-System (BMS)?
Wichtige Fakten:
1. Eine LFP-Zelle wird versagen, wenn die an der Zelle anliegende Spannung auf einen Wert unter 2,5 V fällt.
2. Eine LFP-Zelle wird versagen, wenn die an der Zelle anliegende Spannung auf einen Wert über 4,2 V ansteigt.
Blei-Säure-Batterien können unter Umständen auch beschädigt werden, wenn sie zu tief entladen bzw. überladen werden,
jedoch geschieht das meist nicht sofort. Eine Blei-Säure-Batterie wird sich von einer Tiefenentladung erholen, selbst, wenn sie mehrere Tage oder sogar Wochen in entladenem Zustand belassen wurde (abhängig vom Batterie-Typ und der Marke).
3. Die Zellen einer LFP-Batterie führen am Ende des Ladezyklus keinen automatischen Ausgleich durch.
Die Zellen in einer Batterie sind nie zu 100 % gleich. Aus diesem Grund sind einige Zellen beim Zyklisieren früher voll aufgeladen bzw. entladen, als andere. Diese Unterschiede werden stärker, wenn die Zellen nicht von Zeit zu Zeit ausgeglichen werden.
In einer Blei-Säure-Batterie fließt ein geringer Strom weiter, auch, wenn eine oder mehrere Zellen voll aufgeladen sind (der Haupteffekt dieses Stroms ist die Spaltung von Wasser in Wasser- und Sauerstoff). Mithilfe dieses Stroms werden die anderen Zellen, deren Ladezustand hinterherhinkt, ebenso geladen und so wird der Ladezustand aller Zellen ausgeglichen.
Der Strom, der durch eine LFP-Zelle fließt, ist - wenn diese voll geladen ist - jedoch fast gleich Null. Weniger geladene Zellen werden aus diesem Grund nicht voll aufgeladen. Der Unterschied zwischen den einzelnen Zellen kann mit der Zeit so extrem groß werden, dass, obwohl die Gesamtspannung der Batterie innerhalb der Begrenzungen liegt, einige Zellen aufgrund von Über- bzw. Unterspannung zerstört werden. Ein Zellenausgleich wird daher wärmstens empfohlen.

Abgesehen vom Zellenausgleich bietet ein BMS noch weitere Funktionen:
- Schutz der Zelle vor einer Unterspannung durch das rechtzeitige Abschalten der Last.
- Schutz der Zelle vor einer Überspannung durch Reduzierung des Ladestroms bzw. Abschalten des Ladevorgangs.
- Abschalten des Systems im Falle einer Übertemperatur.

Daher ist ein BMS für die Verhinderung von Schäden an großen Lithium-Batterie-Bänken unverzichtbar.

Mit Zellenausgleich, jedoch ohne BMS: LFP-CB Lithium-Eisenphosphat-Batterien für leichte Einsätze
Bei Einsatzmöglichkeiten, bei denen ein übermäßiges Entladen (auf weniger als 11 V), ein Überladen (auf über 15 V) oder ein übermäßig hoher Lade-Strom nie auftritt, können die 12,8 V LFP-CB Batterien mit Zellenausgleich verwendet werden.
Bitte beachten Sie, dass diese Batterien sich nicht für eine Reihen- bzw. Parallelschaltung eignen.
Beachte:
1. Zum Schutz vor übermäßigem Entladen kann ein Batterietiefentladeschutz zwischen Batterie und Verbraucher verwendet werden. Dieser sollte auf einen Abschaltwert >11V eingestellt sein.
2. Die Stromaufnahme der Wechselrichter und Wechselrichter/Ladegeräte ist nach einem Abschalten aufgrund einer zu geringen Spannung ist häufig noch immer von Bedeutung (0,1 A oder mehr). Der verbleibende Stand-by-Strom wird die Batterie daher beschädigen, wenn die Wechselrichter bzw. Wechselrichter/Ladegeräte nach einem Abschalten aufgrund einer zu geringen Spannung zu lange an eine Batterie angeschlossen bleiben.

Mit Zellenausgleich und Schnittstelle zum Anschluss eines BMS Systems: LFP-BMS Lithium-Eisenphosphat-Batterien
für anspruchsvolle Einsatzmöglichkeiten und Parallel-/Reihenschaltung
Die LFP Batterien mit dem Zusatz BMS (anstatt CB) sind mit einer integrierten Ausgleichs-, Temperatur- und Spannungssteuerung (BTV) ausgestattet. Es lassen sich bis zu zehn Batterien parallel und bis zu vier Batterien in Reihe schalten, sodass sich eine 48 V Batteriebank mit bis zu 2000 Ah zusammenbauen lässt. Die LFP-BMS Batterie/n muss/müssen dann an ein Victron Batterie-Management System (BMS) angeschlossen werden.

Batterie-Management-System (BMS)
Das BMS lässt sich mit den BTVs verbinden und seine wichtigsten Funktionen betreffen:
1. das Unterbrechen bzw. Abschalten der Last, wenn die Spannung einer Batteriezelle unter 2,5 V abfällt.
2. das Stoppen des Ladevorgangs, wenn die Spannung einer Batteriezelle auf über 4,2 V ansteigt.
3. Abschalten des Systems, wenn die Temperatur der Zelle 50°C übersteigt.