Umrüstung auf LiFePO4-basierte Bordstromversorgung im WoMo

Nach umfangreicher Auseinandersetzung mit verschiedenen Alternativen bezüglich der Umrüstung auf ein LiFePO4-basiertes Bordnetz im WoMo zur Steigerung der Effizienz der Solarstromversorgung, ziehe ich heute mal eine Zwischenbilanz meiner diesbezüglich gewonnenen Erkenntnisse. 

Meine Ausgangssituation und Wunschvorstellung war und ist, die Umrüstung auf möglichst unkomplizierte Art und Weise weitgehend selbst durchführen zu können, u. a. weil André Bonsch (AMUMOT), von dem ich die Umrüstung hätte machen lassen wollen, nach Überwinterung in Portugal heuer nicht nach Deutschland zurückkommt. Auch befinden sich keine Fachbetriebe mit diesbezüglich einschlägiger Erfahrung in meiner Nähe. Nicht zuletzt möchte ich nach Möglichkeit durch Eigenleistung Geld sparen. Bastellösungen kommen aber nicht in Betracht.

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Von André Bonsch habe ich zwar Einiges zum Thema Bordstromversorgung und Autarkie gelernt, doch meine eigenen fachlichen und handwerklichen Möglichkeiten sind begrenzt. An die Installation einer von AMUMOT angebotenen Lithiumbatterie von VICTRON ENERGY plus externem BMS und Batteriemonitor sowie die damit verbundenen Umverkabelungen traue ich mich nicht heran.

Deshalb hoffte ich eigentlich, in der LPS von LEAB/CLAYTON eine einfach zu installierende All-in-one-Lösung gefunden zu haben. Das intelligente Konzept lässt sich jedoch nicht so ohne weiteres in meine Bordstromversorgung integrieren, zumal weder CBE noch N+B einen Schaltplan zum CBE-Elektroblock herausgeben. Die LPS dürfte vor allem als Stand-alone-Lösung konzipiert worden sein und macht m. E. besonders in Campingbussen und als Generator-Ersatz für mobile Stromversorgung wirklich Sinn. Schade, dass das Komplettsystem LPS für meine Situation nicht so ideal passt, wie ursprünglich angenommen! Auch nach einer von LEAB angebotenen Anschluss-Modifikation würde der Umverkabelungsaufwand noch recht hoch sein. Gleiches gilt für den Preis, vor allem wenn man wie ich 200Ah realisieren möchte. Nicht zuletzt besitze ich bereits einige Komponenten, die dann nutzlos würden. Für andere Zwecke werde ich die LPS jedoch weiterhin im Auge behalten.

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Welche weiteren bezahlbaren Umrüstungslösungen bieten sich evtl. als Alternativen zu Systemen von VICTRON ENERGY und LEAB (Clayton) an?

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Bei den Lithium-Ionen-Batterien im Standardgehäuse (etwa 100Ah), z. B. von Büttner Elektronik, ExCELLO und anderen Anbietern, ist das Batteriemanagement (BMS) zwar (anders als bei Victron) integriert, doch sind die Pole bei 100Ah-Akkus nicht stirnseitig angeordnet wie bei 200Ah-Batterien, sodass die Anschlüsse nicht 1:1 vorgenommen werden könnten. Zudem wäre Parallelschaltung vonnöten. Dennoch wäre hier die Umrüstung mit relativ wenig Aufwand auch in Eigenleistung zu realisieren!

Noch interessanter ist diesbezüglich eine LiFePO4-Batterie von SIGA in Mannheim, die als 200Ah-Variante mit integriertem BMS  ähnliche Abmessungen und gleiche Anschlüsse (Lage der Rundpole) wie meine jetzige 243Ah AGM-Batterie von Longex aufweist. Nur das Gewicht weicht deutlich ab. Es würde sich erfreulicherweise mehr als halbieren.🙂

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Gehe ich von einer gewünschten Batteriekapazität von 200Ah aus, gäbe es demnach insgesamt diese vier noch bezahlbaren Umrüstungssalternativen (besonders teure Lösungen von SUPER oder MASTERVOLT unberücksichtigt):

  1. Victron Energy (AMUMOT): 160Ah-Block oder 2x90Ah parallel, da der 200Ah-Block von den Abmessungen her nicht passt, externes BMS
  2. Clayton (LEAB): LPS (100Ah) + Zusatzbatterie 100Ah parallel, integriertes BMS
  3. Büttner Elektronik u. andere Anbieter: 2 x ca. 100Ah parallel, integriertes BMS (Standardabmessungen)
  4. SIGA: 200Ah-Batterie mit Standardabmessungen und -Anschlüssen sowie integriertem BMS

Man erkennt rasch, dass SIGA die größte Kapazität in einem Batterieblock mit Standardabmessungen und integriertem Batteriemanagement anbietet, sodass keine Parallelschaltung mit entsprechender Verkabelung erforderlich ist, um 200Ah zur Verfügung zu haben. Bei Victron und anderen Produkten wäre der 200Ah-Batterieblock leider zu sperrig für meinen Batteriekasten.

Den größten bei mir möglichen Energiespeicher mit dem geringsten Installations-, bzw. Verkabelungsaufwand bekäme ich also wohl mit der 200Ah SIGA-Lithiumbatterie. Sie wäre 1:1 ohne Änderung der Verkabelung gegen die vorhandene AGM-Batterie austauschbar. Arbeitskosten für die Installation und u. U. weite Werkstattfahrten würden also bei dieser Lösung entfallen.

Wie verhält es sich mit den Beschaffungskosten?

  1. Victron Energy (160Ah): ca. 2500,00 € (+ Installationskosten)
  2. LEAB-LPS (100Ah): gut 3000,00 € (All-in-one!) + ca. 1800,00 € für Zusatzbatterie 100Ah (+ Installationskosten)
  3. Verschiedene Anbieter: ca. 100-110Ah für ca. 1100,00 – 1700,00 € (= ca. 2200,00 – 3400,00 € für ca. 200Ah) (+ geringe Installationskosten, da Standard-Batterieabmessungen)
  4. SIGA 200Ah-Block: ca. 2250,00 € (+ Eigenleistung für einfache Installation)

– Unterm Strich erscheint das LEAB-Komplettsystem als teuerste Lösung, beinhaltet aber mehrere den Preis relativierende Komponenten, die ich allerdings bereits als Einzelkomponenten besitze. Wäre meine Bordstromversorgung noch im „jungfräulichen“ Originalzustand, käme die LPS durchaus in Frage.

– Deutlich preiswerter erscheint Victron Energy, wenn ich mal von der etwas geringeren Speicherkapazität, den ungünstigeren Abmessungen und dem externen BMS absehe.

– Der Preis für die verschiedentlich angebotenen 100Ah LiFePO4-Batterien mit Gehäuseabmessungen wie Bleibatterien (z. B. von RELION, ExCELLO, SIGA, Büttner usw.) liegt im günstigsten Fall etwa gleichauf mit dem 200Ah-Block.

– Wegen der mit meiner jetzigen AGM-Batterie fast identischen Abmessungen sowie gleicher Rundpolanschlüsse erscheint für meinen Zweck die 200Ah-Batterie von SIGA nach meinem aktuellen Wissensstand am vorteilhaftesten zu sein.

Abgesehen vom Preis weisen die genannten Konkurrenzprodukte z. T. wesentliche Nachteile zur SIGA 200Ah LiFePO4-Batterie auf, zumindest bei den speziellen technischen Gegebenheiten in meinem WoMo und dem Umrüstungsaufwand:

  • VICTRON ENERGY 160Ah (200Ah-Block zu groß für Batteriefach):
    1. andere Gehäusemaße als vorhandene AGM-Batterie, andere Befestigung im Batteriefach, liegende Montage erforderlich
    2. somit abweichende Lage der Rundpol-Anschlüsse, Umverkabelung erforderlich
    3. externes BMS, zusätzliche Verkabelung
    4. um 40Ah geringere Nennkapazität
  • LEAB-LPS 100Ah:
    1. relativ aufwändige Integration des All-in-One-Systems ins Bordnetz
    2. im WoMo bereits vorhandene Komponenten nicht weiterverwendbar, erheblicher Deinstallationsaufwand
    3. andere Gehäusemaße als vorhandene AGM-Batterie, andere Befestigung
    4. keine Rundpol-Anschlüsse, aufwändige Umverkabelung
    5. 200Ah nur durch Parallelschaltung mit teurer Zusatzbatterie möglich
  • 100/110Ah-Akkus, z. B. RELION, ExCELLO, Büttner, SIGA:
    1. geringere (Standard-)Gehäusemaße als vorhandene AGM-Batterie, andere Befestigung
    2. andere Lage der Rundpol-Anschlüsse, Umverkabelung nötig
    3. 200Ah nur durch Parallelschaltung
    4. in Eigenleistung mit etwas Aufwand zu realisieren

Bei der Gegenüberstellung hat sich somit bislang die 200Ah-Batterie von SIGA als eine Umrüstlösung herauskristallisiert, die weitgehend meinen Vorstellungen entspräche, weil ich sie mit geringem Aufwand selbst installieren könnte.

So einfach sollte m. E. der Umbau bei Wahl der SIGA-Batterie (oder einer baugleichen) im Wesentlichen bei meinem WoMo ablaufen:

  • Nicht-LiFePo4-kompatible Komponenten abklemmen, z. B. MT Batterie IQ Duo (Weiterverwendung für Starterbatterie möglich),
  • 230V-Ladegeräte auf LiPo einstellen/programmieren,
  • beide Solarladeregler auf LiPo einstellen/programmieren,
  • Rundpolklemmen von AGM-Batterie lösen und sichern,
  • AGM-Batterie aus Batteriekasten entfernen,
  • LiFePo4-Batterie in den Kasten stellen, befestigen und Rundpolklemmen wieder anschließen. Alles überprüfen! Fertig!
  • Ob der HELLA-Batteriecomputer IBScontrol (Titelfoto) weiterhin verwendbar wäre, kläre ich derzeit. Vermutlich müsste ich ihn gegen ein Modell von Votronic austauschen.

 

Es gibt jedoch noch eine Unbekannte bei allen Überlegungen: Die Frage der nachhaltigen Qualität.

Bei den Lithium-Zellen dürfte es sich bei nahezu allen Anbietern um Zellen aus chinesischer Produktion handeln. Was das BMS betrifft, gibt es wohl Unterschiede. Bei VICTRON ENERGY und LEAB dürfte gute Qualität außer Frage stehen, bei den möglicherweise aus gleicher Schmiede stammenden, untereinander sehr ähnlichen Produkten z. B. von RELION, ExCELLO, BÜTTNER oder SIGA u. a. erfährt man wenig über die Qualität des wahrscheinlich ebenfalls chinesischen BMS. Die Anbieter versichern aber, dass ständig Qualitätskontrollen stattfänden.

Da werde ich mich wohl erst noch etwas umhören, bevor ich eine endgültige Entscheidung treffe, denn Schnäppchen sind auch die knapper kalkulierten Produkte nicht gerade. Für den Nutzer sind LiFePO4-Batterien bekanntlich nur wirtschaftlich sinnvoll, wenn sie eine hohe Lebensdauer aufweisen. Die Garantiezeiten liegen zwischen 24 und 36 Monaten. Das wäre für die Haltbarkeit viel zu kurz.

Wozu dient eigentlich ein Batterie-Management-System (BMS)?

Akkumulatoren auf Lithiumbasis haben kompliziertere Ladekennlinien als Bleiakkumulatoren. Abhängig von den chemischen Vorgängen in den Zellen treten Nichtlinearitäten auf (unter anderen bei LiMn2O4) oder die Zellspannung ist über weite Ladezustände nahezu konstant (wie etwa bei LiFePO4). Außerdem reagieren die Zellen sehr empfindlich auf Über- und Unterspannung. Dies erfordert sowohl bei Einzelzellen als auch bei Verschaltung mehrerer Zellen eine Überwachung, um einen vorzeitigen Ausfall oder die Überhitzung einzelner Zellen bei Über-/Unterladung sicher zu verhindern. Die Entwicklung der BMS wurde daher mit der Verbreitung von Lithium-Akkus verstärkt vorangetrieben.

Beim Einsatz von BMS bei Lithium-Ionen-Akkus kommt auf der Basis der Temperaturkontrolle, Spannungsdiagnose und der Ladezustandsermittlung eine Ladungs- und Entladungs-Steuerung inklusive Balancierung zum Einsatz, wobei Letzterer bei ungleichen Ladungszuständen der Einzelzellen für eine Angleichung sorgt. (Quelle: Wikipedia)

Ein hochwertiges BMS ist also lebenswichtig für die Batterie.


Hier für Interessierte schon mal das Datenblatt zur SIGA 200Ah-LiFePo4-Batterie:

und zur ExCELLO mit 100Ah:

 


Meine bisherige 243Ah AGM-Batterie gebe ich übrigens im Falle der Umrüstung günstig ab. Auch dafür gibt es ein Datenblatt:


Es wird aber schon noch etwas dauern, bis die Umstellung in meinem WoMo erfolgt. Da ich über ein „Running System“ verfüge, kann ich in Ruhe noch Informationen für die Entscheidungsfindung sammeln. Auch Flairfreund Jochen will ja evtl. umrüsten. Über die getroffene Wahl und die Umrüstungsmaßnahmen werde ich hier ausführlich berichten.


UPDATE Juni 2017:

Inzwischen entdeckte ich noch eine Batterie-Alternative von FraRon, die wie angegossen in meinen Batteriebehälter passt und weitere Vorteile aufweist.


 

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