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LiFePo4 / LFP im Technikschrank als Hybrid


snuggles

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Als Alternative zum Einbau einer zweiten AGM-Batterie (wird hier behandelt: https://www.caliboard.de/topic/25920-verdopplung-der-batteriekapazität-im-gc-sparlösung-einbau-einer-2-agm-batterie-im-stauschrank/) kann man unter bestimmten Voraussetzungen auch eine LiFePo4-Batterie parallel zur vorhandenen AGM-Batterie verbauen.

 

Es gibt für Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien verschiedene Abkürzungen, ich nutze ab jetzt LFP.

 

Ein solcher Batterieverbund (AGM+LFP) wird auch als Hybrid-Akku bezeichnet und zunehmend auch kommerziell angeboten.

 

Lange galt die Auffassung, dass eine Parallelschaltung dieser unterschiedlichen Batterietypen aufgrund der unterschiedlichen Ladekennlinien und Leerlaufspannungen (in Abhängigkeit vom Ladezustand) nicht möglich ist - bei genauerer Betrachtung ergänzen sich die beiden Typen allerdings ganz gut.

 

Eine AGM-Batterie hat je nach Füllstand ein unterschiedliches Spannungsniveau:

image.png

 

Die Spannungskurve einer LFP ist eher flach und liegt höher (die Zellspannung x4 nehmen):

image.png

 

 

Dies hat bei Parallelschaltung die Konsequenz, dass bei Stromentnahme zunächst der Strom nur aus dem LFP-Akku entnommen wird, und erst wenn der LFP-Akku nur noch ca. 10% seiner Kapazität aufweist und die Spannung unter 12,8 Volt fällt, dient die AGM als Unterstützung.

Dies ist sehr nützlich, da der LFP-Akku viel mehr Ladezyklen vertragen kann, die AGM wird geschont.

 

Im geladenen Zustand liegt die Leerlaufspannung der LFP bei 13,6 Volt. Das ist exakt die Spannung, die ein AGM-Ladegerät im Erhaltungszustand liefert:

image.png

 

Die AGM-Batterie wird also durch das dauerhafte Anliegen dieser 13,6 Volt nicht geschädigt, sondern auf 100% gehalten.

Der Innenwiderstand einer AGM-Batterie erhöht sich mit zunehmender Ladung, so dass die AGM ihren Ladestrom von sich aus begrenzt.

Ein LFP-Akku funktioniert hier ganz anders, er hat einen sehr niedrigen Innenwiderstand und nimmt den Strom auf, den er bekommt. Daher muss dieser bei einem LFP-Akku extern begrenzt werden, um den LFP-Akku nicht zu schädigen.

 

Was heißt das nun beim GC?

 

Die LiMa liefert je nach Ausstattung Ladeströme bis zu 150A. Das bestehende Kabel zum Hauptschalter im Technikschrank ist ein 16mm²-Kabel und seitens VW mit 200A abgesichert. 

150A über das Kabel zu jagen ist nicht optimal - es wird warm. Allerdings stellen sich solche Ströme in der Praxis aus meiner Beobachtung nicht ein. Der kleine Querschnitt hat auch einen positiven Nebeneffekt: Der Spannungsabfall auf dem Kabel bei höherem Stromfluss sorgt dafür, dass sich die Stromaufnahme des LFP-Akkus automatisch reduziert - das ist nützlich.

Dennoch können bei leerem LFP-Akku kurzzeitig Ladeströme um die 100A erreicht werden.

 

Ein weiteres Problem ist die Euro6-Laderegelung. Diese hält die AGM-Batterie (bei nicht gedrückter Ladetaste) bei 80%. Bei Parallelschaltung eines LFP-Akkus lädt dieser aber die AGM-Batterie immer auf 100% auf, so dass die LiMa zwar die laufenden Verbraucher während der Fahrt mit Strom versorgt, aber keine Ladung der LFP-Batterie stattfindet. 

Es muss daher bei jeder Fahrt die Ladetaste gedrückt werden - dies hat im vergangenen Jahr bei meinem Test zuverlässig funktioniert und der LFP-Akku wurde geladen. 

 

Möchte man diese Einschränkung nicht (mich nervt es, da das Drücken der Ladetaste auch die Leerlaufdrehzahl des Motors im Stand erhöht und die Start-Stop-Automatik abschaltet), muss man einen Booster verbauen, der entweder über Zündung / Klemme15 oder (besser) durch einen vibrationsgesteuerten D1 Simulator gesteuert wird. Diese Booster-Lösung wird hier behandelt:

https://www.caliboard.de/topic/27731-nachrüstung-lifepo4-als-weitere-bordbatterie-idee-zur-diskussion/

 

[Der Boosterverbau ermöglicht dann auch die Entfernung der AGM im Motorraum und somit 30kg Gewichtsersparnis. Dann braucht man aber entweder ein Leergehäuse im Motorraum, in das der Booster verbaut wird oder ein neues 16mm² Ladekabel von der Starterbatterie in den Technikschrank, an das der Eingang des Boosters geklemmt wird. 

Das bestehende Kabel wird ja benötigt, um die Verbraucher, die normalerweise über den Sicherungshalter D unterm Fahrersitz direkt aus der Aufbaubatterie im Motorraum versorgt werden, weiter zu versorgen.

Diese Variante wird hier behandelt:

https://www.caliboard.de/topic/34729-lfp-im-technikschrank-und-ersatz-der-agm-im-motorraum-durch-leergehäuse-und-verbau-eines-boosters/]

 

In diesem Thread soll es nur um die reine Hybridlösung (AGM+LFP parallel) gehen!

 

 

Die Anforderungen an einen geeigneten LFP-Akku für den Hybrid-Betrieb lauten also:

  • Ladeströme von mindestens 100A zulässig (da im allgemeinen die Hersteller einen Ladestrom in der Größenordnung von 50% der Nennkapazität empfehlen, also ein LFP-Akku ab 200Ah Nennkapazität).
  • Integriertes BMS zum Schutz des Akkus
  • Möglichst inkl. Bluetooth-Überwachung, da die CU-Anzeige der Batteriekapazität nur den Füllstand der AGM anzeigt.

 

Da der Einbau in einem der Stauschränke stattfindet, ist eine Batterieheizung im Allgemeinen nicht erforderlich.

 

Um Ausgleichsströme zwischen AGM und LFP zu verhindern (die bei leerem LFP-Akku sehr hoch (!) werden können), ist es wichtig, dass die Batterien wirklich fest miteinander dauerhaft verbunden sind.

 

Nochmal zur Anzeige in der CU:

Erst wenn der LFP-Akku auf 10% geleert ist, teilen sich die beiden Batterien die Strombereitstellung. Dann sinkt auch erst die Spannung auf <12,8 Volt und die CU im GC zeigt eine Entleerung an. Bei <12,0 Volt sollte man spätestens wieder aufladen, die AGM wird sonst geschädigt. (Der LFP-Akku nicht, das verhindert das BMS des LFP-Akkus).

 

Vorteil der Hybrid-Lösung: Das VW-Ladegerät kann weiter genutzt werden, allerdings dauert die Ladung natürlich.

Das VW-Ladegerät liefert 15A, wenn AGM+LFP leer sind, dauert es dann (bei einer 200Ah LFP) 16 Stunden, bis beide wieder voll sind. Über Nacht passt das normalerweise dennoch. 

 

VG

snuggles

 

 

 

  • Mag ich 1
  • Danke 1
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Mittlerweile gibt es einige LFP Akkus, die mit 150A Ladestrom zurechtkommen. 
Gibts hier schon Erfahrungen zu solch einem Hybrid Betrieb: AGM parallel zu LFP?

Kann die Lichtmaschine die erhöhte Last ab?

Ist die 16mm2 Verdrahtung zum Hauptschalter geeignet, die LFP über die Lichtmaschine zu laden?

Grüsse Kai

 

Bearbeitet von Monstercali
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Hallo Kai,

der Hybrid-Betrieb funktioniert mit zwei Einschränkungen:

- unbedingt feste Verbindung zwischen der AGM und der LFP, sonst gibt es bei leerer LFP hohe Ausgleichsströme bei erneuter Verbindung. 

- Bei jeder Fahrt muss die Ladetaste gedrückt werden, sonst liefert die LiMa nur 12,x Volt und es findet keine Ladung statt. Da die Leerlaufspannung der LFP höher ist, geht die Bordelektronik fast immer von einer vollen AGM aus (ist sie ja auch).

 

Die LiMa hat mit der Last kein Problem, da gibt es einen Leistungsbegrenzer. Die 16mm² Verkabelung ist nicht optimal, funktioniert aber. Es gibt einen gewissen Spannungsabfall, der aber bei der Konstellation eher nützlich ist und die Leistungsaufnahme der LFP auf natürliche Weise begrenzt. Das Kabel wird warm, aber nicht zu warm. 

 

Strombelastbarkeit Einzelader 16mm²: 98A lt. Tabellen, mehr fließt da praktisch auch nicht, VW hat das Kabel mit 200A abgesichert.

 

(Einen 1.500 W Wechselrichter würde man mit 35mm² verkabeln, aber in erster Linie um den Spannungsabfall zu reduzieren und zu vermeiden, dass sich der WR wegen Unterspannung abschaltet).

 

VG

snuggles

 

 

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  • 2 Wochen später...

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Hi Snuggles,

 

dies Hybrid-Lösung wird von anderen Herstellern ja bewusst verkauft. Wenn ich den dauerhaften Parallel-Betrieb in Angriff nehmen will, könnte ich dann nicht eine LiFePo in den Technikschrank bauen und an den Trennschalter anschließen? Ich war der Meinung, Du hättest diesen Anschluss auch schon mit einer 2. AGM vorschlagen.

Wenn sich der Hybrid-Akku wie von Dir beschrieben verhält, dann kostet das zwar etwas mehr als eine 2. AGM, wiegt aber auch nur 1/3-1/2  der zweiten AGM.

 

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Das funktioniert so nicht, denn das verbaute Landstromladegerät liefert nur 15A. Wenn ein Booster mit 30A oder 50A verbaut wird, würde dieser die AGM stärker entladen als das Ladegerät liefern kann.

Bei Landstromanschluss muss daher verhindert werden, dass sich der Booster einschaltet. 

 

Im Hybridbetrieb ist es anders, da sind AGM+LFP dauerhaft gekoppelt und das Ladegerät lädt beide Batterien im Verbund wieder auf. Dauert aber bei leeren Batterien dann etliche Stunden.

 

 

Ja, das geht, mit den oben beschriebenen Einschränkungen:

- LFP muss hohen Ladestrom aushalten.

- Bei jeder Fahrt muss die Ladetaste gedrückt werden, da die Ladesteuerung des GC ansonsten eine ausreichend volle AGM erkennt und aufgrund der Euro6 Steuerung die Batterien nicht aufläuft. Das liegt an der höheren Ruhespannung der LFP im Vergleich zur AGM (>13,2 Volt statt 12,8 Volt).

 

Ich habe das jetzt experimentell eine Weile selbst so laufen - bin aber vom Ladetaster drücken nicht begeistert - wir vergessen das schonmal und dann kommt man mit nicht vollen Batterien am Ziel an. 

 

Ansonsten ist der Einbauaufwand genauso gering wie mit der 2. AGM und - das sind die Vorteile - man benötigt keinen Booster und kein weiteres Ladegerät. 

 

VG

snuggles

 

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Moin Snuggles,

 

vielen Dank. Hast du eine Empfehlung für eine LiFePo welche die hohen Ladeströme abkann? Bei den günstigen (z.B. Renogy) macht das BMS bei >50A zu. Die teureren schaffen da mehr.


Ansonsten doch in den sauren Apfel beißen und Leergehäuse mit Booster und günstige LiFePo in den Technikschrank. Booster dann mit Relais abschalten wenn Landstrom anliegt. 

 

LGe

Dominic 

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Wie sieht die Verkablung bzw Schema zu solch einem Hybrdibetrieb aus? Ich suche auch noch eine eifache (und mehr oder weniger Preiswerte) Lösung mit einer LFP die Kapazität zu erhöhen

Bearbeitet von Dusty
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Wir sind aktuell unterwegs, ich zeichne das mal auf, wenn wir zurück sind.

 

Edit: Inzwischen im ersten Beitrag erfolgt.

Bearbeitet von snuggles
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Hey @snuggles, habe mit Deiner Einbauanleitung seit einem Jahr eine zweite AGM hinten im Technikschrank. Funktioniert (glaube ich) soweit ganz gut.
Nun wollte ich beide AGM durch eine 180Ah Vanvolt im Motorraum ersetzen. Wenn ich das hier mit der Hybridlösung lese, dann könnte ich ja eine der beiden AGMs behalten und später eventuell durch eine zweite LiFePO4 ersetzen.

Fragen:
1. Vanvolt empfiehlt explizit für Grand California die Ladekennlinie (und den Solarregler?) im Steuergerät anzupassen.
"Beim Einsatz dieser Lithium-Batterie im Reisemobil Volkswagen Grand California 600 oder Volkswagen Grand California 680 ist bei einem Volkswagen Vertragshändler bzw. einem qualifizierten Servicepartner eine Software-Anpassung im Fahrzeugs für den Betrieb mit Lithium-Batterien durchzuführen."
Das wollte ich eigentlich machen lassen, auch wenn ich denke das es nicht nötig ist, da die Batterie bis 200A Ladestrom abkann. Wie verhält es sich dann aber mit der AGM in der Hybridlösung falls die Ladekennline auf LiPo umgestellt ist?
2. Spielt es bei der Hybridlösung, unabhängig von einer Softwareumstellung (Frage 1), eine Rolle welche der beiden Batterien vorne oder hinten verbaut ist?

Beste Grüße
Stefan

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@snuggels vielen Dank für deine Antwort.

Dann werde ich mal die Hybridlösung mit AGM vorne und LiPo hinten testen, zunächst mal ohne Umcodieren und auf das BMS die LiPo vertrauen.
Natürlich habe ich viele Beiträge gelesen, aber als Elektrik-Laie sind mir zwei Dinge noch nicht ganz klar:

1. Muss ich in einer Hybridlösung die Ladetaste auch drücken um die AGM zu laden oder betrifft das nur die LiPo? Sprich, sollte ich es mal vergessen, habe ich dann immer noch eine geladene AGM als "Backup"?
2. Habe gelesen, dass sich die Batterien wieder entleeren wenn ich die Ladetaste während der Fahrt wieder ausschalte. Ich muss also zwingend darauf achten die Ladetaste bis zum Abstellen des Motors gedrückt zu lassen. Stimmt das?

Beste Grüße
Stefan

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Hallo Stefan,

ich habe im  Motorraum die AGM-Batterie gegen eine Lithium auswechseln lassen. Aber ohne Ladetaste kommt man am Ziel lediglich mit 80% Ladung an. Ich behelfe mir damit, dass ich eine Stunde vor der voraussichtlichen Ankunftszeit das Smartphone klingeln lasse, um die Ladetaste zu betätigen. Das klingt nach Steinzeit - aber 

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ansonsten kommt es so, wie es snuggles beschreibt.
Gruß Ulf

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zu 1)

Bei der hybriden Lösung sorgt die höhere Spannung der Lithium dafür, dass die AGM zunächst immer auf 100% gehalten wird. Erst wenn die Lithium fast leer ist, wird die AGM beansprucht. Fällt diese unter 80%, wird sie auch ohne Ladetaste bei 80% gehalten. Aufladen der AGM >80% und Aufladen der parallel geschalteten Lithium geht nur mit Ladetaste. Fällt die AGM unter 80% wird allerdings während die AGM geladen wird auch die Lithium geladen (Ladespannung >13 Volt).

 

zu 2)

Ich konnte das bisher nicht beobachten und nutze den hybriden Aufbau im Testbetrieb nun schon seit längerer Zeit. 

Die Euro6-Regelung der Lichtmaschine sorgt ja nicht für eine Abschaltung der LiMa, die Spannung wird aber um ca. 13 Volt gehalten, so dass AGM+Lithium nicht laden. Aber theoretisch ist das nicht ausgeschlossen - wenn die AGM und die Starter bei 100% liegen, wäre eine Entladung auf 80% im Sinne der Euro6 Regelung. Konnte ich aber bisher nicht beobachten.

Immer wenn ich vergessen habe die Ladetaste zu drücken war die AGM bei Ankunft weiterhin auf 100% und die Lithium lag da, wo sie bei Abfahrt lag (+ evtl. Zunahme durch Solarladung).

Probier es am besten mal selbst aus - ich bin gespannt auf deinen Bericht.

Hallo Trav,

ja, passt alles!

 

VG
snuggles

 

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Funktioniert dann die Batteriestandsanzeige noch?

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Das ist ja eh nur ein Schätzeisen. Aber ansonsten werden die beiden Batterien gemeinsam wie eine im Display angezeigt.
Meine ich zumindest. Ich bin da leider auch nicht der Experte, sorry. 

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Hallo! 

Erstmal möchte ich mich bei allen Elektrotechnikern für die vielen hilfreichen Berichte und Kommentare bedanken.

Jetzt ist es auch bei mir soweit, ich möchte die Batteriekapazität der AGM mit Lithium erweitern. Mein FZG ist ein GC600 mit Solar und Victron Laderegler. Der Hauptschalter 1-2-1+2-off und ein Wechselrichter mit 600W ist bereits nach der Anleitung hier im Forum (Danke@snuggles)verbaut. Nach dem Lesen der Beiträge gefällt mir die Hybridlösung ganz gut und sollte für mich als elektrotechnischer Laie auch machbar sein. Ich möchte mich vor der Umsetzung nochmal vergewissern, ob ich tatsächlich alles richtig verstanden habe:

- Die gesamte Ladetechnik bleibt bestehen so auch die AGM im Motorraum

- Die LiFePo4 wird im Schrank neben dem Technikschrank verbaut mit Masse verbunden und Plus nach einer 100A Sicherung an den Hauptschalter an 2 abgeklemmt.

- Grundsätzlich ist der Betrieb dann mit Schalter in 1+2 Stellung --> Lithium versorgt AGM

- Zur Vollladung durch die LiMa  ist das Drücken der Ladetaste erforderlich. Ladekennlinie wird nicht verändert

- Solarladeregler wird nicht umgeklemmt bleibt bei AGM

- Ladung per Landstrom dauert länger aber orig. Ladegerät bleibt

- Kapazitätsanzeige an der CU stimmt dann nicht mehr aber der aktuelle Verbrauch schon

 

Sind diese Annahmen von mir richtig?

 

Zu guter Letzt, welche Batterie würdet Ihr mir empfehlen? Vanvolt Arctic 180A oder Supervolt Polar 150A

 

Vielen Dank für die Unterstützung im Voraus!

 

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