Lithiumbatterien oder Blei

Über 100 Jahre lang verwendeten die meisten wiederaufladbaren Batterien Blei und Schwefelsäure, die erstmals 1859 von Gaston Plante erfunden wurden. Im Jahr 1970 kamen dann Lithiumbatterien auf den Markt, die 50 % leichter sind, keinen Memory-Effekt haben, eine bis zu zehnfache Zyklenlebensdauer aufweisen und selbst bei höchsten Entladeraten nahezu ihre gesamte Nennkapazität abgeben können.

Aber selbst die besten Lithiumbatterien haben Nachteile, schreibt Emrhys Barrell. Das erste sind die Kosten, die bis zu viermal so hoch sind wie der Preis einer Blei-Säure-Batterie mit gleicher Leistung, und das zweite ist die Sicherheit. Lithium ist ein hochreaktives Metall, das heftig mit Wasser oder sogar mit Feuchtigkeit in der Atmosphäre reagiert, wenn die Zelle beschädigt ist, und wenn es Feuer fängt, verschlimmert die Verwendung von Wasser zum Löschen die Situation nur.

Durch die Verwendung von Lithiumverbindungen wird die Brandgefahr erheblich verringert, aber nicht beseitigt. Lithiumkobaltoxid (LiCoO2) hat eine hohe Energiedichte, aber größere Sicherheitsrisiken, insbesondere wenn es beschädigt ist. Zu den energieärmeren, aber sichereren Verbindungen gehören Lithiummanganoxid (LiMn2O4) und Lithiumeisenphosphat (LiFePO4).

Letzteres hat sich zum Material der Wahl für Akkus mittlerer Leistung entwickelt und ist für alle Geräte in unserem Lithium-Akku-Vergleichstest verantwortlich.

Die eigentliche Batterie besteht aus mehreren Paketen von Grundzellen, die in Größe und Form erheblich variieren können. Sie können ein flaches Format haben, das als prismatisch bezeichnet wird. In diesem Fall enthält die Batterie möglicherweise nur insgesamt vier. Oder sie können zylindrisch sein, im „Swiss-Roll“-Format, mit zusammengerollten Anoden- und Kathodenstreifen und einem dazwischen liegenden Separator.

Diese zylindrischen Zellen können bemerkenswert klein sein, etwa so groß wie eine AA-Batterie der Größe 18650, sodass ein 85-kW-Akku, wie er im Tesla-Auto verwendet wird, nicht weniger als 7.104 dieser Zellen enthält!

Die Nennspannung der Lithium-Ionen-Zelle beträgt 3,2 V, was bedeutet, dass ein Vielfaches von vier dieser Zellen eine Batterie mit einer Nennspannung von 12,8 V ergibt, was dem Blei-Säure-Akku mit sechs Zellen mit 2,1 V sehr nahe kommt und eine Spannung von 12,6V. Dies ermöglicht Ihnen den direkten Austausch einer Lithium-Batterie gegen eine Blei-Säure-Batterie.

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Um die erwartete Lebensdauer einer Lithiumbatterie zu erhalten und die Sicherheit zu gewährleisten, ist es wichtig, dass sie nicht unter eine bestimmte Spannung und bei einem maximalen Strom entladen wird und die Zellen auf gleicher Spannung gehalten werden. Auch der Ladestrom und die Spannungen sollten bestimmte Werte nicht überschreiten. Für große Batteriepakete in Autos war hierfür ein separates und hochentwickeltes elektronisches Batteriemanagementsystem sowie ein speziell entwickeltes Batterieladegerät erforderlich.

Der Durchbruch bei der aktuellen neuen Generation von Lithium-Schiffsbatterien besteht darin, dass sie alle über integrierte Batteriemanagementsysteme verfügen, entweder im Gehäuse oder als einfaches Plug-in-Gerät, und daher mit vorhandenen Ladegeräten aufgeladen werden können.

Die einzige Vorgabe ist, dass das Ladegerät eine maximale Spannung von 14,4 V liefern muss, typischerweise eine Gel-Blei-Säure-Einstellung. Einige Lieferanten gaben jedoch an, dass Sie ein Ladegerät mit einer bestimmten Lithium-Einstellung verwenden sollten, um die maximale Kapazität ihrer Akkus zu erreichen, und einige lieferten uns eines.

Wenn sich die Batterie in einem Boot oder Wohnmobil mit einer motorbetriebenen Lichtmaschine befindet, empfehlen sie den Einbau eines Batterie-zu-Batterie-Ladegeräts zwischen der Motorstartbatterie und der Lithium-Servicebatterie, um eine maximale Ladeleistung zu erzielen und gleichzeitig beide zu schützen Lichtmaschine und Batterie vor übermäßigen Strömen schützen.

Das Batteriemanagementsystem (BMS) ist die Schlüsselkomponente aller Lithiumbatterien und Batteriepacks. Wenn die Spannung unter einen bestimmten voreingestellten Wert fällt, normalerweise irgendwo zwischen 9,0 V und 10,0 V, oder der Strom zu hoch wird, schaltet das BMS ein internes Relais ab und der Strom stoppt.

In diesem Fall lassen einige Hersteller die Batterie dauerhaft ausgeschaltet, bis eine Ladespannung an sie angelegt wird, während andere die Batterie nach dem Trennen der Last nach einigen Sekunden zurücksetzen lassen.

Das BMS balanciert auch die einzelnen Zellen der Batterie aus, bringt also alle Spannungen auf das gleiche Niveau. Das ist wichtig für ein langes Leben. Außerdem wird die Spannung an den Klemmen für den Transport abgeschaltet.

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