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Lithium - Eisenphosphat - Batterien (LiFePO4)

Bis vor einiger Zeit galten Lithium Batterien als gefĂ€hrlich, empfindlich und kompliziert anzuschließen.

All diese Vorurteile hatten ihre Berechtigung. Mit der Lithium-Eisenphosphat Technologie sind diese Punkte jedoch obsolet. Die Lithium-Eisenphosphat Technologie bietet gegenĂŒber herkömmlichen Blei-Batterien eigentlich nur Vorteile

● absolut eigensichere Lithium-Technologie

● extrem Zyklenfest mit sehr hoher Zyklenzahl bis zu 6.000

● sehr hohe Speicherdichte, damit geringer Platzbedarf

● optimales Leistungs- / GewichtverhĂ€ltnis, daher sehr geringes Gewicht

● geringste Kosten je kWh bezogen auf die Lebensdauer der Batterie

● sehr hohe zulĂ€ssige Entladetiefe, dauernd bis zu 85%

● sehr hoher zulĂ€ssiger Ladestrom, damit sehr kurze Ladezeiten möglich

● sehr hoher zulĂ€ssiger Entladestrom, je nach Typ bis zu 3C

● großer Einsatztemperaturbereich, Entladung je nach Typ bis zu -45°C ... +85°

● keine Selbstentladung

● vollstĂ€ndig lageunabhĂ€ngiger Einbau

● nicht gasend, daher beliebiger Einbauort

● absolut wartungsfrei

Es muß grundlegend zwischen 2 unterschiedlichen Konzepten bei den angebotenen Batterien unterscheiden werden. Zum Einen gibt es klassisch die Module mit 3,2V Spannung, bei denen jedoch weiterhin ein BMS-System erforderlich ist, zum anderen finden immer mehr komplette Power-Packs mit 12V, 24V oder 48V Nennspannung und integriertem BMS-System Verwendung, wobei beide Systeme ihre Vor- und Nachteile besitzen.

Winston LYP160AHA

Die klassische Variante mit 3,2V Einzelzellen bietet ein hohes Maß an FlexibilitĂ€t was die BatteriebankgrĂ¶ĂŸe angeht. Ferner können die Zellen rĂ€umlich getrennt eingebaut werden, was eventuell an Bord Vorteile bietet. Und nicht zuletzt ist diese Lösung gegenĂŒber den kompletten Power Packs mit integriertem BMS preisgĂŒnstiger.

Nachteilig ist jedoch der etwas höhere Aufwand fĂŒr Auswahl und Installation des passenden BMS-Systems. Dieses erfordert unbedingt technische Kenntnisse im prinzipiellen Aufbau und Funktionsweise eines BMS-Systems, eine falsche Auswahl kann hier sehr schnell zur dauerhaften SchĂ€digung der teuren Batteriezellen fĂŒhren.

Sie erhalten jedoch von uns die genau passende BMS-Lösung, auf Wunsch auch fertig konfektioniert.

Ebenso können Sie von uns fertig in Rahmen montierte LiFeYPO4-BatteriebĂ€nke mit dem passend konfektionierten BMS-erhalten. Hierbei sind auch Sonderlösungen möglich. Denkbar sind hier z.B. am Rahmen fest montierte Strommeßsensoren, Sicherungen, Verteiler oder Hauptschalter.

Winston Batteriebank

Beispiel 3,2V Zelle, Winston WB-LYP1600AHA

Links nebenstehende Abbildung zeigt eine von uns entsprechend den Kundenspezifikationen gefertigte 24V Batteriebank mit 200Ah KapazitÀt.

Die Batteriebank ist komplett einbaufertig vorkonfektioniert, am Rahmen sind Strommeßsensoren fĂŒr Ladung und Entladung, Hochstromverteilerschiene, Hauptsicherung und Hauptschalter montiert und fertig verkabelt.

Das BMS (BMS123smart) wurde ebenfalls bereits von uns auf jede Zelle montiert und voreingestellt.

Nach erfolgter Montage im Schiff wird die gesammte Batteriebank mit einer Acrylglasscheibe berĂŒhrungssicher abgedeckt.

SelbstverstÀndlich ist fast jede denkbare Variante, genau passen zu den Gegebenheiten an Bord, realisierbar.

Aktuell bieten wir die in diversen GrĂ¶ĂŸen von 40Ah bis zu 1.000Ah erhĂ€ltlichen Winston Zellen in LiFeYPO4 - Technologie an, die auch bei sehr tiefen Temperaturen geladen werden können und daneben Ă€ußerst gĂŒnstige und hochwertige LiFePO4 Zellen, Typenreihe GR, eines weiteren Herstellers an, wobei diese jedoch nur in den GrĂ¶ĂŸen 90Ah, 170Ah, 200Ah und 230Ah lieferbar sind.

Beachten Sie bitte, daß einige Punkte, die wir Ihnen am Ende dieser Seite zusammengestellt haben, unbedingt beachtet werden mĂŒssen, dann haben Sie auch sehr lange Freude an Ihren neuen Batterien.


Winston 3,2V LiFeYPO4 - Einzelzellen

Bezeichnung

BatteriegrĂ¶ĂŸe

Laden / Entladen

Abmaße

Anschluß

Gewicht

Bestellnummer

LYP40AHA

40Ah, 120Wh

0,5C (3C) / 0,5C

115x47x183mm

Bohrung M6

1,6kg

6200000410

LYP60AHA

60Ah, 180Wh

0,5C (3C) / 0,5C

114x61x203mm

Bohrung M6

2,3kg

6200000411

LYP90AHA

90Ah, 270Wh

0,5C (3C) / 0,5C

143x61x218mm

Bohrung M8

3,0kg

6200000412

LYP100AHA

100Ah, 300Wh

0,5C (3C) / 0,5C

143x67x218mm

Bohrung M8

3,3kg

6200000413

LYP130AHA

130Ah, 390Wh

0,5C (3C) / 0,5C

360x55x177mm

Bohrung M12

5,2kg

6200000414

LYP160AHA

160Ah, 480Wh

0,5C (3C) / 0,5C

209x65x278mm

Bohrung M8

5,7kg

6200000415

LYP200AHA

200Ah, 600Wh

0,5C (3C) / 0,5C

362x55,5x256mm

Bohrung M12

7,9kg

6200000416

LYP260AHA

260Ah, 780Wh

0,5C (3C) / 0,5C

362x55,5x283mm

Bohrung M12

8,9kg

6200000417

LYP300AHA

300Ah, 900Wh

0,5C (3C) / 0,5C

363x55,5x307mm

Bohrung M12

10,0kg

6200000418

LYP400AHA

400Ah, 1,2kWh

0,5C (3C) / 0,5C

461x65x285mm

Bohrung M14

13,5kg

6200000419

LYP700AHA

700Ah, 2,1kWh

0,5C (3C) / 0,5C

627x67x306mm

2x Bohrung M14

21,6kg

6200000420

LYP1000AHA

1.000Ah, 3kWh

0,5C (3C) / 0,5C

560x130x256mm

3x Bohrung M12

41,0kg

6200000421


LiFePO4 - Einzelzellen, 3,2V

Wenn es sowohl auf das Preis- LeistungsverhĂ€ltnis als auch auf Gewicht und Platzbedarf ankommt, sind die Zellen GR203AH und insbesondere GR230AH die absolut erste Wahl. Zu beachten ist jedoch, daß diese Zellen nur mit 1C dauernd entladen werden dĂŒrfen, was jedoch den Betrieb eines 10kW / 48V Motors sogar an einer 16S Batteriebank problemlos erlaubt. Bei Parallelschaltung zweier Blöcke verdoppelt sich der maximale Entladestrom entsprechend.

Werden sehr hohe Entladeströme benötigt, so ist die GR170AHA ideal. Diese Zelle erlaubt eine Dauerentladung mit 3C, kurzfristig 5C. Nachteilig sind hier jedoch der relativ hohe Platzbedarf und das etwas höhere Gewicht.

Bei den Zellen GR203AH und GR230AH sind die Zellverbinder im Preis bereits includiert.

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IMG_4612_01

Bezeichnung

BatteriegrĂ¶ĂŸe

Laden / Entladen

Abmaße

Anschluß

Gewicht

Bestellnummer

GR203AH

203Ah, 650Wh

1C / 1C

115x47x183mm

Bolzen M6x12mm

4,1kg

6200000380

GR230AH

230Ah, 736Wh

1C / 1C

173x57x227mm

Bolzen M6x12mm

4,2kg

6200000381

GR170AH

170Ah, 544Wh

3C (5C) / 1C

285x68x180mm

Bohrung M8

5,6kg

6200000382

GR90AH

90Ah, 295Wh

2C (3C) / 3C

250x43x185mm

Bohrung M8

2,8kg

6200000383


Zellverbinder

Zur elektrischen Verbindung der einzelnen Zellmodule benötige Sie Zellverbinder, die exakt passend in den Abmessungen und der Strombelastbarkeit zu den Zellen lieferbar sind.

Die Preise hierfĂŒr bewegen sich im Rahmen von ca. 5,20 EUR fĂŒr den 60Ah Verbinder bis zu 13,95 EUR fĂŒr den 1.000Ah Zellverbinder.

SelbstverstÀndlich könnnen Sie sich diese auch aus Cu-Schienen oder als Kabelverbindung individuell konfektionieren.

Bei den LiFePO4 Zellen Gr203AH und GR230AH sind die Verbinder bereits im Lieferumfang der Zellen beinhaltet.

WInston Zellverbinder

Bitte unbedingt beachten:

  • Transport

LiFePO4 Batterien sind zwar entgegen anderen Lithium-Ionen Batterietechnologien eine eigensichere Technologie, ferner werden Sie entsprechend der geltenden Vorschriften (UN38.3) getestet, dennoch gelten Sie als Gefahrgut (UN3480) und es sind bestimmte Regeln beim Transport (ADR-Vorschriften) zu beachten.

FĂŒr Sie als Endkunde kommt hierbei die Vorschift ADR 1.1.3.6, im Allgemeinen “1.000 Punkte ADR-Regel” genannt, in Frage. Diese besagt, daß bis zu einer bestimmten Menge Gefahrgut vereinfachte Regeln beim Transport zu beachten sind. DIese sind insbesondere:

  1. es muß ein Beförderungspapier mitgefĂŒhrt werden, aus dem die Art des Gefahrguts mit Angabe der UN-Nummer(bei LFP Batterien UN3480 mit Angabe Nummer der Klasse “9”), der Anzahl der PackstĂŒcke, die Art der Verpackung, die Beschreibung des Gefahrguts, die Gesamtmenge in kg, Anschrift des Absenders und Anschrift des EmpfĂ€ngers hervorgehen.
  2. Die Batterien mĂŒssen in einer geeigneten Verpackung transportiert werden
  3. Die Verpackung muß mit einem Gefahrgutzettel und Angabe der UN-Nummer gekennzeichnet sein
  4. Es ist Ladungssicherung durchzufĂŒhren
  5. Es muß ein tragbarer 2kg Feuerlöscher mit aktueller PrĂŒfplakette mitgefĂŒhrt werden

Um die zulĂ€ssige Gefahrgutmenge zu berechnen, gibt es im Internet “1.000 Punkte Rechner ADR 1.1.3.6, beispielsweise den ADR-Check. Hier können Sie auch sofort die regelkonformen Begleitpapiere online erhalten.

Weitergehende Informationen finden Sie in dem Merkblatt M830 “Gefahrguttransport auf der Straße” ab Seite 32.

  • Montage und Einbauort

LiFePO4 Batterien sind zwar prinzipiell lageunabhĂ€ngig einzubauen, jedoch sollte die liegende Montage vermieden werden. Eine Montage mit Anschlußseite nach vorn ist unproblematisch, ideal ist natĂŒrlich der stehende EInbau mit obenliegenden AnschlĂŒssen.

Es ist unbedingt darauf zu achten, daß die Zellen sicher befestigt sind und nicht durch Ă€ußere EinflĂŒsse mechanisch beschĂ€digt werden können. Die Zellen untereinander sind möglichst mit aus dĂŒnnen Kupferblechen bestehenden Zellverbindern zu verbinden, alternativ, jedoch in der Montage aufwendiger, sind auch ausreichend dimensionierte Hochstromkabelverbindungen möglich.

Da sich die Zellen beim Laden und Entladen erwĂ€rmen, dehnen sie sich geringfĂŒgig aus, damit verĂ€ndert sich auch der Abstand der Anschlußpole zueinander. Daher sind starre Kupferschienen eher ungeeignet, da diese einen anderen Ausdehnungskoeffizienten besitzen und somit die Verbindung Anschlußpol - Batteriezelle mechanisch belastet wird.

Der Einbauort sollte möglichst so gewĂ€hlt werden, daß die wĂ€hrend des Betriebs entstehende WĂ€rme möglichst gut abgefĂŒhrt wird, jedoch keinesfalls zusĂ€tzlich wĂ€rmebelastet ist, d.h. ein Einbau z.B. direkt neben einem Dieselgenerator wĂ€re keine gute Wahl des Einbauorts.

KurzschlĂŒsse sind, dies gilt aber auch fĂŒr alle anderen Batterietypen identisch, unbedingt zu vermeiden, da im Kurzschlußfall extrem hohe Ströme fließen und es dadurch mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Brand kommt. Daher sollte bei der Montage möglichst isoliertes Werkzeug verwendet und metallene GegenstĂ€nde, z.B. Uhrenarmband abgelegt werden.

Bei einigen Batteriemodellen, z.B. Elerix Zellen, liegt ein Pol am GehĂ€use und die Isolierung erfolgt nur durch eine dĂŒnne Kunststoffolie. In diesem Fall sollte zwischen den Zellen eine dĂŒnne Isolierstoffplatte, z.B. 1mm Kunststoff, gelegt werden. Damit wird bei eventueller BeschĂ€digung der KunststoffumhĂŒllung, z.B. durch Reibung der Zellen untereinander dennoch die Isolierung sicher gestellt. Dies entfĂ€llt natĂŒrlich bei Zellen mit KunststoffgehĂ€usen oder isoliert aufgebautem MetallgehĂ€use.

Unbedingt ist die fertig montierte Batteriebank berĂŒhrungssicher, Stichwort Kurzschlußschutz, abzudecken. Wir bevorzugen hierbei eine ausreichend stabile Acrylglasplatte. Bei Spannungen bis 48V sind weiter keine Schutzmaßnahmen erforderlich, bei höheren Spannungen, z.B. 96V Systemen sind jedoch die einschlĂ€gigen Vorschriften der Niederspannungsrichtlinie 2014/35 EU und der hierzu geltenden harmonisierten Normen zu beachten.

Da auch wĂ€hrend des normalen Betriebs ein Kurzschluß nie ausgeschlossen werden kann ist die Batteriebank möglichst dicht an der Batterie mit einer flinken Sicherung, d.h. kein Sicherungsautomat, abzusichern.

  • Initialladung

Vor der ersten Inbetriebnahme mĂŒssen alle Batteriezellen auf die exakt gleiche Spannung zu 100% aufgeladen werden.

Dies kann entweder vor der Installation ĂŒber ein 3,2V LadegerĂ€t fĂŒr jede Zelle einzeln erfolgen oder aber nach der kompletten Installation mit dem zum System gehörenden LadegerĂ€t, z.B. dem 48V BatterieladegerĂ€t. Je nach verwendetem Balancer und der BatteriekapazitĂ€t dauert dann der Ausgleich zwischen den Zellen unterschiedlich lange. Einzelheiten entnehmen Sie hierzu der Betriebsanleitung Ihres BMS.

Nachdem die Batterien das erste Mal zu 100% aufgeladen wurden, sollten Sie einmal langsam, d.h. mit z.B. 0,1C , entladen, anschließend wieder auf 100% geladen werden. Damit optimieren Sie die Lebensdauer Ihrer Batterien. Keinesfalls dĂŒrfen Batterien ohne einmal auf 100% aufgeladenen worden zu sein sofort mit hohen Strömen entladen werden! Dies kann zu einer dauerhaften SchĂ€digung der Zellen fĂŒhren!

  • BMS und Balancer

LiFePO4 Batterien dĂŒrfen niemals ohne ein geeignetes BMS in Betrieb genommen werden, anderenfalls können die Zellen durch Tiefentladung, unterschiedlicher Spannung der einzelnen Zellen, Überladung, zu hoher Entladeströme oder Übertemperatur dauerhaft geschĂ€digt werden.

Wichtig ist, daß das Balancingsystem eine zur BatteriekapazitĂ€t und LadegerĂ€tleistung ausreichend hohen Ausgleichsstrom verarbeiten kann, damit die Zellenspannung nicht ĂŒber die zulĂ€ssigen Grenzen hinaus auseinander lĂ€uft. Sollte das BMS nicht ausreichend balancieren können, z.B. hat das 123\smartBMS nur einen Balancestrom von 1A, so sollten Sie einen zusĂ€tzlichen Balancer einsetzen. Wir bieten Ihnen auch hier die passenden Komponenten an.

  • Batterieladung mit LadegerĂ€t und Lima

Alle LiFePO4 Batterien dĂŒrfen nur mit geeigneten LadegerĂ€ten geladen werden! Standard-Lichtmaschinenregler sind hierzu nicht optimal geeignet! Wird dennoch eine Standard-Lichtmaschine verwendet muß zwingend eine konventionelle Batterie (Blei-SĂ€ure, AGM, Gel) parallel zur LiFePO4-Batteriebank geladen werden, ansonsten besteht die Gefahr, daß beim Abschalten des Ladevorgangs durch das BMS (Laderelais trennt die Lima von der Batteriebank) der Lichtmaschinenregler zu langsam reagiert und die Spannung kurzzeitig auf sehr hohe Werte ansteigt, die zur Zerstörung der Bordelektronik fĂŒhrt. Dies wird durch den Einsatz einer zusĂ€tzlichen Bleibatterie verhindert. Dies kann z.B. auch die Starterbatterie sein, wobei diese nicht ĂŒber einen elektronischen Batteriestromverteiler, z.B. Sterling Power Pro Split R, sondern nur ĂŒber einen herkömmlichen Diodenverteiler an die Lima angeschlossen sein darf

Idealerweise sollte das LadegerĂ€t auf LiFePO4 einstellbar sein, leider sind jedoch z.B. Windgeneratoren hĂ€ufig nur normale FlĂŒssigkeitsbatterie, AGM oder Gel einstellbar. In diesem Fall können Sie jedoch die Einstellung “Gel” wĂ€hlen und damit, wenn auch nicht optimiert, aber schĂ€digungsfrei laden. Wichtig ist, daß Sie die höchste mögliche Spannung der Ladekomponente gegenĂŒber der höchsten zulĂ€ssigen Batteriespannung ĂŒberprĂŒfen und auf einen kleineren Wert einstellen.

Fragen Sie bei uns an, wir finden die fĂŒr Sie optimale Batterielösung!

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Redaktionsschluß 24.06.2022