Lithium-Eisenphosphat -Batterien (LiFePO4) erfreuen sich aufgrund ihrer hohen Sicherheit, langen Lebensdauer und stabilen chemischen Eigenschaften wachsender Beliebtheit. Wie alle Batterien müssen auch diese sorgfältig gepflegt werden. Zunächst gilt es, die Mindestentladeparameter zu kennen. In diesem Artikel analysieren wir die Grundlagen der Entladung einer LiFePo4-Batterie, d. h. welche Parameter sind wichtig, z. B. bei welcher Spannung sollte die Entladung gestoppt werden, wie viel Strom sollte zugeführt werden und wie sollte der elektrische Speicher optimal gepflegt werden?
Grundlagen zu LiFePO4-Batterien
Zusammensetzung und Chemie
Sie verwenden Lithiumeisenphosphat als Kathodenmaterial und sind eine Art Lithium-Ionen-Batterie. Diese Formel bietet mehrere Vorteile wie thermische Stabilität, chemische Stabilität und mehr Sicherheit als andere Lithium-Ionen-Batterien. Diese Batterien haben eine Spannung von 3,2 V pro Zelle. Ein 12-V-LiFePO4-Akkupack besteht üblicherweise aus vier in Reihe geschalteten Zellen, um eine Spannung von 12,8 V zu erzeugen.
Hauptmerkmale
Sicherheit: LiFePO4-Batterien sind weniger anfällig für Erhitzung und thermisches Durchgehen, was bedeutet, dass sie sicherer sind als andere Lithium-Ionen-Derivate.
Zyklenlebensdauer: Sie bieten eine längere Zyklenlebensdauer, regelmäßig bis zu 2000 Zyklen bei 80 % Entladetiefe (DoD),
Effizienz: Dieser Batterietyp ist beim Laden und Entladen hocheffizient und liegt bei etwa 95 %.
Gewicht und Größe: Es ist leicht und klein und daher für den Gebrauch geeignet.
Minimale Entladespannung
Minimale Entladetiefe : Die minimale Entladetiefe ist der niedrigste Wert, bis zu dem eine Batterie sicher entladen werden kann, ohne dass die Lebensdauer der Batterie darunter leidet oder sie zerstört wird. Die minimale Entladespannung ist für eine 12-V-LiFePO4-Batterie von entscheidender Bedeutung, da ein Unterschreiten dieses Werts zu irreversiblen Schäden an der Batterie, Kapazitätsverlust und Sicherheitsrisiken führen kann.
Empfohlene Mindestentladespannung: Eine 12-V-LiFePO4-Batterie hat eine empfohlene Mindestentladespannung von etwa 10,0–10,5 V. Eine Entladung unter diesem Punkt führt zu mehreren Problemen:
Ungleichgewicht der Zelle: Akkupackzellen können unnötig unausgeglichen sein, was zu ungleichmäßigen Ladezeiten und Entladezyklen führt.
Verlust der Energiekapazität: Die Energiespeicherkapazität der gesamten Batterie kann nachlassen, was zu einer kürzeren Lebensdauer führt.
Durch den Ruhestrom kann der Innenwiderstand der Lithium-Ionen-Zellen erhöht und die Leistungsfähigkeit der Batterie beeinträchtigt werden!
Mögliche Schäden: Durch starke Entladung können die Batteriezellen physikalisch und chemisch beschädigt werden, wodurch die Gefahr eines Ausfalls oder Schlimmeren, wie beispielsweise Auslaufen oder im schlimmsten Fall sogar die Entstehung von Flammen, steigt.
Spannungsabschaltmechanismen: Um zu verhindern, dass sich die Batterie unter die zulässige Mindestspannung entlädt, werden Batteriemanagementsysteme (BMS) eingesetzt. Das BMS überwacht auch die Spannung einzelner Zellen im Akkupack, um ein zu starkes Absinken der Spannung zu verhindern. Die BMS-Trennung schaltet die Last ab, um die Batterie zu schützen, wenn die Spannung nahe dem Mindestwert liegt.
Entladetiefe (DoD)
Entladetiefe – Die Entladetiefe gibt den Prozentsatz der genutzten Batteriekapazität an. Das Entladen einer Batterie auf beispielsweise 80 % ihrer Kapazität kann 80 % der Entladetiefe verbrauchen. Die Entladetiefe und die Batterielebensdauer sind ein weiterer entscheidender Zusammenhang, da eine höhere Entladetiefe normalerweise eine kürzere Zyklenlebensdauer mit sich bringt.
Optimale DoD für Langlebigkeit
LiFePO4-Batterien haben typischerweise eine Lebensdauer von etwa 2.000 bis 4.000 Zyklen bei 100 % Entladetiefe. Diese kann jedoch auf 3.500 bis 10.000 Zyklen erhöht werden, wenn das Laden und Entladen auf 80 % Entladetiefe begrenzt wird. Obwohl LiFePO4-Batterien grundsätzlich für eine Tiefentladung ausgelegt sind, kann sich die Belastung durch vollständige Zyklen bei jedem Einsatz negativ auf ihre Lebensdauer auswirken. Eine Entladetiefe von 50 % ist kaum wahrnehmbar und kann dazu führen, dass die Batterie deutlich länger hält, sogar über 3.000 Zyklen. 
Entladungsrate und ihre Auswirkungen
Tariferklärung
Die Entladung einer Batterie wird häufig anhand der C-Rate charakterisiert. Diese gibt an, wie schnell eine Batterie entladen wird und wie viel Kapazität sie hat. Bei einer 1C-Rate dauert die Entladung einer Batterie eine Stunde, bei 0,5C hingegen nur zwei Stunden.
Auswirkungen hoher Entladungsraten
LiFePO4/LFP : Schnelle Entladeraten verringern Leistung und Lebensdauer. Diese Batterietypen sind im Vergleich zu anderen Batterietypen hinsichtlich der Entladeraten stärker beansprucht. Eine Überentladung hat jedoch Konsequenzen, da sie zu Folgendem führen kann:
Erwärmung: Hohe Laderaten bei hohen Entladeraten können zum Durchbrennen der Batterie führen und zu thermischer Belastung und einer Verkürzung der Zykluslebensdauer führen.
Spannungseinbrüche: Eine schnelle Entladung kann zu einem kurzzeitigen Spannungsabfall führen, der die Leistung des angeschlossenen Geräts oder Systems beeinträchtigen kann.
Effizienzverlust : Höhere Entladeraten führen zu einem Verlust der Gesamteffizienz der Batterie, da mehr Energie in Form von Wärme verloren geht.
Empfohlene Entladeraten
Bei einer 12-V-LiFePO4-Batterie ist eine Entladerate von 0,5 bis 1 C optimal für Leistungssteigerung und Lebensdauerverlängerung. Wenn Sie kurzfristig eine höhere Entladerate benötigen, ist das in Ordnung. Verwenden Sie die höhere Entladerate jedoch nicht zu lange, da sonst die Batteriezellen verschleißen.
So entladen Sie LiFePO4-Batterien sicher
Regelmäßige Überwachung
Überprüfen Sie regelmäßig die Spannung und den Ladezustand (SoC) Ihres LiFePO4-Akkus. Setzen Sie ein zuverlässiges Batteriemanagementsystem (BMS) ein, das aktuelle Echtzeitdaten liefert und die Batterie in einem sicheren Betriebsbereich hält. Es informiert Sie, wenn die Temperatur außerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, und Sie sollten Maßnahmen zur Kühlung des Akkus ergreifen.
Tiefentladung vermeiden
Entladen Sie die Batterie auch nicht unter die Mindestspannung (10,0 V bis 10,5 V). Versuchen Sie, eine Entladung der Batterie unter 80 % DoD zu vermeiden, um die Lebensdauer der Batterie zu optimieren. 
Verwenden Sie geeignete Ladegeräte
Verwenden Sie ausschließlich Ladegeräte, die zum Laden von LiFePO4-Akkus vorgesehen sind. Diese Ladegeräte verfügen in der Regel über Funktionen, die sowohl Überladung als auch Tiefentladung verhindern und so den Akku zusätzlich schützen.
Temperaturmanagement
Der richtige Betriebstemperaturbereich für LiFePO4-Batterien gilt als optimaler Temperaturbereich. Setzen Sie die Batterie keinen hohen oder niedrigen Temperaturen aus, da dies die Entladung und die Lebensdauer der Batterie beeinträchtigen kann.
Ausgeglichenes Laden
Verwenden Sie ein BMS mit Zellausgleichsfunktion, um das Gleichgewicht der Zellen im Akkupack aufrechtzuerhalten. Dies kann dazu beitragen, dass alle Zellen gleichzeitig gleichmäßig geladen werden, sodass alle Zellen die gleiche Spannung aufweisen und keine einzelne Zelle entladen wird.
Einmal oder zweimal im Jahr vollständig aufladen und regelmäßig entladen
Obwohl dies nicht die beste Vorgehensweise im Umgang mit Lithiumbatterien ist, hilft eine vollständige Entladung und anschließende vollständige Ladung dabei, das Batteriemanagementsystem zurückzusetzen, sodass Sie einen genauen Batteriestand ablesen können. Dies sollte jedoch maßvoll und kontrolliert durchgeführt werden.
Anwendungen und Überlegungen zur genetischen Programmierung
Dieser Batterietyp wird in vielen Bereichen eingesetzt, und zwar ausschließlich, weil er die folgenden Eigenschaften aufweist:
Solar-/Windenergie: Energiespeicher für Solar- und Windenergieanlagen (diese sind effizient und haben eine lange Lebensdauer)
Elektrofahrzeuge: Segmentiert als Hochleistungs-/Sicherheitsfahrzeuge entsprechend ihrer Sicherheit und Leistung.
Tragbare Elektronik : Tragbare Elektronik imitiert Mobiltelefone und Smart-Wear.
Marine und Wohnmobil: Ideal für den Einsatz in Schiffen und Fahrzeugen, da sie sowohl robust als auch sicher sind.
Besondere Überlegungen
Berücksichtigen Sie die spezifischen Entladeanforderungen bei der Verwendung von LiFePO4-Batterien in verschiedenen Anwendungen:
Geräte mit hohem Stromverbrauch: Bei Geräten mit hoher Ausgangsleistung sollte Ihre Batterie in der Lage sein, sich mit der erforderlichen Rate zu entladen, ohne dass es zu nennenswerten Spannungseinbrüchen oder übermäßiger Erwärmung kommt.
Um einen optimalen SoC aufrechtzuerhalten und eine Tiefentladung über lange Zeiträume zu verhindern, achten Sie immer auf die Bereitschaft und Haltbarkeit der Batterie, wenn sie benötigt wird.
Zyklennutzung: Versuchen Sie bei normalen Anwendungen mit durchschnittlichen Lade- und Entladezyklen, den DoD auf einem mittleren Niveau zu halten, um die nutzbare Zykluslebensdauer zu maximieren.
Zusammenfassung,
Um sicherzustellen, dass eine 12-V-LiFePO4-Batterie eine ausreichende Lebensdauer hat und wie vorgesehen funktioniert, ist es wichtig, die Mindestentladeparameter zu kennen. Die Einhaltung der empfohlenen Abschaltspannungen, die Verwendung der richtigen Entladeraten und ein gutes Batteriemanagement helfen Anwendern, das Beste aus diesen zukunftsweisenden Zellen herauszuholen. Ob in Solarstromanlagen, Elektrofahrzeugen oder tragbaren elektronischen Geräten – eine gut verwaltete LiFePO4-Batterie kann als Stromquelle zuverlässig und sicher sein.
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