Inhaltsübersicht
- Einleitung
- 1. Nennkapazität vs. nutzbare Kapazität
- 2. Plattformförmige Entladekurve von LiFePO₄
- 3. Niedriger Innenwiderstand = höhere Energieausbeute
- 4. Entladetiefe (DoD) und Lebensdauer
- 5. Temperatureinfluss: LiFePO₄ bleibt stabil
- 6. BMS-Management: jede Wattstunde sicher nutzbar
- 7. Fazit: Acht technische Gründe für höhere Ausnutzung
Im Batteriebereich geht es nie nur um die aufgedruckte Kapazität. In der Praxis zeigt sich: Selbst wenn zwei Akkus mit 12 V 100 Ah gekennzeichnet sind, liefert LiFePO₄ (Lithium-Eisenphosphat) oft deutlich mehr tatsächlich nutzbare Energie als Blei-Säure, Gel – und sogar manche NMC-Systeme. Das liegt an Zellchemie, Entladekurve, Innenwiderstand, Thermik, Sicherheitsfenstern und dem Batteriemanagement. Dieser Leitfaden erklärt die ingenieurtechnischen Ursachen hinter der höheren realen Ausbeute von LiFePO₄.
1. Nennkapazität vs. nutzbare Kapazität
Um zu verstehen, warum gleich etikettierte 100-Ah-Akkus so unterschiedlich performen, müssen zwei Begriffe sauber getrennt werden:
Begriffe klar trennen
Nennkapazität (Rated Capacity): Laborwert unter Standardbedingungen, z. B. 0,2 C Entladestrom, 25 °C, definierte Abschaltspannung, neue Zelle.
Nutzbare Kapazität (Usable Capacity): Das, was Anwender im Alltag wirklich entnehmen – beeinflusst durch Entladerate, Temperatur, BMS-Eingriffe, Innenwiderstand, Alterung und gewählte Abschaltspannung.
In realen Anwendungen kommen 100-Ah-Bleiakkus oft nur auf 50–60 % nutzbar, LiFePO₄ hingegen stabil auf 90–100 %. Hier beginnt der Abstand.
2. Plattformförmige Entladekurve von LiFePO₄
Ein Schlüsselvorteil von LiFePO₄ ist die sehr flache, stabile Entladekurve. Typisch bleibt die Packspannung extrem lange zwischen etwa 13,3 V und 12,4 V und fällt erst nahe ≈ 10 % SOC zügig ab. Blei/Gel dagegen sinkt die Spannung kontinuierlich; Geräte mit Unterspannungsabschaltung (z. B. Wechselrichter) schalten dadurch früher ab, obwohl noch Kapazität vorhanden wäre.
| Technologie | Wann stoppen Geräte typ.? | Tatsächlich nutzbar |
|---|---|---|
| Blei-Säure | um ≈ 12,0 V ist Schluss | ≈ 50–60 % |
| Gel | etwas besser als Blei, dennoch frühzeitiger Abfall | ≈ 60–70 % |
| LiFePO₄ | lange Plattform bis nahe ≈ 10 % SOC | ≈ 90–100 % |
Je länger die Plattform, desto größer die nutzbare Energie. Bei identischen 100 Ah liefert LiFePO₄ deshalb spürbar längere Laufzeiten.
3. Niedriger Innenwiderstand = höhere Energieausbeute
Innenwiderstand wird oft unterschätzt, beeinflusst die Praxis aber massiv. Typische Größenordnungen:
- Blei-Säure: ≈ 5–20 mΩ
- Gel: ≈ 3–8 mΩ
- NMC: ≈ 2–5 mΩ
- LiFePO₄: ≈ 0,5–1,0 mΩ
Je geringer der Innenwiderstand, desto kleiner der Spannungsabfall bei Last, desto geringer die I²R-Verluste (Wärme), desto stabiler die Spannung – und desto mehr Energie landet wirklich am Verbraucher. Beispiel: Bei 50 A Last kann ein Bleiakku auf ≈ 11,8 V absacken (Motor/Wechselrichter brechen ein), während ein LiFePO₄-Pack oft ≈ 12,6–12,8 V hält.
4. Entladetiefe (DoD) und Lebensdauer
Systeme unterscheiden sich stark darin, wie tief sie regelmäßig entladen werden dürfen:
| Technologie | Empf. DoD | Tiefentladung machbar? | Begründung |
|---|---|---|---|
| Blei-Säure | ≈ 50 % | Nein | Starke Schädigung bei Tiefe, schnelle Alterung |
| Gel | ≈ 60–70 % | Eingeschränkt | Chemische Limitierungen bleiben |
| NMC | ≈ 80 % | Begrenzt | Tiefe Zyklen beschleunigen Degradation |
| LiFePO₄ | ≈ 90–100 % | Ja | Sehr stabile Struktur, geringe Nebenreaktionen |
LiFePO₄ ist strukturell stabil, produziert kaum Sauerstoff, vermeidet Elektrodenkollaps und zeigt nur langsamen Impedanzanstieg. Das führt zu hohen Wirkungsgraden (≈ 95 %+) und langen Zyklenzahlen (≈ 5000–8000) – die nutzbare Energie bleibt über Jahre hoch. Blei liegt oft nur bei ≈ 300–500 Zyklen und 70–80 % Effizienz.
5. Temperatureinfluss: LiFePO₄ bleibt in der Kälte nutzbar
Temperatur kostet alle Akkus Kapazität – aber nicht gleichermaßen:
| Temperatur | „Normale“ Systeme | LiFePO₄ |
|---|---|---|
| 25 °C | ≈ 100 % | ≈ 100 % |
| 0 °C | ≈ 40–50 % | ≈ 70–80 % |
| −10 °C | ≈ 20–30 % | ≈ 60–70 % (Entladung) |
| −20 °C | nahezu unbrauchbar | ≈ 50–60 % |
LiFePO₄ verliert bei Kälte deutlich weniger – und Varianten mit Selbstheizung können sogar bei tiefer Temperatur wieder normgerecht laden. Für Wohnmobil, Trolling-Boot und Outdoor-Speicher ist das ein praxisrelevanter Unterschied.
6. BMS-Management: jede Wattstunde sicher nutzbar
Ein gutes Batteriemanagementsystem (BMS) ist ein Multiplikator für nutzbare Energie und Lebensdauer:
Was das BMS leistet
- Überlade-/Überentladeschutz: hält die Zelle im sicheren Spannungsfenster.
- Zellbalancierung: minimiert Kapazitätsunterschiede zwischen Zellen.
- Temperaturüberwachung: schützt vor Kälte-/Hitze-Schäden.
- Überstrom/Kurzschluss: sichert hohe Lasten ab.
Ergebnis: stabile Spannung (Geräte schalten nicht vorzeitig ab), hohe Konsistenz der Zellen, längere Lebensdauer und verlässliche Leistung auch bei hohen Lasten (Wechselrichter, Klima, Trolling-Motor).
7. Fazit: Acht technische Gründe für die höhere Ausnutzung
- Lange Plattformkurve: keine vorzeitigen Abschaltungen durch Spannungseinbruch.
- Hohe DoD: ≈ 90–100 % regelmäßig nutzbar.
- Sehr niedriger Innenwiderstand: stabil bei großen Strömen.
- Hoher Wirkungsgrad: ein Großteil der eingeführten Energie wird nutzbar.
- Kältekompetenz: geringere Kapazitätseinbußen im Winter.
- Intelligentes BMS: optimale Spannungsfenster, Zellgleichlauf, Schutzfunktionen.
- Stabile Chemie: minimale Nebenreaktionen, kaum Strukturkollaps.
- Hohe Langzeitstabilität: nach 5–10 Jahren noch nahe der Nennkapazität.
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