Ratgeber
LiFePO-Ladegeräte sind für das Aufladen von Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren (LiFePO4-Batterien) konzipiert. Diese werden unter anderem als Versorgerbatterien in Wohnmobilen, Booten und E-Fahrzeugen eingesetzt, dienen aber auch der Notstromversorgung oder als Speicher für Solarstrom. Was Ladegeräte für LiFePO4-Akkumulatoren auszeichnet, warum man sie braucht und worauf bei der Auswahl zu achten ist, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4, nicht zu verwechseln mit LiPo für Lithium-Polymer) ist eine chemische Verbindung, die für die Herstellung von wiederaufladbaren Batterien bzw. Akkumulatoren verwendet wird und es selbigen ermöglicht, große Mengen an Energie zu speichern. Im Wesentlichen handelt es sich bei Lithium-Eisenphosphat-Akkus um eine Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion). Um aufgeladen werden zu können, benötigen sie spezielle Ladegeräte. Herkömmliche Ladegeräte für Li-Ion-Akkus sind dafür nicht die richtige Wahl. Grund dafür ist, dass sich die Akkutypen im Hinblick auf ihre optimale Ladespannung unterscheiden. Bei normalen Li-Ion-Akkus beträgt sie 4,1 bis 4,2 Volt, bei LiFePO4-Akkus sind es 3,5 bis 3,56 Volt.
Die Ladespannung hat einen Einfluss auf den Ladeprozess. Ein Unterschied von 0,5 Volt kann bereits gravierend sein und Beschädigungen am Akku zur Folge haben. Das gilt nicht nur für Lithium-Akkus, sondern für wiederaufladbare Batterien und Akkumulatoren im Allgemeinen. Aus diesem Grund ist zu vermeiden, ein Ladegerät mit einer zu hohen Ladespannung für Akkus zu verwenden, die eine geringere Ladespannung benötigen. LiFePO-Ladegeräte sind für die Verwendung mit wiederaufladbaren LiFePO4-Batterien optimiert. Sie ermöglichen ein Aufladen bei optimaler Spannung und eine sichere Handhabung. Viele Modelle sind mit Zusatzfeatures ausgestattet, beispielsweise einer Schnelllade- oder Erhaltungsladungsfunktion. Solche Ausführungen kosten zwar meist etwas mehr als einfache Ladegeräte, bieten aber in vielen Anwendungssituationen mehr Komfort.
LiFePO4-Batterien gehören zu den Lithium-Ionen-Batterien und bieten zunächst einmal die gleichen Vorteile: Sie haben ein geringes Eigengewicht, sind unempfindlich gegenüber dem Memory-Effekt und zeichnen sich durch eine geringe Selbstentladung sowie eine hohe Effizienz aus. Allerdings gehen LiFePO4-Batterien noch einen Schritt weiter. Sie sind im Prinzip genauso aufgebaut wie alle anderen Li-Ion-Batterien, unterscheiden sich aber im Hinblick auf das Kathodenmaterial. So bestehen die Kathoden der meisten Li-Ion-Akkus aus Lithium-Cobaltoxid (LCO), bei LiFePO4-Batterien dagegen aus dem namensgebenden Lithium-Eisenphosphat. Vorteilhaft an der Zellchemie ist die geringere Energiedichte und der Umstand, dass bei der chemischen Reaktion kein Sauerstoff freigesetzt wird. Dadurch liegt das Risiko, dass sich der Akku eigenständig entflammt, quasi bei null. LiFePO4-Batterien gelten daher als sehr sicher.
Ein weiterer Vorzug von LiFePO4-Batterien besteht in ihrer hohen Strombelastbarkeit und ihrer Langlebigkeit. Sie können bis zu 5.000, teilweise sogar 10.000 Ladezyklen überdauern und das bei nahezu gleichbleibender Leistung. Da LiFePO4-Batterien für hohe Entladeströme konzipiert sind, können sie mehrere elektrische Verbraucher gleichzeitig mit Strom versorgen. Neben Kleinbatterien mit 3,2 V nominaler Spannung kommen dafür vor allem 12V- und 24V-Batterien zum Einsatz. Diese werden beispielsweise zur Energieversorgung in Wohnmobilen und auf Yachten genutzt. Es gibt sogar 48V- bis hin zu 96V-Ausführungen, die für besonders anspruchsvolle Anwendungen vorgesehen sind.
Generell sind die Einsatzmöglichkeiten von LiFePO4-Batterien sehr vielfältig. Sie finden in immer mehr Bereichen Verwendung, in denen vormals Blei-Säure-Akkus gängig waren. So eignen sich LiFePO4-Akkus sehr gut für die Energieversorgung von Messgeräten und Elektrowerkzeugen sowie von Motoren, Wohnwagen, Booten, E-Bikes und E-Autos. Sie werden zunehmend in den Bereichen Lager und Logistik genutzt, etwa im Zusammenhang mit Flurförderzeugen wie Gabelstaplern und Hubwagen. Daneben dienen LiFePO-Batterien als USVs (Unterbrechungsfreie Stromversorgungen) und als Stromspeicher für Energie, die von Photovoltaikanlagen erzeugt wird.
LiFePO-Ladegeräte stellen für wiederaufladbare LiFePO-Batterien die richtige Ladespannung und den richtigen Ladestrom bereit, was dazu beiträgt, die Sicherheit und Leistung der Akkus aufrechtzuerhalten. Sie sind in verschiedenen Bauformen und in unterschiedlicher Ausstattung erhältlich. Zum einen gibt es Batterieladegeräte, die über ein Ladekabel direkt an das elektrische Gerät angeschlossen werden und Ähnlichkeit mit einem Netzteil haben. Sie werden quasi genauso gehandhabt wie USB-Ladgeräte, die per Ladekabel mit USB-Stecker ans Smartphone angeschlossen werden. Für elektrische Verbraucher, deren LiFePO-Akkus fest verbaut sind, ist diese Lösung gut geeignet. Zum anderen sind Batterieladegeräte mit einem oder mehreren Ladeschächten erhältlich. Um sie nutzen zu können, muss der Akku des elektrischen Geräts herausnehmbar sein. Er wird dann zum Laden in den Ladeschacht gesteckt.
Neben sehr einfachen Ladegeräten, die keine weiteren Funktionen bieten und lediglich fürs Laden Verwendung finden, gibt es Modelle, die zusätzliche Features vorzuweisen haben. Das kann beispielsweise die Möglichkeit zum Schnellladen sein, falls ein Akku rasch wieder einsatzbereit sein muss, oder auch ein Erhaltungslademodus, der den Akku nach Beendigung des Ladevorgangs auf einer konstanten Spannung hält. Manche Ladegeräte verfügen außerdem über ein Display oder LED-Kontrollleuchten, die den Ladezustand bzw. -fortschritt des Akkus anzeigen. Oft verhält es sich so, dass LiFePO-Ladegeräte eine individuelle Einstellung der Ladespannung und des Ladestroms ermöglichen. Solche Modelle können dann auch für andere Akkutypen (bspw. Autobatterien auf Blei-Säure- oder Blei-Gel-Basis) verwendet werden, sofern die Ladetechnik auf die chemische Zusammensetzung angepasst ist.
Manche Ladegeräte bringen eine Balancer-Funktion mit. Sie eignen sich gut für Akkus, die kein integriertes Batterie-Management-System (BMS) haben, wobei das bei Lithium-Batterien eher selten vorkommt. Ein BMS ist eine elektronische Steuerung, die den Batteriezustand überwacht und regelt. Sie hilft dabei, den Akku vor Überhitzung, Kurzschluss und Tiefentladung zu schützen. Eine Tiefentladung sollte gerade bei Lithium-Batterien unbedingt vermieden werden, da das Risiko eines Totalausfalls besteht. Ladegeräte mit Balancer-Funktion bieten einen Schutz vor Tiefentladung, indem sie dafür sorgen, dass sich der Ladestrom gleichmäßig auf alle Zellen verteilt und jede Zelle die gleiche Spannung erhält. So wird verhindert, dass eine LiFePO4-Zelle mit zu wenig Strom bzw. Spannung versorgt wird, dadurch tiefentlädt und funktionsuntüchtig wird.
Beim Kauf eines passenden Ladegeräts ist zunächst zu überlegen, welche und wie viele LiFePO-Akkus perspektivisch aufgeladen werden. Ob 3V, 12V oder 24V – entscheidend ist immer, dass das Ladegerät die richtige Ladespannung und den richtigen Ladestrom für den Akku bereitstellt. Sollten Sie vorrangig mit entnehmbaren Akkus arbeiten, benötigen Sie ein Ladegerät mit einer ausreichenden Anzahl an Ladeschächten. Diese müssen die richtige Größe haben, um die Akkus aufnehmen zu können.
Da insbesondere Lithium-Akkus sehr empfindlich auf Tiefentladung reagieren, ist zu überprüfen, ob ein Batterie-Management-System vorhanden ist. Sollte dem nicht so sein, empfiehlt es sich, zu einem Ladegerät mit Balancer zu greifen. So ein Modell ist zwar teurer, der Nutzen ist jedoch ungleich höher, denn ist ein LiFePO-Akku einmal tiefentladen, ist ein Kapazitätsverlust so gut wie sicher. Es kann auch sein, dass der Akku gar nicht mehr verwendet werden kann. Das wäre bedauerlich, denn LiFePO-Batterien sind nicht günstig. Ist ein Akku mit einem BMS ausgestattet, muss wiederum darauf geachtet werden, dass das Ladegerät dafür ausgelegt ist.
Smarte Batterieladegeräte erkennen, wann der optimale Ladezustand erreicht ist und schalten dann – sofern vorhanden – in den Erhaltungsmodus um. Nicht in jedem Fall notwendig, aber bei Batterieladegeräten mit größerem Funktionsumfang besonders praktisch ist ein Display, auf dem die wichtigsten Informationen (Ladezustand, Lademodus etc.) übersichtlich dargestellt sind. Wichtig: Ladegeräte sollten sicherheitsrelevante Funktionen aufweisen und vor Kurzschluss, Überlast, Übertemperatur und bestenfalls vor Verpolung geschützt sein.
Viele Ladegeräte, die für das Laden von Bleiakkus und Li-Ion-Akkus gleichermaßen geeignet sind, haben ein Desulfatierungsprogamm. Hierüber werden elektrische Impulse erzeugt, die dazu dienen, Sulfatablagerungen, die sich mit der Zeit bei Blei-Akkus bilden können, zu entfernen und dadurch deren Lebensdauer zu verlängern. Beim Laden von Lithium-Akkus sollte diese Funktion ausgeschaltet werden, da sie keinen Nutzen bringt, sondern, im Gegenteil, Schäden an den Zellen verursachen kann.
Welcher Ladestrom ist für 12V Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus geeignet?
Das hängt vom konkreten Modell ab. Manche 12V-Batterien erfordern einen Ladestrom von 5 A, andere vertragen 15 bis 20 A. Verbindlich sind immer die Angaben zum maximalen Ladestrom. Zwar verhält es sich so, dass die Ladezeit umso kürzer ausfällt, je höher der Ladestrom ist. Man sollte einen 12V-Akku aber niemals mit einem höheren Ladestrom laden als vom Hersteller angegeben. Das gilt auch für alle anderen Akkumulatoren. Anderenfalls können die Funktionalität und Lebensdauer erheblich beeinträchtigt werden.
Braucht ein Lithium-Ladegerät eine Entladefunktion?
Nicht, wenn man mit dem Ladegerät LiFePO4- oder andere Li-Ion-Akkus laden möchte. Sinnvoll ist eine Entladefunktion hingegen bei NiCd-Akkus (NiCd = Nickel-Cadmium), um den Memory-Effekt zu umgehen. Sie werden einmal komplett entladen, um dann wieder ihre maximale Kapazität zur Verfügung stellen zu können. Anderenfalls kommt es zu einem langfristigen Kapazitätsverlust. Lithiumbatterien betrifft der Memory-Effekt gar nicht, daher ist auch eine Entladefunktion nicht notwendig.