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LFP-accu
LFP-Batterie
56 LFP-Batterien in einem Elektroauto (Hotzenblitz)
Spezifikationen
Energie/Masse90 wer/kg
Energie/Inhalt220Wh/l
Leistung/Massemaximal 900[1] W/kg
Energie-/Verbraucherpreis1[2] Wh/€
Anzahl Ladezyklen2000
Quellenspannung3,0-3,3 V
Ladetemperatur0-40 °C

Das LFP-Batterie oder Lithium-Eisenphosphat-Batterie ist eine Art Litium-Ionen-Batterie mit Lithiumeisenphosphat LiFe(PO4) wenn Kathode.

Geschichte

LiFePO4 wurde von der Forschungsgruppe von . entdeckt John Goodenough zum Universität von Texas in 1996[3][4] als Kathodenmaterial für wiederaufladbare Lithiumbatterien. Aufgrund der geringen Kosten, Unbedenklichkeit, breite Verfügbarkeit von Eisen, ausgezeichnete thermische Stabilität, Sicherheit, gute, elektrochemische Eigenschaften und hoch spezifische Kapazität (170 mA h/G) wurde diese Anwendung des Materials eher positiv aufgenommen.[5][6]Das Haupthindernis für eine kommerzielle Anwendung war der hohe Innenwiderstand. Dieses Problem wurde inzwischen gelöst, teils durch Verkleinerung der Partikelgröße und durch Versehen der Partikel mit einer Kohlenstoffschicht, teils durch Spenden des Materials mit Kationen wenn Aluminium, Niob und Zirkonium. In späteren Forschungen stellte sich heraus, dass das Vorhandensein von nanoskopischen Kohlenstoffpartikeln der wichtigste Faktor für die Erhöhung der Leitfähigkeit.

Belastung

Eine LFP-Batterie ist bei richtiger Behandlung nicht weniger sicher als z Blei-Säure-Batterie. Das Überladen eines LFP-Akkus auf mehr als 3,6 V pro Zelle ist nicht gut und kann gefährlich sein. Wenn die Batterie voll ist, kann mehr elektrische Energie nicht mehr in chemische Energie umgewandelt werden und muss dann als Wärme abgeführt werden. Dies ist möglich, wenn der Ladestrom nicht zu hoch ist; das geht zu Lasten der Akkulaufzeit. Schnelles Laden kann jedoch dazu führen, dass der Akku zu heiß wird und anschwillt. Die Zündtemperatur beträgt 270°C.

Ein gutes Batterieladegerät beginnt mit dem Ladevorgang mit konstantem Strom, CC (Konstantstrom). Die Batteriespannung wird dann langsam erhöht. Wenn die Spannung den Maximalwert erreicht, beispielsweise 3,2 Volt pro Zelle, hält das Ladegerät diese Spannung für einige Zeit, CV (konstante Spannung). Der Ladestrom nimmt ab. Schließlich wird der Ladestrom stark auf wenige Prozent des CC-Wertes reduziert. Ein relativ extrem hoher Ladestrom, zum Beispiel 100 A für eine Batterie mit 100 Ah Kapazität, ist möglich.

Nicht alle Zellen haben genau die gleiche Kapazität. Sie sind in Reihe geschaltet, erhalten also den gleichen Ladestrom. Die Zelle mit der geringsten Kapazität ist zuerst voll. Die Spannung dieser Zelle steigt beispielsweise auf 4 Volt an, aber die Batteriespannung liegt noch unter dem Maximalwert, da die anderen Zellen beispielsweise noch durchschnittlich 3,5 Volt haben. Das Batterieladegerät lädt weiter. Um zu verhindern, dass eine Zelle zu heiß wird, muss eine Batterie, die viele Zellen hat und schnell geladen werden kann, mit einem BMS (Battery Management System) ausgestattet sein, das die Spannung jeder Zelle misst. Steigt eine Spannung zu hoch an, wird diese Zelle ein wenig entladen, zB über einen Widerstand, der die Wärme abführt. Wenn eine Verbindung zwischen BMS und Ladegerät besteht, kann es ein Signal erhalten, um den Ladestrom zu reduzieren.

Erfüllen

Beim Entladen von fast voll auf fast leer ist die Zellspannung nahezu konstant, zwischen 3,3 und 3,2 Volt. Die Zellspannungen sollten nicht mehr als ca. 2,5 V abfallen, da es sonst zu irreversiblen chemischen Reaktionen und irreparablen Schäden kommt. Daher müssen die Zellspannungen von einem BMS gemessen werden, das eine Tiefentladung verhindert. Hohe Pulsströme sind zulässig; Beispielsweise kann eine 100 Ah Batterie für 2 s 2000 A liefern.