Von AGM auf Lithium umrüsten: Was mitgetauscht werden muss

Diese Anleitung richtet sich an Eigner von Booten, Wohnmobilen und Offroad-Fahrzeugen, die ihre Versorgerbatterie von Blei oder AGM auf LiFePO4 umstellen. Zu prüfen und meist anzupassen sind Ladegerät, Lichtmaschine mit Regler oder Ladebooster, Solarregler, Batteriemonitor mit Shunt, Kabelquerschnitte und Hauptsicherung sowie das Laden bei Kälte. Die Starterbatterie bleibt in der Regel Blei.

Warum ein reiner Batterietausch selten reicht

„Blei raus, Lithium rein“ funktioniert insofern, als der Akku anschließend Strom liefert und auch wieder geladen wird. Optimal ist es nicht, und in einigen Konstellationen ist es gefährlich. Der Grund liegt nicht in der Batterie, sondern im Rest der Anlage: Eine Batterie-Bank aus LiFePO4-Zellen verhält sich beim Laden und im Fehlerfall grundlegend anders als Blei, und die vorhandene Ladeinfrastruktur ist auf Blei ausgelegt.

HinweisFällt die Wahl auf eine BullTron-Batterie mit P-Bus-Freigabe, lässt sich der Batteriemanagement-Shunt einsparen: Die Batterie meldet ihre Werte selbst an die Control Unit PCU. Was das bedeutet, steht im Beitrag BullTron-Batterie direkt am P-Bus einbinden.

Drei Unterschiede sind ausschlaggebend.

Erstens das Ladeende. Eine Bleibatterie will nach der Vollladung dauerhaft auf Erhaltungsspannung gehalten werden, sonst sulfatiert sie. Eine LiFePO4-Zelle will genau das nicht: Der Ladestrom muss beim Erreichen des Vollzustands beendet werden. Ein Bleiladegerät, das anschließend mit 13,6 bis 13,8 Volt weiterhält, betreibt die Lithiumbatterie-Bank dauerhaft an ihrer oberen Grenze.

Zweitens der Innenwiderstand. LiFePO4 liefert und nimmt erheblich höhere Ströme als eine gleich große Bleibatterie-Bank. Kabelquerschnitte und Sicherungen, die bei AGM jahrelang unauffällig waren, können dann unterdimensioniert sein — nicht im Normalbetrieb, sondern im Kurzschlussfall.

Drittens das BMS. Eine Bleibatterie kann sich nicht selbst aus dem Bordnetz nehmen. Eine Lithiumbatterie kann das, und sie tut es, wenn eine Zelle ihren sicheren Bereich verlässt. Alles, was in diesem Moment am Netz hängt, muss damit umgehen können — vor allem die Lichtmaschine.

Typische Werte. Die Angaben Ihres Zellherstellers haben Vorrang. Als Sicherheitsmaßstab für Lithium-Zellen in industriellen und maritimen Anwendungen dient DIN EN IEC 62619 — ein guter Anhaltspunkt, um die Sicherheitsdokumentation eines Anbieters einzuordnen.

Prüfen vor dem Wechsel

Diese Punkte gehen Sie vor dem Kauf der Batterie durch. Die Begründung zu den einzelnen Punkten folgt darunter.

• Landstromladegerät. Lithiumkennlinie mit 14,2 bis 14,6 Volt, Erhaltungsladung abschaltbar oder auf etwa 13,2 Volt absenkbar. Geht beides nicht, wird das Gerät getauscht.
• Lichtmaschine und Regler. Eine Serienlichtmaschine mit internem Regler hat keinen Schutz gegen den Lastabwurf, wenn das BMS trennt. Nötig ist ein Ladebooster oder ein externer Regler mit Lithiumkennlinie.
• Ladebooster. Ist bereits einer verbaut, stellen Sie die Kennlinie auf Lithium um und begrenzen den Ladestrom auf das, was Lichtmaschine und Kabelquerschnitte dauerhaft tragen.
• Solarregler. LiFePO4-Profil oder einstellbare Ladeschlussspannung. Nicht jeder Regler bietet das: Der PWM-Regler SCM40 aus der Baureihe Solar ChargeMaster ist laut Datenblatt nur für AGM-, Gel- und Nassbatterien vorgesehen.
• Weitere Ladequellen. Windgenerator, Brennstoffzelle und Generator brauchen ebenfalls eine Lithiumkennlinie und das Ladefreigabesignal des BMS.
• Batteriemonitor und Shunt. Die Spannung zeigt bei LiFePO4 keinen verwertbaren Ladezustand. Ein Amperestundenzähler mit Shunt in der gemeinsamen Minusleitung gehört zur Grundausstattung; die Kapazität wird nach dem Tausch neu eingestellt.
• Kabelquerschnitte und Hauptsicherung. Querschnitte gegen die jetzt möglichen Ströme prüfen. Die Hauptsicherung sitzt so nah wie möglich am Pluspol und braucht ein Schaltvermögen, das zum Kurzschlussstrom der neuen Batterie-Bank passt.
• Laden bei Kälte. Die untere Ladetemperatur liegt je nach Hersteller zwischen −5 und +5 °C, darunter sperrt das BMS die Ladung. Bei den BullTron-Batterien mit integrierter 150-W-Heizung aktiviert sich diese im Ladebetrieb, bis 0 °C erreicht sind; danach startet die Ladung.
• Verbraucher hinter dem BMS. Sicherheitsrelevante Verbraucher wie Bilgenpumpe, Ankerlicht und Funk gehören auf die Starterbatterie, nicht hinter das BMS des Versorgers.

Jede Ladequelle einzeln

Gehen Sie die Liste vollständig durch, auch die Quellen, an die man selten denkt: Landstromladegerät, Solarregler, Lichtmaschine, Windgenerator, Brennstoffzelle, Generator. Jede von ihnen braucht eine Lithiumkennlinie und das Ladefreigabesignal des BMS. Eine einzige vergessene Quelle genügt, damit die Anlage regelmäßig in die Notabschaltung läuft.

Kabelquerschnitte und Verbindungen

Die Strombegrenzung des BMS schützt die Zellen, nicht die Leitungen. Prüfen Sie die Querschnitte zwischen Batterie, Verteilung, Ladegerät und Ladewandler gegen die Ströme, die jetzt möglich werden — nicht gegen die, die bisher geflossen sind. Alle Klemmstellen auf Oxidation und Übergangswiderstände ansehen: Was bei 50 A unauffällig warm wurde, wird bei 200 A heiß.

Absicherung

Die Hauptsicherung gehört so nah wie möglich an den Pluspol und braucht ein Schaltvermögen, das zum Kurzschlussstrom der neuen Batterie-Bank passt. Bei größeren Lithiumbatterie-Bänken führt das regelmäßig zu Sicherungen der Bauform Class T. Eine Sicherung, die den Kurzschlussstrom nicht sicher abschalten kann, brennt im Fehlerfall nicht ab, sondern verschweißt oder zündet einen Lichtbogen.

Querschnitt und Hauptsicherung berechnen: Mit dem philippi Kabelkonfigurator bestimmen Sie Kabelquerschnitt und passende Sicherung in einem Schritt, nach Belastbarkeit und Spannungsfall. Wählen Sie als Batterietechnologie „Lithium“: Am Batteriepol schlägt der Rechner dann nur Sicherungen mit ausreichendem Schaltvermögen vor, also Bolzensicherung SHB oder Class T. Ein Schutzschalter gehört nicht an den Pol. Beispiel: 150 A Dauerstrom über 3 m Leitungslänge mit Plus- und Minusleitung, 12 V und höchstens 3 % Spannungsfall ergeben 50 mm²; die passende Sicherung zeigt der Rechner gleich mit an.

Was passiert, wenn das BMS trennt

Gehen Sie im Kopf den Fehlerfall durch: Das BMS schaltet ab, während der Motor läuft und die Ankerwinsch arbeitet. Welche Geräte verlieren Spannung? Was macht die Lichtmaschine? Bleiben Bilgenpumpe, Ankerlicht und Funk versorgt? Sicherheitsrelevante Verbraucher gehören nicht hinter das BMS des Versorgers, sondern auf die Starterbatterie.

Ladezustandsanzeige

Die Entladekurve von LiFePO4 ist nahezu flach — zwischen 90 und 20 Prozent liegen oft weniger als 0,3 Volt. Eine Spannungsanzeige ist damit als Ladezustandsanzeige unbrauchbar. Ein Amperestundenzähler mit Shunt in der gemeinsamen Minusleitung ist bei Lithium kein Komfort, sondern Teil der Grundausstattung.

Drei Wege der Umrüstung

Variante 1: Batterie tauschen, Ladequellen anpassen

Die Batterie-Bank aus AGM-Zellen wird ersetzt, alle vorhandenen Ladequellen werden auf eine Lithiumkennlinie umgestellt oder getauscht. Voraussetzung ist, dass sich jede von ihnen überhaupt umstellen lässt: Landstromladegerät auf 14,2 bis 14,6 Volt ohne dauerhaftes Floating, Solarregler auf ein LiFePO4-Profil oder eine passende Ladeschlussspannung.

Diese Variante ist die günstigste und passt für Anlagen, die überwiegend am Landstrom laden und wenig Motorlaufzeit haben. Ihre Schwachstelle ist die Lichtmaschine: Eine Serienlichtmaschine mit internem Regler lädt die Lithiumbatterie-Bank zwar, aber ohne Schutz gegen den Lastabwurf, wenn das BMS trennt.

Variante 2: Ladewandler zwischen Lichtmaschine und Versorger

Ein Batterie-zu-Batterie-Lader nimmt Strom aus dem Starterkreis auf und erzeugt daraus eine eigene, geregelte Lithiumladung für den Versorger. Damit sieht die Lichtmaschine ausschließlich die Starterbatterie — sie arbeitet immer gegen einen Abnehmer, auch wenn das BMS des Versorgers trennt. Gleichzeitig lässt sich der Strom begrenzen, mit dem die Lichtmaschine belastet wird.

Für die meisten Umrüstungen mit Serienlichtmaschine und gemischtem Batteriebord — AGM-Starter, LiFePO4-Versorger — ist das die richtige Wahl. Sie ist auch in Bestandsanlagen gut nachrüstbar, weil nichts am Motor geändert werden muss.

Variante 3: Hochleistungslichtmaschine mit externem Regler

Die Serienlichtmaschine wird durch eine Hochleistungsmaschine ersetzt, geregelt von einem externen Regler mit Temperaturfühlern an Lichtmaschine und Batterie. Der Regler fährt eine echte Lithiumkennlinie, begrenzt bei zu hoher Lichtmaschinentemperatur die Erregung und nimmt das Ladefreigabesignal des BMS entgegen, bevor dieses hart trennen muss.

Das ist die leistungsfähigste Variante und die einzige, die hohe Ladeströme schon bei niedriger Drehzahl liefert. Sie lohnt für Langfahrt und überall dort, wo Motorstunden knapp sind. Bei Lichtmaschinenleistungen über etwa 100 A ist zusätzlich der Riementrieb zu prüfen — ein einfacher Keilriemen überträgt diese Leistung nicht zuverlässig.

Komponenten im Überblick

Die Tabelle ordnet jeder Komponente zu, was sie in einer Lithiumanlage leisten muss, und nennt die passenden Produkte aus dem Sortiment. Welche Zeilen Sie brauchen, hängt von der gewählten Variante ab.

Angaben aus den Produktbeschreibungen bei philippi. Bei der Bemessung gelten die Daten des jeweiligen Herstellers.

Was Sie je nach Variante brauchen, finden Sie bei philippi in diesen Kategorien:

• LiFePO4-Batterien, zum Beispiel BullTron mit P-Bus-Schnittstelle
• Ladegeräte mit Lithiumkennlinie für den Landstrom
• Ladebooster für Variante 2
• Hochleistungslichtmaschinen und externe Regler für Variante 3
• Batteriemonitore mit Shunt für die Ladezustandsanzeige
• Hauptsicherungen für den Batteriepol

Rechnen: Wie viel Lithium Ihre Batterie-Bank aus AGM ersetzt

Hier entsteht der teuerste Planungsfehler, und er geht fast immer in dieselbe Richtung: Es wird zu viel gekauft. Gerechnet wird über die nutzbare Kapazität, nicht über die Nennkapazität auf dem Etikett.

FormelNeue Nennkapazität = (alte Nennkapazität × alte Entladetiefe) ÷ neue Entladetiefe

Ein Beispiel: Vorhanden sind 400 Ah AGM. Bei 50 Prozent zulässiger Entladetiefe waren davon 200 Ah nutzbar. Dieselben 200 Ah nutzbar liefert eine Batterie-Bank aus LiFePO4-Zellen mit 200 ÷ 0,8 = 250 Ah Nennkapazität. Aus 400 Ah Blei werden also 250 Ah Lithium, nicht 400 und erst recht nicht 800.

Zwei Gründe sprechen dafür, trotzdem etwas größer zu gehen. Erstens war die alte Batterie-Bank möglicherweise schon zu klein — wenn Sie regelmäßig tiefer als 50 Prozent entladen haben, war das kein Komfort, sondern Verschleiß. Zweitens verlängert eine größere Batterie-Bank bei gleichem Verbrauch die Lebensdauer, weil jeder Zyklus flacher wird. Der Aufschlag sollte aber eine bewusste Entscheidung sein und keine Verdopplung aus Gewohnheit.

Ausnahmen und Grenzen

Winterbetrieb. Bleibt das Schiff über Winter in Betrieb und kann nicht sicher über der unteren Ladetemperatur gehalten werden, ist die Umrüstung ohne beheizte Zellen keine gute Idee. Das BMS sperrt die Ladung dann korrekt — nur steht die Anlage eben ohne Nachladung da.

Starterbatterie. Sie bleibt Blei. Für kurze, sehr hohe Ströme und die Dauerladung an der Lichtmaschine ist das die passende Technologie.

Ladegeräte ohne abschaltbare Erhaltungsladung. Lässt sich das Floating weder deaktivieren noch auf etwa 13,2 Volt absenken, hilft keine Einstellung weiter — das Gerät muss getauscht werden.

Anlagen ohne Dokumentation. Wenn niemand weiß, welche Leitung wo hinführt, ist die Umrüstung der falsche Zeitpunkt, das herauszufinden. Erst aufnehmen, dann umbauen.

Typische Fehler

• Kapazität verdoppelt statt halbiert. Gerechnet wird über die nutzbare Kapazität.
• Ladegerät nicht angepasst. Die Erhaltungsladung läuft weiter, jede Ladung endet mit einer Notabschaltung des BMS.
• Lichtmaschine ungeschützt. Ohne Ladewandler oder externen Regler zerstört der Lastabwurf beim BMS-Trennen den Gleichrichter.
• Nur die Hauptladequelle mit Ladefreigabe verdrahtet. Der nachgerüstete Solarregler lädt weiter.
• Sicherung nicht angepasst. Schaltvermögen und Kurzschlussstrom passen nicht mehr zusammen.
• Kein Shunt-Monitor. Der Ladezustand ist aus der Spannung nicht ablesbar.
• Sicherheitsverbraucher hinter dem BMS. Sie fallen mit aus, wenn es am nötigsten wäre.

Die Reihenfolge beim Umbau

1. Bestand aufnehmen. Alle Ladequellen, Querschnitte, Sicherungen und Verbraucher in eine Liste. Fotos vom Ist-Zustand.
2. Kapazität rechnen. Über die nutzbare Kapazität, mit Verbraucherliste und Autarkietagen.
3. Variante festlegen. Nach Motorlaufzeit und vorhandener Lichtmaschine, nicht nach Budget allein.
4. Ladetechnik zuerst umbauen. Ladegerät, Solarregler, Ladewandler oder externer Regler — alles vor dem Batteriewechsel, solange die alte Batterie-Bank noch Fehler verzeiht.
5. Absicherung und Querschnitte anpassen. Hauptsicherung an den Pluspol, Leitungen prüfen und ersetzen.
6. Monitoring installieren. Shunt in die gemeinsame Minusleitung, Monitor anschließen und Kapazität einstellen.
7. Batterie tauschen. Erst jetzt.
8. Ladefreigaben prüfen. Jede Quelle einzeln durchtesten, auch die Notabschaltung bewusst provozieren und beobachten, was passiert.
9. Vollladen und synchronisieren. Einmal vollständig laden, damit Balancing und Amperestundenzähler auf einen definierten Ausgangspunkt kommen.

Punkt 4 ist der, der am häufigsten übersprungen wird, weil die neue Batterie schon geliefert ist und im Weg steht. Wer die Ladetechnik erst danach anfasst, betreibt die neue Batterie-Bank in der Zwischenzeit an einer Infrastruktur, die nicht zu ihr passt — und die ersten Ladezyklen sind genau die, die man nicht verschenken sollte.