Autarkie Update

Wir fahren nun seit 2017 fleißig mit unserem Kabe in der Weltgeschichte umher. Während unsere Grundausstattung damals mit einer 150W Photovoltaikanlage für die 12V Bordbatterie ausgestattet war, erweiterten wir 2018 schrittweise auf ein 230V System, welches uns autark unterwegs auch typische Haushaltsgeräte bedienen ließ. Dabei setzten wir im Kern auf einen Victron Multiplus Inverter in Kombination mit Victron Solarregler und Optima AGM-Spiralzellbatterien. Details zur Erweiterung der Anlage damals findet ihr im Kapitel "230V Autarkie".

Wir entschieden uns damals aus gutem Grund gegen LiFePo4 Batterien, da zum einen noch nicht genug Erfahrungen in der Caravaning-Welt waren, und zum anderen der Einkaufspreis deutlich höher war, als das heute der Fall ist. Nach nunmehr knapp 8 Jahren haben unsere Optima Batterien in ihrer Gesamtkapazität stark abgebaut, in etwa blieb uns nur noch 30% der Kapazität im Vergleich zum Neuzustand verfügbar.
Grund genug, über einen Austausch nachzudenken, und in dem Zuge auch eine Überprüfung, ob sich ein Systemwechsel generell lohnt.

Austausch, was macht heute Sinn ?
Zunächst ein paar Daten, wieviel unser Gesamtsystem bisher geleistet hat:
In der gesamten Laufzeit wurde in die AGM-Batterien rund 382kWh geladen. Diese Lademenge ist eine Mischung aus der Photovoltaikanlage und aus dem Landstrom Netzbezug. Im Gegensatz dazu wurden 213kWh entladen. In der Gesamtbilanz bedeutet das, dass die Optima AGM Spiralzellbatterien eine Gesamteffizienz von etwa 56% aufgewiesen haben. Angesichts der altbewährten AGM-Technologie sicher ein sehr guter Wert, gemessen an aktuellen LiFEPo4-Batteriesystemen jedoch regelrecht ineffizient.
Es gibt einige wichtige Parameter, die bei der Systemwahl von Bedeutung sind:

• Kosten: Während damals die Kosten bei vergleichbarer Nutzkapazität bei LiFePo4 etwa 4x höher waren, als bei AGM, haben sich diese mittlerweile signifikant aneinander angenähert, der Unterschied ist nicht mehr groß.
• Gewicht und Größe: Unser altes Batteriepaket wog etwa 120kg bei 300Ah max Kapazität, von der nur etwa 150Ah nutzbar waren. Es galt ja eine Entladung von mehr als 50% zu vermeiden. Eine 200Ah LiFePo4 Batterie liefert mit 160Ah nutzbarer Kapazität vergleichbare Werte, hat dabei aber ein Gewicht von etwa 20kg. Die Baugröße einer 200Ah LiFePo4-Batterie entspricht etwa eine der vier Optima-Batterien, die wir bisher verbaut haben. Eine signifikante Einsparung an Gewicht und Platz, wenn wir zu LiFePo4 wechseln.
• Lebensdauer: Man geht davon aus, dass LiFePo4-Batterien etwa 5x so viele Ladezyklen leisten können, als die AGM-Systeme.
• Temperatur: AGM-Batterien können sowohl bei wärmeren, als auch bei winterlichen Minusgraden geladen und entladen werden. LiFePo4 hingegen erlauben das Laden nur ab 5°C aufwärts. Lediglich das Entladen ist bei winterlichen Temperaturen möglich.
• Ladeprozess: AGM-Batterien werden mit den drei Ladestati Bulk, Absorption und Float geladen. Sie erlauben das Anliegen der Ladespannung theoretisch zu jeder Zeit, auch wenn sie voll sind. LiFePo4 Batterien dagegen haben nur den Ladestatus Bulk und Absorption. Bei der Absorption findet ein Zellspanungsausgleich statt. Die Batterien dürfen keine weitere Ladespannung bekommen, wenn sie schon voll sind.

Aufgrund der technischen Voraussetzungen sind daher die Anforderungen an die Systemperipherie signifikant unterschiedlich, wenn wir AGM mit LiFePo4 vergleichen. Es ergibt sich, dass LiFePo4 eine aufwändigere Kontrolle und Steuerung bedürfen, als die AGM-Vertreter. Daraus ergeben sich weitere Kosten.

Unsere Entscheidung
Wir haben uns aufgrund der oben genannten Argumente für den Wechsel der Systemperipherie entschieden und bauen zu LiFePo4 um. Wir haben eine sehr gute Grundlage mit den bisher verbauten Komponenten der Firma Victron. Es liegt daher auf der Hand, dass wir mit dem Erwerb der neuen Systemperipherie bei Victron bleiben werden.

Aufgrund der gegebenen Platz- und Gewichtsverhältnisse entscheiden wir uns jedoch, die nutzbare Gesamtkapazität zu erhöhen. Wir beziehen daher unsere Energie aus zwei Victron Batterien mit jeweils 200Ah. Damit erreichen wir eine nutzbare Gesamtkapazität von 320Ah. Eine Steigerung um mehr als das Doppelte. Unser Ziel: Das gesamte Equipment muss mit dem bisher genutzten Platz auskommen.

Bisher sind die vier Optima Batterien in zwei voneinander abgetrennte Bereiche unter dem Bett montiert. Bei der neuen Installation werden die Batterien in den rechten Bereich alleine eingebaut, die neue Steuerelektronik wird in den linken Bereich verbaut.

Wir kaufen ein:

• Zwei Victron 12,8V 200Ah NG Batterien
• Ein Victron VE.Bus BMS NG
• Ein Victron Interface MK3-USB-C
• Ein Victron Cerbo GX, zusätzlich mit Touch Display (folgte später)
• Zwei Starkstrom Busbars der Firma Wattstunde
• Einen Sicherungshalter für und mit einer T-Cell Sicherung 300A
• Diverse Verkabelungen, Starkstromleitungen und Kabelschuhe (Quetschhülsen)

Erste Schritte

Wir klemmen die alten Batterien ab und räumen diese aus ihren Halterungen raus. Der Multiplus Inverter wird aus dem Schrank ausgebaut, um die RJ45 Stecker der Kabel umzuklemmen, die DIP-Schalter umzustellen und die Umprogrammierung des Inverters unter Zuhilfenahme des MK3-Interface inklusive notwendigem Softwareupdate durchzuführen.

Der Multiplus Inverter ist die zentrale Kommunikationsschnittstelle, über die sich später alle anderen Geräte verbinden und mittels dem Steuercomputer Cerbo GX steuern und regeln lassen.

Der Einbau der neuen Komponenten

Zunächst positionieren wir die neuen Batterien. Sie werden mit den alten Befestigungspunkten fest fixiert.
Bei den zu erwartenden hohen Strömen verwenden wir Kabelquerschnitte von mindestens 70mm². Diese erreichen wir durch entweder 2x35mm² oder 3x25mm² pro Polverbindung. Wir verbinden zunächst die Pole der beiden Batterien miteinander. Unser Ziel ist eine möglichst gute Ausbalancierung der beiden Batterien im späteren Betrieb.

Im vorderen Teil montieren wir nun zunächst das BMS-Gerät und den Sicherungshalter.

Wir ergänzen nun die Busbars im unteren Bereich und positionieren darüber den Cerbo GX Steuercomputer. 
Während der 100/30 Solarregler auf der Batterieseite montiert war, kommt der 75/15 Solarregler nun neben den Cerbo GX. Über den Solarregler montieren wir das MK3-Interface, um jederzeit per USB mit Laptop oder Smartphone auf alle Einstellungen zu Servicezwecken zugreifen zu können.
Alle Geräte werden nach einem spezifischen Schaltplan miteinander verbunden.

Das System in Betrieb

Wir verbauen das Touch Display über dem Eingang. So sind alle Steuerpanels nahe beieinander platziert und bilden eine ganzheitliche Steuereinheit für den gesamten Wagen.

Das Display bietet verschiedene Anzeigemodi, mit denen sich alle elektrischen Energieflüsse grafisch darstellen lassen. So wird neben dem Batterieladestand auch der Energiefluss vom Landstrom genauso wie von der Photovoltaikanlage angezeigt. Auf der anderen Seite werden auch alle Stromverbräuche angezeigt. So lässt sich das gesamte elektrische System kontrollieren und steuern.

Das Display ist direkt mit dem Cerbo GX verbunden, dem zentralen Steuercomputer, der alle anderen angeschlossenen Geräte mit verwaltet, steuert und kontrolliert.

Was hat uns der Umbau gebracht ?

Im direkten Vergleich mit unserem vorherigen Batteriepaket haben wir zwar insgesamt den gleichen Bauraum gebraucht aufgrund der zusätzlichen Geräte zur Steuerung und Verkabelung, jedoch haben wir etwa 70kg weniger Gewicht verbaut. Dafür hat sich die nutzbare Kapazität mehr als verdoppelt.
Das vorherige AGM-Paket hätte uns etwa 1000€ gekostet, das neue System mitsamt Steuerelektronik etwa 2800€. Bei vergleichbarer Kapazität umgerechnet wären es etwa 1315€. Vor acht Jahren wären es noch zwischen 3000-4000€ gewesen.
Aufgrund der zu erwartenden fünffachen Lebensdauer wären es dann etwa 265€. Das ist insgesamt ein Fortschritt.

Wir nutzen diese neue Installation nun einige Monate problemlos und zuverlässig. Wie sich die Anlage über die nächsten Jahre weiter verhalten wird, darauf sind wir schon sehr gespannt. Erste Erkenntnisse zeigen allerdings schon jetzt eine deutlich bessere Effizienz des neuen Batteriesystems im Vergleich zum vorherigen AGM-Paket, wenn Ladestrommengen mit den Entladestrommengen verglichen werden. Die nächsten Jahre werden uns da sicherlich mehr Details zeigen.