Lithium-Akkus (wie LiFePO4) haben eine kritische Einschränkung bei Kälte, die Hersteller dazu veranlasst, Lithium-Akkus mit einer Heizung auszustatten. Wir erklären, wann und warum die Heizung für Lithium-Akkus entscheidend ist und wann Sie darauf verzichten können.
Bei Kälte laden und entladen macht den unterschied
Lithium-Akkus können Strom auch bei sehr niedrigen Temperaturen abgeben – bis etwa −20 °C. Das bedeutet, dass die gespeicherte Energie auch an kalten Tagen genutzt werden kann. Problematisch wird es jedoch beim Laden: Ladevorgänge bei Temperaturen unter 0 °C können die Batterie dauerhaft schädigen, wenn sie nicht speziell beheizt wird. Deshalb verhindert das integrierte BMS in der Regel den Ladevorgang bei zu niedrigen Temperaturen.
Die Heizung schützt einen Lithium-Akku also vor Kälteschäden, indem sie den kritischen Moment des Ladevorgangs absichert. Entscheidend ist: Nicht das Entladen ist gefährlich – sondern das Laden unter 0 °C. Warum? Das hängt direkt mit der Chemie in den Zellen zusammen.
Was im Akku passiert beim Laden
Beim Laden von Lithium-Akkus fließt Strom in die Batterie. Elektronen bewegen sich, und Lithium-Ionen wandern von der Kathode zur Anode. Bei LiFePO4-Akkus (Lithium-Eisenphosphat) beispielsweise bewegen sich die Lithium-Ionen von der LiFePO4-Kathode zur Graphit-Anode, wo sie sich in den Poren des Graphits einlagern. Bei normalen Temperaturen zwischen 10 und 45 °C verläuft dieser Prozess problemlos.
Das passiert beim Laden unter 0 °C
Sinkt die Temperatur unter den Gefrierpunkt, verändern sich die physikalischen Eigenschaften der Zellen:
1. Langsamere Lithium-Ionen: Die Diffusionsgeschwindigkeit in der Elektrolytflüssigkeit nimmt ab. Die Ionen erreichen die Anode nicht schnell genug.
2. Lithium-Plating: Statt in die Graphit-Struktur einzudringen, lagert sich metallisches Lithium auf der Oberfläche der Anode ab. Metallisches Lithium ist nicht reversibel und kann spitze Kristalle (Dendriten) bilden, die die Trennschicht zwischen Anode und Kathode durchbohren – ein Kurzschlussrisiko.
3. Erhöhter Elektrolyt-Widerstand: Bei Kälte steigt der Widerstand, Ladeprozesse laufen ungleichmäßig, Spannungsspitzen entstehen, die die Batterie zusätzlich schädigen.
Die Folgen für die Batterie:
- Die Lebensdauer wird stark reduziert.
- Die Kapazität sinkt dauerhaft.
- Das Risiko von Kurzschlüssen oder thermischem Durchgehen steigt.
Deshalb sagen alle Hersteller: "Nicht unter 0 °C laden" und bauen deshalb bei hochpreisigen Modellen eine integrierte Heizung ein, die das BMS bei Bedarf zuschaltet.
Was die Heizung bewirkt
Sie hebt die Zelltemperatur über 0 °C, bevor überhaupt Ladestrom in die Zellen fließt, bringt die Heizung die Akku-Innentemperatur auf einen sicheren Bereich – meist zwischen +5 und +10 °C. Erst dann schaltet das BMS (Batterie-Management-System) den Ladeeingang frei.
Dadurch können sich die Lithium-Ionen korrekt einlagern. Bei Temperaturen unter 0 °C wandern Lithium-Ionen zu langsam und "bleiben hängen" bzw. lagern sich ab. Das führt zu Lithium-Plating, also metallischem Lithium, das sich auf der Anode ablagert. Die Heizung verhindert genau das, denn bei über 0 °C:
- erreichen die Ionen wieder rechtzeitig die Anode
- werden sie korrekt in die Graphitstruktur eingelagert
- bleibt der Ladeprozess chemisch stabil
Indem die Heizung metallisches Lithium verhindert, reduziert sie:
- das Risiko eines internen Kurzschlusses
- die Wahrscheinlichkeit thermischer Probleme
- Leistungs- und Kapazitätsverluste
Dank der integrierten Heizung, kann der Akku je nach Modell also bei bis zu −20 °C oder sogar −30 °C Umgebungstemperatur geladen werden, weil die Zellen innen warm genug bleiben.
Welche Modelle das bewerkstelligen und wann Wohnmobile eine solche winterfeste Batterie überhaupt brauchen, erfahren Sie in unserer Marktübersicht kälteresistenter Lithium-Akkus.
