Unsere Batterien und wie sie geladen werden.

Der 2 Teil der Technik Serie befasst sich mit dem Stromspeicher. Salopp gesagt, der Batterie.

Als die Lucia 40 von Fountaine Pajot ausgeliefert wurde, waren da 3 Varta AGM Batterie à 115Ah und je 33kg Gewicht eingebaut.

Zusammengefasst also 345Ah bei 99kg. AGM Batterien sind schon die „besseren“ Batterien der alten Generation. Sie liefern bereits mehr nutzbare Energie und eine höhere Zyklenfestigkeit als die alt bekannten Blei-Säure-Batterien. 

Auf ADESSO hatten wir geplant, fast alles über die 12V Batteriebank zu betreiben. Egal ob eine Mikrowelle, Backofen, Induktions Kochfeld, Küchengeräte, Klimaanlage, Heizlüfter, Wassermacher, Warmwasser (in Planung), oder diverse Ladegeräte für Laptop usw. Alles sollte über das 12V Bordnetz mittels Wechselrichter betrieben werden können (der Wechselrichter macht aus 12Volt Gleichstrom 220Volt Wechselstrom… wie zuhause aus der Steckdose). Der höchste Entladestrom, den ich bisher auf unserer ADESSO gesehen habe, waren 145Ah bei 12Volt. 

Wird eine „normale“ Batterie aber stärker belastet, sprich es werden ihr höhere Ströme abverlangt, dann schrumpft auch deren Kapazität. So hat z.b. eine 100Ah Batterie bei einem Entladestrom von 100A nur eine Kapazität von 65A. Demnach wäre sie nach 40 Minuten bereits entladen. Bei solchen Belastungen geht parallel dazu auch die Zyklenzahl nach unten (Zyklenzahl bedeutet wie oft die Batterie geladen werden kann bis sie nichts oder nicht mehr viel aufnehmen kann). 500 Zyklen bei 50% Entladung gelten dabei als Durchschnittswert. Wobei 50% schon recht viel sind, 40% als maximale Entladung wird eher passen. Diese AGM Batterien wären bei unserer Verwendung also ziemlich schnell reif für den Sondermüll. 

Nebenbei, es gibt immer wieder Leute die sich aufregen, dass Ihre Blei-Batterien (zu) schnell kaputt gehen und das, obwohl Sie ja Solar oder einen Windgenerator haben. Dies hat in den seltensten Fällen mit der Batterie an sich zu tun, sondern ist der Tatsache geschuldet, dass die Batterie baubedingt einfach fast nie vollständig geladen wird. Die Sonne kann gar nicht so lange Energie liefern, wie benötigt wird, um auf 100% Ladestatus zu kommen. Diese 100% sind aber für Blei-Säure Batterien überlebenswichtig. Bei der Ladephase muss man ja auch immer mit einbeziehen dass ja auf dem Boot auch nach Strom genutzt wird während dieser Zeit!

Schön ist aber, dass es Alternativen gibt, sehr kostspielige Alternativen, aber es gibt sie. Dies in Form von LiFePo4 Batterien. Um den Aufbau einer Lithium-Eisenphosphat Batterie hier zu erklären, würde einfach zu weit führen. LiFePo4 Akkus gelten aber als sehr sicherer Stromspeicher. Anders, als die bekannteren LiPo’s aus dem Modellbau, die neigten bei unsachgemässem Gebrauch nämlich dazu sich selbst zu entzünden… 

Aber ein paar Beispiele warum ich diese Batterien nutze:

Schnelles Laden, da sie höhere Ströme vertragen.
Es ist der Batterie egal ob sie bei 80% 60% oder 40% wieder geladen wird.
Die Batterie muss auch nicht auf 100% geladen werden.
Viel längere Lebensdauer (über 5000 Zyklen bei 50% Entladung).
Kann mit bis zu dem 2fachen seiner Kapazität entladen werden.
Geringeres Gewicht.

Um nur einige Vorteile zu nennen, denn es gibt noch eine Reihe weitere. Dieser Artikel soll aber nicht wie ein Werbeprospekt zu sehen sein…

Nachteile gibt es natürlich auch. Nämlich sind Lithium Batterien sehr anfällig gegen überladen und tiefentladen. Übersteigt man nämlich in beiden Richtungen den Schwellenwert, so ist die Batterie unwiderruflich geschädigt. Damit dies nicht passiert, besitzt die Lithium Batterie, je nach Typ, eine innenliegende oder externe Steuerelektronik, genannt BMS (Batterie Management System). Als ich begann das System zu planen, wollte ich mit den Zellen von Winston die AGM ersetzen. 

Diese gibt es in unterschiedlichen Kapazitäten und Abmessungen. Nachteilig war dabei das externe BMS und der grössere Aufwand. Raymonde ihrerseits hatte ihre Zweifel, das BMS sei zu ungeschützt und die daraus resultierende Kurzschlussgefahr ihr zu hoch. Deshalb liess ich mich auf sogenannte Plug and Play Lithium Batterien ein. Wobei das Plug and Play wieder reines Verkaufsgelaber ist. Mit Plug and Play soll nämlich gemeint sein, dass die Batterien ohne jeglichen weiteren Eingriff von Blei auf Lithium getauscht werden können. Vertieft man sich aber ein bisschen in die Ladecharakteristik, dann stellt man fest, dass dem in den meistens Fällen nicht so ist.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich hier den richtigen Schritt gegangen bin mit den Batterien, das wird uns die Zukunft zeigen. Deshalb gebe ich auch keine Auskunft über die Marke…, bis jetzt läuft das System aber auf jeden Fall stabil. 

Zum Einsatz kamen nämlich 5 dieser Plug and Play Lithium Batterien zu je 100Ah

Hier verfluchte ich das 1. mal dieses blöde Covid-19. Der LKW samt Batterien hing nämlich an der französischen Grenze fest und zu diesem Zeitpunkt wusste niemand, wie sich die Sache entwickeln würde. So kam es dann auch, dass ich in Frankreich abreisen musste und die Batterien hingen noch irgendwo in Europa an irgend einer Grenze fest. 

Zum Glück, ich kann wirklich nur sagen, zum Glück, engagierte ich mit Nauti Elec einen sehr guten Bootselektriker, nachdem ich von den Bigplayer in La Rochelle abgewimmelt wurde. Ich hatte halt besondere Wünsche und Sie rochen nicht das grosse Geld. Firmen wie Pochon waren einfach nicht an der Sache interessiert. Abraten kann ich auch von der Firma Uchimata. Sowas von arrogant, überheblich und abwertend hatte ich nicht erwartet. Bei denen zählt nur das Geld. Als ich dann später noch das vermeindliche Glück hatte, ein Boot im Hafen hinter mir zu haben, auf dem Uchimata eine Solarsystem installierte, war ich echt glücklich darüber nicht mit diesen Leuten zu arbeiten… ohne ins Detail zu gehen: komplett respektloser Umgang mit fremden Besitz und Scheisse sah das Ganze auch noch aus.

Zurück zu den „guten“ Leuten. Der Monsieur Dupont von Nauti Elec: Er organisierte in meiner Abwesenheit alles mit den Batterien. Um die Annahme der Lithium Batterien kümmerte er sich, ich konnte die Solarmodule bei ihm zwischenlagern, ja sogar der Verkauf der 3 AGM Batterien lief über den Monsieur Dupont. Er war sehr geduldig als ich ich meine Wünsche schilderte, skizzierte sofort einen provisorischen Schaltplan und machte mich auf eventuelle Verbesserungen aufmerksam. Eine ganze Woche war er auf ADESSO am Werken und obwohl ich hier und da noch etwas dazu wollte, war es immer Festpreis. Nauti Elec ist ein kleiner 2 Mann Betrieb. Und wenn der Chef selbst Hand anlegt, dann kann man fast sicher sein, dass gute Arbeit abgeliefert wird. Extrem von Vorteil waren dabei unsere französisch Kenntnisse. Ich habe einige englisch und deutsch sprechende Eigner in La Rochelle getroffen, die einfach hinnehmen mussten, was man Ihnen sagte.

Der Monsieur Dupont verkabelte mir also nach meinen Wünschen die neuen Batterien, parallel dazu spendierte ich der ADESSO einen 3000Watt Wechselrichter anstelle des vorhandenen 2000Watt Gerätes. Der errechnete Strombedarf würde den 2000er nämlich zu schnell an seine Grenzen führen. Und wieder verblüfte mich der Monsieur Dupont. Er hatte noch einen Karton von einem 2000er in seiner Werkstatt und hat mir den einfach mitgebracht mit den Worten „ hier hast du eine originale Verpackung, damit verkaufst du das Gerät schneller…“ Einfach Top der Mann.

Nun zurück zum Plug and Play. Dazu muss ich wiedermal etwas ausholen: schauen wir uns mal die Ladekurve einer Blei-Säure-Batterie an. Die besseren Ladegeräte verfügen über die sogenannte IUoU Kennlinie. Bedeutet: Konstanter Strom mit langsam steigender Spannung. Wird nun die Ladeschlussspannung erreicht, schaltet der Regler runter. Der Strom fällt ab und die Ladung wird mit geringem Strom bei einer konstanten Spannung fortgeführt. Dafür sind die Lichtmaschinen an den Motoren auch ausgelegt. Genau wie beim Auto wird schnell die Ladeschlussspannung erreicht und dann sehr lange mit niedrigem Strom weitergeladen. Das ist der Grund, weshalb eine Batterie in einem Auto mit kurzen Fahrstrecken schneller, das Zeitliche segnet. Sie wird einfach nie richtig voll geladen.

Ein Lithium Batterie hingegen kann mit 1C geladen werden. Das bedeutet 1x die Gesamtkapazität. Dies wären in unserem Fall gewaltige 500A. Die Gesamte Batteriebank wäre mit 500A Ladestromstärke also in einer Stunde wieder von 0 auf 100%. Dies wird nie auf der ADESSO möglich sein und all zu gut für die Batterien ist es auch nicht. Eine unserer Lichtmaschinen (wir haben 2 davon) liefert 115 Ampère. Klingt erstmal gut. Die Eigenschaft der Schnellladefähigkeit von Lithium Batterien ist aber hier ein Nachteil. Die Lichtmaschinen sind nämlich nicht dafür ausgelegt, über einen längeren Zeitraum am Maximum zu laufen. Früher oder später wird sie unweigerlich den Hitzetod sterben. Deshalb habe ich bei jedem Motor einen zusätzlichen AtoB Charger von SterlingPower installiert (AtoB bedeutet Alternator zu Batterie). Dieser übernimmt die Regelung und gaukelt der Lichtmaschine etwas vor damit diese eben nicht überhitzt und trotzdem immer das jeweilige Maximum liefert. Hierfür wird die Temperatur an der Lichtmaschine abgegriffen. Wird diese zu hoch, regelt der SterlingPower runter… So einfach wie genial.

Das Problem des Batterieladen geht aber noch sehr viel weiter. Man bedenke mit welchen Mitteln die Batteriebank geladen werden kann: Landstrom, Generator, Solarmodule und 2 Lichtmaschinen. Diese müssen natürlich auch zusammenarbeiten…

Ziemlich wichtig, wenn nicht der wichtigste Punkt, ist die Ladeschlussspannung der Lithiumbatterien. In unserem Fall, darf der maximal zulässiger Wert von 14,6 Volt, auf gar keinen Fall überschritten werden. Deshalb habe ich mir ein spezielles Kabel besorgen müssen, das es mir erlaubt, diese Werte im 220Volt Ladegerät anzupassen. Dies ist bei Victron durchaus möglich. Im Normalfall benötigt man dazu ein Passwort das mit dem MacBook auch verlangt wurde. Mit einem Windows Rechner bekam ich aber auch ohne Passwort vollen Zugriff auf das Gerät. Bei SterlingPower ist dies einfacher gehandhabt. Über einen Drehschalter dreht man auf einen vordefinierten Wert. Hier muss man dann nur sicherstellen, dass man unter dem maximal zulässigem Wert bleibt. Bei dem Solarregler ist es noch einfacher. Über eine App hat man vollen Zugriff auf das Gerät und kann alles so einstellen wie man möchtet. Jetzt, über den Winter, habe ich z.b. einen maximalen Ladestrom von 13,5 Volt eingestellt. Das hält die Batterien frisch ohne ihnen jeden Tag unnütz einen mit 14,2 Volt auf die Mütze zu geben. Wobei 14,2 Volt mein selbstgewählter maximal Wert ist, damit habe ich einen Sicherheitspuffer von 0,4 Volt.

Hier wird wieder deutlich, dass das nix wird mit Plug and Play…!

Im Zusammenhang mit den Batterien, habe ich auch gleich noch weitere Umbauten erledigt:

Die Motorenräume bekamen eine Zwangsbelüftung. Der Einbauort für die Batterien ist nämlich recht ungünstig im Steuerbord Motorenraum auf der Lucia 40. Jede Batterie ist mehr oder weniger hitzeempfindlich, und besonders empfindlich sind die LiFoPo4 Batterien. Es wurde also auf jeder Seite ein 24Volt Lüfter eingebaut, welcher Luft aussen ansaugt und am tiefstem Punkt beim Motor wieder ausbläst. Bekanntlich ist kalte Luft schwerer als warme Luft. Also verdrängt die angesaugte kalte Luft die wärmere nach oben, welche dann aus dem Motorenraum entweichen kann. Aufmerksame Leser werden jetzt denken: “wieso 24Volt Lüfter, wenn alles auf dem Boot mit 12V läuft“ (na, welchem Leser ist es aufgefallen… 😉). Ganz einfach: Ein 12Volt Lüfter würde dann die gesamte Zeit auf Volllast laufen und Volllast ist nie gut. Die Lärmentwicklung ist höher, der Elektromotor kommt schnell an seine Grenzen und die Lager sind schnell verschlissen (was noch mehr Lärm bedeutet). Nimmt man jedoch einen 24V Lüfter, so arbeitet der maximal mit 50% von dem was er könnte, ist aber immer noch so effektiv wie der 12V unter Dauerbefeuerung… Und damit die Lüfter auch nur arbeiten, wenn der Motor läuft, wurden die so angeschlossen, dass sie nur angesteuert werden, wenn die Zündung eingeschaltet ist.

Nächste Baustelle waren die für mich unverständliche Ladeszenarien von Fountaine Pajot:

Nur der Steuerbordmotor lädt die Verbraucherbank (also jetzt die 500Ah Lithium-Batterien).
Der Backbordmotor hat eine eigene Starterbatterie und die wird auch nur vom Backbordmotor geladen.
Der Stromgenerator hat auch eine eigene Starterbatterie und wird auch nur von sich selbst geladen.

Häääääää…. ????? Warum???? Wieso???? Ich nix verstehen warum so?

Auch hier hat mich Monsieur Dupont kompetent beraten und alle Änderungen und Verbesserungen echt gut umgesetzt!

Jetzt sind die beiden Starterbatterien vom Backbordmotor und Stromgenerator zusammengeschlossen. Somit ist schon mal gewährleistet, dass die Batterie vom Stromgenerator sich nicht entlädt. Des Weiteren kann der Backbordmotor jetzt auch die Verbraucherbatterien laden.

Umgekehrt kann der Steuerbordmotor jetzt auch die beiden Starterbatterien auf der Backbordseite laden. Ergo, egal welcher Motor in Betrieb ist, alle Batterien werden geladen. Das ist auch nur durch den SterlinPower AtoB möglich, denn die beiden Starterbatterien sind immer noch die alten AGM… mit einer anderen Ladekennlinie. Aber Der SterlingPower hat einen separaten Ausgang genau für diesen Zweck… Perfect!

Zum Schluss noch die Klimageräte. Wir haben 3 voneinander unabhängige Klimageräte an Bord der ADESSO. Dies können aber ab Werk nur mit Landstrom oder dem Generator betrieben werden. Das ist auch verständlich, denn weder der kleine 2000Watt Wechselrichter, noch die 3 AGM Batterien wären in der Lage gewesen, diese Herausforderung zu stemmen. 

Aber wir wollten nicht irgendwo still in einer Bucht vor Anker liegen um dann den Stromgenerator anschmeissen zu müssen. Wäre irgendwie blöd finden wir. Ziel war es also minimum ein Klimagerät mindestens eine Stunde mit den Lithium Batterien in Betrieb nehmen zu können, um bei heissen Temperaturen, unseren Schlafbereich etwas runter zu kühlen. Monsieur Dupont besorgte sich den Schaltplan und erfüllte uns auch diesen Wunsch ohne Mühe. Meine Tests haben ergeben dass eine Klimaanlage ungefähr etwas über 100A benötigt. Das bedeutet, dass bei einer Stunde Betrieb nur 1/5 der Gesamtkapazität von 500Ah aus unseren Batterien gesaugt wird. Sehr zufriedenstellend!

Das einzige Gerät auf ADESSO, das nicht seinen Strom durch die Batterien bekommt, ist die Waschmaschine. Das habe ich bewusst so gehandhabt, damit der Stromgenerator trotzdem regelmassig in Betrieb genommen werden muss. Denn es gilt auch bei uns auf dem Boot die alte Regel: Use it or lose it (benutze es, oder es geht kaputt).

Somit ist mein kleiner Exkurs in die Watt’s, Volt’s, Ampère’s und Amperestunden, welche in ADESSO schlummern, beendet (Schlaumeiermodus ebenfalls beendet… 🤓).

Jetzt habe ich alles durch, was im letzten Jahr so auf dem Boot an technischen Veränderungen passiert ist. 

Die nächsten Einträge spielen dann wieder in der unmittelbaren Gegenwart.

Ich hoffe es hat dich nicht zu viel gelangweilt.

Zum Schluss noch einen RIESEN HERZLICHEN DANK an unsere ersten Follower, die uns zu einem Drink eingeladen haben. TOP! 🤗

Also:

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Guy