Neue Batterien: Einbau, optimale Lade-Infrastruktur und Überwachung

Zwei der vier neuen Q-Batteries. Zu sehen sind auch die vier noch nicht installierten Pulser.

Lange habe ich recherchiert, bewertet und überlegt (siehe Suche nach der optimalen Batterie: Blei-Nass, Gel, AGM oder Lithium?) und mich letztlich für Q-Batteries 12LC-25: AGM mit 240Ah entschieden. Sie laden schnell, können bis zu 300 mal zu 80% entladen werden und sind bezahlbar – weitere Details zu der Entscheidung kannst du in dem oben verlinktem Artikel nachlesen.

Nun war letzte Woche der Termin für den Einbau gekommen. Dazu hatte ich mir Hilfe von Engels und Kieth in Glückstadt gebucht. Und das war richtig gut angelegtes Geld. Die Kollegen von Engels und Kieth machen wirklich exzellente Arbeit und haben das durchaus anspruchsvolle Projekt souverän und ohne Kollateralschäden durchgeführt – und das war gar nicht so ganz einfach: Die schweren Batterien (über 60kg pro Stück!) mussten nämlich über Schläuche und Rohre gehoben werden.

Doch wie gesagt – die Jungs sind Profis und hatten diverses Material dabei, um Hilfskonstruktionen zu bauen:

Hölzer und Bohlen, um die schweren Batterien über empfindliche Teile zu bugsieren.
Noch etwas enger war es durch das Abgasrohr auf der Backbord Seite.

Trotzdem war es harte Arbeit. Alleine nur das entfernen der alten und positionieren der neuen Batterien dauerte drei Stunden.

Harte Arbeit im Maschinenraum, aber immer sorgsam und überlegt.

Danach kam dann der angenehmere Teil der Arbeit: Verkabelung. Bei der Gelegenheit haben wir diverse alte und auch schon angegriffene Kabel neu gemacht und auch an der Logik des Systems die eine oder andere Verbesserung durchgeführt.

Vier 12V Batterien zu einem 24V System verschaltet – vorher falsch, jetzt fast richtig

Das Prinzip ist ja simpel: Je zwei 12V Batterien werden in Reihe geschaltet (wie bei Batterien in der Taschenlampe, Pluspol der einen an den Minuspol der anderen). Aber ich hatte zwei Fehler in der bisherigen Installation:

  1. Das Kabel vom Pluspol der Steuerbord Bank ging direkt zum Pluspol der Backbord Bank, von wo aus auch die Verbraucher versorgt wurden. Das ist schlecht, denn durch das Kabel hatte die Steuerbord Bank effektiv immer einen kleinen Spannungsverlust gegenüber der Backbord Bank.

    Nun laufen von beiden Bänken Kabel von den Polen zu einem gemeinsam genutzten Hauptschalter bzw. zu einem gemeinsam genutzten Masse-Sammelpunkt. Die Kabel der Backbord Bank sind zwar immer noch kürzer als bei der Steuerbord Bank, es ist also nicht ganz perfekt – aber besser als vorher.
  2. Die Steuerbord Bank war nicht abgesichert, dessen Plus-Kabel lief einfach so einmal quer durch den Maschinenraum.

    Ich hatte das Kabel immerhin gegen schamfilen gesichert, trotzdem war es nicht ausgeschlossen, dass die Isolierung irgendwie mal durchscheuert. Hätte dann der Leiter Kontakt zum Rumpf – der ja gleichzeitig Schiffserde ist – bekommen, wäre das schon ziemlich katastrophal gewesen.

    Nun ist die Steuerbord Bank unmittelbar in Nähe der Batterien abgesichert. So, wie es sein soll.
Hochstrom Sicherung bevor das dicke Pluskabel der Steuerbord Bank durch den Maschinenraum nach Backbord geführt wird.
Sicherung mit Abdeckkappe: Kein blankes Metall mehr zu sehen.

Laden 1: Mit Landstrom

Im vorherigen Artikel war ich noch etwas unentschlossen, ob mein älterer Victron Centaur Lader die richtige Wahl für die neuen AGM Batterien ist. Hauptsächlicher Kritikpunkt war, dass der Centaur nur einen eingebauten Temperatursensor hat: Er passt die Ladespannung zwar der Umgebungstemperatur an, bekommt aber nicht mit, wie warm die Batterien werden.

Tatsächlich passiert in Batterien so einiges, wenn sie mit starken Strömen geladen werden. Durch die chemischen Prozesse entsteht Wärme, und im Grenzfall kann eine Batterie sogar so warm werden, dass Schäden entstehen. Daher ist es schon eine gute Idee, teure Batterien mittels Temperaturfühler an der Batterie zu überwachen.

„Wenn, dann ordentlich“ ist mein grundsätzlicher Ansatz bei allen Projekten. Also habe ich auch hier investiert und den Victron Centaur Lader und Victron Atlas Inverter durch ein kombiniertes Gerät getauscht: den Victron Multiplus (in der Variante 24V, 3000 Watt, 70A).

Victron Multiplus: kombinierter Lader und Inverter.

Neben der Tatsache, dass der Multiplus einen Temperaturfühler hat, gibt es noch ein paar nette Funktionen:

  • Die Spannung der Batterien wird über ein extra Kabel, frei von jeder Last und damit genauer, gemessen.
  • Die Lade-Kennlinie ist eine adaptive IUoU Linie: Das Gerät lernt mit der Zeit, wie lang die I-Phase (laden mit hohem Strom) idealerweise ist, anstelle stumpf immer gleich lang zu laden.
  • Durch die Kombination aus Lader und Inverter schaltet der Multiplus vorhandenen Landstrom einfach zum 230V Netz an Bord durch, ohne die Batterien zu belasten. Nur wenn kein Landstrom vorhanden ist wird Strom aus den Batterien entnommen.
  • Ich kann einstellen, wie stark der Landstrom Anschluss höchstens belastet werden darf. Wenn mehr 230V Strom an Bord verlangt wird als der Landstrom liefern kann, wird zusätzlicher Strom aus den Batterien verwendet. Ist die Spitzenlast wieder weg, wird der entnommene Strom wieder in die Batterien eingelagert. Also: Nie wieder ausgelöste Sicherungen am Steg.

Mit der alten Anlage war bei jeder 230V Entnahme an Bord die Chemie in den Batterien beteiligt: Der Inverter hat Strom aus den Batterien entnommen, den der Lader danach wieder nachgefüllt hat. Ein wenig trägt das durchaus zur Alterung bei.

Laden 2: Mit Lichtmaschine

Hier war ich schon gut aufgestellt mit meinem Sterling Lichtmaschinen-Batterie Lader. Eine normale Lichtmaschine hat nur eine sehr primitive W-Kennlinie, d.h. sie pumpt einfach irgendwie Strom in die Batterie, bis eine bestimmte Spannung erreicht ist.

Schon bei einfachen Nassbatterien ist das schlecht, weil so niemals eine volle Ladung erreicht werden kann. Meistens ist das aber vertretbar, da dann beim nächsten Hafen über Nacht mit einem hoffentlich guten Landstrom-Lader vollständig aufgeladen wird. Eine AGM- und Gelbatterie kann die Lichtmaschine aber mit Spannungen konfrontieren, die zum schnellen Tod der Batterie führt.

Der Sterling Lader bietet vor allem zwei nützliche Funktionen:

  • Er gaukelt der Lichtmaschine eine leere Batterie vor und treibt sie so zur Höchstleistung an.
  • Er liefert eine saubere IUoU Kennlinie, kann auf unterschiedliche Batterietypen eingestellt werden und arbeitet so mit genau den richtigen Spannungen.

Darüber hinaus können auch eine Starter- und eine Verbrauchsbatterie separat geladen werden, ein Umschalter oder Ladestrom-Verteiler ist nicht mehr nötig. Ach ja, und auch der Sterling hat einen Temperatursensor und passt die Ladespannung der Batterietemperatur an.

Der Sterling Lichtmaschinen-Batterie Lader.

Laden 3: Mit den Solarzellen

Auf dem Dach der JULIUS habe ich 300 Watt Solarleistung. Im Sommer trägt das schon spürbar zur Entlastung der Batterien bei. Es gibt unzählige Laderegler für Solarzellen, mittlerweile sind eigentlich nur noch MPPT Regler sinnvoll. Und da ich ja schon in der Victron Welt bin, habe ich auch hier ein Gerät dieses Herstellers: Den SmartSolar 100/20.

Ein anderer MPPT Regler würde es auch tun, aber das Victron Modell hat für mich zwei Vorteile:

  1. Ich kann via Bluetooth und einer App auf den Smartphone aktuelle und historische Daten auslesen: Wie viel Strom wird jetzt gerade produziert und wie viel wurde täglich in den letzten 30 Tagen erzeugt?
    Diese Statistiken lassen sich teilen und so kann ich sehr gut ermitteln, zu welcher Jahreszeit meine Solarzellen im Schnitt wie viel Strom erzeugen.
  2. Ein zusätzlicher Temperatursensor (Smart Battery Sense) kommuniziert drahtlos mit dem SmartSolar, somit kann auch er die Ladespannungen an die Batterietemperatur anpassen.
Victron SmartSolar MPPT Solar-Laderegler.

Laden 4: Verschaltung aller drei Lader und Absicherung

Alle drei Lademöglichkeiten sind nun an einem Sammelpunkt angeschlossen und durch eine eigene Hochstrom-Sicherung an beide Batterie-Bänke angeschlossen. Die Sicherung siehst du links neben dem Multiplus in dem Bild weiter oben.

Laden 5: Balancer

Der Grund für das ganze Batterie-Projekt war ja, dass sich Ungleichheiten in meiner alten Bank entwickelten, die letztlich zu spürbaren Schäden an den Batterien geführt haben (nachzulesen hier: Wie ein 70 Euro Teil eine tausende Euro teure Batteriebank retten kann).

Jetzt wacht der Balancer von Anfang an über den Ladevorgang der neuen Batterien und tatsächlich habe ich bei verschiedenen Tests gesehen, wie er unterschiedliche Spannungen zwischen der Steuerbord- und Backbord-Bank während des Ladens ausgleicht. Ich denke, so ein Problem werde ich nicht noch einmal haben.

Neu ist, dass ich das Alarm Relais des Balancers nun an meinem VisuShip Überwachungssystem angeschlossen habe: Wenn sich doch einmal eine ungewöhnliche Spannungs-Ungleichheit entwickelt, sehe ich das sofort und ohne in den Maschinenraum gucken zu müssen.

Noch mal das Foto von eben: Links oben sitzt der Victron Battery Balancer. Ein dünnes Kabel geht von dessen Stromversorgung zum Alarm-Relais, das wiederum an das VisuShip Überwachungssystem angeschlossen ist.

Laden 6: Pulser

Bisher habe ich die Pulser noch nicht wieder installiert, das hole ich aber noch nach. Ein Pulser ist laut Michael Herrmann auch für AGM Batterien sinnvoll, um den Prozess der Sulfatierung zu verhindern. Das steht auch in der neuesten (jetzt elektronischen) Ausgabe seines Standardwerks „Elektrik auf Yachten“.

Überwachung 1: Batteriemonitor

Die Grundlage, um ein Batteriesystem immer im gesunden Ladezustand zu halten, ist das Wissen, wie viel Ladung denn überhaupt noch drin ist. Das geht nur mit einem Batteriemonitor, der – stark vereinfacht – mitzählt, wie viele Ampére aus der Batterie entnommen und wieder eingelagert wurden.

Hier habe ich schon lange den Victron BMV-702:

Victron BMW-702 Batteriemonitor, der gerade die Spannung der oberen Batterien innerhalb der Reihenschaltung darstellt.

Dem BMW-702 finde ich vor allem aus zwei Gründen sehr charmant:

  • Ich kann viele seiner Daten via VE.Direct Anschluss auf meinem VisuShip darstellen und so die wichtigsten Daten von überall aus einsehen.
  • Er kann eine Mittelpunkt-Messung machen: Dabei werden die Spannungen der „oberen“ und „unteren“ Batterien innerhalb der 24V Reihenschaltung gemessen. Hier sehe ich also jederzeit, ob „oben“ und „unten“ die gleichen Spannungen haben oder ob sich nicht doch wieder eine Ungleichheit entwickelt (z.B. weil die Sicherung des Balancers rausgeflogen ist und er nicht mehr eingreifen kann).

Damit der Batteriemonitor möglichst exakt zählt, habe ich mir die Mühe gemacht, die Ladeeffizienz und den für meine AGM Batterien korrekten Peukert-Faktor zu ermitteln (96% und 1,18, der Peukert Faktor beschreibt, wie sich die Kapazität einer Batterie ändert je nachdem, wie groß die Last ist).

Überwachung 2: Temperaturen, Spannung, Strom auf VisuShip

Alle Lader messen die Temperatur nur an genau einer Batterie. Die Annahme ist, dass die anderen Batterien die gleichen Temperaturen haben werden.

Nun bin ich aber ein neugieriger Mensch und die Temperatursensoren für mein VisuShip sind sehr günstig, also habe ich einen Sensor an jede Batterie geklebt (mittels 25x10mm selbstklebendem Moosgummiband, in das ich die Sensoren eingebettet habe).

Dazu kommen Spannung, Ladezustand und aktueller Strom (Ladung oder Entnahme), Alarm des Balancers und Verfügbarkeit von Landstrom – damit habe ich alle relevanten Daten überall auf der Welt auf meinem Smartphone oder auf dem Boot direkt am Steuerstand verfügbar.

Mein VisuShip Dashboard mit Temperaturen, Spannung, Ladezustand, Strom

Tatsächlich habe bei ersten Tests gesehen, dass sich die Batterien beim Laden mit 70A in einer Stunde um drei Grad erwärmt haben. Wenn sie nur noch 30, 40% Ladung haben und dann über Stunden mit hohem Strom vollgepumpt werden, steigt die Temperatur sicher noch mehr an.

Der Punkt hier ist aber vor allem: Wenn sich irgendwann bei einer Batterie das Temperaturverhalten ändert, dann bekomme ich das mit – und kann untersuchen, warum das so ist und die ganze Bank vor Schäden bewahren.

Zusammenfassung

Keine Frage, das ist alles eine Menge Technik und Aufwand. Aber tatsächlich übersehen viele Skipper, dass die Ladeinfrastruktur genau so wichtig wie die Qualität der Batterien ist. Gute (und teure) Batterien erfordern eine passende und professionelle Infrastruktur.

Ich finde nun bei meinem System keine Lücke mehr, alles scheint mir quasi perfekt zu sein. Wenn ich meine Bank nun nicht übermäßig häufig übermäßig stark (mehr als 60%) entlade, müssten die Batterien bei mir locker zehn Jahre halten.

Nun freue ich mich auf den Sommer und viele schöne Tage vor Anker – mit genug Strom zum komfortablen Leben.

Hier weiterlesen:


7 Kommentare zu “Neue Batterien: Einbau, optimale Lade-Infrastruktur und Überwachung

  1. maxinyourassMax

    Sehr interessant!

    Welche Einstellung exakt hast Du für das Sterling Lichtmaschinenladegerät gewählt? Wie gut passt die Spannungskennlinie des Sterling zu den spezifizierten Ladespannungen der AGM-Batterien?

    Ich habe übrigens neulich mit Erschrecken festgestellt, dass die Spannungsangaben des Sterling (habe den AB12 80) sich zwischen den aufgedruckten Werten sowie den in den verschiedenen Übersetzungen des Handbuches teilweise unterscheiden. Da muss man echt aufpassen.

    1. Julian Buß

      ich habe Stellung 5 gewählt.. 14,7V / 13,8V sind das glaube ich. Passte jedenfalls gut auf die Spezifikation der Q-Batteries.

      Die Angaben habe ich aus dem englischen Handbuch.. da Sterling aus UK kommt denke ich mal, dass das die wahren Angaben sind 😀 Dass die sich unterscheiden ist aber natürlich schlecht, das habe ich bisher nicht bemerkt. Danke für den Hinweis!

      1. Harald

        Hallo Julian.Du hast doch bestimmt von deinem Sterling den Temperatursensor von der Lima auch angeschlossen.Der Hintergrund meiner Frage ist das bei mir ,wenn ich 2-3 Tage keinen Landstrom hatte,also beim Ankern und dementsprechend Stromverbrauch dann über die Lichtmaschine lade,die Lima ( allerdings nur 12V 40 Ah ) in kürzester Zeit so warm wird das der Sterling ( 12/80) abschaltet,bis die Lichtmaschine sich wieder abgekühlt hat.Ist natürlich super das das so funktioniert,nervt aber auch.Ich habe auch Solar mit 330 Watt mit Mppt alles von Büttner 2x 240 Ah an 12V Gel auch von Q_Batteries .Das spielt sich bei mir Sommer wie Winter so ab.Eigentlich alles nicht so schlimm,aber vieleicht hast du ja eine Idee.Gruß aus Berlin.

        1. Julian Buß

          Hi, ja, natürlich habe ich den Temperaturregler montiert 🙂 Und er funktioniert bei dir ja und der Sterling macht exakt das, was er soll – das ist doch erstmal super.

          Dein Problem ist also, dass die Lima zu heiß wird. Ich beuge dem vor in dem ich einen extra Lüfter montiert habe, der die Lima anbläst. Vielleicht wird es auch generell bei dir in der Maschine zu warm? Häng doch mal einen Termperaturmesser in die Nähe der Lima.

          Oder die Lima hat ein Problem – 40A ist ja eigentlich nicht viel, wenn die dabei so heiß wird, dass der Sterling runterregelt ist das schon etwas komisch.

        2. Harald.

          Naja, Temperatur gemessen habe ich schon.Sie beträgt dann an der Lima ca.95 Grad.Dann regelt er eben runter und dann kühlt sie sich ja auch wieder ab.Die Lichtmaschine arbeitet einwandfrei.Bloß das soll ja auch so bleiben. Am Motorkühlsystem sind’s ca.80 Grad. Das ist schon in Ordnung.Über einen Lüfter habe ich auch schon nachgedacht das lässt sich nur nicht so einfach realisieren,da Platzmangel herrscht.Ist eben ein 9,50 x 2,95 Stahlboot mit 4 Zylinder Diesel. Wenn ich den Blower einschalte,bringt das auch nicht sehr viel.Etwas schon aber er befördert ja nur die warme Luft nach aussen.Was für einen Lüfter verwendest du denn? Hast mir übrigens schon einmal geholfen,damals mit meinem Shunt vom BMV 700.Vieleicht erinnerst du dich ja.

          1. Julian Buß

            Ich habe da einen starken 12V PC Lüfter, den ich an einem Alurahmen montiert habe. Den Rahmen wiederum habe ich mit Montagemagneten an der Maschine befestigt (magnetkontor.de). Durch die Magnete ist die Positionierung sehr flexibel.

            Der Lüfter hängt an der Zündung, läuft also nur, wenn der Zündschlüssel gedreht ist. Wenn die Lima 95 Grad hat bringt so ein Lüfter ganz bestimmt was.

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