Ich möchte auf der JULIUS unabhängiger vom Generator werden und baue mein Energiesystem Schritt für Schritt aus. Im letzten Teil meiner Serie (hier lesen: Autark kochen mit Strom: Brennstoffzelle? Bleibatterien mit Lithium erweitern? Energiebilanz + wie viel Solar ist nötig?) hatte ich von den BOS LE-300 Batterie Extendern berichtet, die ein Teil des neuen Energie-Systems auf der JULIUS bilden sollen.

Zur Erinnerung: Ich habe vier nur ein Jahr alte 240Ah AGM Bleibatterien auf meinem Boot, die eine 24V Batteriebank ergeben. Diese AGMs sind sehr hochwertig, laden extrem schnell wieder auf, können hohe Ströme liefern und sind als verlässliches Rückrad der Energieversorgung in meiner Situation notwendig. Ich kann und will sie nicht komplett durch Lithium (LiFePo) ersetzen. Aber auch diese AGMs teilen den Nachteil aller Bleibatterien: Ihre Kapazität ist nur 40%, vielleicht auch mal 50%, nutzbar. Ich benötige aber mehr Energie und möchte daher mit Lithium erweitern.

Es gibt Konzepte, um eine Standard Lithium (LiFePo) Batterie „parallel“ zu einer Bleibatteriebank zu betreiben, im Zweifel mit Hilfe von DC-DC-Ladern wie einem Victron Orion TR-Smart, der sehr fein justiert werden kann und daher für so einen Zweck ideal ist. Die deutlich einfachere, wenn auch teure, Lösung sind aber die BOS LE-300 Module: Das sind kleine LiFePo Batterien (23,6Ah@12V nutzbare Kapazität), die schlicht parallel an eine 12V Bleibatterie beliebiger Art angeschlossen werden. Das Batteriemanagement-System eines LE-300 Moduls sorgt dann dafür, dass die Lithium Batterie zu passenden Zeiten Strom liefert oder sich auflädt.

Aufgrund der Einfachheit dieses Prinzips habe ich mich für diese LE-300 Module entschieden. In einem ersten Schritt erweitere ich meine Batteriebank um vier Module, also 4 * 23,6 = 94,4Ah@12V oder in meinem 24V System 47,2Ah oder knappe 1.200 Wattstunden. Etwas später sollen dann noch mal vier hinzukommen.

12V Lithium Batterie Extender bei einem 24V System

Die Batterie-Erweiterungen sind für 12V Bleibatterien gemacht. In einem 24V System, das ja aber aus mehreren 12V Batterien besteht, braucht jede Bleibatterie dann die gleiche Anzahl LE-300 Module. Ich habe vier 12V Bleibatterien, daher muss ich mindestens vier LE-300 Module beschaffen.

Essentiell wichtig ist, dass ein Batterie-Balancer innerhalb der 24V Batteriebank vorhanden ist. Ich hatte mich schon letztes Jahr für das Modell von Victron entschieden, BOS selbst empfiehlt ein Modell von Loadchamp.

Aktiver Balancer vs. Passiver Balancer vs. kein Balancer

Ein Balancer versucht, unterschiedliche Ladezustände zwischen zwei (oder mehr) Batterien in einer Reihenschaltung auszugleichen. Der passive Ansatz (Victron) ist nur aktiv, wenn die Batterien geladen werden. Wenn eine Batterie schon voller ist als die andere erzeugt der Balancer eine kleine Last auf der passenden Seite und versucht damit die Ungleichheit zu kompensieren.

Ein aktiver Balancer wie Loadchamp ist auch aktiv, wenn nicht geladen wird, und „pumpt“ Strom von einer Batterie in die andere.

Ohne einen Balancer entwickeln sich über die Zeit Unterschiede zwischen den beteiligten Batterien. Dadurch bekommt bei jedem Ladevorgang einer der Batterien eine höhere Spannung als die andere, was zu Schäden in der Batteriechemie führt und die Ungleichheit weiter verstärkt. Der Totalverlust der Batteriebank ist früher oder später unausweichlich.

Die LE-300 Module verändern das elektrische Verhalten jeder einzelnen Batterie, das Potential für Ungleichheiten wird dadurch erheblich verstärkt. Daher ist ein Balancer hier so wichtig!

Bei dem aktiven Ansatz habe ich ein ungutes Gefühl: Weiß dieser Balancer, wann er aufhören muss, oder könnte er eine Batterie leer saugen? Mir ist es aktuell lieber, wenn der Balancer nur beim laden aktiv ist.

Update vom 9. April: Nach einem Gespräch mit einem Experten von BOS wurde deutlich, dass mein schlechtes Gefühl unbegründet ist und bei dem Betrieb von BOS LE-300 in einer 24V Bleibatteriebank ein aktiver Balancer unbedingt empfohlen wird. Meine Erfahrungen – siehe weiter unten – scheinen das zu bestätigen!

Wohin mit den LE-300 Modulen? Und wie montieren?

Laut Dokumentation sollen die BOS LE-300 Module nicht in den Maschinenraum installiert werden. Trotzdem gehören sie in die unmittelbare Nähe der Bleibatterien. Die sind bei mir im Maschinenraum. das kann ich nicht ändern. Also, wohin mit den Extender-Modulen?

Der Grund für die Forderung „nicht in den Maschinenraum“ wird sein, dass LiFePo Batterien bei hohen Temperaturen schneller altern. Niedrige Temperaturen und ausreichend Platz habe ich bei mir unter den Bodenblechen gefunden:

Dort kommt die Hitze der Maschine praktisch nicht hin, und es ist immer noch hoch genug, dass die Extender-Batterien bei einem Wassereinbruch (wie vorletztes Jahr passiert: Der Untergang der Julius) nicht sofort nass werden. Etwas höher wäre besser – aber auf einem Boot müssen Kompromisse gefunden werden.

Jedes Modul hat an den vier Ecken Löcher mit M5 Innengewinde, um sie zu fixieren. Extra Löcher dafür zu bohren fand ich aber wenig charmant. Und wozu auch? Die JULIUS ist ein Stahlboot, und vieles kann sehr einfach und vor allem reversibel mit Magneten befestigt werden!

Bei magnetkontor.de gibt es eine reiche Auswahl an Montagemagneten in unterschiedlichen Stärken: Dazu noch Edelstahl-Gewindestangen M5 und schon heften sich die LE-300 Module wie von selbst an den Stahl. Jeder einzelne dieser Magnete hält 15kg, schon zwei davon reichen in diesem Fall für einen guten Halt.

Der elektrische Anschluss

An jede meiner vier AGM Batterien habe ich an pro Pol ein Stück 6mm2 verzinntes Kabel montiert und die Plusleitung mit einer Sicherung versehen (fliegende Sicherung für 6mm2 Kabel).

Die Sicherung scheint nicht unbedingt notwendig, weil jedes LE-300 Modul selbst abgesichert ist. Aber ein Pluskabel, das direkt an der Batterie hängt und nicht abgesichert ist, macht mich nervös. Das fühlt sich einfach falsch an, und wenn ich mich richtig erinnere, schreibt Michael Herrmann in Elektrik auf Yachten auch von einer entsprechenden Vorschrift.

An den Modulen enden die Kabel von der jeweiligen Batterie in einer 6mm2 Wago Klemme für fünf Leiter. Das sind die orangen Dinger, die auf dem Eingangsbild zu sehen sind.

Mit dieser Infrastruktur kann ich später weitere LE-300 Module spielend leicht hinzufügen: Das neue Modul an dem bestehenden Modul fixieren, Plus und Minus Kabel in die Wago Klemme, fertig.

Inbetriebnahme der BOS LE-300 Batterie-Erweiterungsmodule

Bei einem 12V System reicht es, ein oder mehrere LE-300 Module einfach parallel zu den Bleibatterien zu verbinden und dann ein paar Entlade/Ladezyklen laufen zu lassen. Bei meinem 24V System war ich vorsichtig und habe folgende Prozedur durchgespielt:

• Landstrom-Ladegerät ausgeschaltet.
• AGM Batterien etwas entladen, so dass der Landstrom-Lader klar erkennen kann, dass geladen werden soll.
• Sicherung in den Kabel zu den LE-300 Modulen nicht eingesteckt.
• LE-300 Module elektrisch verbunden (d.h. deren Kabel in die Wago Klemmen gesteckt).
• Jetzt erst die Sicherungen eingesetzt.
• Jedes Modul kontrolliert, ob es funktioniert (mittels Tastendruck, der dann am Modul selbst dessen Ladezustand mittels rot/gelb/grüner LED anzeigt).
• Dann den Landstrom-Lader angeschaltet.

Am Batteriemonitor konnte ich sehen, dass der Lader Strom in die Batteriebank pumpt. Nach einer Viertelstunde habe ich dann die Extender-Module noch mal kontrolliert: Jedes zeigte einen höheren Ladezustand als vorher an. Das System funktioniert also!

Aufpassen beim Laden: Habe ich ein Problem?

Update: Alle in den folgenden Absätzen beschriebenen Probleme sind erklärt und gelöst, siehe Folgeartikel: Hybridbatterie mit BOS LE300: Jetzt macht es Spaß – Erfahrungen, Empfehlungen und Tipps

Mein BMV Batteriemonitor zeigt mir die sogenannte Mittelpunktspannung in meiner Batteriebank an: Das ist die 12V Spannung der jeweils „oberen“ und „unteren“ beiden Batterien (vier Batterien, jeweils zwei in Reihe geschaltet, und die dann parallel). Damit erkenne ich, ob eine „Seite“ der Bank eine andere Spannung hat als die andere. Idealerweise sollten die Spannung während des Ladevorgangs auf beiden Seiten gleichmäßig ansteigen und sich nur um 0,1V oder vielleicht 0,2V unterscheiden.

Wenn nun z.B. ein LE-300 Modul schneller aufgeladen ist als ein anderes, wird dadurch das elektrische Verhalten innerhalb der Batteriebank verändert und die Mittelpunktspannungen gehen auseinander. Genau das ist gefährlich, und genau das soll der Balancer verhindert.

Während fast der gesamten Ladephase funktioniert es bildschön: Beide Seiten der Batteriebank haben immer die gleiche Spannung, höchstens mal 0,1V Unterschied. Aber eben nur fast.

In den letzten zehn Minuten, bevor der Lader auf Erhaltungsladung umstellt und die Spannung reduziert, wird es merkwürdig: Bei einer Ladespannung von 29V (pro 12V Seite also 14,5V) bekommt die „untere“ Seite auf einmal 15V oder sogar auch 15,2V, die andere entsprechend nur 14V oder auch 13,8V.

Der Balancer springt dann an, ist aktiv und verhindert vermutlich eine noch größere Ungleichheit (was ohne Balancer passiert muss ich noch testen). Das geht dann für ein paar Minuten so. Danach dreht sich das Verhalten manchmal um, die „obere“ Seite bekommt dann die höhere Spannung. Oder auf einmal gleichen sich die Spannungen wieder an, kurz bevor der Lader in die Erhaltungsladung geht bei um die 27V (beide Seiten dann 13,5V).

Vermutlich werden die einzelnen LE-300 Module nicht zum exakt gleichen Zeitpunkt voll geladen sein und es entsteht die Situation, dass das Management-System einiger Module schon abschaltet, andere noch nicht.

Erstmal bin ich da noch entspannt: Der Strom, mit dann noch geladen wird, ist sehr klein (um die 3A für die gesamte Bank). Batterien fangen meines Wissens nach an zu gasen, wenn sie mit zu hoher Spannung und ordentlich Strom geladen werden. Meine AGMs benötigen eine Spannung von 14,8V@20°, da werden ein paar Minuten mit 15V oder auch 15,2V keine Katastrophe auslösen.

Trotzdem: Da gibt es noch Forschungsarbeit zu leisten. Wie ändert sich das Verhalten ohne Balancer? Würde ein zweiter Balancer einen Unterschied machen? Kann ich am Füllstand der LE-300 Module erkennen, wann welches Modul wirklich voll ist?

Update 9. April: Michael Herrmann meint, dass auch schon einige Minuten mit zu hoher Spannung und auch bei geringem Strom Korrosion an einigen an Teilen innerhalb der Bleibatterien erzeugen kann. Ich habe die LE-300 Module daher erstmal vom Netz getrennt, bis ich die Gelegenheit zu weiterer Forschung habe.

Update II vom 9. April: Ich konnte mit einem Experten von BOS sprechen. Das äußerst nette und hilfreiche Gespräch hat sehr interessante Erkenntnisse ergeben. Darüber werde ich noch ausführlich schreiben, in Kurzform:

– Der passive Victron Balancer ist für die Konstellation von LE-300 mit 24V Bleibatteriebank in meiner Größe nicht das Mittel der Wahl. Er ist einfach zu schwach, um die Ungleichheiten, die mit den Zusatzspielern LE-300 entstehen, auszugleichen.

– Tatsächlich empfiehlt BOS ganz klar den aktiven Balancer von Loadchamp (gibt es auch in anderen OEM Versionen). Meine Bedenken, dass dieser Balancer eine Batterie leersaugt, wurden ausgeräumt – das hat BOS bisher in vielen Tests nicht erlebt. Ein Produkt von Mastervolt oder Victron o.ähnl. wäre meinem Gesprächspartner persönlich auch lieber, aber nichtsdestotrotz steht seine Empfehlung ganz klar.

Ein Belastungs- und Ladetest ohne die LE-300 Module hat heute gezeigt, dass die obere Seite meiner Batteriebank deutlich leerer war als die untere. Also schon in wenigen Wochen Betrieb hat sich eine spürbare Ungleichheit entwickelt.

Ich werde nun den Victron Balancer durch den aktiven Balancer ersetzen, dann weiter testen und – natürlich – berichten!

Und was bringen die BOS LE-300 Module nun?

Für eine abschließende Bewertung ist es noch deutlich zu früh. Aber erste Tests zeigen, dass die Module das machen, was sie sollen: Ich kann knapp 50Ah Strom entnehmen, danach sind die Bleibatterien immer noch so gut wie voll. Und wenn die Module noch nicht leer sind drückt ein Großverbraucher wie der Herd die Spannung des Systems nicht mehr ganz so stark nach unten.

Genaue Zahlen werde ich später, vermutlich im Herbst, liefern können. Bis dahin teste und dokumentiere ich noch fleissig. Und werde auf acht Module aufrüsten und schauen, wie sich das Ladeverhalten dann verändert.

Der Zwischenstand aus meiner Sicht: Zur Erweiterung eines 12V Systems sind die BOS LE-300 Module ein No-Brainer. Zwar teuer, aber extrem einfach zu installieren und benötigen keinerlei Aufmerksamkeit im Betrieb. Jeder muss für sich entscheiden, ob ihm diese Bequemlichkeit den Aufpreis wert ist.

Bei einer 24V Bank muss etwas genauer hingeschaut werden. Diese Module sollten dann nur mit Balancer und adäquater Überwachung – vor allem der Mittelpunktspannung – eingesetzt werden.

Lese weiter im Folgeartikel: Hybridbatterie mit BOS LE300: Jetzt macht es Spaß – Erfahrungen, Empfehlungen und Tipps