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Batterien, die Energiequelle an Bord...

alles rund um die richtige Batterie

Um all die schönen Dinge wie  Kartenplotter, Bord-PC, Funk und Radar, Kühlschrank oder TV an Bord betreiben zu können, oder um auch nur ganz einfach den Motor zu starten, es wird vor allem eines benötigt - elektrische Energie. Und diese muß daher immer zuverlässig zur Verfügung stehen, egal ob die Maschine oder der Generator laufen oder nicht. Daher ist es unabdingbar, daß man sich auf seine Batterien an Bord verlassen können muß.

Das gleiche gilt natürlich auch für die Batterie - Ladetechnik wie überhaupt für die gesamte Ausführung der elektrischen Bordinstallation.

Wer hier am falschen Ende spart und z.B. preisgünstig erscheinende No-Name Batterien im Baumarkt kauft oder die falschen Batterien für den falschen Verwendungszweck einsetzt, dem kann es dann schon mal passieren, daß bei ihm an Bord irgendwann auf dem Törn alle Lichter ausgehen.

Wir empfehlen daher unbedingt den Einsatz qualitativ hochwertiger Markenprodukte und eben, dies ist extrem wichtig, des richtigen Batterietyps für den entsprechenden Einsatzzweck.

Wir stehen Ihnen gerne beratend für die korrekte Auslegung Ihrer Stromversorgung an Bord mit all seinen Komponenten zur Verfügung


Welcher Batterietyp für welchen Zweck?

Gleichgültig ob Naß-, Gel- oder AGM-Batterie - eine Universalbatterie, die sich als Starterbatterie, als Verbraucherbatterie für das Bordnetz oder Traktionsbatterie für den Elektroantrieb gleichermeraßen eignet ist leider bislang noch nicht erfunden worden.
Vielmehr werden alle qualitativ hochwertigen Batterien immer für einen speziellen Einsatzzweck optimiert, entweder als Starter- oder als Verbraucherbatterie, unabhängig davon ob in Naß- Gel- oder AGM-Technologie.

Starterbatterie

Starterbatterien müssen eine sehr kurze Zeit von wenigen Sekunden sehr hohe Ströme von einigen 100A liefern. Dabei werden sie aber nur auf Grund der kurzen Zeit sehr wenig entladen und auch wieder sehr schnell danach von der Lichtmaschine aufgeladen.

Um den kurzzeitigen hohen Strombedarf decken zu können sind die Bleiplatten sehr eng benachbart angeordnet, ferner ist ein Pol ein sehr poröses mit Blei versetztes Kohlegerüst, damit die aktiver Oberfläche stark vergrößert wird um den zu entnehmenden Strom und Kapazität der Batterie zu vergößern.

Derartige Batterien dürfen nicht zu mehr als 10% entladen werden, ansonsten wird Bleisulfat, dass eigentlich in der Säure gelöst vorliegt in kristalliner Struktur (“Schwammschicht”) auf den Bleiplatten abgeschieden. Damit setzen sich die Löcher in der Oberfläche zu, die Porosität und damit die aktive Oberfläche der Elektrode nimmt ab. Diesen Prozess der Sulfatierung ist nur sehr begrenzt mittels eines Batterieregenerators / Batterieaktivators umkehrbar. Wiederholt sich der Vorgang der Sulfatierung durch weitere Entladungen öfters, werden die tiefer liegenden Schwammschichten immer wieder von neuen Sulfatschichten überdeckt, dann ist eine erfolgreiche Desulfatierung immer schwieriger oder unmöglich, die Batterie ist tot.
Die Zyklenzahl, die eine Starterbatterie "relativ unbeschadet" übersteht ist sehr gering (ca. 100 mal), damit sind diese Batterien als Verbraucherbatterien für das Bordnetz völlig ungeeignet, noch ungeeigneter sind sie natürlich für den Einsatz als Fahrbatterien, wo eine regelmäßige hohe Entladung standard sind.

Häufig wird gefragt, warum kann man aber im Auto eine Starterbatterie als Verbraucherbatterie einsetzen, hier gibt es ja schließlich auch keine Unterscheidung zwischen Starter- und Verbraucherbatterie. Die Antwort hierauf ist ganz einfach, da ein Auto normalerweise fährt, lädt die Lichtmaschine die Batterie ständig auf, d.h. eigentlich wird die gesamte Stromversorgung im Normalbetrieb nur über die Lichtmaschine sicher gestellt und nur während der kurzen Zeit, in der das Auto ohne laufenden Motor steht der Batterie Strom entnommen. Beim EInsatz an Bord eines Schiffes, egal ob Segel-- oder Motorboot liegt der Fall jedoch ganz anders, hier wird nur während der kürzesten Zeit über die Lichtmaschine nachgeladen, die restliche Zeit müssen die Batterien die elektrische Energie liefern.

Verbraucherbatterie

Verbraucherbatterien für das Bordnetz sollen über einen langen Zeitraum einen relativ geringen Strom für die elektrischen Verbraucher (Navigationsinstrumente, Beleuchtung, Radio, Kühlschrank usw.) an Bord liefern.

Da sie nicht ständig nachgeladen werden, schließlich läuft nicht ununterbrochen die Maschine oder liegt das Schiff an am Landanschluß, werden diese Batterien automatisch tiefer entladen, wobei je nach Batteriebauart (Naß, Gel, AGM, LiFePO4) zwischen 50% - 85% der Kapazität entnommen werden können ohne die Batterie zu schädigen. Gleichzeitig ist die Zyklenzahl mit ca. 500 Ladezyklen, bei LiFePO4 Batterien bis zu 6.000 Ladezyklen, auch dies abhängig von der Bauart, wesentlich höher als bei der Starterbatterie.

Natürlich hat die Verbraucherbatterie nicht nur Vorteile. Bauartbedingt besitzen Verbraucherbatterien einen höheren Innenwiderstand und können damit keine derart hohen Ströme wie zum Starten eines Motors erforderlich liefern, sind also als Starterbatterie ungeeignet

Traktionsbatterie

Traktionsbatterien sind eigentlich optimierte Verbraucherbatterien, die auf eine höhere Stromentnahme, größere zulässige Entladungstiefe und höhere Zyklenzahl ausgelegt sind.

Bei Traktionsbatterien können ohne Schädigung der Batterie bis zu 80% der Kapazität entnommen werden, die Zyklenzahl liegt dann bei über 500, bei 50% Entladetiefe und bei Heavy Duty Batterien bis über 1.000. Auch bei den Traktionsbatterien liegen  LiFePO4 Batterien bis über 6.000 Ladezyklen und dies bei bis zu 85% ENtladetiefe weit über allen anderen Batterietypen.

Damit sind Traktionsbatterien eigentlich die erste Wahl für den Einsatz als Verbraucherbatterien, jedoch ist ihr Preis gegenüber reinen Verbraucherbatterien z.T. erheblich höher.


Naß- AGM-, Gel- oder Lithium-Eisen-Batterie?

Naßbatterie

Die älteste Bauform einer Batterie ist die Naßbatterie, bei der der Elektrolyt, verdünnte Schwefelsäure, vollkommen flüssig und nicht gebunden ist, wobei offene Batterien, d.h. bei denen destilliertes Wasser über Stopfen nachgefüllt werden kann, heutzutage eigentlich nicht mehr Stand der Technik sind und die vor allem wegen der Gefahr des Auslaufens bei Krängung an Bord einer Yacht heutzutage nichts mehr zu suchen haben. Moderne Naßbatterien  sind wartungsfrei und auslaufsicher bis zu 45° Neigung, besitzen gegenüber der offenen Bauform aber den Nachteil, dass sie nicht nur wartungsfrei sind, sondern nicht gewartet werden können, da während des Ladens der entstehende Wasserstoff und Sauerstoff entweicht (Gasen) und damit der Wasserstand in der Batterie  sinkt und nicht nachgefüllt werden kann.

Ein TIpp: auch bei den meisten wartungsfreien Batterien kann destilliertes Wasser nachgefüllt und der Säurestand kontrolliert werden. Die Verschlußstopfen sind meist unter einer Aufklebefolie versteckt. Jetzt einfach mit einen spitzen Messer die Folie rundherum aufritze und mit einem großen Schraubendreheram Besten Klinge >8mm, den Kreuzschlitz aufstechen und einfach den Stopfen heraus schrauben. Jetzt kann der Füllstand und Säuredichtewie gewohnt kontrolliert werden, anschließend destilliertes Wasser bis zur sichtbaren Füllstandsmarke auffüllen und den Verschlußstopfen wieder eindrehen.

So vom Batteriehersteller zwar nicht vorgesehen, aber es funktioniert. Und da die Verschlußstopfen sogar mit einem O-Ring abdichten haben Sie die Vorteile von zu wartender und wartungsfreier Batterie kombiniert.

Naßbatterien sind insbesondere als Starterbatterie verbreitet und überall dort, wo keine moderne Ladetechnik mit IUoU Kennlinie vorhanden, also entweder direkt von der Lichtmaschine ohne nachgeschaltete Ladeelektronik aus geladen wird oder ältere Ladegeräte ohne entsprechende Wahlmöglichkeit für die Ladeschlußspannung und ohne IUoU Kennlinie vorhanden sind, die einzige Möglichkeit.

Daneben sind Naßbatterien auch preislich attraktiv.

Aber auch beim Einsatz von Naßbatterien ist unbedingt auf den richtigen Typ zu achten!

Ein großer Nachteil der Naßbatterie ist die relativ hohe Selbstentladung, d.h. spätestens alle 3 Monate muß nachgeladen werden, damit nicht von Alleine eine Tiefentladung stattfindet. Ferner sind Naßbatterien bei sehr tiefen Temperaturen nicht frostsicher, sollten also im Winterlager bei Dauerfrostgefahr ausgebaut werden.

Ein weiterer Nachteil von Naßbatterien ist, dass sie beim Laden gasen und damit nur in Räumen mit Belüftung eingebaut werden dürfen. Ansonsten besteht akute Explosionsgefahr auf Grund des entstehenden Knallgases.

AGM - Batterie

Die Nachteile von Naßbatterien sind in den modernen geschlossenen AGM- und Gel-Batterien beseitigt.

Die Zellen dieses neuen Typs von Batterien sind hermetisch verschweißt und mit Überdruckventilen ausgerüstet. Der während des Ladevorgangs entstehende Wasserstoff und Sauerstoff kann nicht wie bei Naßbatterien entweichen, sondern wird zu Wasser zurückgewandelt ("Rekombination"), wodurch vollkommene Wartungsfreiheit besteht. Sollte die beim Laden entstehende Menge Wasserstoff und Sauerstoff größer als die Rekombinationsfähigkeit der Batterie werden, wird das überschüssige Gas über die Überdruckventile abgeleitet. Damit ist das Gasungsproblem von Naßbatterien in den modernen geschlossenen AGM- und Gel-Batterien beseitigt, dennoch sollte auch hier der Einbauort belüftet sein, da im Störungsfall, z.B. einem defekten Ladegerät oder Laderegler, auch hier Knallgas entweichen kann.

Bei AGM (Absorbent Glass Mat) Batterie wird der Elektrolyt in Glasfaservlies gebunden. Dadurch gibt es kein flüssiges Elektrolyt mehr und die Batterien sind in jeder beliebigen Lage auslaufsicher und können in beliebiger Lage eingebaut werden, ausgenommen “über Kopf Lage”, dort dürfen sie nicht geladen werden.

AGM-Batterien besitzen nur eine geringe Selbstentladung, Nachladung ist nur alle 6 Monate erforderlich. Als weiterer Vorteil gilt, dass im Gegensatz zu Gel-Batterien das Vlies den Fluss der Ionen deutlich weniger bremst und dadurch AGM-Batterien sowohl mit höherem Strom geladen als höherer Strom entnommen werden kann. Damit sind auch AGM-Starterbatterien realisierbar.

Realistische Zyklenzahlen sind 500 Ladezyklen bei 50% Entladung, in der sogenannten Heavy Duty Ausführung bis zu 1.200 Ladezyklen bei 50% oder ca. 500 Ladezyklen bei 80% Entladetiefe.

Vorteilhaft bei AGM-Batterien ist die geringe Selbstentladung, die im Bereich von <!% - ca. 3% / Monat beträgt, nachteilig ist die hohe Temperaturabhängigkeit der Kapazität bei niedrigen Temperaturen. So beträgt die Kapazität bei 25°C 100%, bei 0°C nur noch ca. 85% und bei -15°C lediglich 60 - 65% der Nennkapazität.

Gel - Batterie

Ebenfalls wie bei der AGM-Batterie sind die Zellen dieses Batterietyps hermetisch verschweißt und mit Überdruckventilen ausgerüstet. Auch hier wird der während des Ladenvorgangs entstehende Wasserstoff und Sauerstoff durch Rekombination zu Wasser zurückgewandelt, wodurch ebenfalls vollkommene Wartungsfreiheit besteht.

Bei der Gel-Batterie ist der Elektrolyt in Gel (Kieselgel) geliert gebunden. Damit sind diese Batterien ebenfalls absolut auslaufsicher und können in wirklich jeder Lage eingebaut werden. Ein weiterer Vorteil ist die nochmals verringerte Selbstentladung, so dass lediglich alle 9 Monate einmal nachgeladen werden sollte. Dies ist ideal, falls das Schiff längere Zeit ohne Landanschluß im Hafen liegen soll. Kehrt man auf sein Schiff zurück, so haben die Batterien den gleichen Ladezustand wie beim Verlassen.

Sowohl die Zyklenzahl als auch die zulässige Entladung liegen bei Gel-Batterien nochmals deutlich über der von AGM-Batterien, sie betragen ca. 700 - 1.000 Zyklen bei bis zu 80% Entladetiefe, dies bedeuten längere Lebensdauer und größere entnehmbare Kapazität

Die Gel-Batterie hat jedoch nicht nur Vorteile, sondern auch z.T. gravierende Nachteile. So ist die Gel-Batterie gegen Tiefentladung extrem empfindlich und kann bereits mit einmaligem Tiefentladen dauerhaft geschädigt werden. Ferner ist bei Gel-Batterien nachteilig, dass ihnen kein kurzzeitiger, hoher Strom entnommen werden kann, sie also als Starterbatterien ungeeignet sind. Ebenso wie AGM-Batterien sind auch Gel-Batterien stark temperaturabhängig, auch hier beträgt die Kapazität bei -15°C nur noch ca.60 - 65% der Nennkapazität.

Letztlich sind Gel-Batterien auch geringfügig schwerer und wesentlich teurer als vergleichbare AGM-Batterien, wobei hier jedoch die entnehmbare Kapazität berücksichtigt werden sollte.

LiFePO4, Lithium Eisenphosphat - Batterie

Lange Zeit galt die Lithium Technologie als einerseits unbezahlbar teuer andererseits als gefährlich.

Beides hat sich mit der Lithium - Eisenphosphat Technik (LiFePO4 oder LiFeYPO4) massiv geändert. Diese Technologie ist absolut sicher, bietet eine sehr hohe Speicherdichte und Zyklenfestigkeit und ist über die Gesamtnutzungsdauer wesentlich kostengünstiger als alle anderen aktuellen Batterietechnologien. Alle Nachteile von AGM-, Gel- oder Naßbatterie entfallen

Die Vorteile sind:

  • sehr hohe Leistungsdichte, damit geringes Gewicht und geringer Platzbedarf
  • sehr hohe Zyklenzahl, bis zu 6.000 bei 80% Entladung
  • keine Selbstentladung
  • sehr hohe Entlade- und Ladeströme möglich, ideal für Antriebe und Schnellladung
  • weiter Einsatztemperaturbereich, von bis zu -45°C - +85°C beim Entladen (je nach Typ)
  • vollkommen lageunabhängiger Einbau
  • über die Gesamtnutzungsdauer gesehen kostengünstiger als alle anderen Batterietypen.

Was bedeutet eigentlich:

Zyklenzahl

Die Anzahl der Ladezyklen, die die Batterie "relativ unbeschadet" übersteht, nennt man Zyklenzahl.

Ein Ladezyklus entspricht einer kompletten Entladung und anschließender vollständigen Aufladung der Batterie. Somit kann ein   Ladezyklus sowohl eine einmalige Vollladung umfassen als auch mehrere Teilladungen, die zeitlich nacheinander erfolgen.

Ein Ladezyklus kann z.B.jeweils bestehen aus:.

  • 2x Vollladen einer zu 50% entladenen Batterie
  • 1x Vollladen einer zu 20% entladenen Batterie, 1x Vollladen einer zu 30% entladenen Batterie und 1x Vollladen einer zu 50% entladenen Batterie
  • 1x Vollladen einer zu 100% entladenen Batterie
  • 3x Teilladen auf 80% einer zu 50% entladenen Batterie und 1x Vollladen einer zu 10% entladenen Batterie

Die Vollladung einer halb entladenen Batterie ist demnach ein halber Ladezyklus.

Gibt ein Hersteller 800 Ladezyklen an, so bedeutet dies, dass die Batterie nach 800 Zyklen noch 80 Prozent ihrer Ladekapazität hat. Aber auch weit über diese 800 Zyklen hinaus funktioniert die Batterie weiter, die Fähigkeit, Energie zu speichern nimmt dann kontinuierlich ab

die Angabe C1, C5, C10 oder C20

Da die Kapazität einer Batterie vom entnommenen Strom abhängig ist, gibt es die Kenngrößen C1, C5, C10 und C20.

Je höher der entnommene Strom ist, desto geringer ist die verfügbare Gesamtkapazität, C1 bedeutet hierbei die Kapazität bei der vollständigen Entladung innerhalb einer Stunde, C5 die Kapazität bei der vollständigen Entladung innerhalb 5 Stunden usw.

Als Beispiel die Kapazitätswerte für eine SBG 12-100 Gel-Batterie (100Ah):

  • C1 = 60,7Ah , d.h. 1 Stunde lang können 60,7A bis zur vollständigen Entladung entnommen werden
  • C5 = 73Ah, d.h. 5 Stunden lang können 14,6A ebenfalls bis zu vollständigen Entladung entnommen werden, d.h. die verfügbare Batteriekapazität ist um 17% höher bei der geringeren Stromentnahme
  • C10 = 82Ah, d.h. 10 Stunden lang können 8,2A entnommen werden, ehe die Batterie vollständig entladen ist, die Kapazität ist jetzt bereits 26% höher als bei einstündiger Entladung
  • C20 = 100Ah (der Nennwert der Batterie), jetzt können über 20 Std. 5A entnommen werden, die Kapazität der Batterie ist damit am höchsten.

Ladeschlußspannung

Die Ladeschlußspannung ist die Spannung, die während des Ladevorgangs nicht überschritten werden darf, da es ansonsten zur Gitterkorrosion, was sich durch “Gasen” der Batterie bemerkbar macht. Es entsteht dabei hochexplosives “Knallgas”, die Batterie wird dauerhaft geschädigt.

Während eine Naßbatterie das kurzzeitige Überschreiten der  Ladeschlußspannung noch einigermaßen verkraftet, ohne sofort zerstört zu werden reagieren AGM- und Gel-Batterien auf eine Überschreitung der Ladeschlußspannung extrem sensibel.

Die Höhe der Ladeschlußspannung ist von der Batterietechnologie abhängig,

Je nach Hersteller liegt die Ladeschlußspannung bei 14,7V für Naßbatterien und 14,4V bei AGM und Gel-Batterien.

Erhaltungsspannung, Ladeerhaltung

Die Erhaltungsspannung ist die Spannung, die das Ladegerät nach dem Vollladen halten soll, um der Selbstentladung der Batterie entgegen zu wirken.

Die Erhaltungsspannung liegt normalerweise bei 13,7 - 13,8V. für alle Batterietypen..

Entladeschlußspannung

Die Entladeschlußspannung ist die Spannung, die beim Entladen nicht unterschritten werden darf, wird dennoch weiter entladen, kommt die Batterie in den Bereich der Tiefentladung und wird geschädigt.

Ruhespannung

Die Ruhespannung ist die Spannung, die an der Batterie gemessen werden kann, nachdem mindestens 4 Stunde seit dem letzten Ladevorgang oder der letzten Entladung vergangen sind. Sie ist ein ungefähres Maß für den Ladezustand der Batterie, wobei die Betonung auf ungefähr liegt!

Ladekennlinie

Die Ladekennlinie bezeichnet das Verhältnis von Strom und Spannung während des Ladezeit.

Es werden prinzipiell folgende wichtige Kennlinien unterschieden:

W-Kennlinie

Der Ladestrom wird nur durch den Innenwiderstand (Widerstandskennlinie) der Batterie bestimmt. Dabei sinkt der Ladestrom bei steigender Ladespannung. Nach Erreichen der Grenzspannung wird das Ladegerät manuell abgestellt. Erfolgt dies nicht, werden die Batterien überladen und beginnen zu Gasen, Dauerhafte Schädigung der Batterien ist die Folge

Hat das Ladegerät eine Wa-Kennlinie bedeutet dies lediglich, dass es bei Erreichen der Ladeschlussspannung automatisch abschaltet.

Die Ladezeit beträgt bei dieser Kennlinie ca. 10 - 12 Stunden.

W-Kennlinie

IU-Kennlinie

Bei der IU-Kennlinie wird der Ladestrom bis zum Erreichen der Gasungsspannung konstant gehalten (Hauptladephase), sie Spannung steigt dabei langsam an und bleibt dann konstant. Nach dem Erreichen dieser Psnnung wird auf U-Kennlinie umgeschaltet und der Ladestrom sinkt dann sehr stark ab. Damit wird ein Überladen vermieden.

Die Ladezeit richtet sich nach der Stromhöhe in der Hauptladephase ab.

IU-Kennlinie

IUoU-Kennlinie

Bei der IUoU-Kennlinie bleibt der Ladestrom bis zu einer gewissen Batteriespannung auf konstant, damit möglichst schnell geladen wird. Am Ende der I-Phase ist die Batterie bereits zu 80% geladen. Sobald die die Gasungsspannung (ca. 2,4V / Zelle)erreicht ist, erfolgt in der ersten U-Phase eine Absenkung des Ladestroms, die Batterie wird die zu 100% geladen. Danach geht das Ladegerät in die Erhaltungsladung (zweite U-Phase). Damit wird die Selbstentladung bei längerer Stehzeit vermieden und der Ladezustand der Batterie auf 100% gehalten wird.

Die Ladezeit richtet sich nach der Stromhöhe in der I-Phase ab und kann gegenüber anderen Kennlinien stark verkürzt werden.

Ladegeräte mit dieser Kennlinie sind für Gel- und AGM-Batterien geeignet.

IUoU-Kennlinie

Wichtige Kennwerte

Ruhespannung

Batterie - Klemmenspannung

ungefährer Ladezustand

> 12,7V

Voll geladen, 100% Restkapazität

ca. 12,45V

geladen, 75% Restkapazität

ca. 12,25V

halb geladen, 50% Restkapazität

ca, 11,9V

zu 3/4 entladen, 25% Restkapazität

< 10,7V

Tiefentladen

Angaben für nasse Blei / Säure Batterie

Batterie - Klemmenspannung

ungefährer Ladezustand

> 13,1V

Voll geladen, 100% Restkapazität

ca. 12,65V

geladen, 75% Restkapazität

ca. 12,28V

halb geladen, 50% Restkapazität

ca, 11,7V

zu 3/4 entladen, 25% Restkapazität

< 11,2V

Tiefentladen

Angaben für AGM - Batterie

Entladeschlußspannung (gilt nicht für LiFePO4-Batterien)

Entladestrom in % von der Batteriekapazität

 < 10%

10 - 20%

20 - 40%

50 - 100%

über 100%

Ladeschluß-spannung

11,5V

10,8V

10,5V

10,2V

9,6V

Entladetiefe

Batterietyp

Entladetiefe (ca. Werte)

nasse Starterbatterie

10 - 20% (keine zyklische Entladung!)

nasse Verbraucherbatterie

35 - 50%

AGM-Batterie

50%

Gel-Batterie

80%

LiFePO4-Batterie

80 ... 85%

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Redaktionsschluß 25.04.2018