Bordbatterie 1/5 - Hintergrundwissen

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Veröffentlicht: Freitag, 03. Februar 2012 11:33

Geschrieben von Martin Erger

Ein Hinweis vorweg: Nachdem dieser Artikel seit etwas mehr als einem Jahr online ist, bekam ich jetzt (17. Feb. 2013) die Mail eines Leser, die mich auf schwerwiegende Fehler hinwies. U. a. handele es sich nicht um „verdampfen“ von Wasser sondern um eine chemische Reaktion bei der Sauer- und Wasserstoff ausgase. Darüber hinaus würde ich Begriffe, wie sie bspw. in DIN 41 772 genormt seien, falsch verwenden.

Da gibt es nichts zu beschönigen, der Mann hat uneingeschränkt Recht. Zu meiner Entschuldigung kann ich nur vorbringen, dass ich meine Artikel als Hobby – vom Segler für Segler- schreibe. Es gibt keine Redaktion, die sie auf Richtigkeit, Rechtschreibung, etc. prüft. Es lässt sich leider nicht vermeiden, dass man das hin und wieder merkt.

Wenn ich den Beitrag trotzdem ohne Änderungen so bestehen lasse, hat das pragmatische Gründe. Es ist für einen Segler nicht wirklich wichtig, um welchen chemischen Vorgang es sich genau handelt, wenn er nur weiss, dass er ihn durch Nachfüllen von Wasser kompensieren muss. Es ist für ihn auch nicht von großem Belang, dass eine von mir so bezeichnete geschlossene eigentlich eine verschlossene und eine fälschlicherweise als offene Batterie bezeichnete in Wirklichkeit ein geschlossene sei, weil sie ja einen Schraubverschluss habe. Auch bei den Ladekennlinien ist es mir wichtiger, dem Leser verständlich zu machen auf was es ankommt, als der Norm bis ins Komma zu folgen. Aus diesen Überlegungen heraus bitte ich um Nachsicht.

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Hintergrundwissen
Alle derzeit üblichen Batterien arbeiten, unabhängig davon wie sie genau bezeichnet werden, auf Bleibasis. Man kann ganz grob vier verschiedene Typen unterscheiden. Da ist zunächst die offene Säurebatterie mit Schraubverschlüssen zum Nachfüllen, wie wir sie aus dem KFZ-Bereich kennen. Dieser Typ ist mit Abstand der billigste. Ihr Nachteil ist, dass man auf den Säurestand  achten muss. Spätestens wenn der die Minimummarke erreicht ist, muss destilliertes Wasser nachgefüllt werden. Dieser Nachteil ist gleichzeitig auch ein wichtiger Vorteil dieses Batterietyps. Ladefehler bei denen Wasser verdampft nimmt sie am wenigsten übel, da man das ja wieder nachfüllen kann.

 Bei sogenannten wartungsfreien, geschlossenen Batterien ist das anders. Auch diese sind mit flüssiger Säure gefüllt, haben aber anstelle einer kleinen Öffnung ein Sicherheitsventil, welches bei Überdruck anspricht. Normalerweise kondensiert beim Laden entstehendes Gas innerhalb der Batterie wieder. Man muss also nicht mehr nachfüllen. Sollte sich z.B.  durch zu hohe Ladespannung ein Überdruck aufbauen, spricht das Sicherheitsventil an. So verlorenes Wasser ist endgültig weg, da es sich nicht wieder nachfüllen lässt. Die Batterie ist damit unwiderruflich geschädigt. Für ein langes Leben ist es also sehr wichtig solche Batterien richtig zu behandeln.

Das ist auch bei AGM- (Absorbent Glass Mat) und GEL-Batterien so. Durch Glasmatten als Abstandshalter sind die Abstände der Bleiplatten innerhalb  von AGM-Batterien sehr gering. Dadurch entsteht ein besonders niedriger Innenwiderstand, was große Ströme ermöglicht. Das ist vor allem im KFZ von Bedeutung, da man zum Motorstart mit kleineren Batterien als bei herkömmlichen Typen auskommt. Das senkt Kosten. Für uns Segler spielt diese Eigenschaft zumindest für die Bordbatterie normalerweise keine Rolle. Interessant können sie trotzdem sein, weil man AGMs meistens etwas tiefer entladen darf und sich durch höhere Ströme schneller wieder laden lassen. Das setzt selbstverständlich entsprechend leistungsfähige Ladegeräte voraus.

Was Tiefentladung angeht sind GEL-Batterien mit Sicherheit am unempfindlichsten, dafür aber auch die mit Abstand teuerste Lösung. Bei ihnen ist die Säure nicht flüssig sondern in einem Gel gebunden. Sie lassen sich deshalb auch über Kopf betreiben, sind also das richtige für ambitionierte Regattasegler, die ihrem Schiff alles abverlangen. So robust wie sie im Alltag sind, so empfindlich sind sie wie auch AGMs bei falscher Ladung, die sie sehr übel nehmen und sich dann schnell in teuren Schrott verwandeln.

Auch wenn Ladegeräten oft Einstellungen für diese Batterietypen haben, sollte man für ein langes Batterieleben etwas genauer auf die in der Herstellerspezifikation beschrieben technischen Daten schauen. Durch konstruktive Ausführungen und unterschiedlich dotiertes Material unterscheiden sich verschiedene Batterien nicht unerheblich. Vor allem AGM ist noch lange nicht gleich AGM.

Spezifikationsdaten

Außer selbsterklärenden Dingen wie Abmessungen, Gewicht und ein Anschlussbild stehen in Batteriespezifikationen eine ganze Menge Daten, die sich einem Laien nicht auf den ersten Blick erschließen. Da sie für die Auswahl einer Batterie wesentlich entscheidender als pauschale Bezeichnungen wie „AGM“ oder „wartungsfrei“ sind, möchte ich die wichtigsten kurz erläutern.

Enttladung und Zyklenzahl

Die Kapazitätsangabe in Amperestunden (Ah) gibt an, wie viel Strom in der Batterie gespeichert werden kann. In unmittelbarem Zusammenhang mit diesem Wert muss die Angabe der zulässigen Entladetiefe gesehen werden. Bei einer Entladetiefe von 50% darf man demnach einer 100 Ah Batterie nur 50 Ah entnehmen, wenn man sie nicht schädigen will. Auch wenn man AGM und besonders Gel-Batterien tendenziell tiefer als konventionelle Flüssigbatterien entladen darf, gilt grundsätzlich, dass eine Batterie umso älter wird, je weniger man sie entlädt. Von daher macht eine möglichst große Batteriekapazität Sinn. Anhand der nutzbaren Kapazität und den dabei erreichbaren Ladezyklen  kann man leicht ausrechnen was die Ah kostet.

Ebenfalls im Zusammenhang mit der Kapazität muss der sogenannte Peukertwert gesehen werden. Damit wird das Phänomen beschrieben, dass in einer Batterie umso mehr Energie steckt je geringer der Entladestrom ist.  Für die Bordpraxis ist dies meistens weniger wichtig.

Bei den Entladedaten findet man auch Angaben über die Selbstentladung einer Batterie. Damit ist der Ladeverlust über eine längere Standzeit ohne Benutzung gemeint. Schon auf den ersten Blick wird oft klar, dass diese sehr gering ist. Alle modernen Batterien überstehen ohne zwischenzeitliche Nachladung problemlos einen Winter an Bord, wenn sie vorher vollständig geladen wurden. Man muss lediglich sicherstellen, dass wirklich kein Strom entnommen wird. Oft gibt es aber Geräte an Bord (Batteriecontroller, Radios, etc.) die am Hauptschalter vorbei, geringe Ströme aus der Batterie ziehen. Wer sich nicht sicher ist, dass seine Batterien das leisten können, sollte sie vor der Winterpause abklemmen. Dann kann nichts mehr passieren.

Einfluss der Temperatur auf die Lebensdauer

Interessant sind auch die Angaben über die Betriebstemperatur. Auf den ersten Blick scheinen hohe Werte günstig, da damit auch die Anzahl der entnehmbaren Ah steigt. Wenn man genauer hinschaut relativiert sich das sehr, da sich mit einer um 10° höheren Temperatur  die Lebensdauer der Batterie etwa halbiert. Die Batterie im kuscheligen Motorraum zu installieren ist deshalb kontraproduktiv.

In jeder Spezifikation finden sich zwei Spannungen. Eine meist Ladeschlussspannung (Uo) oder ähnlich genannt ist die max. Ladespannung, die keinesfalls überschritten werden darf, wenn man die Batterie nicht schädigen will. Nachdem die Batterie vollständig geladen ist, muss man die Ladespannung auf den zulässigen Wert für eine Dauerladung (U) absenken. Kann man nicht sicherstellen, den richtigen Zeitpunkt für die Vollladung zu erkennen, sollte man sicherheitshalber diesen Wert nicht überschreiten. In diesem Zusammenhang muss man auch die Ladekennlinien sehen, die in Seglerkreisen oft für Verwirrung sorgen.

Ladekennlinien von Batterien

Die grün dargestellte Kurve zeigt die eines älteren KFZ-Ladegerätes mit W-Kennlinie, wie es in vielen Garagen für evt. Notfälle noch zu finden ist. Wie man sieht, wird die max. zulässige Ladespannung Uo schon lange bevor die Batterie geladen ist erreicht. Dann müsste man das Gerät unbedingt von Hand abschalten und warten, bis die Spannung wieder gesunken ist. Tut man das nicht, würde es den schnellen Tod der Batterie bedeuten. Ein solches Gerät ist für die Verwendung an Bord nicht geeignet.

Übliche Bordladegeräte arbeiten mit der blauen IUoU-Kennlinie. In einer ersten Ladephase wird damit mit höchstmöglichem Strom (rot) geladen bis die max. zulässige Ladespannung anliegt. In einer Nachladephase wird diese Spannung gehalten, während der Ladestrom mit zunehmender Ladung langsam abnimmt. Wenn dieser nur noch etwa 1% der Kapazität beträgt gilt die Batterie als geladen und die Ladespannung wird auf den dauerhaft zulässigen Wert (U) für Ladeerhaltung abgesenkt. Mit diesem Verfahren werden Batterien optimal geladen.

Kann man nicht sicherstellen den Zeitpunkt der Volladung sicher zu erkennen, darf man die dauernd zulässige Spannung U nicht überschreiten. In diesem Fall spricht man von einer hier violett dargestellten IU-Kennline. Alle gängigen Lichtmaschinen arbeiten so. Im KFZ, wo die Batterie ja nur für den Startvorgang gebraucht wird, ist das völlig ausreichend und zudem wesentlich billiger als ein aufwendiger Mehrphasenregler. Da Motoren auf Segelbooten oft nur kurz arbeiten, hält sich in Seglerkreisen hartnäckig das Gerücht, man könne mit einer Lichtmaschine die Bordbatterie nicht richtig laden. Das ist so nicht richtig. Es geht schon, nur wird in den meisten Fällen der Motor nicht lange genug dafür laufen. Wer darauf angewiesen ist die Bordbatterie mit der Lichtmaschine in kurzer Zeit zu laden, tut deshalb gut daran über eine Modifikation nachzudenken. Dazu später mehr.

Es wäre zu leicht, könnte man bei den Ladespannungen mit festen Werten arbeiten. Unabhängig davon, dass die Hersteller abhängig von ihrer Technologie durchaus unterschiedliche Werte vorschreiben ändern diese sich auch noch mit der Batterietemperatur. Warme Batterien müssen mit niedrigerer (-25 mV/°K) und kalte mit höherer Spannung geladen werden. Gute Ladeeinrichtungen erfassen deshalb mit einem Fühler die Batterietemperatur und korrigieren die Ladespannung entsprechend.

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