Batterie - Ladezustand messen

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Veröffentlicht: Freitag, 30. Dezember 2011 08:36

Geschrieben von Martin Erger

Ein wenig Hintergrundwissen...

Im Gegensatz zu Feststoffen oder Flüssigkeiten kann man Strom nicht einfach in einen Behälter füllen um ihn dort aufzubewahren. Bei einer Batterie bewirkt der Ladestrom, dass ein Stoff chemisch in einen anderen umgewandelt wird. Beim Entladen erfolgt der ganze Vorgang umgekehrt. Diese Umwandlungsprozesse verlaufen nicht verlustlos. Man muss deshalb mehr Energie in die Batterie hinein laden, als man hinterher wieder entnehmen kann. Das Verhältnis zwischen entnommener Energie und der, die man wieder laden muss um den vorherigen Zustand zu erreichen, nennt man Ladefaktor. Je nach Art und Alter der Batterie beträgt er etwa 0,9. Damit hat die Stromspeicherung einen Wirkungsgrad von 90%.

Die Speichermöglichkeit einer Batterie - also den Tankinhalt- gibt man in Amperestunden (Ah) an. 100 Ah bedeutet demnach, dass man der Batterie 100 h lang 1 A entnehmen kann bis sie leer ist. Bei größeren Strömen geht es entsprechend schneller. Der Haken an der Sache ist, dass diese 100 Ah zwar in der Batterie drin sind, man sie aber besser nicht entnehmen sollte, wenn man die Batterie nicht schädigen möchte. Eine solche Tiefentladung mögen die meisten nicht. Richtig alt wird eine Batterie nur dann, wenn man sie möglichst wenig ent- und gleich danach wieder auflädt.

Ganz so einfach wie eben dargestellt ist es leider immer noch nicht. Die Lade- und Entladeprozesse verlaufen nicht linear sondern werden auch durch die Größe des Stromes und die Temperatur beeinflusst. Bei höherer Temperatur und kleineren Strömen, kann man der Batterie mehr Strom entnehmen als das bei Kälte und großem Strom der Fall wäre. Dieser Einfluss wird im sogenannten Peukertwert erfasst. Trotzdem sollte niemand auf die Idee kommen, die Batterie für einen guten Wert warm zu stellen. Das ginge mächtig auf die Lebensdauer. Pro 10°C mehr kann man etwa mit einer Halbierung rechnen. Die Bordbatterie im Motorraum ist also eher suboptimal.

Voltmeter

Auf vielen Booten findet man zur Überwachung des Ladezustandes ein Voltmeter wie auf nebenstehendem Bild. Damit wird die Spannung an der Batterie gemessen. Man geht davon aus, dass eine 12 V Batterie bei

12,75 V  zu  100 %,
12,50 V  zu  75 %,
12,25 V  zu  50 % und bei
12,10 V  zu  25 %

geladen ist. Unter 11,9 V gilt eine Batterie als tiefentladen. M.E. ist diese Methode den Ladezustand zu bestimmen hauptverantwortlich, für viele defekte Batterien. Das liegt zum einen daran, dass die Batterie vor einer korrekten Messung mehrere Stunden ruhen sollte um sich auf einen stabilen Zustand einzupendeln und andererseits an der notwendigen Genauigkeit der Messung. Unabhängig davon ob man wie oft noch ein altes analoges oder schon ein digitales Voltmeter verwendet, beträgt dessen Toleranz selten weniger als ein 1 % auf den Endwert. Im 20 V Bereich kann eine Anzeige von 12,5 V damit bedeuten, dass in Wirklichkeit irgendeine Spannung zwischen 12,3 und 12,7 V anliegt. Damit kann nach den geltenden Werten die Batterie beinahe zur Hälfte entladen oder auch noch fast voll sein. Wie der Zustand wirklich ist, weiß man damit nicht. Im Bordalltag ist diese Methode damit schlicht untauglich. Ihr Vorteil unerreicht billig zu sein dürfte damit der einzige Grund sein, warum sie von den Werften immer noch standardmäßig verbaut wird.

Prinzipschaltbild für den Einbau eines Batteriecontrollers. Der Shunt ist so angeordnet, dass nur der Strom der Bordbatterie erfasst wird.

Batteriecontroller

Die derzeit beste Lösung den Ladezustand der Batterie zu überwachen sind sogenannte Batteriecontroller. Sie arbeiten alle nach dem gleichen Prinzip. Indirekt über einen in die Stromversorgung eingebauten Shunt genannten Widerstand wird sowohl der in als auch aus der Batterie fließende Strom gemessen und gegeneinander aufgerechnet. Der Wirkungsgrad der Batterie (Ladefaktor, Peukert) wird dabei automatisch berücksichtigt, so dass man immer genau über den aktuellen Ladezustand informiert ist. Batteriecontroller gibt es schon für unter 150 €, man kann aber auch 500 € dafür ausgeben. Im wesentlichen unterscheiden sie sich durch die Genauigkeit mit der sie den Ladefaktor berücksichtigen und die Bedienoberfläche. Während die preiswerteren meistens mit voreingestellten Mittelwerten arbeiten, kann man bei teureren Ladefaktor und Peukertexponent individuell einstellen. Manche geben sogar vor diese Werte selbständig zu aktualisieren. In der Bordpraxis spielt so was normalerweise keine Rolle. Ob die Anzeige eine Ah hin oder her vom wirklichen Wert abweicht ist unerheblich. Alles ist wesentlich besser und genauer als sich auf die vermeintliche Sicherheit eines Voltmeters zu verlassen.  

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Hauptkriterium zur Wahl eines Batteriecontrollers wäre für mich das Anzeigedisplay. Einerseits muss es an den vorgesehenen Einbauplatz passen und andererseits sollte es wichtige Werte auf einen Blick zeigen ohne erst lange blättern zu müssen. Ich mag es, wenn ich nicht nur den Ladezustand (Ah) sondern auch den aktuell fließenden Strom (A) gleichzeitig im Blick habe. Dadurch erkenne ich bspw. sofort ob ein Verbraucher unnötig eingeschaltet ist, aber auch welchen Verbrauch ein Gerät hat. Das unterstützt wesentlich den vernünftigen Umgang mit dem an Bord immer knappen Strom. Andere mögen das anders sehen. Es ist aber sicher eine gute Idee sich vor dem Kauf im Internet das Manual für die Geräte der engeren Wahl zu besorgen um zu prüfen ob einem die Bedienoberfläche zusagt.

Da ein Batteriecontroller ständig am Netz hängt, wäre mir auch dessen Eigenverbrauch wichtig. Mehr als 10 mA sollte der nicht sein. Damit liegt er weit unter der Selbstentladung der Batterie und fällt fast nicht mehr auf. Bis auf eine Ausnahme (Sterling braucht 70 mA) erfüllen diese Forderung alle mir derzeit bekannten.

Keine Frage wäre für mich, ob man nicht doch auf einen Batteriecontroller verzichten könne. Bereits durch den vermiedenen Defekt nur einer Batterie hat man die Anschaffungskosten wieder heraus. Außerdem reicht es völlig die Bordbatterie auf diese Weise zu überwachen. Wie im Auto ist die Starterbatterie sowieso immer geladen und braucht keine Überwachung.