Informationen zu Batterien

Laden der Batterien

Ladespannung

Gel- sowie AGM-Batterien müssen mit einer Spannung von 2,38 Volt pro Zelle bei einer Temperatur von 25°C geladen werden. Dies entspricht 14,25 Volt bei einer Batteriebank von 12 Volt sowie 28,5 Volt bei einer Batteriebank von 24 Volt. Die maximale Zeit in der eine Batterie bei dieser Spannung geladen werden kann, beläuft sich auf vier Stunden. Danach muss die Spannung auf 2,2 Volt pro Zelle oder entsprechend 13,25 bzw. 26,5 Volt reduziert werden. Lithium Ionen-Batterien müssen mit einer Spannung von 29,2 Volt bei einem 24-Volt-system und 14,6 Volt bei einem 12-Volt-System geladen werden. Die Erhaltungsspannung beträgt 26,5 bzw. 13,25 Volt.

Bei Notstromsystemen, bei denen Gel-Batterien problemlos eine lange Zeit (sogar über drei Jahre) im Erhaltungsmodus bleiben können, muss die Erhaltungsspannung auf etwa 13,8 bzw. 27,6 Volt bei einer Temperatur von 25 °C angehoben werden. Es gibt immer Geräte an Bord – Kühlschränke zum Beispiel – die einer Batterie Strom entziehen, selbst wenn sie geladen wird, weshalb die maximale Ladespannung so eingestellt wurde, dass die angeschlossenen Geräte geschützt werden. Dieser maximale Wert beläuft sich auf 14,55 Volt bei einem 12-Volt-System sowie auf 29,1 Volt bei einem 24-Volt-System. Das entspricht der Ladespannung bei einer Umgebungstemperatur von 15 °C.

Der Ladestrom

Eine Faustregel für Gel- und AGM-Batterien lautet, dass der Ladestrom mindestens 15 bis 20% der Kapazität ausmachen muss. Während des Ladevorgangs müssen normalerweise angeschlossene Geräte ebenfalls von 10 A zwischen 70 und 90 A liegen, um die Batterie in einer angemessenen Zeit zu laden. Der maximale Ladestrom beläuft sich auf 50% bei einer Gel-Batterie und 30% bei einer AGM-Batterie. Bei einer Lithium Ionen- Batterie kann der Ladestrom mit einer Kapazität übereinstimmen. Eine Lithium Ionen-Batterie von 100 Ah kann zum Beispiel mit 100 A wieder aufgeladen werden.

Das Ladesystem
Um eine möglichst hohe Lebensdauer der Gel-, AGM- und Lithium Ionen-Batterien zu erhalten, benötigen Sie einen modernen Batterielader mit einer 3-Stufigen-Ladekennlinie und einem Sensor zum Messen der Batterietemperatur. Diese Batterielader regulieren kontinuierlich die Ladespannung und den Ladestrom und passen die Ladespannung der Batterietemperatur  an. Damit die Batterien nicht vorzeitig ausfallen, muss die Brummspannung des Batterieladers unter 5% liegen. Versorgt die Batterie auch die Navigations- oder Kommunikationsausrüstung, wie GPS oder VHF, mit Strom, darf die Brummspannung nicht mehr als 100 mV (0,1 Volt) betragen, ansonsten könnten Probleme mit der Ausstattung auftreten.

Ein weiterer Vorteil einer niedrigen Brummspannung besteht darin, dass Stromsysteme an Bord nicht beschädigt werden, wenn ein Batteriepol nicht richtig angebracht oder korrodiert ist. Bei einer niedrigen Brummspannung kann der Batterielader das System sogar antreiben, ohne an eine Batterie angeschlossen zu werden. Zum Beispiel sind alle Mastervolt Ladegeräte mit einer guten Spannungsregulierung ausgestattet, die die Brummspannung unter 100 mV hält. Im Falle von GMDSS-Systemen (Global Maritime Distress Safety Systems) von Hochseeschiffen muss der Batterielader auch mit einem Ampere- und Voltmeter sowie einem Alarmkontakt ausgestattet sein. Der Alarmkontakt wird an das Alarmsystem der Yacht angeschlossen, so dass irgendwelche Unterbrechungen hinsichtlich des Betriebs des Batterieladers – möglicherweise aufgrund einer Unterbrechung der 230-Volt-Versorgung – rechtzeitig entdeckt werden.

Berechnung der Ladezeit

Bei der Berechnung der Ladezeit einer Batterie müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. Die erste Überlegung ist die Ausgangsleistung der Batterie. Bei einer Standardmäßigen nassen Batterie liegt die Ausgangsleistung bei 80%. Dies bedeutet, dass die Batterie mit 120 Ah geladen werden muss, damit später 100 Ah entzogen werden können. Bei Gel-,  AGM- und Lithium Ionen-Batterien ist die Ausgangsleistung höher – 85 bis 90 % - so dass im Vergleich zu nassen Batterien weniger Abfall entsteht und die Ladezeit kürzer ist. Ein weiterer, bei der Berechnung der Ladezeit zu berücksichtigender Punkt ist die Tatsache, dass die letzten 20% des Ladevorgangs vier Stunden in Anspruch nehmen (dies gilt nicht für Lithium Ionen-Batterien). In der zweiten Stufe, auch bekannt als Absorptionsphase, entscheidet die Batterie, wie viel Strom sie unabhängig von der Ausgangsleistung des Batterieladers aufnehmen muss. Die Menge an Strom hängt von dem Batterietyp ab (nass, AGM, Gel oder Lithium Ionen) sowie von weiteren Faktoren, wie dem Umfang, in dem Sie zu Beginn geladen wurde, der Temperatur, der Lebensdauer und der Umgebungstemperatur.

Für die Berechnung der Ladezeit einer Batterie kann folgende Formel zugrunde gelegt werden:

            Co x eff

Lt =                       + 4h

            Al - Ab     

 

Lt = Ladezeit

Co = Kapazität, die der Batterie entzogen wurde

eff = Wirkungsgrad (1,1 bei einer Gel-Batterie, 1,15 bei einer AGM-Batterie und 1,2 bei einer nassen Batterie)

Al = Strom des Batterieladers

Ab = Verbrauch der angeschlossenen Geräte während des Ladevorgangs

Wenn wir eine Batterie nehmen, die zu 50% entladen ist, und das zuvor genannte Beispiel einer 400 Ah Gel-Batterie sowie einen Batterielader von 70 bis 90 Ampere (80 Ampere) zugrunde legen, dauert das Laden der Batterie auf 100% wie folgt:

            200 x 1,1

Lt =                       + 4h = 7h

            80 - 10

Überprüfung der verbleibenden Kapazität einer versiegelten AGM – oder Gel-Batterie

Die verbleibende Kapazität oder der Zustand einer Batterie lässt sich am einfachsten mit Hilfe eines Ah-Messgerätes überprüfen. Zu einem können Sie dies mit einem Speziellen Voltmeter machen oder Sie verwenden eine andere, jedoch sehr ungenaue Methode zur Überprüfung Ihrer Batterie, indem Sie die Spannung Ihrer Batterie messen. Dies kann jedoch nur geschehen, wenn die Batterie für mindestens 24 Stunden nicht benutzt wurde. Die Messung der Batteriespannung liefert zwar eine ungefähre Schätzung des Umfangs, in dem die Batterie entladen wurde, doch bei geringer Spannungsabweichungen ist ein präzises digitales Voltmeter erforderlich.

Verbleibende Batteriekapazität

Batteriespannung

25%

Zwischen 11,7 und 12,3 V

50%

Zwischen 12,0 und 12,6 V

75%

Zwischen 12,1 und 13,0 V

100%

Zwischen 12,6 und 13,35 V

 

Die oben genannte Methode ist nur zu 15 – 20% genau und gibt nur ungefähr an, über wie viel Strom die Batterie noch verfügt.

Belüftung

Unter normalen Umständen erzeugen Gel- und AGM-Batterien nur wenig oder gar kein gefährliches Knallgas. Die geringe Gasmenge, die entweicht, kann man vernachlässigen. Während des Ladevorgangs wird jedoch Wärme erzeugt, wie dies bei allen Batterien der Fall ist. Zur Gewährleistung der längsten möglichen Lebensdauer muss diese Wärme so schnell wie möglich entweichen können. Die für Batterielader notwendige Belüftung kann mit der folgenden Formel berechnet werden.

Q= 0,05 x I x fl x f2 x n

Q= erforderliche Belüftung in m³/Std.

I = maximaler Ladestrom des Batterieladers

fl = Kürzung um 0,5 für Gel-Batterien

f2 = Kürzung um 0,5 für geschlossene Batterien

n = Anzahl an genutzten Zellen (eine 12-Volt-Batterie hat sechs Zellen von jeweils 2 Volt)

Bei dem zuvor genannten Beispiel einer 12 V/400 Ah-Batteriebank und eines Batterieladers von 80 Ampere sieht die erforderliche Mindesbelüftung wie folgt aus:

Q = 0,05 x 80 x 0,5 x 0,5 x 6 = 6 m³/h

Dieser Luftstrom ist so gering, dass die natürliche Belüftung ausreicht. Wenn Batterien in ein geschlossenen Gehäuse installiert werden, sind zwei Öffnungen erforderlich, und zwar eine oben und eine unten. Die Abmessungen der Belüftungsöffnungen können mit Hilfe der folgenden Formel berechnet werden:

A= 28 x Q

A = Öffnung in cm²

Q = Belüftung in m³

In unserem Fall erhält man folgenden Betrag: 28 x 6 = 168 m² (etwa 10 x 17 cm) für jede Öffnung.

 

Lithium Ionen-Batterien erzeugen kein Knallgas und sind deshalb hinsichtlich Ihrer Nutzung sicherer. Wenn Batterien schnell geladen werden, gibt es eine gewisse Gasbildung. In einem solchen Fall kann die oben genannte Formel zur Ableitung der Wärme verwendet werden. Setzen Sie sich bei größeren Systemen mit mehreren Batterien mit Ihrem Techniker in Verbindung.

Die Batterie als Stromquelle

Es gibt verschiedene Arten wiederaufladbarer Batterien. Der gebräuchlichste und auf Schiffen am häufigsten verwendete Typ ist die Bleisäurebatterie. Weniger bekannt ist die Nickel-Cadmium (NiCad)-Batterien, die immer noch häufig in alten Notstromsystemen vorzufinden ist. Doch aufgrund der komplexen Lademethode und der Tatsache, dass die NiCad-Batterie umweltschädlich ist, sind diese Batterien nicht für die Verwendung an Bord geeignet.

 

Das Prinzip der Bleisäure-Batterie

Die Batterie wandelt elektrische Energie in chemische Energie um. Diese Energie kann in elektrischem Strom für Gleichstrom-Endgeräte, wie die Beleuchtung und Startmotoren, umgewandelt werden. Eine Batterie besteht aus verschiedenen Zellen mit einer Spannung von jeweils 2 Volt. Für eine 12-Volt-Batterie werden sechs Zellen in Reihe geschaltet und einem Gehäuse untergebracht. Zur Erreichung von 24 Volt werden also zwei 12-Volt-Batterien in Reihe geschaltet. Jede Zelle verfügt über positive Bleioxidplatten und negative Bleimetallplatten. Außerdem enthält sie einen aus Wasser und Schwefelsäure bestehenden Elektrolyt. Zusammen entsteht hierdurch ein galvanisches Element von 2 Volt.

Während des Entladevorgangs wird das Bleioxid auf den Bleiplatten in Bleisulfat umgewandelt. Der Säuregrad sinkt, weil für Prozess Schwefelsäure benötigt wird. Zum Wiederaufladen der Batterie muss eine externe Stromquelle – wie ein Batterielader, eine Lichtmaschine oder ein Solarpanel – mit einer Spannung von ungefähr 2,38 Volt pro Zelle angeschlossen werden. Das Bleisulfat wird dann wieder in Blei und Bleioxid zurückverwandelt und der Schwefelsäuregehalt steigt wieder an. Die Ladespannung wird begrenzt, um die Freigabe von übermäßig viel Wasserstoff zu vermeiden. Bei einer Ladespannung von mehr als 2,4 Volt pro Zelle wird zum Beispiel Wasserstoffgas freigegeben. Hierdurch ensteht bei Kontakt mit Sauerstoff in der Luft das hochexplosive Knallgas. Die Obergrenze für die Ladespannung bei einer 12-Volt-Batterie beträgt 14,25 Volt und der entsprechende Wert für eine 24-Volt-Batterie beträgt 28,5 Volt, jeweils bei 25°C. Das Verhältnis zwischen dem Ladezustand einer Batterie und dem spezifischen Gewicht der Wasser-/Schwefelsäure-Mischung lautet wie folgt:

Pozentsatz der Ladung

Batteriespannung

Spezifisches Gewicht

Prozentsatz der Entladung

0 %

11,64 V

1,100

100 %

20%

11,88 V

1,140

80 %

40 %

12,09 V

1,175

60 %

60 %

12,30 V

1,210

40 %

80 %

12,51 V

1,245

20 %

100 %

12,72 V

1,280

0 %

 

Verschiedene Batterietypen – im Hinblick auf die Dicke und die Anzahl der Platten pro Zelle – eignen sich für verschiedene Anwendungen. Der maximale Strom, der geliefert werden kann, wird durch die Plattenoberfläche insgesamt festgelegt. Die Anzahl der Entlade- und Wiederaufladevorgänge- die Anzahl der Zyklen – hängt von der Dicke der Platten ab. Ein Batteriegehäuse mit derselben Größe und demselben Gewicht kann entweder viele dünne Platten oder wenige dicke Platten aufweisen.

 

Die Starterbatterie

Eine Startbatterie hat viele dünne Platten pro Zelle und deshalb eine Große Plattenoberfläche insgesamt. Dieser Batterietyp ist deshalb für die Bereitstellung von Hohem Strom über einen kurzen Zeitraum besonders gut geeignet. Die Anzahl, wie oft eine Startbatterie stark entladen werden kann, ist auf ungefähr 50 begrenzt. Da der Start des Motors jedoch nur eine geringe Menge der gespeicherten Energie (ungefähr 0,01%) verbraucht, hält die Batterie über viele Jahre. Dieser Batterietyp eignet sich nicht für den zyklischen Gebrauch als Service-Batterie.

 

Die Semi-Traktionsbatterie

Eine Semi-Traktionsbatterie hat weniger, jedoch dickere Platten pro Zelle. Diese Batterien stellen relativ wenig Startstrom zur Verfügung, können jedoch häufiger und in einem größeren Umfang (etwa 200 bis 500 vollständige Zyklen) entladen werden. Dieser Batterietyp eignet sich ausgezeichnet für die kombinierte Funktion der Start-/Service-Batterie.

 

Die Traktionsbatterie

Dieser Batterietyp hat sogar noch weniger, jedoch sehr dicke, flache oder zylindrische Platten. Er kann deshalb viele Male und recht vollständig (1000 vollständige Zyklen) entladen werden. Aus diesem Grund werden Traktionsbatterien häufig für Gabelstapler und kleine Elektrogeräte, wie Industrie-Reinigungsmaschinen, eingesetzt. Für Traktionsbatterien ist eine spezielle Lademethode erforderlich. Da diese Batterien meistens groß sind, sammelt sich auf dem Boden des Batteriebehälters leicht Schwefelsäure an. Dieses Phänomen wird Stratifikation genannt und tritt auf, weil Schwefelsäure dichter als Wasser ist. Der Säuregehalt steigt im unteren Bereich der Batterie an und bewirkt eine lokale Verstärkung der Plattenkorrosion, und er sinkt im oberen Bereich und bewirkt eine Reduktion der Kapazität. Die Batterie wird ungleichmäßig entladen, was die Lebensdauer der Batterie erheblich senkt. Um die Säure wieder gleichmäßig zu verteilen, muss die Batterie absichtlich durch eine zu hohe Spannung überladen werden. Hierbei entsteht eine große Menge an Wasserstoffgas, das mit dem Sauerstoff in der Luft eine gefährliche Mischung, das sogenannte Knallgas, bilden kann. Die für die Wiederaufladung dieser Batterie erforderliche Spannung beträgt etwa 2,7 Volt pro Zelle oder 16,2 Volt für ein 12-Volt-System sowie 32,4 Volt für ein 24-Volt-System. diese hohe Spannung ist für die angeschlossenen Geräte äußerst gefährlich, und durch die hohe Gasbildung sind diese Batterien für die Verwendung an Bord der Schiffe ungeeignet.

 

Die Lithium Ionen-Batterie

Bis heute standen Lithium Ionen-Batterien überwiegend als wiederaufladbare Batterien mit einer geringen Kapazität zur Verfügung, weshalb sie besonders beliebt in Handys und Laptops waren. Jetzt gibt es Lithium Ionen-Batterien mit großen Kapazitäten. Lithium Ionen-Batterien verfügen über eine hohe Energiedichte und eignen sich ausgezeichnet für zyklische Anwendungen. Im Vergleich zu herkömmlichen Bleisäurebatterien ermöglichen Lithium Ionen-Batterien Einsparungen von bis zu 70% hinsichtlich des Volumens und des Gewichts, während die Anzahl der Ladezyklen gleichzeitig dreimal höher ist. Ein zusätzlicher Vorteil besteht darin, dass Lithium Ionen-Batterien unabhängig von der angeschlossenen Last eine konstante Kapazität bereitstellen können. Die verfügbare Kapazität einer Bleisäurebatterie wird im Falle größerer Entladeströme reduziert. Lithium Ionen-Batterien können bis zu 80 % entladen werden, ohne dass dies Auswirkungen auf ihre Lebensdauer hat, wohingegen Bleisäurebatterien durch tiefe Entladung stärker beeinträchtigt werden und nur bis zu 50% der verfügbaren Kapazität entladen werden können.

 

Längere Haltbarkeit

Lithium Ionen-Batterien bieten auch im Vergleich zu Nickel-Cadmium-Batterien große Vorteile, wie zum Beispiel eine viel größere Leistungsdichte und eine längere Lebensdauer. Und da Lithium das leichteste Metall ist, sind Lithium Ionen-Batterien ebenfalls leichter. Sie können zudem jederzeit geladen werden, während Nickel-Cadmium-Batterien entladen sein müssen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten und einen  Memory-Effekt zu verhindern. Darüber hinaus können Lithium Ionen-Batterien mit sehr hohem Strom geladen werden, bis zu 100% der Kapazität, was zu einer sehr kurzen Ladezeit führt und den Memory-Effekt verhindert.

 

Zellenmanagement-System

Lithium Ionen-Batterien können viele Male geladen werden, jedoch nicht unendlich oft. Ein Nachteil der Lithium Ionen-Batterie ist das natürliche Ungleichgewicht zwischen den stärkeren und schwächeren Zellen. Während des Ladevorgangs erreichen eine oder mehrere Zellen ihr maximales Ladeniveau aufgrund dieses Ungleichgewichts schneller, während andere nicht voll geladen werden. Letztgenannte sind schneller wieder entladen, weshalb die Batterie aufgrund Unterspannung schneller umschaltet, wodurch die Lebensdauer der Batterie verkürzt wird. Um dies zu vermeiden, sind die Lithium Ionen-Batterien oft mit einem Zellenmanagement-system ausgestattet, das das Ungleichgewicht zwischen den Zellen automatisch ausgleicht und somit die Lebensdauer erhöht.

 

Häufig gestellte Fragen zu Batterien

 

Wie lange braucht meine Batterie zum Entladen?

Dies hängt von Ihrer Kapazität und der Menge an verbrauchtem Strom durch die angeschlossenen Geräte ab. Als Regel gilt, je schneller eine Batterie entladen wird, desto weniger Strom stellt sie zur Verfügung. Dies gilt auch umgekehrt: Je länger es dauert, bis eine Batterie entladen ist, umso mehr Energie liefert sie. Eine Batterie von 100 Ah liefert einen Strom von 5 Ampere über 20 Stunden. In dieser Zeit sinkt die Spannung nicht unter 10,5 V: hierdurch erhält man 100 Ah. Wird jedoch an dieselbe Batterie ein Endgerät von 100 A angeschlossen, kann die Batterie dieses nur für 45 Minuten betreiben. Danach fällt die Batteriespannung auf 10,5 V und die Batterie ist leer, wobei sie nur 75 Ah bereitgestellt hat. Der Anschluss einer Last von 1,2 A an dieselbe Batterie bewirkt, dass diese über 100 Stunden läuft, bevor die Batteriespannung auf 10,5 V sinkt. In diesem Fall hat sie 120 Ah Bereitgestellt.

 

Wie lange hält meine Batterie?

Die Lebensdauer einer Batterie hängt davon ab, wie oft und in welchem Umfang sie entladen wird. Außerdem ist wichtig, dass die Batterie mit Hilfe des richtigen Batterieladers ordnungsgemäß geladen wird. Bei normalen Nutzungsfrequenz im Hinblick auf die Ferien und Wochenenden ist eine Lebensdauer zwischen fünf und sieben Jahren für Gel- und AGM-Batterien üblich. Wenn die Batterie häufig entladen wird, müssen Sie die Kapazität entsprechend anpassen. Es besteht auch die Option, 2-Volt-Zellen zu verwenden. Für diesen Batterietyp ist eine Lebensdauer von 15 Jahren nichts Außergewöhnliches, so lange sie die richtige Kapazität haben. Lithium Ionen-Batterien sind das Nonplusultra. Sie können äußerst schnell geladen und wieder entladen werden und halten bis zu drei Mal länger als die anderen Batterietypen.

 

Was ist eine Reihenschaltung bzw. Parallelschaltung?

Durch eine Reihenschaltung wird die Spannung erhöht und die Kapazität bleibt auf demselben Niveau. Zwei in Reihe geschaltete Batterien von 12 V/100 Ah ergeben zusammen eine Batteriebank von 24 V/ 100 Ah. Bei einer Reihenschaltung wird der Pluspol der Batterie mit dem Minuspol der nächsten angeschlossen, wobei die Pole an den Enden das System angeschlossen werden. Batterien mit unterschiedlichen Kapazitäten sollten niemals in Reihe geschaltet werden.

 

Die folgenden Beispiele beziehen sich auf den Einsatz normaler 12 V-Batterien.

 

Reihenschaltung

 24V-200-Ah

48V-200-Ah

Parallelschaltung

 12V-400-Ah

Sie können auf die Parallelschaltung zurückgreifen, wenn Sie Ihre Kapazität erhöhen müssen. Die Plusleitungen werden ebenso zusammen angeschlossen wie die Minusleitungen. Die Verkabelung von der Batterie zum System sollte wie folgt aussehen: Plus von Batterie 1 und Minus Von Batterie 2 (oder der letzten Batterie bei der Parallelschaltung).

 

Reihen-/Parallelschaltung

 24V-400-Ah

Wenn Sie eine 24 V-Batterie mit einer Höheren Kapazität benötigen, können Sie die Reihen- und Parallelschaltungen kombinieren. Die Kabel von der Batterie zum System müssen überkreuzt werden: Plus von Batterie 1 und Minus von Batterie 2 (oder der letzten Batterie bei der Parallelschaltung).

 

Achten Sie darauf, dass bei der Installation mehrerer Batterien zwischen den Batterien ausreichend Platz ist: Dazwischen sollte ein Fingerbreit Platz sein, damit sich die Wärme verflüchtigen kann.  

Kann ich die Batterien auch über Winter an Bord lassen?

Dies ist für Gel-, AGM- und Lithium Ionen-Batterien vorteilhaft, da ihre Lebensdauer durch die niedrigen Temperaturen sogar verlängert wird. Denken Sie dran, dass die Batterien vollständig geladen und keine Endgeräte mehr angeschlossen sind. Messgeräte für die Batteriespannung, Zeitmesser und Autoradiospeicher gehören zu den versteckten Endgeräten, auf die besonders geachtet werden muss. Nasse Batterien müssen regelmäßig nachgefüllt werden, um ein Gefrieren zu verhindern. Es ist ratsam, den Landstromanschluss des Schiffes einmal alle zwei bis drei Wochen anzuschließen, damit die Batterien wieder vollständig aufgeladen werden können.

 

Welche Wartung benötigen Gel-, AGM- und Lithium Ionen-Batterien?

Für Gel-, AGM- und Lithium Ionen-Batterien ist keine Wartung erforderlich, weshalb sie überall auf dem Schiff installiert werden können. Wir raten Ihnen jedoch, einmal im Jahr alle Anschlüsse zu überprüfen um sicherzugehen, dass sie ordnungsgemäß angebraucht sind, und die Oberflächen mit einem leicht feuchten Tuch zu reinigen. Außerdem müssen Batterien jedes Mail vollständig geladen werden, damit sie ihre maximale Lebensdauer erreichen, wobei dies für Lithium Ionen-Batterien nicht so wichtig ist.

 

Was sind wartungsfreie Batterien?

In der Schifffahrt werden verschiedene Batterietypen eingesetzt, von denen jede ihre eigenen spezifischen Eigenschaften hat. Hier ist eine Zusammenfassung:

 

Blei-Kalzium-Batterie

Blei-Kalzium-Batterien werden in der Automobilbranche häufig als Starterbatterien eingesetzt. Es sind normale Bleisäurebatterien mit einem Flüssigkeits-Elektrolyt aus Schwefelsäure und Wasser, wobei dem Blei jedoch Kalzium zugefügt wird, um die Wasserstoffgasbildung und somit den Wasserverbrauch zu minimieren. Zudem wird ein zusätzliches Elektrolyt hinzugefügt, um die natürliche Verdunstung des Wassers auszugleichen. Dieser Batterietyp eignet sich nur für kleine Schiffe von etwa sechs bis acht Metern Länge und auch nur als Starterbatterie, da seine Struktur die Verwendung als Service-Batterie oder Batterie für die Beleuchtung ausschließt. Die Blei-Kalzium-Batterie ist nicht völlig geschlossen. Während des Ladevorgangs kann Wasserstoffgas freigesetzt werden, das dich eine kleine Öffnung, meistens auf der Seite der Batterie, entzogen wird. Da unter bestimmten Umständen aus der Öffnung Säure entweichen kann, ist eine Belüftung erforderlich.

 

AGM-Batterie

Ein anderer Typ der Bleisäurebatterie ist die AGM (Absorbed Glass Mat = in Glasfasermatten gebundene) – Batterie. Bei diesem Model wird das Elektrolyt (Wasser und Schwefelsäure) in einer äußerst feinen Glasfasermatte gebunden. Wie bei jeder anderen Batterie wird auch hier durch den Ladevorgang Wasserstoffgas und Sauerstoff erzeugt, die durch die Kapillare der Glasfasermatte transportiert werden. Sobald die zwei Gase wieder verbunden sind, entsteht erneut Wasser, das wieder in der Glasfasermatte gebunden wird. Der Rekombinationsvorgang ist dann abgeschlossen. Die Glasfasermatte dient auch als Isolierung zwischen den Platten, die auf diese Weise eng nebeneinander angeordnet werden können, so dass nur ein sehr geringer Innenwiederstand entsteht. Ein hoher Entladestrom stellt also kein Problem dar. Der Ladestrom könnte etwas geringer als bei Gel-Batterien ausfallen (etwa 30%), da die Glasfasermatte auch ein effizienter Wärmedämmstoff ist. Die durch den Ladevorgang erzeugt Wärme wird schrittweise aus dem Gehäuse abgeleitet. Der Ladestrom muss also gewissermaßen eingeschränkt sein, weshalb der Ladevorgang etwas länger dauert. AGM-Batterien eigenen sich besonders gut für Anwendungen mit einem hohen Entladestrom, wie Bugstrahlruder oder Deckenwinden sowie für den Einsatz mit mittlerem Zyklus. Die AGM-Batterie ist komplett geschlossen und deshalb wartungsfrei. Bei starker Überladung der AGM-Batterie, zum Beispiel aufgrund des Einsatzes eines nicht regulierten Batterieladers, entsteht eine geringe Menge an Wasserstoffgas. Das Gas entweicht durch eine spezielle Entlüftungsöffnung im Batteriegehäuse, die dazu dient, das Eindringen von Sauerstoff in die Batterie zu verhindern. Ein falscher Ladevorgang verkürzt die Lebensdauer der Batterie.

 

Die Gel-Batterie

Bei nassen Bleisäurebatterien mit einem Flüssig-Elektrolyt aus Wasser und Schwefelsäure wird das Wasser während des Ladevorgangs, und zwar meistens gegen Ende, in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Diese Gase entweichen daraufhin durch den Verschlussdeckel, was bedeutet, dass sich das Wasser verbraucht und regelmäßig mit destilliertem (Batterie-)Wasser nachgefüllt werden muss. Bei dem Elektrolyt in einer Gel-Batterie handelt es sich um ein Gel, welches das Wasser mit der Säure bindet. Während die Batterien aufgefüllt werden, erwärmt sich das Gel und wird flüssig. Nachdem die Batterie mit dem flüssigen Gel gefüllt wurde, kühlt dieses ab und erhärtet sich wieder. Dieser Prozess führt zu winzigen Haarrissen in dem Gel zwischen den Platten. Während des Ladevorgangs wird auf der positiven Platte Sauerstoff und auf der negativen Wasserstoff erzeugt. Die Risse in dem Gel bewirken eine Verbindung der Gase, so dass Wasser entsteht. Dann absorbiert das Gel das Wasser, so dass kein Wasser aus dem System entweicht und keine Gase produziert werden.

Gel-Batterien sind keine neue Technik und bereits seit den 50er-Jahren auf dem Markt. Die wichtigsten Anwendungen sind der Notstrom-Bereich, Telekommunikationssysteme, die Stromversorgung und seit den letzten 10 bis 15 Jahren Service-Batterien in maritimen Systemen. Gel-Batterien gibt es in zwei verschiedenen Ausführungen. Die 12-Volt-Batterie kann regelmäßig eingesetzt werden und ist in Kapazitäten bis zu 200 Ah erhältlich. Die zweite Ausführung ist eine 2-Volt-Traktionsbatterie, die in Kapazität bis zu 2700 Ah erhältlich ist und sich besonders für Systeme mit häufigen und  starken Entladungen eignet, für die eine lange Lebensdauer erforderlich ist. Für eine Batterie mit 12 oder 24 Volt müssen sechs bzw. 12 Gel-Batterien zu Erreichung der erforderlichen Spannung seriell angeschlossen werden. Die wesentlichen Vorteile der Gel-Batterien sind u.a. ihre stark eingeschränkte Selbstentladung, die Möglichkeit einer kurzen Ladezeit und die fehlende Gasbildung unter normalen Umständen. All dies sind Gründe, weshalb Gel-Batterien sich äußerst gut für Anwendungen in der Schifffahrt eigenen. Außerdem eignen sie sich ideal für stark zyklische Anwendungen.

 

Die Lithium Ionen-Batterie

Die Lithium Ionen-Batterien von zum Beispiel Mastervolt basieren auf Lithium-Ion Eisen-Phosphat, dessen Energiedichte dreimal höher als die der Bleisäurebatterien ist. es gibt zwar Materialien mit einer noch höheren Energiedichte, diese werden im Allgemeinen jedoch als nicht so sicher erachtet. Die Lithium Ionen-Batterien von Mastervolt sind die sichersten Batterien ihrer Art. Ein einzigartiges Merkmal ist ihr integriertes Bidirectional Active Cell Management (Bidirektionales Aktives Zellenmanagement), auch BAC genannt. Dieses System kontrolliert die Spannung, den Strom und die Temperatur und garantiert eine optimale Sicherheit. Lithium Ionen-Batterien sind mit dem MasterBus kompatibel und bis zu 15% effizienter als Bleisäurebatterien. Hierdurch erhalten Sie:

·         kürzere Ladezeiten

·         Einen geringen Einsatz des Generators zum Laden

·         Mehr Strom als von einer herkömmlichen Batterie mit denselben Abmessungen

·         Eine Bleisäurebatterie zum Beispiel hat eine Entladetiefe (DOD = depth of discharge) von 50%. Deshalb können Sie von einer Batterie mit 400 Ah nur 200 Ah nutzen. Die Entladetiefe einer Lithium Ionen-Batterie von Mastervolt beträgt 80%, also nahezu 60% mehr nutzbare Batteriekapazität. Bei diesem Prozentsatz liefert eine Batterie von 400 Ah 320 Ah oder 120 Ah mehr.

·         Lithium Ionen-Batterien eignen sich auch ideal zum Segeln mit Elektro- oder Hybridantrieb. Die Lithium Ionen-Batterien von Mastervolt können unendlich oft parallel geschaltet werden.

·         Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Lithium Ionen-Batterien weniger wiegen, weniger Platz benötigen und erstaunlich einfach zu installieren sind.

·          

Was Sie bei Batterien, insbesondere Gel- und AGM-Batterien, vermeiden sollten

·         Falsche Ladespannung. Bei einer zu niedrigen Spannung kann die Batterie nicht zu 100 % geladen werden – hierdurch verhärtet sich das Sulfat auf den Platten und die Batterie verliert einen Teil ihrer Kapazität. Eine zu hohe Spannung führt dazu, dass die Batterien Gas erzeugen, was zu einem Verlust von Wasser demzufolge zum Austrocknen führt.

·         Übermäßige Entladung. Durch das Entladen einer Batterie über ihre Kapazität hinaus wird ihre Lebensdauer stark verkürzen.

·         Zu starke Welligkeit der Ladespannung. Günstige altmodische Batterielader und Lichtmaschinen zeichnen sich häufig durch eine starke Spannungswelligkeit (Spannungsabweichung) der Ausgangsspannung aus.

·         Den Einsatz einer Lichtmaschine ohne 3-Stufigen Regler, eine sehr hohe Umgebungstemperatur oder das Laden ohne Temperaturausgleich.

·          

Schlussfolgerungen und Empfehlungen

·         Aufgrund des geringen Innenwiederstands eigenen sich AGM-Batterien besonders für die Stromversorgung von Winden, Ankerwinden und Bugstrahlrudern, zum Starten von Motoren und für den begrenzten Zyklischen Einsatz.

·         Gel-Batterien sind besonders als Service-Batterien geeignet, da sie schnell wieder geladen werden können und eine lange Lebensdauer haben, auch bei zahlreichen Lade-/Entladezyklen.

·         Lithium Ionen-Batterien sind definitiv die besten. Sie bieten Einsparungen an Platz und Gewicht von bis zu 70 %, ihre Lebensdauer ist dreimal länger und sie können schnell wieder aufgeladen und entladen werden. Ein Minimum von 2000 Ladezyklen ist keine Ausnahme.

 

Festlegung der Lebensdauer

 

12-Volt-Gel- oder AGM-Batterie

Die durchschnittliche Lebensdauer einer 12 V-Gel- oder AGM-Batterie beläuft sich auf sechs Jahre, wenn die Batterie nicht genutzt und in einem geladenen Zustand gehalten wird. Nach fünf oder sechs Jahren Float-Spannung bei einer durchschnittlichen Umgebungstemperatur von 25 °C verfügt die Batterie immer noch über 80% ihrer ursprünglichen Kapazität. Höhere Durchschnittstemperaturen verkürzen die Lebensdauer der Batterie, niedrigere können sie erhöhen. Die Anzahl an Lade- und Entladezyklen steht bei einer 12-Volt-Batterie in einem engen Zusammenhang mit Ihrer Struktur und Qualität. Bei 12-Volt-Gel – oder AGM-Batterien von Mastervolt können etwa 300 vollständige Zyklen bis auf 20% entladen und wieder bis zur vollen Kapazität aufgeladen werden. Die meisten Hersteller gehen davon aus, dass Batterien bei einer verbleibenden Kapazität von 80% verbraucht sind. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Batterie sofort ausgetauscht werden muss. die Batterie kann zum Beispiel immer noch verwendet werden, wenn nur 50% der Batteriekapazität tatsächlich erforderlich sind. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, die Batterie nach sechs Jahren oder 300 vollständigen Zyklen auszutauschen. Eine durchschnittliche Nutzung von sieben Jahren ist für Gel- und AGM-Batterien absolut normal.

 

2-Volt-traktions-Gel-Batterien

Die Lebensdauer von 2-Volt-Traktions-Gel-Zellen beläuft sich auf etwa 10 – 15 Jahre und die maximale Anzahl an vollständigen Zyklen auf 900 bis 1000. Bei einer Entladung auf 50 oder 75% der Kapazität beträgt die Anzahl an Zyklen 2000 bzw. 4000. Deshalb eignen sich diese Batterien besonders gut für größere Systeme, bei denen eine intensive Nutzung und eine sehr lange Lebensdauer erforderlich sind.

 

Lithium Ionen-Batterien

Lithium Ionen-Batterien haben eine Lebensdauer von mehr als 2000 Zyklen. Das ist dreimal so lang wie bei Bleisäurebatterien. Dies kann man auf die große Anzahl an Funktionen zurückrufen, wie dem Zellenmanagement, der äußerst geringen Selbstentladung, dem fehlenden „Memory-Effekt“ (Effekt der trägen Batterie) und einer Entladetiefe von 80%.

 

Welche Batterie ist für Sie am besten geeignet?

 

 

AGM

Gel

2-Volt-Traktion-Gel

Lithium Ionen

Herkömmliche offene Semi-Traktion Batterie

Herkömmliche offene Traktion Batterie

Wartungsfrei

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++++

++++

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-

Gasbildung während des Ladevorgangs

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Selbstentladung bei Inaktivität

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++++

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Lebensdauer bei vollständiger Entladung

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Lebensdauer bei begrenzter Entladung

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++++

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Hoher Ladestrom-Widerstand

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++++

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Geeignet für Erstellung einer Batteriebank mit hoher Kapazität

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Starten von Motoren

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++

-

Stoßfestigkeit

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++++

++++

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+

+

Anzahl der Lade-/Entladezyklen

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Temperaturbeständigkeit

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++++

+

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Installation/Neigungswinkel

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++++

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Kapitalrendite bei begrenzter Nutzung

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Kapitalrendite bei intensiver Nutzung

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Geeignet zum Segeln mit Elektroantrieb

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