Stromversorgung auf meiner Yacht

Üblicherweise wird der Motor mit einer Starterbatterie gestartet. Die weitere Stromversorgung erfolgt mit einer Bordbatterie. Das hat den Vorteil, dass man nach versehentlicher Tiefentladung dieser noch den Motor starten kann. Allerdings sollte man Bleibatterien nur maximal halb entladen, d.h. bis die Batteriespannung unter geringer Belastung auf 12,0 Volt abgesunken ist. Da die Starterbatterie zum starten nur wenig Energie entnimmt (ca. 5Ah), aber dabei viel mehr Strom benötigt, wird die gesamte Elektrodenfläche viel größer und dafür dünner gehalten, kann für sie ein viel geringeres Gesamtvolumen konzipiert werden. Die Bordbatterie hingegen sollte für Zyklenbetrieb geeignet sein. Sie wird mit dickeren Elektroden und einer geringeren Elektrodenfläche gefertigt, um nicht so sehr hohe Ströme über einen längeren Zeitraum liefern zu müssen, ohne die Lebensdauer zu beeinträchtigen. Ich nutze lediglich eine hochstromfähige 200Ah-AGM-Batterie, mit der ich auch den Motor starte.

Batterieladung

Im Gegensatz zu LiIon-Batterien leidet ein nicht ganz voll geladener Bleiakku immer. Das laden mit der Lichtmaschine ( 115A-Drehstromgenerator vom VolvoPenta D1-13) lädt die halb leere 200Ah-Batterie schon im Leerlauf mit ca. 80A. Bei erreichen der Ladeschlussspannung von 14.4 Volt sinkt der Ladestrom auf wenige Ampere ab, so dass sie erst nach vielen Stunden richtig voll wird. Da dann aber die Spannung nicht auf die Erhaltungsladespannung abgesenkt wird, wird sie überladen, was aber scheinbar nicht so tragisch ist, da der Ladestrom dann nur noch ca. 1A beträgt. Ein netzbetriebens 230 Volt-Ladegerät würde nach erreichen der 14,4 Volt auf Erhaltungsladung umschalten, nachdem der Ladestrom auf einen festgelegten Wert gefallen ist, und/oder eine bestimmte Zeit verstrichen ist. Auch mit einem Solarpaneel ist eine Voll-Ladung garantiert. Optimalerweise sollte das Modul und der Regler so viel Energie liefern, dass die Batterie abends voll ist. Ich betreibe 2x105Wp a. 24 Volt an einen MPPT-Regler und bekomme bei Sonnenschein ca. 6-8A oder bei bewölktem Himmel ca. 1-2A. Auch dieser regelt auf 13,8 Volt runter, wenn die Batterie voll ist (eingestellt auf unter ca 1% Ladestrom bei 14,4 Volt).
Ein 7x24h-Betrieb meiner zusätzlich wärmeisolierten Kompressor-Kühlbox BI40 ist somit dauerhaft auch bei bewölktem Himmel möglich, obwohl zum abkühlen von 0,5l Flüssigkeit von 27°C auf 7°C ca. 2Ah benötigt werden (eine thermoelektrische Kühlbox bräuchte dazu 6-8Ah). Ich nutze auch einen 1000W-Transverter für die Kaffeemaschine mit 600Watt. Eine Kanne mit 6 Tassen Kaffee benötigt ca. 5Ah. Die Energiebilanz wird nach einer Stunde Solarladung auch bei etwas bedecktem Himmel und nicht ausgerichteten Paneelen wieder ausgeglichen sein.

Digitalvoltmeter zur Batteriekontrolle

Um mit Hilfe der Ruhespannung des Bleisammler's die noch zur Verfügung stehende Kapazität abzuschätzen, benötigt man ein Digitalvoltmeter. Um den Ladezustand über die Spannungsanzeige auszuwerten, muss man die Batterie ca. 4-6 Stunden in Ruhe lassen.

100%  12,6 - 12,8 Volt
 80%  12,5 - 12,6 Volt
 60%  12,2 - 12,4 Volt
 40%  12,0 - 12,2 Volt

Ich verwende ein 4-stelliges LCD-Paneelmeter vom Typ LDP 135 mit 200 mVolt-Messeingang und vorgeschaltetem Spannungsteiler für den 20-Volt-Bereich. Somit ergibt sich eine Ablesegenauigkeit von 0,01 Volt. Die dazu notwendige Versorgungsspannung von 9 Volt stelle ich über einen 12 Volt zu 9 Volt-DC-Konverter AM1S-1209 mit Potentialtrennung zur Verfügung. Nach meiner Erfahrung können die so gewonnenen Rückschlüsse auf die Restkapazität nur grobe Anhaltspunkte sein.
Ein zweites Paneelmeter der gleichen Bauart kann mit seinem 200 mVolt-Messeingang an einem Shunt die Stromentnahme anzeigen. Ich benutze dazu gleich das vorhandene Kupferkabel. Mit einer Nadel kann man dann sich dann mit Probebohrungen an die notwendige Länge herantasten. Bei mir waren das 55 cm, um auf 100 mV zu kommen ( entspricht 99,9 Ampere).
Die Spannung des Strommessers darf wegen der Potentilatrennung des Wandlers an beliebiger Stelle (ohne Massebezug) gemessen werden. Die Fühlereingänge über Vorwiderstände zum DVM-Eingang geführt werden. Sehr wichtig ist dabei, die 12 Volt-Eingänge zum Wandler mit max. ca. 1A abzusichern und zu filtern, da er keinen Überstromschutzschutz hat und die max. zulässige Eingangsspannung nicht um mehr als 10 Prozent überschritten werden darf. Er übersteht zwar die 14,4 Volt Ladeschlusspannung, nicht aber die Induktionsspitzen, die z.B. durch das abschalten eines Elektromotors entstehen. Mir ist dabei der damals noch ungesicherte 1 Watt DC-DC Konverter einfach so abgebrannt.

Den Shunt kann man auch berechnen
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Der Kupferleiter hat zur Batterie hin einem Durchmesser von 6,3 mm (mit Isolation) und die darunter verdrillten Kupferleitungen zusammen 4 mm. Der Wickel besteht aus 75 Adern mit einem Durchmesser von je 0,39 mm. Daraus ermittelt man den Gesamtquerschnitt von 8,9mm²:


               d² * Pi             0,39² * 3,14
          A = --------- * Adern = -------------- * 75 = 8,9mm² 
                  4                     4

Dann habe ich für diese ca. 9 mm² - Leitung die Länge berechnet, bei der ich bei einem theoret. Stromfluss von 199,9 Ampere auf eine Spannung von 200mV komme.
Nach

          rho * l
     R =  --------
             A

kommt man nach Umwandlung zur Formel:

        U * A     0,2 Volt * 9 qmm/m
    l= ------- = ---------------------------- = 0,55 m
        I * rho    200 Ampere * 0,0164 mm²/m

Batteriemonitor BattMan Lite

automatische Synchronisierung per Auto-Sync-Funktion

Während des Betriebes zeigt der Batteriemonitor automatisch mit der Meldung SYNCHRONIZE an, dass eine Synchronisierung erforderlich ist. Mit Synchronisierungsschritt ist die Durchführung eines vollständigen Ladezyklusses gemeint, d.h. wenn die Autosync-Parameter
F02 Floatspannung des Batterieladers, d.h letzte Stufe des Batt.-laders und
F03 Floatstrom bei Ladeschluss (weniger geht kaum)
während mind. 4 Minuten erfüllt sind. Das ist der Fall, wenn das Ladegerät auf Erhaltungsladung umschaltet. Es erscheint die Meldung FULL im Display und die Anzeige des Ladezustandes wird auf 100% gesetzt. Sie verschwindet nach Betätigung irgendeiner Taste oder wenn die Batterie wieder entladen wird.
Eine manuelle Synchronisierung erreicht man durch gleichzeitiges drücken der Tasten < und > für 3 Sekunden (dann erscheint ebenfalls ein blinkendes FULL).

Setupmenü           eingestellt     min. < Standard < max.

F01  Batteriekapazität             20Ah <  200Ah   < 999Ah  
F02  Floatspannung:  13,8V          8V  <  13,2V   <  33V 
F03  Floatstrom:       1%         0,5%  <     2%   <  10%   
F04  Entlade-Alarm %
F05  Entlade-Alarm an Volt
F06  Entlade-Alarm aus Volt
F07  Peukert-Exponent
F08  Shunt-Stromwert
F09  Hintergrundbeleuchtungsmodus: ON dauerhaft an, OFF dauerhaft aus
     AU:   Licht an durch Tastendruck oder Strom > 1A
F10  Alarmkontaktpolarität (Schließer=NO, Öffner=NC)
F11  Auto-Sync-Empfindlichkeit 
     Wenn die automat. Synchronisierung zu lange dauert oder nicht 
     auftritt, den Wert senken.        0    <    5   <   10

Der Aufruf erfolgt durch 3 Sekunden langes drücken auf die mittlere Taste (A/Ah/setup). Die einzelnen Funktionen werden mit < und > aufgerufen. Mit der Setup-Taste werden die jeweiligen Funktionswerte angezeigt und mit den Tasten < und > können die Werte verändert werden. Einen Schritt zurück zum Setupmenü geht man mit erneutem Druck auf Setup. Alle Werte werden erst durch 3 Sekunden langes Drücken auf Setup gespeichert.

Victron Energy BlueSolar MPPT75/15 12V/24V/15A

Wenn die Batteriespannung mindestens 1 Minute lang unter 13,2 Volt abfällt, oder jeden Morgen bei Sonnenschein wird ein neuer Ladezyklus ausgelöst. Dann liefert der MPPT75/15 soviel Strom, wie die Sonne hergibt, bis die Konstantspannung von 14,4V erreicht wird. Dann schaltet der Regler in die Konstantspannungsphase um, um das schädliche gasen verhindertn, bis die Bleibatterie vollständig geladen ist.
Da der genaue Vollzustand der Batterie nicht nur durch die Höhe des Restladestromes (Floatstrom) erkennbar ist, wird die Dauer der Konstantspannungsphase durch die Batteriespannung vor Ladebeginn gemessen:
Bei 11,9V - 12,2V beträgt die Zeit 4h (unter 11,9V 6h) und
bei 12,2V - 12,6V beträgt sie 2h (über 12,6V 1h).
Fällt die Konstantspannung in dieser Zeit ab, wird die ermittelte Zeit der Konstantspannungsladung angehängt. Danach folgt die Erhaltungsladung mit 13,8V. Wenn die gelbe LED schnell blinkt, befindet sich der Regler in der Bulkladung, blinkt sie langsam - in der Konstantspannungsladung. Wenn sie dauerhaft an ist, befindet er sich in der Erhaltungsladungsphase.

Last Mod: 14.9.2020