Folkeboot Lotte

ein halbes Jahrhundert auf der Ostsee

Am letzten Wochenende haben wir festgestellt, dass unsere Bordbatterie komplett den Geist aufgegeben hat… Da in 2 Wochen unser Sommertörn beginnen soll, brauchten wir schleunigst Ersatz!

Die Frage nach der richtigen Batterie ist aber wie so oft im Bootsbereich eine Glaubens- und Geldfrage – ich werde hier mal versuchen die Problematik zu schildern und unsere Wahl zu begründen. (Es geht in diesem Artikel nur um die Batterie an sich, das weite Feld des Energiemanagements und der Ladetechnik lasse ich extra außen vor.)

Wofür brauche ich meine Batterie?

Fast jeder benutzt an Bord wenigstens eine Batterie; viele verwenden ihre über Jahre und sind (mehr oder weniger) zufrieden. Schwierig wird es oft, wenn man eine neue braucht, sei es als Ersatz für die alte oder für ein neues Boot. Die Fragen sind dann immer die selben: Welche (Technik) soll es sein? Welche Kapazität brauche ich? Wieviel will ich ausgeben?

Grundsätzlich muss man zwischen einer Starterbatterie und einer Verbraucherbatterie unterscheiden. Egal für welche Akku Technik man sich entscheidet, eine Batterie die für beides gleichermaßen geeignet ist, wurde bisher noch nicht erfunden. Qualitativ hochwertige Batterien werden stets entweder als Starter- oder als Verbraucherbatterie entwickelt. Aus dem unterschiedlichen Einsatzgebiet ergibt sich eine unterschiedliche Konstruktion, insbesondere der Bleiplatten. Starterbatterien sind darauf ausgelegt, einige Sekunden lang höchste Ströme zu liefern, auch bei tiefen Temperaturen. Daher ist die Angabe des Kaltstartstromes nach DIN/EN, Englisch "CCA" (Cold Cranking Ampere) für die Auswahl einer Starterbatterie bedeutsamer als die Kapazität. Moderne Starterbatterien liefern bereits aus kleinen Kapazitäten heraus wesentlich höhere Startströme als frühere Modelle. (Achtung: Einer Starterbatterie sollte nie mehr als 15% der Kapazität entnommen werden!) Verbraucherbatterien sollen über einen langen Zeitraum hinweg  Navigation, Funk, Kajütbeleuchtung und Radio (bei vielen Yachten auch den Kühlschrank) mit Strom versorgen. Diesen Batterien kann üblicherweise etwa 50% der Kapazität entnommen werden.

Also kommt für uns – da wir keinen Innenborder starten müssen und nur unsere Elektronik versorgen wollen – nur eine Verbraucherbatterie in Frage.

Soweit gilt die Problematik nicht nur für Bootsbesitzer, sondern zum Beispiel auch für Wohnmobilisten…

Schwierigkeiten beim Bordeinsatz

Auf einem Boot, gerade einem Segelboot, gelten aber noch weitere Anforderungen, wovon eine ganz besonders wichtig ist: Die Kippsicherheit. In allen Nassbatterien ist Säure als flüssiges Elektrolyt enthalten – dieses darf bei Lage natürlich nicht austreten! (Achtung: Auch bei extrem kippstabilen Batterien sollten Blei-Säure Batterien immer in einer Batteriewanne aus Plastik verbaut werden.)

Nass-, Gel- oder AGM-Batterie?

Vor- und Nachteile von Nass-Batterien

Die klassische Batterie ist die Nass-Batterie mit einem flüssig Elektrolyt. Im Laufe der Zeit wurde dieser Batterietyp mit Schraubverschlüssen zum Nachfüllen von destilliertem Wasser ständig weiterentwickelt. Daher gehören sie, trotz der verschiedenen, vielversprechenden Neuentwicklungen, noch lange nicht zum alten Eisen (zumal ihr Preis-Leistungs-Verhältnis unschlagbar günstig ist). Viele Nassbatterien sind allerdings nicht wartungsfrei; das heißt, dass der Elektrolytstand regelmäßig kontrolliert und gegebenfalls durch Zugabe von destilliertem Wasser korrigiert werden muss. Warum? Während jedes Ladevorganges entstehen aus dem destillierten Wasser Wasserstoff und Sauerstoff, die durch die Belüftungsöffnung entweichen. Dadurch wird der Stand des Elektrolyts in der Batterie vermindert und muss regelmäßig ergänzt werden. Hierzu sollte sich die Batterie an einem gut zugänglichen Ort befinden, damit die Schrauben zur Kontrolle des Wasserstandes mühelos erreicht werden können. (Achtung: Im geöffneten Zustand kann das stark ätzende Elektrolyt leicht nach außen "schwappen".) Einfacher ist die Wartung bei sogenannten wartungsfreien Batterien. In ihren Zellen ist ein Wasser-Reservoir eingebaut, das für drei Jahre eines EU-genormten PKW-Lebens ausreicht. Danach beginnen der Wasserstand (und damit auch die Kapazität der Batterie) langsam zu sinken. "Wartungsfrei" heißt am Ende also nicht "muss nicht gewartet werden", sondern "kann nicht gewartet werden".

Dieses wurde erst mit der Entwicklung richtiger verschlossener Batterien verbessert, bei denen die Batteriezellen mit Überdruckventilen verschlossen sind: Gel- und AGM-Batterien. Die Zellen dieser neuen Generation der Stromquellen sind zugeschweißt, jedoch mit Überdruckventilen ausgerüstet. Der während des Ladens entstehende Wasserstoff und Sauerstoff entweicht aber nicht wie bei den „geschlossenen“ Nass-Batterien nach außen, sondern wird durch eine Nebenreaktion zu Wasser zurück gewandelt. Dadurch sind diese Batterien wirklich vollkommen wartungsfrei – solange die beim Laden entstehende Menge Wasserstoff und Sauerstoff nicht größer wird als die begrenzte Rekombinationsfähigkeit der Batterie verkraftet.

Die Legierung beeinflusst die Batterieeigenschaften. Besonders langlebige Nassbatterien verfügen oft über eine Legierung mit Antimon. Nachteil: Sie fördert die Selbstentladung und den Wasserverbrauch. Vorteil: Neben den dickeren Platten sorgt Antimon aber auch für Zyklenfestigkeit. Die Dicke der Platten und ihr Abstand zueinander wirken sich auf den Innenwiderstand aus. Bei einer Nassbatterie ist er relativ hoch, der Akku ist daher weniger leistungsfähig. Zudem steigt der Widerstand mit dem Alter weiter an. Batterien altern oder verschleißen, wenn sie zyklisch belastet werden. Je häufiger und tiefer ein Akku entladen wird, desto mehr altert er: Die Platten beginnen zu bröckeln – auch Verschlammung genannt. Vor allem Nassbatterien leiden unter dieser Eigenschaft.

Entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer eines Akkus nimmt nicht nur der Entlade-, sondern auch der Ladevorgang. Bei der Energieentnahme bildet sich an den Platten Bleisulfat . Beim Laden löst sich das Sulfat auf – wenn der Akku richtig geladen wird. Es ist wichtig, eine Blei-Säure-Batterie nie entladen zu lagern, sonst wachsen die Sulfatkristalle und lösen sich beim nächsten Laden nicht mehr auf; als Folge sinkt die Akkukapazität.

Für eine Nassbatterie genügt im Prinzip simple Ladetechnik. Doch Vorsicht: Wird sie zu lange oder mit zu hoher Spannung geladen, bildet sich im Gehäuse Gas. Dieses muss entweichen können.

Für uns am wichtigsten: Nassbatterien sind nicht auslaufsicher. Sie sollten nur mit Entlüftungsschlauch und säurefester Einbauwanne im Innenraum eingebaut werden.

Trotz dieser Nachteile haben Nassbatterien ihre Berechtigung: Ihr Preis ist attraktiv. Und wer seinen Akku nur mit kleinen Verbrauchern belastet und ihn wieder rasch nachlädt, kommt mit einer Nassbatterie gut zurecht.

Vor- und Nachteile von Gel-Akkus

Bei Gel-Batterien ist der Elektrolyt durch Zusatz von Kieselgel geliert (gebunden). Aus diesem Grunde sind Gel-Batterien auslauf- und kentersicher sowie deutlich länger lagerfähig als Standard-Batterien mit flüssigem Elektrolyt. Durch die geleeartige Konsistenz des Elektrolyts wird auch die Selbstentladung deutlich reduziert – ein Gel-Akku übersteht ohne Probleme den Winter ohne Nachladung. Aus dem gleichen Grund setzen Gel-Akkus beim Laden oder Entladen dem Fluss der Ionen aber einen höheren Widerstand entgegen als vergleichbare Nass-Batterien. Dies hat zur Folge, dass Gel-Akkus schlechter in der Lage sind in kurzer Zeit hohe Ströme abzugeben. Sie sind also zum Starten des Motors ungeeignet und daher reine Verbraucherbatterien.

Gel-Akkus verfügen über sehr dicke Platten. Der Ionenaustausch ist aber nicht nur bei der Energieabgabe träger, sondern auch bei der Energieaufnahme – Gel-Batterien müssen lange geladen werden. Dafür kann über lange Zeit viel Strom bei konstanter Spannung bis weit unter 50 Prozent der Kapazität entnommen werden. Die Lebensdauer eines Gel-Akkus wird von Tiefenentladungen nicht stark beeinträchtigt. Aufgrund einer korrosionsfesten Calcium-Legierung sollen Schäden an den Platten – das Verschlammen – kaum auftreten. Die Konsistenz des Elektrolyts macht Gel-Akkus auch robust gegen hohe Temperaturen. Andererseits sinkt die Leistungsfähigkeit bei Kälte, was für uns Segler sicher weniger wichtig ist, da wir im Winter eher nicht auf See sind.

Die dicken Platten haben aber auch Einfluss auf das Leistungsgewicht, sprich die Relation aus Amperestunden zu Gewicht – Gel-Akkus sind schwerer als vergleichbare Nass-Batterien.

Vor- und Nachteile von AGM-Batterien

AGM-Batterien (Absorbent Glass Mat) sind die modernste Variante des Bleiakkumulators. In ihnen wird der Elektrolyt in Glasfaservlies gebunden. Dadurch erreicht man eine niedrige Selbstentladung, die erneutes Aufladen erst alle halbe Jahr notwendig macht (wenn der Akku nicht über 20° C gelagert wird). AGM-Batterien sind, wie die Gel-Akkus, kenter- und auslaufsicher und sie lassen sich praktisch in jeder Lage einbauen, was besonders auf kleinen Booten von Vorteil ist. Das Geheimnis liegt im Glasvlies, in dem der flüssige Schwefelsäureelektrolyt gebunden ist. Außerdem werden alle Komponenten mit Druck in das Gehäuse eingepresst. Der Plattenabstand ist minimal. All das bewirkt einen geringen Innenwiderstand, wenig Verschleiß und hohe Leistungsfähigkeit.

Diese Leistungsfähigkeit zeigt sich auch beim Laden. AGM-Akkus können im Vergleich zu Nass- und Gel-Batterien schneller und mit höherer Spannung geladen werden. Im Gegensatz zum Gel bremst das Vlies den Fluss der Ionen deutlich weniger. Dadurch lassen sich AGM-Batterien schneller mit stärkerem Strom als Gel-Batterien aufladen und durch den geringeren Innenwiderstand können sie, falls notwendig, entsprechend größere Strommengen an die Verbraucher liefern.  Sie können in kurzer Zeit eine hohe Strommenge abgeben und eignen sich damit besonders gut für den Einsatz von Wechselrichtern.

Wichtig beim Laden ist ein Ladegerät mit Temperatursensor: AGM-Batterien reagieren empfindlich auf Hitze, die eben auch beim Laden entsteht. Kälte macht ihnen hingegen weniger aus.

Die Zyklenfestigkeit

Je nach Modell überstehen Verbraucherbatterien die Entladung (bis ca. 50% ihrer Kapazität) und anschließende Ladung zwischen 350 und 500 Mal. Diese Zahl nennt man Zyklen.  Gilt also: "Je mehr Zyklen umso besser"? Nein. Für einen typischen Segler reichen die 500 Zyklen einer guten Verbraucherbatterie allemal: Wir segeln in einer guten Saison etwa 25 Wochenenden, dabei laden wir die Batterie nicht jedesmal zwischendurch auf, so dass sich etwa 40 Lade-/Entladezyklen ergeben. Hinzu kommen 4 Wochen Urlaub, in denen die Batterie jede Nacht geladen wird – also weitere  28 Zyklen. Zusammen sind das dann ca. 70 Zyklen pro Jahr. In den etwa 7 Jahren, die eine gute Batterie an Bord übersteht, kommen also etwa 490 Zyklen zusammen…

Anders ist die Situation bei Langfahrtseglern: Langfahrer leben ganzjährig an Bord, fahren üblicherweise täglich einen Zyklus. Eine normale Verbraucherbatterie hat unter diesen Umständen nach spätestens zwei Jahren das Ende der Lebensdauer erreicht. Hier ist es sinnvoll, einen Typ mit deutlich höherer Zyklenzahl zu wählen: 1000 Zyklen entsprechen gut drei Jahren Langfahrt – die typische Weltumsegelung dauert ebenfalls drei Jahre…

Welche Batterie also wählen?

Wer mit einer normalen Lichtmaschine und einem vielleicht schon etwas betagten Ladegerät seine Batterie laden will (und der Aufwand gelegentlicher Säurestandskontrollen und eventuelles Auffüllen von destilliertem Wasser zumutbar findet), für den sind Nassbatterien auch heute noch eine bewährte und preiswerte Wahl.

Allerdings sollten diese Batterien spätestens alle drei Monate nachgeladen werden, dieses gilt auch für das Winterlager. Beim Kauf ist zusätzlich darauf zu achten, dass man eine kippsichere Variante kauft – hier helfen die Spezifikationen des Herstellers. Wer einen absolut lagefesten Batterietyp benötigt, den Akku im Winterlager nicht nachladen kann (oder will) oder wenn es auf höchste Leistung ankommt, dann sind AGM-Batterien die erste Wahl. (Gel-Batterien sind immer dann der bevorzugte Typ, wenn außerordentlich lange Lagerzeiten gefragt sind.) Beide Typen verlangen aber eine Ladung ausschließlich mit einer IU0U-Kennlinie, was mit einer herkömmlichen Lichtmaschine nur mit einer Nachrüstung zu erreichen ist.

Wir haben uns am Ende für die Varta Professional Dual Purpose entschieden: Sie wurde speziell für den Einsatz in Booten und Wohnmobilen entwickelt, ist langlebig (hat bei einem Entladungsgrad von 50% noch über 200 Zyklen), hat eine geringe Selbstentladung, hat die gleichen Maße wie unsere alte Batterie und ist kippsicher. Dazu haben wir sie für 84 Euro bekommen – ein entscheidendes Argument.

 

Kategorien: Technik