Auslegung Zweitbatteriesystem für 5 Tage Autarkie

  • Hallo Herr Rücker,


    da ich in meinem Lada Niva mit seiner miesen Lichtmaschine fabulöse Erfahrungen mit Ihrem Laderegler hatte, fällt mein Blick bei Auswahl der Komponenten für das Zweitbatteriesystem in meinem Land Rover Discovery 3 nun wieder auf Sie :-)


    Verbraucher:
    Ich werde einen DC-AC Sinuswandler bis rund 300W verbauen für übliche Verbraucher wie Notebook und Digitalkamera Ladegeräte, Lötkolben o.ä. Weitere Verbraucher sind eine Waeco CFX40 die ich inkl. max. Verluste mit rund 1Ah/h ansetzen würde. Hinzu Lächerlichkeiten wie LED Beleuchtung innen und aussen für's Camping, alles in allem vielleicht auch maximal 1Ah/h, aber natürlich nur in den Abendstunden. Als Verbraucherbatterien dachte ich an zwei Banner Running Bull 105Ah AGM, diese kommen in das Staufach hinter der zweiten Sitzreihe, ich rechne mit rund 4m Verkabelung. Der max. Ladestrom der originalen LR LiMa soll bei 150A liegen.


    Ich möchte gerne länger autark bleiben und gehe von einer Stand-/Betriebszeit von rund 3, maximal 5 Tagen aus.


    Meine Fragen sind folgende:
    - Sind 2x 105Ah als Verbraucherbatterien richtig dimensioniert? Bei grob überschlagenen 1,5Ah/h und rund 120h komme ich auf 180Ah, wäre also mit bei guter Ladung realistischen 200Ah gut bedient.
    - Kann ich überhaupt AGM Batterien (obigen Typs?) einfach so parallel ran hängen und mit der Standard LiMa laden?
    - Es hängt keine Seilwinde dran. Wie sollte ich die Verkabelung auslegen, um auch bei völlig entleerten Verbraucherbatterien keine Probleme zu bekommen? Reichen 14qmm oder besser 25qmm?
    - Dementsprechend den kleinen oder großen TrennMOSFet?
    - Was ist noch empfehlenswert?


    Vielen Dank!

  • Zitat

    Sind 2x 105Ah als Verbraucherbatterien richtig dimensioniert? Bei grob überschlagenen 1,5Ah/h und rund 120h komme ich auf 180Ah, wäre also mit bei guter Ladung realistischen 200Ah gut bedient.

    Hallo,


    ich halte diese Rechnung für zu optimistisch. Es ist ein oft gemacht Fehler, mit der Nennkapazität eines Akkus in der Praxis zu rechnen. Gerade bei Bleiakkus, die bei Zyklisierung einem hohen Verschleiß unterliegen, führt das zu deutlich verminderter Leistung mit früh erschöpften Akkus. Hier eine kurze Aufstellung der Gründe:


    • Die Nennkapazität eines Bleiakkus ist meist unter Zugrundelegung einer 20stündigen Entladung angegeben. Je langsamer die Entladung stattfindet, desto höher die entnehmbare Kapazität. Insofern passt es hier, weil die Entladung ja länger als 20 Stunden dauern soll, was die entnehmbare Kapazität leicht steigert. Dennoch habe ich immer wieder die Erfahrung machen müssen, dass die Kapazitätsangabe auf dem Akku in der Praxis kaum je erreicht wird. Weshalb ich dazu rate, bestenfalls mit 90% der angegebenen Nennkapazität zu rechnen.
    • Bereits kurze Zeit nach Inbetriebnahme beginnt die Kapazität eines Bleiakkus abzusinken. Die tatsächliche Kapazität sinkt dabei noch weiter unter die Angabe der Nennkapazität ab. Im folgenden rechne ich daher nur noch mit der tatsächlichen Kapazität, nicht aber mit der Nennkapazität.
    • In der Praxis sind Bleiakkus eigentlich nie wirklich voll geladen, sondern schwanken, je nach Nutzungsschema und vorhergegangener Ladezeit zwischen 50 und 80% ihrer tatsächlichen Kapazität. Vorhergegangene langsame Entladungen bedingen ebenso langsame Aufladezeiten, was in der Praxis oft dazu führt, dass ein Bleiakkus auch nach 10 Stunden Ladezeit noch immer Ladestrom aufnimmt. So lange fährt man aber nur sehr selten. Die Folge von langsamer Entladung mit folgenden (zu) kurzen Ladezeiten ist Sulfatierung und Sulfatierung führt direkt zu Kapazitätsverlust.
    • Bis auf Null sollte man Bleiakkus auch nie entladen, denn eine solche verschärfte Zyklisierung führt einerseits zu hohem Verschleiß und andererseits wieder zu Sulfatierung. Man ist deshalb gut beraten, immer wenigstens 30% tatsächliche(!) Kapazität im Akku zu lassen und nur mit den oberen 70% zu arbeiten.
    • Durch den Verschleiß im Betrieb sinkt die tatsächliche Kapazität des Akkus wie oben beschrieben langsam aber sicher ab. Dies muss bei der Berechnung berücksichtigt werden, wenn man nicht plötzlich im Dunkeln stehen will.

    In Zahlen:


    200Ah-Akku neu = 90% der Nennkapazität -> 180Ah
    Realistischer Durchschnittswert der Aufladung: ~75% -> 135Ah
    Abzüglich 30% Ladungsrest, um den Akkuverschleiß in erträglichen Grenzen zu halten -> 95Ah


    Au Backe! :cursing:


    Schwupps, da ist die erste Hälfte der Kapazität eines neuen(!) Akkus schon mal weg. Und jetzt verliert das Mistding auch noch bei dem Zyklus Kapazität., Damit sinkt die tatsächliche Kapazität weiter und weiter.
    Man könnte nun meinen, dass sich Bleiakkus im Grunde gar nicht zur Entladung eignen, weil sie dadurch nur kaputt gehen. In der Tat, da ist was dran. Aber weil Bleiakkus billig sind, jedenfalls viel billiger als die erheblich leistungsfähigeren Akkus auf Lithium-Basis, nimmt man das in Kauf.
    Fazit dieser ersten Betrachtung: Man rechne tunlichst nicht mit der Nennkapazität, sondern nur mit deren Hälfte. Später dann, wenn der natürliche Verschleiß große Teile der Bleiplatten schon gefressen hat, macht man dann noch größere Abstriche.


    Zitat

    Kann ich überhaupt AGM Batterien (obigen Typs?) einfach so parallel ran hängen und mit der Standard LiMa laden?

    Das ist nun wieder überhaupt kein Problem. Bleiakkus sind Bleiakkus sind Bleiakkus, ganz egal ob der Elektrolyt flüssig ist, in Glasvlies aufgesogen vorliegt, oder mit Kieselgur pastiert wurde. Alle Bleiakkus haben deshalb auch weitgehend dieselben Ansprüche an die Ladespannung. Erst wenn größere Änderungen an der Bleilegierung vorgenommen werden, ändern sich diese Ansprüche. Blei/Zinn-Akkus z.B. brauchen eine deutlich erhöhte Ladespannung, sind aber auch ziemlich ungebräuchlich. Die oft zu lesende Behauptung, dass AGM-Akkus (also Bleiakkus mit Glasvlies als Elektrolytspeicher) eine höhere Ladespannung benötigen würden, ist - zum Glück - falsch. Siehe auch: Battery-Mythbusters No.2: AGM-Akkus brauchen eine deutlich höhere Ladespannung, sonst werden sie nicht voll


    Zitat

    Es hängt keine Seilwinde dran. Wie sollte ich die Verkabelung auslegen, um auch bei völlig entleerten Verbraucherbatterien keine Probleme zu bekommen? Reichen 14qmm oder besser 25qmm?

    Das hängt von der Kabellänge ab. Kabelwiderstand bedeutet niedrigere Ladeströme und niedrigere Ladeströme bedeuten längere Ladezeiten. Weshalb man die Kabelwiderstände möglichst minimieren sollte. Man kann aber die Kirche im Dorf lassen und muss keine armdicken Monsterstrippen verlegen. Ich habe verwende immer gern 35mm²-Leitungen, die sind schon sehr gut. Weil sie sich nicht so gut um die Ecken schmiegen, kann man auch zwei parallel geschaltete 16mm²-Leitungen nehmen, die verlegen sich besser. Auch mit 25mm² kommt man noch gut zurecht, aber tiefer würde ich nicht gehen, denn dicke Kabel kosten nicht viel, wenn man nicht gerade hunderte Meter davon kaufen muss, zu dünne Kabel kosten aber massiv Ladezeit.


    Zitat

    Dementsprechend den kleinen oder großen TrennMOSFet?

    Um den passenden Trenn-MOSFET auszuwählen, muss man wissen, wie hoch Spannung und Strom der Lichtmaschine sind. Die Spannung wird wohl 12V betragen, aber den Maximalstrom kenne ich leider nicht. Gerade der ist aber wichtig, um die korrekte Auswahl treffen zu können. Am besten man schaut mal auf das Lichtmaschinen-Typenschild, da ist der Wert notiert.


    Zitat

    Was ist noch empfehlenswert?

    Ah, jetzt wirds für den Gewerbetreibenden interessant. Ich muss mal gerade in meine Marketing-Fibel gucken... :D


    Nein, quatsch! Wenn das oben die Kapazität betreffende hinreichend beachtet wird, wird man kaum Schwierigkeiten bekommen. Man muss aber wissen, das Kühlschränke bzw. Kühlboxen ziemliche Stromfresser sind, die eher mehr Strom aufnehmen, als man denkt. Fünf Tage Autarkie mit einem elektrischen Kühlschrank sind so etwa wie drei Tage mit 230V-Kaffee-Vollautomaten... Es könnte dann nicht schaden, einen Stromgenerator mitzunehmen, oder hin und wieder den Motor mal für ein, zwei Stündchen tuckern zu lassen. Wann dafür der richtige Zeitpunkt gekommen ist, zeigt einem der Batterie-Monitor, den ich noch empfehlen möchte: Batterie-Monitor. Den gibt inzwischen auch als hübsches Gerät mit Dual-Anzeige. :)


    Grüße, Tom

  • OK, schon mal danke für die ersten Hinweise.


    Den Dual Monitor hatte ich auch schon auf der Liste, und da ich bei 4m Kabellänge dann wohl auf 25qmm gehen werde und die LiMa bis zu 150A liefern kann, sind denke ich der 300er TrennMOSFET und das Notstartkit die Artikel der Wahl. :-)


    Noch mal zu den Kapazitäten, eine einfach Maximalrechnung ohne Wandler und weitere Späße, nur die die WaecoCFX40 liefe, die lt. Hersteller mit 0,64Ah/h angegeben ist: 2*105Ah * 0,9 * 0,75 * 0,7 = knapp 100Ah. Da käme ich auf 155h aka 6 Tage. Ich glaube also, dass ich hier mit den beiden fetten Klötzen schon ganz gut liege. Ausserdem passen beide quer nebeneinander genau in das Bodenfach ;-)


    Ich lass mal die Kirche im Dorf. Nachrüsten kann man noch immer. Oder Solar Panel auf den Dachträger ..


    NACHTRAG: Notstartkit um mit den Verbraucherbatterien die Starterbatterie zu laden, NICHT um zu starten. Dann sollte ich mit 25qmm hin kommen, hoffe ich.

  • Zitat

    NACHTRAG: Notstartkit um mit den Verbraucherbatterien die
    Starterbatterie zu laden, NICHT um zu starten. Dann sollte ich mit 25qmm
    hin kommen, hoffe ich.

    Das wird mit einer Parallelschaltung von vollen und leeren Batterien allein nicht gehen, sondern es wird noch eine "Ladungspumpe" benötigt. Andernfalls sickert nur ein winziger Umladestrom in die Starterbatterie und versiegt dann ganz, wenn die erst mal auf 12V hochgezogen wurde. Gut möglich, dass die dabei übertragene Energiemenge noch nicht mal zum Anlassen des Motors reicht.


    25mm² Leitungsquerschnitt wäre das Minimum, was ich bei 4m Leitungslänge und 150A von der Lichtmaschine einbauen würde. 35mm² sind auch nicht wirklich teurer - aber besser! Den Trenn-MOSFET bei so langen Kabeln möglichst lichtmaschinenseitig anschließen, damit der durch die Spannungsverluste auf einem ggf. zu dünnen Kabel nicht irritiert wird.


    Grüße, Tom

  • und bei 35qmm wäre eine ladungspumpe dann auch nicht mehr erforderlich, weil ich nach brückung durch notstartkit dann direkt (sagen wir nach ein wenig wartezeit, sonst nimmt die leere starterbatterie dem anlasser alles wech) starten könnte, richtig?


    NACHTRAG: oder gleich 2x25qmm parallel.

  • Das klingt irgendwie nach der Mär der riesigen Ausgleichsströme. :whistling: Dazu hab ich an anderer Stelle auch mal was geschrieben: Battery-Mythbusters No.3: Gefährliche Ausgleichsströme zwischen vollen und leeren Batterien lassen Trenn-Relais durchschmoren


    Also da fließt wirklich nicht viel und es wird dem armen Anlasser auch nichts weggenommen. Auf jeden Fall reichen die 35mm²-Strippen locker für den Notstart. 2 x 25mm² wären 50mm². Kann man auch nehmen, aber das liegt jetzt wieder etwas oberhalb dessen, was ich verbauen würde. Aber jeder wie er möchte.


    Grüße, Tom

  • wirklich sehr aufschlussreich der beitrag. da wird aber ordentlich mit mythen aufgeräumt. was man teilweise für einen quatsch in div. offroad foren liest, welche spezial ladegeräte man für agm benötigt usw .. danke :-)



    zwei fragen noch zum anschluss:


    - ich kann die beiden 105er einfach an beiden plus parallel schalten und mit deren minus aber einfach direkt auf die fahrzeugmasse gehen oder?
    - wenn ich den batteriemonitor dann ebenfalls in das gemeinsame massekabel hänge und plus an einen der (miteinander ja verbundenen) pluspole, misst dies auch beide als eine batterie?



    danke!

  • Zwei parallel angeschlossene Akkus verhalten sich wie ein einziger mit der Kapazität der beiden Akkus. Entsprechend misst man bei Einfügen des Monitor-Shunts in der gemeinsamen Minusleitung auch den Gesamtstrom beider Akkus. Die Spannung der parallelen Akkus ist auch gleich, insofern gibt es auch hier keine Schwierigkeiten.


    Grüße, Tom

  • hallo tom,


    da ich im disco vorne ein zweites batteriefach habe und dort 60Ah unterbringen kann, plus die 92Ah der regulären starterbatterie (fest mit 50qmm verbunden) denke ich mal, dass ich sehr unwahrscheinlich in die not geraten würde, die aufbaubatterien zum brücken zu nutzen.


    kann das ganze also was die stromlieferung angeht etwas schwächer auslegen.


    die frage die ich jetzt habe bezieht sich auf die batterietechnologie, und ob eine standard lima dazu taugt. kann man sowas damit laden, eine deep-cycle bleigel batterie?


    12V 55Ah USV Blei AGM Bleiakku Bleigel Akkumulator Batterie Camping wie 50Ah 60A | eBay


    oder muss dann so ein ladebooster und spezielles ladegerät dazwischen?


    danke!
    christian

  • Man kann jeden Bleiakku völlig problemlos über die normale Fahrzeug-Lichtmaschine laden. Es gibt keinerlei Unterschiede beim Laden zu beachten, egal ob es sich um Bleiakkus mit flüssigem, in Glasvlies aufgesogenem (AGM), oder mit Kieselgur angedicktem (Gel) Elektrolyten handelt. Alle werden mit derselben Ladespannung geladen.


    Siehe auch:Battery-Mythbusters No.2: AGM-Akkus brauchen eine deutlich höhere Ladespannung, sonst werden sie nicht voll


    Grüße, Tom

  • ah, ok. also ist das vollkommender humbug mit 14,8V ladeschlussspannung usw. kommt mir sehr entgegen :-)


    ich habe mich bei dem disco3 dazu entschieden, die dritte sitzreihe (im boden versenkt) drin zu lassen. dadurch wird dieser platz nun nicht mehr für batterien frei. hinter der linken hinteren seitenverkleidung, also hinter und über dem linken hinteren radhaus befindet sich aber raum, 40cm lang, 20cm hoch, aber leider nur 12cm tief. da geht also nur was mit schwachbrüstigen usv akkus.


    also einfach wie geplant mosfet dazwischen (der kleinere reicht ja dann) dazwischen und los geht's :-)


    danke!



    ps.: erst lesen, dann schreiben. wie kann ich denn den bedarf an höhrerer ladespannung bei zyklischem betrieb decken, gibt es da gerätschaften, die dazwischen geschaltet werden können, wie dc/dc wandler-ladegerte?

  • wie kann ich denn den bedarf an höhrerer ladespannung bei zyklischem betrieb decken, gibt es da gerätschaften, die dazwischen geschaltet werden können, wie dc/dc wandler-ladegerte?

    Das Beste für solche Fälle sind Labornetzteile, die sich in der Spannung einstellen lassen. Der erfahrene Akkumann stellt dann einfach die zur Akkubenutzung, Temperatur und weiteren kleinen Optimierungen nötige Spannung ein und lädt damit seine Akkus. Die Sache hat nur zwei Nachteile und das ist erstens der Preis und zweitens die möglichen Fehler bei der Bedienung (Akku verpolt angeschlossen, Spannung zu hoch eingestellt...). Ansonsten sind moderne Labornetzteile aber ideal, um mit leicht zu variierender Spannung Akkus zu laden.


    Es gibt auch Akku-Ladegeräte mit umschaltbarer Ladespannung. Leider funktionieren die meistens noch etwas anders als gedacht, so dass man vorher nicht weiß, was man hinterher für sein Geld bekommen hat.


    Gleichspannungswandler könnte man prinzipiell auch verwenden, aber nicht hinter Akku-Ladegeräten, das funktioniert nicht. Wenn man aber schon ein entsprechend leistungsfähiges Festspannungsnetzteil von wenigstens 5 bis 10A Leistungsfähigkeit besitzt, könnte man dem in der Tat einen Gleichspannungswandler nachschalten. Lohnen tut das aber nicht, da erstens der Wandler bezahlt werden muss und zweitens auch der Wirkungsgrad zweier Wandler hintereinander ziemlich schlecht wäre.


    Grüße, Tom

  • labornetzteil klingt für mich nach betrieb per sinus-inverter. das wären ja mords verluste .. somit scheidet ein ladegerät mit kennlinie auch aus, es sei denn, es gäbe eines mit 12V betrieb, dass genug spannung erzeugt.


    sonst keine lösung in petto? ich meine, dann kann der plan ja am ende nur noch sein, so viel Ah wie möglich zu verbauen, möglichst preiswerte akkus, weil die ja sowieso nach 4 bis 5 mehrtägigen touren mit mehrfachen zyklen im sack sind.


    deinen ladebooster hinter dem mosfet zu verbauen ist keine idee? bzw. der mosfet ist dann ja eigentlich gar nicht mehr erforderlich, richtig?

  • Moment, hier liegt glaube ich ein Missverständnis vor. Ich nahm an, es ginge um Batterieladung aus Netzstrom. Sorry...


    Wenn kein Netzstrom zur Verfügung steht, dann kann man meinen letzten Vorschlag natürlich vergessen. Dann kann es ja nur darum gehen, aus der angebotenen Lichtmaschinenspannung das Beste zu machen. Natürlich könnte man hier mit Ladeboostern arbeiten, die die Ladespannung hochtransformieren, aber das scheint mir doch ziemlich unelegant zu sein, weil teuer, nicht sehr leistungsfähig und störanfällig. Statt dessen würde ich eher versuchen, gleich einen Lichtmaschinen-Laderegler zu verwenden, der in der Spannung einstellbar ist und dann bei Bedarf einfach eine höhere Spannung einstellen. Innerhalb recht weiter Grenzen führt das bei der Starterbatterie auch nicht zu Problemen, die hält das aus. Die Ladezeiten sind ja durch die Fahrzeiten begrenzt.


    Das man Kabel und Sicherungen von ausreichender Verlustarmut verwendet, versteht sich glaube ich von selbst. Damit wäre das Problem dann einfach und kostengünstig gelöst.


    Grüße, Tom


    PS: Meine Ladebooster eignen sich für diesen Zweck generell nicht, sondern sind für Anwendungen in Anhängern gedacht, wo durch lange dünne Kabel ein hoher Spannungsverlust bei Stromfluss entsteht. Wenn es um Batterien im Zugfahrzeug geht, welche über Ladebooster versorgt werden sollen, kommt man mit 5 bis 10A Ladestrom nicht wirklich weit. Da sollten schon wenigstens 40A zur Verfügung stehen, sonst dauert die Aufladung viel zu lange, gerade bei zyklischen Lasten.

  • hallo tom,


    danke für die antwort.


    ja, also bei lada niva hatte ich keine hemmungen, den eingebauten regler zu zerlegen und deinen laderegler anzuflanschen. hat ja auch super funktioniert. beim jetzigen land rover discovery möchte ich das ungern, die fahrzeugelektrik soll möglichst original bleiben. die karre ist zwar acht jahre alt, aber voll von steuergeräten.


    40A booster gibt es ja in allen preisklassen. vmtl. läuft es am ende darauf hinaus, scheint ja auch eine sehr gängige lösung bei wohnmobilen und lkw mit sleeper zu sein. mit 40A sollte bei 150-200Ah ja genug leistung zur verfügung stehen, die batterie(n) in max. 4h voll zu kriegen. sofern diese das vertragen. :?:


    gruß
    christian

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