Welcher Batterietyp für welchen Zweck?

Gleichgültig ob Naß-, Gel-,  AGM- oder Lithium Ionen Batterie - eine Universalbatterie, die sich als Starterbatterie, als Verbraucherbatterie für das Bordnetz oder Traktionsbatterie für den Elektroantrieb gleichermaßen eignet ist leider bislang noch nicht erfunden worden.
Vielmehr werden alle qualitativ hochwertigen Batterien immer für einen speziellen Einsatzzweck optimiert, entweder als Starter- oder als Verbraucherbatterie, unabhängig von der eigentlichen Batterietechnologie.

Starterbatterie

Starterbatterien müssen in einer sehr kurze Zeit von wenigen Sekunden sehr hohe Ströme von einigen 100A liefern. Dabei werden sie aber nur auf Grund der kurzen Zeit sehr wenig entladen und danach auch wieder sehr schnell von der Lichtmaschine aufgeladen.

Um den kurzzeitigen hohen Strombedarf decken zu können sind die Bleiplatten sehr eng benachbart angeordnet, ferner ist ein Pol ein sehr poröses mit Blei versetztes Kohlegerüst, damit die aktiver Oberfläche stark vergrößert wird um den zu entnehmenden Strom und Kapazität der Batterie zu vergrößern.

Derartige Batterien dürfen nicht zu mehr als 10% entladen werden, ansonsten wird Bleisulfat, dass eigentlich in der Säure gelöst vorliegt in kristalliner Struktur (“Schwammschicht”) auf den Bleiplatten abgeschieden. Damit setzen sich die Löcher in der Oberfläche zu, die Porosität und damit die aktive Oberfläche der Elektrode nimmt ab. Diesen Prozess der Sulfatierung ist nur sehr begrenzt mittels eines Batterieregenerators / Batterieaktivators umkehrbar. Wiederholt sich der Vorgang der Sulfatierung durch weitere Entladungen öfters, werden die tiefer liegenden Schwammschichten immer wieder von neuen Sulfatschichten überdeckt, dann ist eine erfolgreiche Desulfatierung immer schwieriger oder unmöglich, die Batterie ist tot.
Die Zyklenzahl, die eine Starterbatterie "relativ unbeschadet" übersteht ist sehr gering (ca. 100 mal), damit sind diese Batterien als Verbraucherbatterien für das Bordnetz völlig ungeeignet, noch ungeeigneter sind sie natürlich für den Einsatz als Fahrbatterien, wo eine regelmäßige hohe Entladung standard ist.

Häufig wird gefragt, warum kann man aber im Auto eine Starterbatterie als Verbraucherbatterie einsetzen, hier gibt es ja schließlich auch keine Unterscheidung zwischen Starter- und Verbraucherbatterie. Die Antwort hierauf ist ganz einfach, da ein Auto normalerweise fährt, lädt die Lichtmaschine die Batterie ständig auf, d.h. eigentlich wird die gesamte Stromversorgung im Normalbetrieb nur über die Lichtmaschine sicher gestellt und nur während der kurzen Zeit, in der das Auto ohne laufenden Motor steht der Batterie Strom entnommen. Beim Einsatz an Bord eines Schiffes, egal ob Segel-- oder Motorboot, liegt der Fall jedoch ganz anders, hier wird nur während der kürzesten Zeit über die Lichtmaschine nachgeladen, die restliche Zeit müssen die Batterien die elektrische Energie liefern.

Verbraucherbatterie

Verbraucherbatterien für das Bordnetz sollen über einen langen Zeitraum einen relativ geringen Strom für die elektrischen Verbraucher (Navigationsinstrumente, Beleuchtung, Radio, Kühlschrank usw.) an Bord liefern.

Da sie nicht ständig nachgeladen werden, schließlich läuft nicht ununterbrochen die Maschine, liegt das Schiff an am Landanschluß und nachts lädt auch keine Photovoltaik, werden diese Batterien automatisch tiefer entladen, wobei je nach Batteriebauart (Naß, Gel, AGM, LiFePO4) zwischen 50% - 85% der Kapazität entnommen werden können ohne die Batterie zu schädigen. Gleichzeitig ist die Zyklenzahl mit ca. 500 Ladezyklen, bei LiFePO4 Batterien bis zu 6.000 Ladezyklen, auch dies abhängig von der Bauart, wesentlich höher als bei der Starterbatterie.

Natürlich hat die Verbraucherbatterie nicht nur Vorteile. Bauartbedingt besitzen Verbraucherbatterien einen höheren Innenwiderstand und können damit keine derart hohen Ströme wie zum Starten eines Motors erforderlich, liefern, sind also als Starterbatterie ungeeignet.

Traktionsbatterie

Traktionsbatterien sind eigentlich optimierte Verbraucherbatterien, die auf eine höhere Stromentnahme, größere zulässige Entladungstiefe und höhere Zyklenzahl ausgelegt sind.

Bei Traktionsbatterien in AGM Technik können ohne Schädigung der Batterie bis über 60% der Kapazität entnommen werden, die Zyklenzahl liegt dann bei über 500, bei 50% Entladetiefe und bei Heavy Duty oder Deep Cycle Batterien bis über 1.000. Auch bei den Traktionsbatterien übertreffen  LiFePO4 Batterien mit bis über 6.000 Ladezyklen und dies bei bis zu 85% oder sogar 90% Entladetiefe alle anderen Batterietypen.

Damit sind Traktionsbatterien auch die erste Wahl für den Einsatz als Verbraucherbatterien,

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Naß- AGM-, Gel- oder Lithium-Eisen-Phosphat Batterie?

Naßbatterie

Die älteste Bauform einer Batterie ist die Naßbatterie, bei der der Elektrolyt, verdünnte Schwefelsäure, vollkommen flüssig und nicht gebunden ist, wobei offene Batterien, d.h. bei denen destilliertes Wasser über Stopfen nachgefüllt werden kann, heutzutage eigentlich nicht mehr Stand der Technik sind und die vor allem wegen der Gefahr des Auslaufens bei Krängung an Bord einer Yacht heutzutage nichts mehr zu suchen haben. Moderne Naßbatterien  sind wartungsfrei und auslaufsicher bis zu 45° Neigung, besitzen gegenüber der offenen Bauform aber den Nachteil, dass sie nicht nur wartungsfrei sind, sondern nicht gewartet werden können, da während des Ladens der entstehende Wasserstoff und Sauerstoff entweicht (Gasen) und damit der Wasserstand in der Batterie  sinkt und nicht nachgefüllt werden kann.

Dieses Gasen, es entsteht hochexplosives Knallgas, ist auch in Hinblick des möglichen Einbauorts nachteilig, da nur gut belüftete Einbauorte bzw. eine Gasabführung über einen Entgasungsschlauch zulässig sind.

Ein weiterer großer Nachteil der Naßbatterie ist die relativ hohe Selbstentladung, d.h. spätestens alle 3 Monate muß nachgeladen werden, damit nicht von Alleine eine Tiefentladung stattfindet. Ferner sind Naßbatterien bei sehr tiefen Temperaturen nicht frostsicher, sollten also im Winterlager bei Dauerfrostgefahr ausgebaut werden.

Naßbatterien sind insbesondere als Starterbatterie verbreitet und überall dort, wo keine moderne Ladetechnik mit IUoU Kennlinie vorhanden ist, also entweder direkt von der Lichtmaschine ohne nachgeschaltete Ladeelektronik aus geladen wird oder ältere Ladegeräte ohne entsprechende Wahlmöglichkeit für die Ladeschlußspannung und ohne IUoU Kennlinie eingesetzt werden, die einzige Möglichkeit.

Ein Vorteil von Naßbatterien ist, daß sie preislich attraktiv sind, wobei auch hier unbedingt auf den richtigen Typ geachtet werden muß.

Ein TIpp: auch bei den meisten wartungsfreien Batterien kann destilliertes Wasser nachgefüllt und der Säurestand kontrolliert werden. Die Verschlußstopfen sind meist unter einer Aufklebefolie versteckt. Jetzt einfach mit einen spitzen Messer die Folie rundherum aufritzen und mit einem großen Schraubendreher, am Besten Klinge >8mm, den Aufkleber über dem Kreuzschlitz aufstechen, dann einfach den Stopfen heraus schrauben. Jetzt kann der Füllstand und Säuredichte wie gewohnt kontrolliert werden, anschließend destilliertes Wasser bis zur sichtbaren Füllstandsmarke auffüllen und den Verschlußstopfen wieder eindrehen.

So vom Batteriehersteller zwar nicht vorgesehen, aber es funktioniert. Und da die Verschlußstopfen sogar mit einem O-Ring abdichten haben Sie die Vorteile von zu wartender und wartungsfreier Batterie kombiniert.

AGM - Batterie

Die Nachteile von Naßbatterien sind in den modernen geschlossenen AGM- und Gel-Batterien beseitigt.

Die Zellen dieses relativ neuen Typs von Batterien sind hermetisch verschweißt und mit Überdruckventilen ausgerüstet. Der während des Ladevorgangs entstehende Wasserstoff und Sauerstoff kann nicht wie bei Naßbatterien entweichen, sondern wird zu Wasser zurückgewandelt ("Rekombination"), wodurch vollkommene Wartungsfreiheit besteht. Sollte die beim Laden entstehende Menge Wasserstoff und Sauerstoff größer als die Rekombinationsfähigkeit der Batterie werden, wird das überschüssige Gas über die Überdruckventile abgeleitet. Damit ist das Gasungsproblem von Naßbatterien in den modernen geschlossenen AGM- und Gel-Batterien beseitigt, dennoch sollte auch hier der Einbauort belüftet sein, da im Störungsfall, z.B. einem defekten Ladegerät oder Laderegler, auch hier Knallgas entweichen kann.

Bei AGM (Absorbent Glass Mat) Batterie wird der Elektrolyt in Glasfaservlies gebunden. Dadurch gibt es kein flüssiges Elektrolyt mehr und die Batterien sind in jeder beliebigen Lage auslaufsicher und können in beliebiger Lage eingebaut werden, ausgenommen “über Kopf Lage”, dort dürfen sie nicht geladen werden.

Als weiterer Vorteil gilt, dass im Gegensatz zu Gel-Batterien das Vlies den Fluss der Ionen deutlich weniger bremst und dadurch AGM-Batterien sowohl mit höherem Strom geladen, als auch höherer Strom entnommen werden kann. Damit sind auch AGM-Starterbatterien realisierbar. Beispielsweise werden für Fahrzeuge mit Start-/Stopp Automatik grundsätzlich AGM Batterienverwendet.

Vorteilhaft bei AGM-Batterien ist die geringe Selbstentladung, die im Bereich von <!% - ca. 3% / Monat beträgt, damit ist eine Nachladung nur alle 6 Monate erforderlich.

Weitere Vorteile sind die größere Entladungstiefe bei Deep Cycle Batterien sowie die größere Zahl der möglichen Ladezyklen.Realistische Zyklenzahlen sind 500 Ladezyklen bei 50% Entladung, in der sogenannten Heavy Duty Ausführung bis zu 1.200 Ladezyklen bei 50% oder ca. 500 Ladezyklen bei 80% Entladetiefe.

Nachteilig ist die hohe Temperaturabhängigkeit der Kapazität bei niedrigen Temperaturen. So beträgt die Kapazität bei 25°C 100%, bei 0°C nur noch ca. 85% und bei -15°C lediglich 60 - 65% der Nennkapazität.

Gel - Batterie

Ebenfalls wie bei der AGM-Batterie sind die Zellen dieses Batterietyps hermetisch verschweißt und mit Überdruckventilen ausgerüstet. Auch hier wird der während des Ladenvorgangs entstehende Wasserstoff und Sauerstoff durch Rekombination zu Wasser zurückgewandelt, wodurch ebenfalls vollkommene Wartungsfreiheit besteht.

Bei der Gel-Batterie ist der Elektrolyt in Gel (Kieselgel) geliert gebunden. Damit sind diese Batterien ebenfalls absolut auslaufsicher und können in wirklich jeder Lage eingebaut werden. Ein weiterer Vorteil ist die nochmals verringerte Selbstentladung, so dass lediglich alle 9 Monate einmal nachgeladen werden sollte. Dies ist ideal, falls das Schiff längere Zeit ohne Landanschluß im Hafen liegen soll. Kehrt man auf sein Schiff zurück, so haben die Batterien den gleichen Ladezustand wie beim Verlassen.

Sowohl die Zyklenzahl als auch die zulässige Entladung liegen bei Gel-Batterien nochmals deutlich über der von AGM-Batterien, sie betragen ca. 700 - 1.000 Zyklen bei bis zu 80% Entladetiefe, dies bedeuten längere Lebensdauer und größere entnehmbare Kapazität

Die Gel-Batterie hat jedoch nicht nur Vorteile, sondern auch z.T. gravierende Nachteile. So ist die Gel-Batterie gegen Tiefentladung extrem empfindlich und kann bereits mit einmaligem Tiefentladen dauerhaft geschädigt werden. Ferner ist bei Gel-Batterien nachteilig, dass ihnen kein kurzzeitiger, hoher Strom entnommen werden kann, sie also als Starterbatterien ungeeignet sind. Ebenso wie AGM-Batterien sind auch Gel-Batterien stark temperaturabhängig, auch hier beträgt die Kapazität bei -15°C nur noch ca.60 - 65% der Nennkapazität.

Letztlich sind Gel-Batterien auch geringfügig schwerer und wesentlich teurer als vergleichbare AGM-Batterien, wobei hier jedoch die entnehmbare Kapazität berücksichtigt werden sollte.

LiFePO4, Lithium Eisenphosphat - Batterie

Lange Zeit galt die Lithium Technologie als einerseits unbezahlbar teuer, andererseits als gefährlich.

Beides hat sich mit der Lithium - Eisenphosphat Technik (LiFePO4 oder LiFeYPO4) massiv geändert. Diese Technologie ist absolut sicher, bietet eine sehr hohe Speicherdichte und Zyklenfestigkeit und ist über die Gesamtnutzungsdauer wesentlich kostengünstiger als alle anderen aktuellen Batterietechnologien. Alle Nachteile von AGM-, Gel- oder Naßbatterie entfallen

Die Vorteile sind:

• sehr hohe Leistungsdichte, damit geringes Gewicht und geringer Platzbedarf
• wesentlich größere, zulässige Entladetiefe bis zu >90%, damit kleinere Batterien bei gleicher entnehmbarer Leistung gegenüber anderen Batterietechnologien möglich
• sehr hohe Zyklenzahl, bis zu 6.000 bei 80% Entladung
• keine Selbstentladung
• sehr hohe Entlade- und Ladeströme möglich, ideal für Antriebe und Schnellladung
• fast konstante Spannung über den gesamten nutzbaren Bereich
• weiter Einsatztemperaturbereich, von bis zu -45°C - +85°C beim Entladen (je nach Typ)
• vollkommen lageunabhängiger Einbau
• über die Gesamtnutzungsdauer gesehen und unter Berücksichtigung, daß die Batterie bei gleicher Leistung kleiner gewählt werden kann, wesentlich kostengünstiger als alle anderen Batterietypen.

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