Batterieüberwachung mit dem Balmar SG200
Batterieüberwachung mit dem Balmar SG200 - State of Charge SOC Anzeige.

Batterieüberwachung – Die Tankanzeige für die Batterie

Ein Überblick über das Warum und das Wie

Batterieüberwachung ist wie die Tankanzeige für die Zusatzbatterie. Nur komplizierter, denn einer Batterie ist es etwas schwieriger zu entlocken, wieviel und wie lange sie noch Energie abgeben wird. Wir erklären anhand des Balmar SG200 was hinter der Batterie-Monitoring steckt und wie es funktioniert.

Würdet ihr ohne Tankanzeige oder eine Möglichkeit den Füllstand zu messen auf die Reise gehen und in ein Abenteuer starten? Wohl eher nicht. Es hängt viel von dieser simplen Information ab. Wie weit komme ich? Komme ich durch? Komme ich zurück? Ähnlich verhält es sich mit der Zusatzbatterie. Je nach Reise und Abenteuer ist es sehr hilfreich, den Ladezustand und die Restkapazität genau zu kennen. Im Sommer können wir zwar auf die Standheizung verzichten, nicht aber auf den Inhalt der Kühlbox. Im Winter muss sichergestellt sein, dass die Heizung auch in der kommenden Nacht zuverlässig läuft.

Anders als bei der Tankanzeige ist die Bestimmung der tatsächlichen Restkapazität einer Batterie sehr viel schwieriger. Zahlreiche Faktoren spielen eine Rolle: Batterietyp, Ladezustand, Alter, Temperatur, Entlade- und Ladezyklen und die Höhe der Stromentnahme zu einem bestimmten Zeitpunkt. Das können wir nicht einfach per Zettel und Uhr nachhalten, dazu braucht es eine ausgeklügelte Messtechnik. Bei dieser Technik gibt es Unterschiede, je nach dem welche Einflussfaktoren von dem Batterieüberwachungs-System berücksichtigt werden.

In diesem Artikel gehen wir darauf ein, welche Informationen für euch wichtig sind, wie eine Batterieüberwachung aufgebaut ist und wie ein ideales Monitoring-System arbeitet.

Der Sinn der Batterieüberwachung

Auf Treffen und in Foren ist immer wieder von Problemen mit der Verbraucherbatterie zu hören und zu lesen. Dann wird nach einer besseren Batterie gefragt und es kommen ganz viele Antworten, dass man selbst mit diesem oder jenem Batterietyp schon seit Jahren keine Probleme hat, usw. Auch die Ladetechnik, gerade bei Doppelbatteriesystemen, ist dabei immer Top-Thema. Und seit einigen Jahren kommt neben Landstrom auch die Solarstrom-Versorgung immer öfter zum Einsatz. Das Versorgungssystem kann mitunter schon recht komplex sein. Einfach zusammenklemmen oder doch aufwändigere Ladetechnik? Ihr kennt das. Dabei wird oft vergessen, dass es sehr viele Faktoren gibt, die über ein langes Leben der Batterie entscheiden. Das fängt bei der Wahl des richtigen Batterietyps für den jeweiligen Zweck und ausreichender Kapazität an, geht über die Ladetechnik und endet bei der Wartung und Pflege der Batterie.

Natürlich sollte ein Verbraucher-Batteriesystem schon von vornherein vernünftig dimensioniert sein, aber dabei werden statische Werte angesetzt. Ihr wisst zwar, wieviel Energie Eure Verbraucher benötigen, wenn sie laufen, aber was dabei außen vor bleibt ist, wie oft werden sie denn laufen? Wie oft wird denn tatsächlich die Heizung, die Kühlbox oder das Licht angehen und die Smartphone-Akkus nachgeladen werden? Das kann keine Berechnung vorher mit einbeziehen und verhält sich von Reise zu Reise anders.

Woher also die Erfahrung nehmen, auf die ihr Euch dann bei der Dimensionierung und Anpassung stützen könnt? Genau solche Informationen liefert euch eine fähige Batterieüberwachung. Und wenn ihr dann einmal unterwegs seid, hilft sie euch dabei, die Ladezeiten, sei es durch Fahren, Solar- oder Landstrom rechtzeitig zu starten.

Mehr als nur eine Füllstandsanzeige

Die Batterieüberwachung macht einige Vorgänge beim Be- und Entladen sicht- und nachvollziehbar. Die Informationen über Lade- und Entladeströme geben mehr her, als nur die Anzeige der restlichen Kapazität. Die Überwachung kann Stromlecks, defekte Verbraucher oder Ladegeräte entdecken. Sie kann Auskunft darüber geben, ob der Laderegler richtig auf den Batterietyp angepasst ist und so helfen euer System zu optimieren.

Beherrscht eure Überwachung die „State of Health“-Angabe (SOH), zeigt sie euch sogar die unvermeidliche Alterung der Batterie an. So seht ihr zum einen, wann eine Batterie besser getauscht wird, bevor sie im Einsatz den Dienst versagt und zum anderen kann so auch ermittelt werden, ob die Batterie wirklich optimal behandelt wird. Altert sie viel zu früh, stimmt in dem System etwas nicht.

Kurz gesagt, mit den Informationen einer guten Batterieüberwachung seid ihr in der Lage, das System zu optimal zu nutzen, zu verbessern und Probleme zu erkennen. Wer gerne länger und möglichst autark auf Reisen steht, wird das zu schätzen wissen.

Wesentliche Angaben zu einer Batterie

Eine Batterie wird von zahlreichen Begriffen, Abkürzungen und Werten begleitet. In den Datenblättern und auf den Etiketten der Batterie könnt ihr schon einiges ablesen. Dazu kommen die Begriffe, die den Zustand der Batterie im Betrieb beschreiben, die also erst später relevant werden. Beispielsweise gibt es Batterietypen, die sehr unter langer Lagerung und mangelnder Ladung leiden. Andere Batterietypen sind unempfindlich dagegen. Aber gehen wir der Reihe nach vor, klären wir erst die wichtigsten Begriffe rund um die wiederaufladbare Batterie.

Fachbegriffe und deren Bedeutung

Nennkapazität

Die Nennkapazität gibt die Energiemenge an, die die Batterie im Neuzustand speichern kann. Abhängig vom Akku-Typ kann diese vollständig oder nur teilweise entnommen werden. Bei Blei-Säure-Starterakkus, die immer noch häufig auch als Verbraucherbatterie genutzt wird, wird sie nach Norm 50342 bei 25 Grad Celsius ermittelt. Es ist die Kapazität, die bei dieser Temperatur 20 Stunden entnommen werden kann, bis die 12 Volt Batterie die Ladeschlussspannung von 10,5 Volt erreicht hat.

Nennspannung

Das ist ein mittlerer Spannungswert, der zwischen den Batteriepolen gemessen werden kann. Auf diesen Wert sind alle Verbraucher im Fahrzeug abgestimmt. Typisch sind 12 Volt im PKW- und 24 Volt im Nutzfahrzeugbereich.

C-Wert

Die C-Rate ist ein Faktor, eine relative Größe, die den Entladestrom im Verhältnis zur Kapazität angibt. Man könnte es auch die Entladegeschwindigkeit nennen. Eine Batterie wird für einen bestimmten C-Wert entwickelt. 1C gibt die Ein-Stunden-Rate an. Bei einer 75 Ah Batterie bedeutet das, dass sie bei einem Entladestrom von 75 A innerhalb einer Stunde entladen wäre. 3C würde bedeuten, dass 225 A Entladestrom für 20 Minuten anliegen dürften (1/3 Stunde). 0,5C sind dann 50 A in 2 Stunden.

Steht das C vor der Zahl, was bei Autobatterien oft der Fall ist, ändert sich die Bedeutung. C1 entspricht 1C, ein Strom von 75 A würde die Batterie also nach einer Stunde auf die Entladeschlussspannung entleeren, der Punkt also, an dem die Batterie als entladen gilt. C3 bedeutet, dass ein Entladestrom von 25 A nach 3 Stunden zur Entleerung führt. Eine Blei-Säure Starterbatterie ist auf C20 ausgelegt. So kann die 75 Ah Starterbatterie 20 Stunden 3,75 A liefern (3,75 x 20 = 75). Das entspricht 0,05C.

In der Realität muss der Peukert-Faktor mit einbezogen werden. Durch ihn wird berücksichtigt, dass die tatsächliche Kapazität von der Höhe des Entladestroms abhängt. Die obere Annahme würde bei einem Peukert-Faktor von 1 zutreffen, dann wäre die Kapazität unabhängig vom Entladestrom. Bei der 75 Ah Blei-Säure-Batterie kämen die realen Kapazitäten, bei einem mittleren Peukert-Faktor für diesen Batterietyp von 1,2, wie folgt aus, wenn die Batterie für bestimmte C-Faktoren ausgelegt wäre:

Cx xC Kapazität Ah Entladestrom A
C1 1C 41,2 75
C5 0,2C 56,84 15
C20 0,05C 75 3,75
C50 0,02C 90,08 1,5
C100 0,01C 103,48 0,75

Wichtig in diesem Zusammenhang ist, dass der Wert sowohl für die Entladung als auch für die Ladung gilt. Zwar muss beim Laden etwas mehr Strom in die Batterie fließen als die später wieder abgeben kann, aber eine Angabe von C20 bedeutet, dass die Batterie bei maximalem Ladestrom 20 Stunden benötigt, bis sie wieder voll ist. Je nach Batterie und Anwendungszweck werden auch tatsächlich die unterschiedlichen C-Raten für das Ent- und Aufladen angegeben.

Gluehbirne-Idee-Erklaerung

Peukert-Faktor

Wilhelm Peukert stellte 1897 fest, dass die Restkapazität einer Bleibatterie abhängig von der Höhe der Stromentnahme ist. Je stärker der Verbraucher, desto weniger Restkapazität verbleibt. Die Aussage, dass aus einer Batterie mit 100 Ah entweder 100 Stunden 1 A oder 1 Stunde 100 A entnommen werden können, ist in der Praxis nicht richtig.

Unterschiedliche Akkutypen besitzen auch einen unterschiedlichen Peukert-Faktor. Mit am besten liegen NiMH (Nickel-Metallhybrid) Akkus, sie haben einen Faktor von fast 1 (1,09). Bleiakkus liegen zwischen 1,1 und 1,3. Mit zunehmender Alterung des Akkus steigt der Faktor an.

Vollzyklus

Der Vollzyklus ist eine komplette Entladung mit folgender Vollladung.

Zyklenanzahl

Die Zyklenanzahl gibt an, wie oft die Batterie wieder voll geladen werden kann. Sie ist eine direkte Aussage des Herstellers über die mögliche Lebensdauer.

State of Charge – SOC

Der SOC gibt den Ladezustand der Batterie an. Aber aufgepasst, hier kann es erhebliche Unterschiede geben, je nach dem was die Batterieüberwachung als 100% bzw. als „voll geladen“ ansieht. Ist das ein statischer Wert (Nennkapazität), weicht die Angabe mit zunehmender Lebensdauer von der Realität ab.

State of Health – SOH

Dieser Wert ist eher neu im Bereich der Batterieüberwachung, aber wichtig. Er gibt die tatsächliche maximale Kapazität der Batterie an. Diese Kapazität nimmt mit der Zeit ab, denn die Batterie altert unweigerlich. Der SOH-Wert beschreibt diese Alterung, die schneller oder langsamer fortschreiten kann. Dieser Wert ist sinnvollerweise die Grundlage für den SOC, der dann nah an der Realität ist.

Depth of Discharge – DOD

Das ist die Entladungstiefe. DOD + SOC sollten 100% der tatsächlichen, noch möglichen Restkapazität ergeben. Eine vollständige Entladung beträgt 100%. Es besteht ein logarithmischer Zusammenhang zwischen DOD und der Lebensdauer einer Batterie. Je höher der DOD-Wert ist, je kürzer werden die Zyklenzahl und somit die Lebensdauer. Andersherum gesagt, je länger und öfter eine Batterie voll geladen und voll gehalten wird, desto länger lebt sie.

Entladespannung

Bis zu dieser Spannung darf eine Batterie entladen werden. Wird weiter Entladen und sinkt die Spannung unter diesen Wert, besteht die Gefahr der Tiefenentladung und irreparabler Schäden.

Ladeschlussspannung / Ladeendspannung

Dieser Wert gibt die maximale Spannung an, mit der eine Batterie aufgeladen werden darf. Der wesentlich begrenzende Faktor ist die Batterietechnologie. Der Wert sollte vom Hersteller angegeben oder erfragt werden.

Welche Informationen wichtig sind

Jetzt stellt sich die Frage, welche Informationen sollte sinnvollerweise das die Batterieüberwachung anzeigen? Jeder hat sicherlich Präferenzen. Der einfache Nutzer muss bzw. möchte weniger Information haben als der geneigte Technik-Freak, der auch noch das letzte Quentchen rausholen will.

Restkapazität und verbleibende Entnahmezeit – SOC

Mit die wichtigste Angabe ist natürlich die verbliebene Restkapazität und ggf. die Restzeit, die Verbraucher die bei gegebener Last noch betrieben werden können. Die Restkapazität kann sich auf zwei verschiedene Bezugswerte beziehen. Üblicherweise wird die Nennkapazität als Ausgangskapazität von 100% angesetzt. Wird Strom entnommen, wird dieser von davon abgezogen. Bei der Berechnung gehört auch die Berücksichtigung des Peukert-Faktors dazu. Dieser bezieht die Höhe des Entladestroms mit in die Rechnung ein. Noch genauer ist es, wenn der State of Health (SOH) als Grundlage der Berechnung angesetzt wird. Dieser Wert repräsentiert die Alterung und die Abnahme der Gesamtkapazität des Akkus. Damit wird auch die Angabe der Restkapazität viel genauer.

Alterungszustand der Batterie – SOH

Eine Batterie altert, richtig behandelt oder nicht. Zu wissen, wie groß noch die maximale Gesamtkapazität ist, ist wie beschrieben bei der Restkapazität sehr hilfreich, aber auch um zu wissen, wann es Zeit ist, die Batterie auszutauschen.

Rechnet die Batterieüberwachung einfach nur vom Nennwert der Kapazität den entnommenen Strom runter, ist die Angabe des Ladezustands bzw. der Restkapazität zu hoch. Gute Systeme beziehen auch den Peukert-Faktor mit ein, was die Angabe des SOC bereits präziser macht. Sehr gute Systeme lernen den Akku anhand von anfänglichen Entlade- und Ladezyklen so gut kennen, dass sie die Alterung mit hinzuziehen (SOH). Mit anderen Worten, ein sehr gutes System zeigt den SOC unter Berücksichtigung aller zugänglichen Faktoren und der damit verbundenen Kapazitätsveränderung an.

Batterieüberwachung - State of Health, der Alterungsgrad der Batterie.
Batterieüberwachung – State of Health, der Alterungsgrad der Batterie.

Stromentnahme

Auch nicht unwesentlich ist das Wissen über die aktuelle Stromentnahme. Wenn ihr wisst, wieviel Strom gerade entnommen wird, könnt ihr nachvollziehen in welchen Situationen ihr wieviel Strom benötigt und ob eure Verbraucherbatterie richtig dimensioniert ist. Ihr könnt auch sehen, ob ungewollt Strom fließt (Leckstrom, defektes Gerät,usw.) und wie hoch er ist. Natürlich könnt ihr beim gleichzeitigen Laden und Entladen, beispielsweise bei Solarladung, sehen, ob gerade Strom gespeichert oder entnommen wird.

BALMAR SG200 - Aktuelle Stromentnahme.
BALMAR SG200 – Aktuelle Stromentnahme.

Spannung

Die Spannungsangabe ist auch nicht ganz unwichtig. Beim Laden lässt sie euch erkennen, ob sie zu niedrig oder zu hoch ist. Ersteres bedeutet eine schlechte Ladung und wahrscheinlich eine niemals voll geladene Batterie. Letzteres kann sogar gefährlich werden, dann wenn die Batterie zu „kochen“ anfängt, weil die Ladespannung zu hoch ist. Dann verliert sie zum einen zu viel Wasser, gerät unter Druck und produziert explosiven Wasserstoff.

Beim Entladen könnt ihr verfolgen, ob ein zu starker Verbraucher die Spannung zusammenbrechen lässt. Im Ruhezustand, also (einige Zeit) ohne Last, könnt ihr die Polspannung (Klemmenspannung) ablesen. Liegt sie beispielsweise bei Blei-Säure-Batterien unter 10,5 Volt, ist sie kaputt.

Aufbau und Komponenten eines Batterie-Monitoring-Systems

Da es vornehmlich um das Messen von Entlade- und Ladeströmen geht, ist die Strommessung ein zentraler Bestandteil einer jeden Batterieüberwachung. Bei geringen Strömen bis ca. 15 A würde es reichen, dass Messgerät einfach in den Stromkreis aller Verbraucher einzuschleifen. Der richtige Ort dafür ist übrigens kurz vor dem Massepol der zu überwachenden Batterie oder Batteriebank. Dort kommen alle Verbraucher- und Ladeströme zusammen.

Da der Messbereich normaler Strommessgeräte aber vergleichsweise gering ist, besitzen die meisten Überwachungssysteme einen besonderen Widerstand, den Shunt. Er ist zumeist mit einer Elektronik verbunden, die alle Ströme und ihre Richtung (Laden/Entladen) erfasst. So kann nach ein paar Entlade- und Ladezyklen (Synchronisierung) auf die tatsächliche Kapazität des Akkus geschlossen werden. Die Nennkapazität wird statisch in das System eingegeben und so kann auch auf die Alterung des Akkus ein Rückschluss erfolgen und die tatsächliche Restkapazität angezeigt werden.

Im Bild seht ihr einen Shunt und quer darüber, die Elektronik mit den DEUTSCH-Anschlüssen des Bussystems. An diesem Bussystem können die die Anzeigen, Bluetooth-Adapter und je nach System auch Lichtmaschinen angeschlossen.

Batterieüberwachung Balmar SG200 - Shunt.
Der Shunt ist ein elementares Teil der Batterieüberwachung.
Gluehbirne-Idee-Erklaerung

Wie ein Shunt funktioniert

Strommessgeräte haben meistens nur einen Messbereich bis maximal 10 bis 15 Ampere. Möchte man größere Ströme messen, wird auf einen Trick zurückgegriffen. An einem möglichst kleinen Widerstand wird der Spannungsabfall gemessen um so auf den Strom zu schließen. Der Widerstand sollte so gering wie möglich sein, um den Strom nicht zu stark zu reduzieren.

An einem Widerstand in einem elektrischen Stromkreis reduziert sich die Spannung in Abhängigkeit von der Stromstärke und dem Widerstand. Sind der Widerstand und die Spannung bekannt, kann über das Ohmsche Gesetzt der Strom bestimmt werden: Strom I= Spannung U / Widerstand R. Dieses Prinzip nutzt man bei einem Shunt.

In diesem Beispiel wird bei 12 Volt und einem Shunt-Widerstand von 0,5 mΩ ein Spannungsabfall von 80 mV gemessen. In die Formel des Ohmschen Gesetzes eingesezt ergibt das einen Strom von 160 A.

Anzeige der Messwerte und Daten

Die Anzeige der verschiedenen Daten erfolgt über Displays, per Bluetooth über Smartphone-Apps oder beidem. Displays werden üblicherweise per Kabel angeschlossen. Beim Balmar SG200 wird dazu ein erweiterbares und kaskadierbares Bussystem verwendet. An diesem können ein rundes Standard-52 mm-Display oder mehrere miteinander verbunden werden. Zudem, im Balmar SG210-Set, kann ein Bluetooth-Adapter genutzt werden um zusätzlich entsprechende Apps nutzen zu können. Beim Victron SmartShunt ist es genau umgekehrt, in der Basisvariante steht nur Bluetooth zur Verfügung und es ist eine Erweiterung mit den Victron GX-Geräten und Touchdispalys möglich.

Batterieüberwachung - Balmar SG200 Bussystem
Batterieüberwachung – Balmar SG200 Bussystem.

Als Beispiel für ein vollständiges Batterieüberwachungssystem zeigen wir euch das Balmar SG200. Wer gerne ein Smartphone für die Anzeige und Konfiguration nutzen möchte, kann das Balmar SG210 nutzen, dass zusätzlich einen Bluetooth-Adapter beinhaltet.

Darstellung der Werte über die Smartphone-App:

Balmar BMS-App
Balmar BMS-App

Ungenauigkeiten und Drift

Die Batterieüberwachung kann immer Abweichungen und Ungenauigkeiten unterliegen. Zumeist verursacht durch Ströme unterhalb der Erfassungsgrenze und Selbstentladung. Die Erfassungsgrenze ist der minimale Strom, der fließen muss, damit er als Entladestrom erkannt wird. Als Daumenregel kann der maximale Strom den der Shunt erlaubt genutzt werden. Je größer der maximale Strom ist, den der Shunt zulässt, je höher liegt die Erfassungsgrenze. Habt ihr beispielsweise einen Kleinverbraucher, wie eine LED an einem USB-Ladeanschluss der 30 mA fließen lässt, das System aber erst ab 100 mA erfasst, entsteht eine Abweichung. Diese unerkannten Entladungen führen aber erst zu spürbaren Abweichungen, je länger das Fahrzeug steht oder die Batterien nicht geladen werden.

Auch der angenommene Peukert-Faktor führt unweigerlich zu kleinen Abweichungen, da dieser in den meisten Fällen auf langen Erfahrungs- und Messwerten beruht und somit nur einen Durchschnittswert je Batterietyp bildet.

Jede Vollladung der Batterie setzt auch die Abweichungen zurück. Deshalb bieten die Überwachungssysteme eine manuelle oder auch eine automatische Synchronisation an. Wenn alle Parameter erreicht sind, die eine Vollladung bedeutet, sind die Abweichungen zurückgesetzt.

Anschlussarten

Die Bordelektrik in Gelände- und Reisefahrzeugen ist in vielen Fällen mehr oder minder stark modifiziert. Im einfachsten Fall gibt es nur die Starterbatterie, die alle Lasten stemmen muss. Oder es gibt eine oder mehrere Verbraucherbatterien, die über Lichtmaschine, Landstrom und Solar gespeist werden. Eine Batterieüberwachung muss in der Installation daher an den richtigen Stellen eingefügt werden.

Der Grundsatz, der dabei eingehalten werden muss, ist es, alle Ströme, Lade- wie Entladeströme zu erfassen. Nur so kann die Aussage über Restkapazitäten und Alterung möglichst genau getroffen werden. Der beste Platz dafür ist üblicherweise in der Masserückleitung mindestens der zu überwachenden Batterien. Können, beispielsweise durch Zuschaltung der Starterbatterie, weitere Stromquellen genutzt werden, so ist auch deren Masse über den Messshunt zu führen.

Im Folgenden zeigen wir einige gängige Konstellationen und wie dort eine Batterieüberwachung einzusetzen ist.

Eine Starterbatterie

Die wohl einfachste Installation besteht nur aus der Starterbatterie. Hier wird der Messshunt kurz vor dem Massepol der Batterie eingesetzt. So kann er alle ein- und ausgehenden Ströme messen.

Batterieüberwachung einer Batterie.
Batterieüberwachung einer Batterie.

Starter- und Verbraucherbatterie

Ein der häufigsten Nutzungsarten schließt eine Verbraucherbatterie mit ein. In dem Fall gibt es getrennte Masseleitungen, eine zurück zur Starterbatterie und eine zurück zur Verbraucherbatterie. Da die Ströme der Verbraucherbatterie interessieren, gehört der Shunt in deren Masseleitung. Bietet die Batterieüberwachung auch die Möglichkeit die Spannung der Starterbatterie zu überwachen, müssen die Massen der Last und er Starterbatterie auf der Lastseite des Shunts zusammengefasst werden. Die andere Seite des Shunts geht dann auf die Masse der Verbraucherbatterie.

Batterieüberwachung mit Verbraucherbatterie.
Batterieüberwachung mit Verbraucherbatterie.

Starter und Verbraucherbatterie mit Laderegler oder Battery-zu-Batterie-Lader (B2B-Loader)

Wird die Verbraucherbatterie über einen Laderegler oder ähnlichem, beispielsweise einem B2B-Loader, geladen, muss auch hier darauf geachtet werden, dass deren Masse über den Shunt läuft, um so auch die Ladeströme berücksichtigen zu können.

Batterieüberwachung mit Laderegler.
Batterieüberwachung mit Laderegler.

Verbraucherbatterie mit Solarregler

Im Grunde ist die Installation mit Solarregler ähnlich der mit dem B2B-Loader. Der Unterschied liegt darin, dass der Verbraucherstromkreis über den Solarregler geführt wird und nicht über die Verbraucherbatterie. Das bedingt, dass die Masseanleitung der Ladeseite des Solarreglers über den Shunt laufen muss.

Batterieüberwachung mit Solar-Laderegler.
Batterieüberwachung mit Solar-Laderegler.

System mit Masseabschaltung

In unseren Fahrzeugen haben wir eine Abschaltung der Stromkreise über Masse realisiert. Damit kann das Bordnetz oder das Verbrauchernetz oder beide mit einem Dreh abgeschaltet werden. Deshalb ergibt sich für die Batterieüberwachung ein guter Sammelpunkt aller Ströme hinter dem Sammelanschluss

Batterieüberwachung mit Trennschalter.
Batterieüberwachung mit Trennschalter.

Die Batterieüberwachung einstellen

Einige wenige Parameter müssen bei jeder Batterieüberwachung eingestellt werden, andere sind optional oder nicht bei jedem System zu finden. Wir gehen die Einstellungen anhand des Balmar SG200 durch.

Batterietyp

Der Typ der Batterie, beispielsweise nasse Blei-Säure (Flooded Lead-Acid), AGM (mit diversen Untertypen), Carbon-Foam oder LIFEPO (Lithion Eisenphosphat). Durch diese Einstellung werden zum einen einige Eckparameter gesetzt, wie Ladeschlussspannung, Ladestrom oder Peukert-Faktor, anhand deren die Überwachung erkennt, wann die Batterie vollgeladen ist und wie die Restkapazität richtig zu berechnen ist.

Batterietyp einstellen.
Batterietyp einstellen.

Nennkapazität

Dieser Wert teilt der Batterieüberwachung mit, wie hoch die maximale Kapazität ist. Damit ist bei Blei-Säure-Batterien zumeist der C20-Wert gemeint. Das ist der 100%-Wert einer gesunden Batterie und der Ausgangswert für die Berechnung des Batteriealters.

Setzen der Nennkapazität.
Setzen der Nennkapazität.

Optionale Parameter

Je nach System können weitere Parameter eingestellt werden werden.

Optionale Paramter.
Optionale Paramter.
Charging Voltage und Taper Current

Insbesondere wenn mehrere Verbraucherbatterien als Batteriebank zusammengeschaltet wurden, ist es sehr schwierig eine tatsächliche Vollladung zu erreichen und festzustellen. Leicht unterschiedliche Ladezustände zwischen den einzelnen Batterien einer Batteriebank, wie sie immer vorhanden sind, führen zu Ausgleichsströmen, so dass die Ladung nicht in überschaubarer Zeigt zu einem Ende kommt. Praktisch gesehen, kann aber die Batteriebank durchaus als vollgeladen angesehen werden. Damit das auch über die Batterieübwerwachung entsprechend angezeigt wird, können diese beiden Werte angepasst werden. SIe unterstützen auch dabei, die oben bereits erwähnten Abweichungen zu reduzieren.

Durch die Auswahl des Batterietyps werden diese beiden Parameter mit Standardwerten belegt, die passend sind. Wird dann nie eine Vollladung angezeigt, obwohl bereits der Ladestrom auf den minimalen Wert abgesunken ist (normalerweise 2-4% der Nennkapazität) oder der Laderegler im Modus Erhaltungsladung arbeitet, können diese Werte so angepasst werden, dass das Monitoring dann eine Vollladung anzeigt.

„Charge Voltage“ sollte etwas (Bitte dem Handbuch entnehmen) unter der gemessenen Spannung liegen, wenn der Strom „Taper Current“ erreicht wurde. „Taper Current“ ist der kleine Strom, der bei einer vollgeladenen Batterie noch fliesst. Er liegt in der Regel bei 2 bis 4% der Nennkapazität. Treffen beide Zustände zu, gilt die Batterie(-bank) als vollgeladen.

Üblicherweise ist das bei einer einzelnen Verbraucherbatterie nicht nötig.

Charge Voltage einstellen.
Charge Voltage einstellen.
Peukert-Faktor

Die Bedeutung dieses Wertes wurde ja bereits besprochen. Sofern der Batteriehersteller einen Peukert-Faktor für seine Batterie angibt, der vom Standardwert für diesen Batterietyp abweicht, sollte er entsprechend eingestellt werden. Das macht die Berechnung der Restkapazität viel genauer.

Alarme

Manche Systeme, wie das SG200, erlauben das Ein- und Ausschalten von Alarmen und das setzen der Schwellwerte. Alarme können in der Regel für folgende Werte gesetzt werden:

  • Minimaler und Maximaler Wert für den Ladezustand (SOC)
  • Minimaler und Maximaler Wert für den Alterungszustand (SOH)
  • Minimaler und Maximaler Wert für die Spannung
  • Minimaler und Maximaler Wert für die Restzeit (Entladen/Laden)

Alle diese Einstellungen können auch über die Smartphone-Apps der Anbieter eingestellt werden. Das ist natürlich viel bequemer als über das Display zu gehen.

Fazit

Es gibt nicht mehr nur die eine nasse Blei-Säure-Batterie, die uns Jahrzehnte begleitet hat. Heute gibt zahlreiche Batterietypen mit unterschiedlichen Charakteristiken und Anforderungen. Das führt auch zu einer komplexeren Batterietechnik. Moderne hochwertige und Leistungsfähige Batterien sind auch um ein vielfaches teurer als die klassische Starterbatterie. Diese Investition sollte sie gut es geht geschützt werden.

Zudem ist die Anzahl an elektrischer Verbraucher im Fahrzeug und auf Reise gestiegen. Neben der Beleuchtung gibt es Kühlboxen, Standheizungen, Smartphintes und Tabkets, WLAN-Router, Kamerakkus und vielleichgt auch den akku-betriebenen Milschaufschäumer. Deshalb ist es gut zu wissen, wie lange ihr noch ein einem schönen Ort stehen könnt, bis die Batterien wieder aufgeladen werden müssen oder ob eure Solarinstallation die nötige Energie bereitstellt, um auch nächste Nacht noch heizen zu können.

Bei all diesen Themen hilft euch die Batterieüberwachung. Sie sollte Euch daher mindestens den ein- und ausgehenden Strom, die Restkapazität und als Kür auch noch die Batteriealterung anzeigen. Für Reisefahrzeuge und Langzeitreisende eine sinnvolle Investition.

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