Autarke Stromversorgung | Teil 3 – Der Ladevorgang

Bevor es losgeht – ein kurzer Rückblick

Aus den ersten beiden Teilen des Dreiteilers zur autarken Stromversorgung hast du nun das nötige Wissen erlernt, um mit Begriffen wie Strom und Spannung umzugehen. Du weisst auch über die verschiedenen Arten von Akkus genug, um jetzt im dritten Teil dein Wissen über das Laden von Akkus zu erweitern.

Autarke Stromversorgung | Teil 1 – Elektrotechnik für Dachzeltnomaden

Autarke Stromversorgung | Teil 2 – Akkus und Batterien

Einmal volltanken, bitte – Ladeverfahren für Akkus

Zuerst erkläre ich dir das gängigste Ladeverfahren für Akkumulatoren im Kfz-Bereich.

Querschnitt durch (d)ein Auto – Das Lade- und Verbrauchsprinzip

Die Lichtmaschine lädt die Starterbatterie

Wie im ersten Teil bereits beschrieben, lädt die Lichtmaschine deine Starterbatterie im Fahrbetrieb (bei laufendem Motor) wieder auf. Doch wann ist die Starterbatterie vollgeladen – und was passiert dann?
Dein Motor läuft ständig in einem anderen Drehzahlbereich. Mal im Standgas, mal mit Vollgas und dazwischen auch. Diese unterschiedlichen Drehzahlen haben zur Folge, dass sich die Lichtmaschine ebenfalls mit immer unterschiedlichen Drehzahlen dreht.

Die Lichtmaschine – Generator (Quelle: Hella.com)

Demnach würde man erwarten, dass mit den Drehzahlschwankungen auch die erzeugte Ausgangsspannung schwankt. Du kennst diesen Effekt wahrscheinlich von deinem Fahrraddynamo. Dort ist es so, dass die Helligkeit von deiner Fahrbeleuchtung stark von der gefahrenen Geschwindigkeit abhängt. Dieser Effekt ist schon beim Radfahren sehr gefährlich (neuere Fahrräder haben einen Akku, der diese Schwankungen kompensiert); beim Autofahren wäre das Ganze jedoch fatal. Zwar gibt es hier auch eine Batterie, die diese Schwankungen auffängt, jedoch nur so lange wie diese auch geladen ist.

Die Lösung dieses Problems ist ein Laderegler. Dieser bildet meist eine feste Einheit mit der Lichtmaschine und hat die Aufgabe die Ladespannung bei jeder Drehzahl konstant zu halten. Diese Ladespannung liegt in der Regel bei 13,8V – 14,8V. Dieses Ladeverfahren bezeichnet man als Konstantspannungs-Ladeverfahren. Bei diesem Verfahren ist der Ladestrom am Anfang (entladene Batterie) hoch, und senkt sich aufgrund der kleiner werdenden Spannungsdifferenz zwischen Lichtmaschine und Batterie auf (annähernd) 0A ab. Die Batterie ist dann vollgeladen – du erinnerst dich bestimmt jetzt an den Potentialausgleich. Durch einen funktionierenden Laderegler kann auch ein Überladen des Akkumulators verhindert werden.

Wenn die Batterie geladen ist, dann fließt kein Strom mehr – na ja, kaum noch… denn selbst wenn kein Verbraucher angeschlossen ist, entlädt sich die Batterie mit der Zeit von alleine. Das geschieht zwar sehr langsam, sorgt aber dafür, dass ein minimaler Strom fließt. 

So weit die Theorie – im Fahrbetrieb schwankt der Ladestrom, da während des Ladevorgangs verschiedene Verbraucher die Batterie belasten bzw. entladen. Es ist also ein ständiges auf und ab.

Übrigens: Du kannst natürlich (zumindest theoretisch) deine Batterie völlig entladen, während sie geladen wird. Dazu musst du einfach mehr verbrauchen, als du durch das Laden reinsteckst.  In der Praxis bedeutet das, du müsstest einen Strom von weit über 200A verbrauchen. Denn gängige Lichtmaschinen sind in der Lage Leistungen von 3kW (3.000W) anzugeben. Wenn du Lust hast kannst du ja jetzt ausrechnen, wie vielen Heizdecken das entspricht. Natürlich kannst du keine 200A aus deinem Zigarettenanzünder ziehen, dafür müsstest du schon direkt an der Batterie abgreifen.

Das Konstantspannungs-Ladeverfahren

Stationäres Laden – Das (Netz)-Ladegerät

Natürlich kann deine Starterbatterie (wie auch die zweite Batterie) auch im Stand geladen werden. Wie im Abschnitt „Landstrom“ (Teil 2) beschrieben, kommt hier ein Netzladegerät zum Einsatz. Hier gibt es auch viele verschiedene Varianten – angefangen beim guten alten Batterieladegerät bis hin zum vollelektronischem Ladegerät mit besonders akkuschonendem, speziellen Ladverfahren und Akku-Diagnose.

Entscheidend ist hier, wie so oft, dein Geldbeutel.

Ein modernes Batterieladegerät mit vielen Funktionen – Quelle: ctek.de

Laden der zweiten Batterie – Die Technik

Wenn du dir eine zweite Batterie in dein Fahrzeug einbaust, dann muss diese auch geladen werden. Die einfachste Variante ist die zweite Batterie, genau wie die Starterbatterie, während der Fahrt zu laden. Diesen Nebenjob steckt deine Lichtmaschine locker weg. Alles was du dafür brauchst ist eine zweite Batterie (z.B. eine AGM Batterie), passende Anschlussleitungen, Kleinkram und ein Trennrelais.

Trennung auf Zeit – Das Trennrelais

Das Trennrelais sorgt dafür, dass deine zweite Batterie nur dann mit der Lichtmaschine und der Starterbatterie verbunden ist, wenn der Motor läuft. Wenn die Verbindung immer bestehen würde, dann würdest du auf Dauer auch deine Starterbatterie entladen. Das willst du ja  auf jeden Fall vermeiden.

Trennrelais gibt es in vielen verschiedenen Varianten und in jeder Preisklasse. Angefangen beim „dummen“ Trennrelais für 5 Euro bis hin zum „intelligenten“ Trennrelais für 300 Euro. Beide erfüllen ihren Job, jedoch ist es ähnlich wie beim Autokauf: Extras und Komfort kosten immer Geld. Du musst dir also vorher im Klaren sein, was du von deinem Batteriesystem erwartest. So kannst du vermeiden, dass du am Ende doppelt zahlst.
Aber keine Angst, ich erkläre dir hier, worauf du achten musst. Außerdem erkläre ich dir ausführlich die Unterschiede zwischen den verschiedenen Trennrelais.

Das „dumme“ Trennrelais

Das ist das günstigste Trennrelais – es sorgt dafür, dass immer dann eine leitende Verbindung zwischen Lichtmaschine und Verbraucherbatterie besteht, wenn der Motor läuft. Der Einbauaufwand ist hier etwas höher, denn es muss (zusätzlich zur Batterieleitung) eine Steuerleitung (z.B. von der Zündung) verlegt werden. Diese Steuerleitung schließt den Kontakt im Relais und stellt eine leitende Verbindung her. Nicht mehr und nicht weniger.

Anschlussbeispiel – Trennrelais

Es gibt auch automatische Trennrelais, die ohne Steuerleitung auskommen. Hier registriert das Relais anhand der höheren Spannung, dass die Lichtmaschine läuft. Zur Erinnerung: Die Ladespannung der Lichtmaschine liegt zwischen 13,8 V und 14,8 V

Diese Varianten eignet sich am besten für „ältere“ Fahrzeuge. In neueren Fahrzeugen geschieht das Aufladen der Starterbatterie nach etwas anderen Regeln, die ich dir etwas weiter unten erkläre.

Der Turbo für den Akku – Ladebooster

Vereinfacht gesagt sorgt ein Ladebooster bei neueren Fahrzeugen dafür, dass deine zweite Batterie möglichst schnell und vor allem vollständig wieder aufgeladen wird. Denn bei modernen Fahrzeugen kommt es vor, dass die Ladespannung so herunter geregelt wird, dass ein Laden der zweiten Batterie nicht mehr stattfindet. Vor allem AGM Akkus, die eine etwas höhere Ladespannung benötigen sind am stärksten von diesem negativen Effekt betroffen.

Der Ladebooster – (Quelle: buettner-elektronik.de

Dieser Effekt tritt vornehmlich dann auf, wenn deine zweite Batterie schon zu 80-90% geladen ist oder bei kurzen Ladephase (z.B. Kurzstrecken zwischen den Stellplätzen). Gute Ladebooster arbeiten mit eine sogenannten IUoU-Kennlinie. Im nächsten Abschnitt stelle ich dir ein Trennrelais vor, dass eine Art Ladebosster direkt integriert hat.

IUoU-Kennlinie eines Ladeboosters – Quelle: buettner-electronik.de

Der Ladebooster ist auch in der Lage Verluste auszugleichen, die aufgrund der Leitungslänge entstehen. Dies ist z.B. bei großen Vans und Wohnmobilen interessant. Du musst dann keine armdicken Leitungen verlegen, damit genug Spannung am Laderegler ankommt. Ich rate dir jedoch, die Leitungslänge so kurz wie möglich zu halten, damit die Verluste so klein wie möglich gehalten werden. Verlust bedeutet, dass sich deine Leitung erwärmt – wen du dich an den ersten Teil erinnerst, dann weißt du ja sicherlich noch, dass Wärme ein unerwünschter Nebeneffekt ist.

Das intelligente Trennrelais – kann mehr als du denkst

Sogenannte intelligente Trennrelais mit eingebauter Ladeelektronik gibt es in Hülle und Fülle – deswegen kann ich hier natürlich nicht alle erklären.

Das D250SA von CTEK – (Quelle: CTEK)

Sozusagen stellvertretend für alle „intelligenten“ Trennrelais und Laderegler, erkläre ich dir am D250SA von CTEK die besondere Funktionsweise. Es ist nämlich nicht nur ein elektronisches Trennrelais, sondern übernimmt gleichzeitig auch noch viele andere nützliche Aufgaben. Diese Art von Ladereglern eignen sich hervorragend für den gleichzeitigen Einsatz von Solarzellen. Außerdem sorgt es dank intelligenter Laderegelung dafür, dass deine zweite Batterie immer möglichst effizient geladen wird. Im Folgendem nenne ich dir ein paar Gründe, die für einen solchen Laderegler sprechen.

Grund Nr. 1 – Neufahrzeug mit Smart-Generator

Einer der Gründe, warum ich einen intelligenten Laderegler einsetze ist, dass mein Fahrzeug nicht mehr mit einer konventionellen Lichtmaschine ausgerüstet ist. Dies ist ein enorm komplexes Thema, mit dem ich mich vor dem Einbau meines Zweitbatterie-Systems sehr lange beschäftigt habe. Ich fasse die Ergebnisse meiner Recherche mal für dich zusammen:

Bei neueren Fahrzeugen oder Neufahrzeugen übernimmt das Laden der Starterbatterie ein sogenannter Smart-Generator und ersetzt somit die konventionelle Lichtmaschine. In Kombination mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) des Fahrzeugs wird der Ladevorgang abhängig vom Verbrauch überwacht und geregelt.

Ladeprinzip bei neueren Fahrzeugen (vereinfacht)

Es kann vorkommen, dass das BMS die Ladespannung des Smart-Generator runter regelt. Dies passiert immer dann, wenn das BMS eine volle Starterbatterie und gleichzeitig einen geringen Strombedarf im Auto registriert. Andere (herstellerspezifische) Faktoren spielen in diesen Prozess auch noch mit ein. Du kannst dir das so vorstellen, als ob ständig jemand hinter dir herläuft, der deinen Energieverbrauch überwacht und dafür sorgt, dass du immer schön das Licht ausmachst, wenn du einen Raum verlässt.  

Ein typisches Beispiel für das Herunterregeln des Smart-Generators durch das BMS ist eine lange Autobahnfahrt. Hier wird auf den ersten Kilometern die Starterbatterie ausgiebig geladen, bis sie voll ist – dann greift das System ein.

Ein ungewünschter Nebeneffekt dieses Systems ist, dass die zweite Batterie während der Fahrt  unter Umständen nicht zu 100% vollgeladen wird geladen wird. Oftmals ist das bei den letzten 10-20% der Ladung der Fall, denn dann fließt ein zu geringer Ladestrom. Dieser wird dann nicht mehr als „großer Verbraucher“ vom BMS erkannt – der Smart-Generator wird runter geregelt.

Der hier genannte Laderegler von CTEK ist in der Lage diesen Effekt zu umgehen – er übernimmt die Funktion des oben beschriebenen Lade-Boosters. Das Funktionsprinzip: Wenn die Ladespannung des Smart-Generators herunter geregelt wird, dann wird im CTEK intern die Spannung wieder erhöht (geboostet). Das hat zur Folge, dass der Regler einen höheren Strom aufnimmt, was wiederum vom BMS registriert wird. Das BMS sorgt dann dafür, dass der Smart-Generator seine Ladespannung wieder erhöht.

Der Einbau ist denkbar simpel: Dazu muss lediglich beim Anschluss eine Steuerleitung (zusätzlich zum Plus-Kabel) verlegt werden – so wie beim „dummen Trennrelais“. Diese Steuerleitung wird dann dort angeschlossen wo, immer wenn das Fahrzeug in Betrieb ist, 12V anliegen – der „Zündungs-Plus“ bzw. Klemme 15

Der Einbau

Du hast folgende Möglichkeiten für den Anschluss.

ACHTUNG: Vor jeder Arbeit an der Elektrik bitte unbedingt die Starterbatterie und die zweite Batterie (wenn schon vorhanden) abklemmen!

  1. Die eleganteste aber aufwändigste Lösung:
    Wenn dein Fahrzeug werkseitig dafür vorgesehen ist, eine zweite Batterie einzubauen, ist das schon mal die halbe Miete. Beim VW Bus ist das zum Beispiel der Fall: Hier gibt es vorkonfektionierte Kabelbäume, die nach Herstellervorgabe verlegt und verdrahtet werden müssen, ggf. sind auch noch andere Änderungen am Fahrzeug nötig, z.B. eine geeignete Halterung für den zusätzlichen Akku. Die Freischaltung der zweiten Batterie erfolgt im Anschluss der Verdrahtungs- und Installationsarbeiten per Software in der Werkstatt. Die Kosten für diese Programmieraktion belaufen sich bei Volkswagen auf ca. 70€. In dem Fall kannst du sogar ein ganz normales Trennrelais und optimaler Weise einen Ladebooster einsetzen. Das Trennrelais wird dann vom Steuergerät direkt angesprochen, wenn der Motor läuft. Wenn du diese Arbeiten alleine durchführst, brauchst du allerdings einen Verdrahtungsplan deines Fahrzeugs. Diesen gibt es, wenn man ganz freundlich nachfragt, bei der Vertragswerkstatt. Zumindest habe ich bei Volkswagen diese Erfahrung gemacht. Eine gewisse Erfahrung im Bereich der KFZ-Elektrik solltest du allerdings auch mitbringen.
  2. Sollte dein Fahrzeug nicht werkseitig dafür vorgesehen sein, eine zweite Batterie zu verbauen oder wenn du die Programmierarbeiten umgehen willst, gibt es folgende Möglichkeit:
    Du suchst dir eine geeignete Stelle, um den Zündungs-Plus abzugreifen. Im VW Bus ist das z.B. an einem Sicherungsverteiler im Fußraum des Beifahrers möglich. Hier gibt es viele freie Plätze, die nur bei laufendem Motor bzw. eingeschalteter Zündung bestromt werden. Am besten ist es, wenn du dir dafür einen Stromlaufplan von deinem Fahrzeug besorgst.

Es gibt im Handel sogenannte D+ Generatoren (oder auch D+ Simulatoren). Diese erzeugen einen künstlichen Zündungs-Plus. Hierzu sei gesagt, dass diese nicht in Fahrzeugen mit Smart-Generator und Start-Stopp Funktion funktionieren! In der Artikelbeschreibung bezieht man sich meistens auf die Euro 6 Abgasnorm. Das ganze Prinzip hat aber nur bedingt etwas mit der Euro-Abgasnorm 6 zu tun – auch viele Euro 5 Fahrzeuge haben die Smart-Generator-Technik schon an Bord.

Was passiert wenn das Start-Stopp-System aktiv wird?

Bei Start-Stopp wird der Motor bei Stillstand (an der Ampel) unter bestimmten Bedingungen abgeschaltet; die Zündung bleibt aber aktiviert. Wenn das der Fall ist, wird die zweite Batterie über die Starterbatterie weitergeladen. Aber keine Angst, das BMS des Fahrzeugs überwacht vor einer Abschaltung des Motors die Starterbatterie und die Stromaufnahme. Deswegen kann es sein, dass die Start-Stopp Funktion gar nicht erst aktiviert wird, oder erst später als gewohnt zu Verfügung steht. Ähnlich wie beim Losfahren, denn es dauert ja immer eine Weile, bis die Start-Stopp Automatik den Motor abschaltet. Das Ganze ist u.a. abhängig von der Motortemperatur und dem Ladezustand der Batterie. Deshalb geht die Start-Stopp Funktion auch nicht immer an, wenn du an der Ampel stehenbleibst. Manchmal läuft der Motor auch weiter, z.B. wenn die Klimaanlage, die Lüftung oder ein anderer großer Verbraucher läuft.

Wenn der Motor abgeschaltet wird, dann liegt an Klemme 15 (Zündungs-Plus) keine Spannung mehr an. Die Ladung wird beendet, das Trennrelais trennt die Verbindung. Nach erneutem Start des Motors, wird auch die Ladung weiter fortgesetzt, das Trennrelais schaltet wieder durch.

Smart! Viel Aufwand – (K)eine Wirkung?

Stellt sich noch die Frage nach dem WARUM? Ganz einfach: Durch das Abschalten bzw. Runterregeln des Smart-Generators wird der Motor mechanisch weniger belastet. Dies hat einen geringeren Kraftstoffverbrauch zur Folge. Soweit die Theorie… in der Praxis ist dieser Minderverbrauch jedoch sehr gering. Ob das sinnvoll ist, vermag ich nicht zu beurteilen. Es sind eben technische Gegebenheiten, mit denen wir klarkommen müssen. Ich denke, dass wir uns in Zukunft noch weitaus höheren Herausforderungen stellen müssen. Aber keine Angst: Es gibt für alles eine (technische) Lösung.

Grund Nr. 2 – Ein Gerät für alles

Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte: Anschlussplan – (Quelle: CTEK)

Wie du im vorherigen Abschnitt gelesen hast, übernimmt der hier genannte Laderegler eine Vielzahl von Aufgaben, die sonst nur von Einzelgeräten übernommen werden könnten. Das hätte einen erheblich höheren Verdrahtungs- und Kostenaufwand zur Folge. Außerdem benötigen Einzelkomponenten auch viel mehr Platz beim Einbau.

Mit einem intelligentem Laderegler bist du in der Lage deine zweite Batterie auch über Solarzellen aufzuladen. Im D250SA ist ein sog. MPPT Solar-Laderegler integriert. Darüber hinaus wird kein separates Trennrelais zu Entkopplung mit der Starterbatterie benötigt. Der Ladestrom beträgt bis zu 20A.

Des Weiteren gibt es ein spezielles Ladeverfahren für AGM-Batterien – hier wird ja bekanntlich eine etwas höhere Ladespannung benötigt. Außerdem kann (wenn angeschlossen)  mit der Solarzelle die Starterbatterie geladen werden – sobald die zweite Batterie vollständig geladen ist, schaltet der Regler auf die Starterbatterie um, und lädt diese auf.

Einmal anklemmen und läuft – du musst keine weiteren Einstellungen vornehmen!

Vor- und Nachteile im Überblick

  • Vorteil: Ein Gerät für alles
    Ersetzt Trennrelais, Ladebooster und MPPT-Solarladeregler
  • Vorteil: Geeignet für Fahrzeuge mit „Smart-Generator“
  • Vorteil: Speziell für AGM-Batterien
  • Nachteil: Teurer als herkömmliche Trennrelais
  • Nachteil: Muss im Inneren des Fahrzeugs verbaut werden

Was ist eigentlich Rekuperation?

Die Rekuperation hat zwar nichts mit dem eigentlichen Thema „Laden der zweiten Batterie“ zu tun, jedoch ist diese Technologie in vielen Fahrzeugen vorhanden (z.B. BMW – efficient dynamics) und verrichtet dort meist unbemerkt ihren Dienst.  

Rekuperation gibt es nicht nur bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen. Auch Fahrzeuge, die ausschließlich mit Verbrennungsmotoren unterwegs sind nutzen diese Technik. Sie wird immer dann eingesetzt wenn das Auto bremst oder in der Schubabschaltung ist (Fuß vom Gas und rollen mit eingekuppeltem Gang). Das BMS sorgt dann dafür, dass der Smart Generator die Bewegungsenergie des Autos in Form von elektrischem Strom in die Starterbatterie einspeist.

Die Spielregeln – Kabelquerschnitte und Vorschriften

Wenn dich nun die Bastellaune gepackt hat und du direkt mit der Arbeit loslegen willst, dann lass mich dir noch ein paar wichtige Spielregeln und Vorschriften mit auf den Weg geben.

  • Alle Arbeiten an deinem Fahrzeug machst du auf eigene Gefahr. Ich übernehme keine Haftung für Schäden am Fahrzeug oder an den verbauten Komponenten.
  • Lass dir, wenn du nicht sicher bist, von den Profis helfen. Stelle deine Fragen in der Facebook-Gruppe der Dachzeltnomaden oder gleich hier im Kommentarfeld. 
  • Vor der Arbeit an elektrischen Komponenten des Fahrzeugs bitte immer die Batterie abklemmen. Das gilt für die Starterbatterie und die zweite Batterie!

Achte bei der Auswahl der Leitungen auf den richtigen Querschnitt. Eine Leitung ist im Prinzip wie ein Verbraucher bzw. ein Widerstand: Ist sie zu dünn für den durchfließenden Strom, treten Verluste auf. Außerdem kann sie sich erwärmen und sogar die Isolation kann wegschmelzen. Dann kann es zu einem Kurzschluss kommen. Hersteller geben in ihren Handbüchern oft auch Informationen zu den zur Installation benötigten Querschnitten der Leitungen an. Hier gilt im Allgemeinen: je länger der Weg, umso größer der Querschnitt.

Beispiel Kabelquerschnitte aus dem CTEK-Handbuch

Das Gleiche gilt für Sicherungen – beachte hier bitte immer die Angaben der Hersteller. 

Vermeide im Auto unbedingt das Löten! Verwende stattdessen geeignete Quetschverbinder und Kabelschuhe. Achte bitte auch auf scharfkantige Metallteile, diese können Kabel beschädigen. Du kannst besonders gefährdete Stellen mit Isolierband abpolstern oder deine Leitungen in Leerrohre verlegen.

Bitte stecke keine Stecker einfach so aus – hierbei kann es beim späteren Starten des Autos zu Fehlermeldungen kommen. Am besten ist es, wenn du alles im Fahrzeug so unberührt wie möglich lässt. Dein „Eingriff“ sollte sozusagen minimal invasiv verlaufen. 

Die DZN-Formelsammlung für deine Werkstatt

Fazit und Schlusswort

Wie du letztendlich deinen Akku auflädst ist vollkommen egal – wichtig ist nur, dass alles deinen Anforderungen gerecht wird.

Wenn du einmal im Jahr auf Dachzelt-Tour gehst, dann brauchst du mit Sicherheit kein 700€ teures Zweit-Batterie-System oder einen LiFePOAkku. Überlegenswert wäre in dem Fall eine Plug & Play Variante mit einem klassischen Trennrelais und ggf. einem Ladebooster.
Planst du den Ausbau deines Fahrzeugs zum Reismobil oder Micro-Camper? Dann lohnt es sich auf jeden Fall etwas mehr in Bord- und Ladeelektronik zu investieren. So bist du auch für die Zukunft gewappnet und kannst bei einem Fahrzeugwechel die Teile wieder ausbauen und in dein neues Fahrzeug übernehmen.

Auch zum Thema „Einbau in Neufahrzeuge“ gibt es ein Video. Hier erfährst du am Beispiel eines VW T6 wie du ein Zweitbatterie-System inkl. des in diesem Artikel beschriebenen CTEK Ladereglers einbauen kannst.

Du hast noch nicht alle Teile des Artikels gelesen? Hier findest du die ersten zwei Teile:

Teil 1 – Elektrotechnik für Dachzeltnomaden

Teil 2 – Akkus und Batterien

– ENDE –

Autarke Stromversorgung | Teil 2 – Akkus und Batterien

Bevor es losgeht – ein kurzer Rückblick

Aus dem ersten Teil weißt du jetzt in Sachen Strom und Spannung genau bescheid. Du bist also bestens vorbereitet für das, was dich im zweiten Teil erwartet: Hier erfährst du alles über Batterien und Akkus.

Batterie, Akku? Was ist das?

Was ist überhaupt eine Batterie?

Umgangssprachlich bezeichnen wir eigentlich alles als Batterie, was in der Lage ist unterwegs elektrische Energie zu liefern. Kannst du dich noch an die Eimer aus Teil 1 erinnern? Im Prinzip ist eine Batterie ein großer Eimer voller Strom.

Technisch korrekt beschrieben, ist eine Batterie eine Zusammenschaltung von mehreren gleichartigen Zellen, den sogenannten Primärzellen oder Sekundärzellen bei Akkumulatoren.

Unterschieden wird zwischen nicht wiederaufladbaren Batterien und wiederaufladbaren Batterien – den sogenannten Akkus (Akkumulatoren).

Im folgenden Abschnitt geht es also um die Sekundärzellen einer Batterie – Kurz gesagt: es geht um Akkus und die verschiedenen Arten.

Ready to Start – die Starterbatterie

Die Starterbatterie in deinem Fahrzeug ist meistens ein sogenannter Bleiakkumulator. Er dient ausschließlich zum Starten deines Motors. Das heißt, er kann (und muss) kurzeitig hohe Ströme liefern. Ein Bleiakkumulator besteht aus einem säurefestem Gehäuse, in dem sich zwei Plattengruppen befinden. Die eine Gruppe dient als positive, und die Andere als negative Elektrode (Pol).

Der positive Pol ist eine Bleielektrode mit einer Bleioxidschicht und die negative Elektrode ist eine reine Bleielektrode. Die beiden Plattengruppen sind ineinander verschachtelt und werden von einem Separator getrennt, um die direkt Berührung (Zellenschluss = Kurzschluss) zu verhindern. Umgeben sind die Platten von Schwefelsäure, die als Elektrolyt dient. Der Elektrolyt sorgt für die chemische Reaktion im Inneren und somit für die Entstehung der elektrischen Energie.

Schematische Darstellung eines Bleiakkumulators

Übrigens: Die chemischen Prozesse in einem Bleiakkumulator laufen im Winter, also bei niedrigen Temperaturen, viel langsamer ab. Das ist unter anderem auch der Grund, warum dein Motor im Winter oftmals etwas schwerfälliger startet.

Für die hier genannten Arten von Bleiakkumulatoren gilt eine gemeinsame Regel: Sie dürfen nur bis zu einem bestimmten Punkt entladen werden. Niemals dürfen sie ganz entladen werden (tiefentladen). Dadurch können die Akkumulatoren bleibende Schäden erleiden, die zu einem Totalausfall führen können.

Bei Bleiakkumulatoren unterscheidet man im Kfz-Bereich zwischen drei unterschiedlichen Arten:

  1. Der klassische Bleiakkumulator – Die Autobatterie
  2. EFB-Akkumulatoren
  3. AGM-Akkumulatoren

1. Der klassische Bleiakkumulator – Die Autobatterie

Da wäre zum einen der klassische Bleiakkumulator, der vor allem noch in vielen älteren Fahrzeugen in Verwendung ist. Jeder kennt ihn unter dem Begriff „Autobatterie“.

Die klassische Autobatterie (Quelle: Wikipedia)

Seit Anfang der 2000er Jahren werden fast ausschließlich wartungsfreie Akkumulatoren in Fahrzeugen verwendet. Hier kann man zwar den Flüssigkeitsstand ablesen, jedoch kein destilliertes bzw. demineralisiertes Wasser nachfüllen. Die „Autobatterie“ ist nicht zur Versorgung der elektrischen Verbraucher vorgesehen – diesen Job übernimmt die Lichtmaschine! Eine klassische Starterbatterie sollte niemals unter 70% (12,6V) entladen werden um eine möglichst lange Lebensdauer zu gewährleisten.

2. EFB-Akkumulatoren

Der Bleiakkumulator wurde im Laufe der Jahre weiterentwickelt, um so auch den steigenden Anforderungen moderner Fahrzeuge gerecht zu werden. Als die Start-Stopp-Technologie eingeführt wurde, mussten auch die Eigenschaften des Bleiakkumulators verändert werden. Für einen solchen Anwendungsbereich wurden sogenannte EFB-Akkumulatoren (Enhanced Flooded Battery) entwickelt. Dieser spezielle Akkutyp ist auf die vermehrten Anlassvorgänge ausgelegt. Er ist in der Lage einen höheren Startstrom zu liefern und ist zusätzlich zyklenfester.

EFB Starterbatterie für Fahrzeuge mit Start-Stopp-Technologie | Quelle: Exide.com

3. AGM-Akkumulatoren

Viele moderne Fahrzeuge sind, zusätzlich zur Start-Stopp Technologie, auch noch mit der Rekuperationstechnik (siehe Teil 3) ausgestattet. Dies betrifft auch viele Neufahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Auch hierfür mussten die Eigenschaften des herkömmlichen Bleiakkumulators grundlegend verändert werden. Für diese aufwendige Technik wurden AGM-Batterien (Absorbent-Glass-Mat) entwickelt.

AGM-Akkumulatoren haben eine viel höhere Anzahl von Ladezyklen und können sehr schnell hohe Energiemengen bewegen. Aufgrund ihrer verschlossenen Bauform ist es möglich AGM Akkus in nahezu jeder Lage einbauen zu können. Sie sind sehr robust gegen Stöße und Vibrationen. Anders als beim herkömmlichen Bleiakkumulator werden die beim Laden auftretenden Gase intern gebunden. Somit ist auch ein Einbau im Fahrzeuginneren (ohne Zwangsbelüftung) möglich. Man bezeichnet diesen speziellen Typ eines AGM-Akkumulators als VRLA-Akkumulator – Valve Regulated Lead Acid Battery – auf deutsch: Ventil regulierte Blei-Säure Batterie.

AGM-Akkus können tiefer entladen werden als klassische Blei-Säure-Akkumulatoren  – ein Richtwert, der eine lange Lebensdauer garantiert ist ca. 50%. Dieser Richtwert ist gleichzeitig auch die Grundlage für unsere spätere Kapazitätsberechnung.

Aus diesen Gründen ist ein AGM-Akku auch die erste Wahl für den Einbau einer Zweitbatterie im Fahrzeug.

AGM Batterie (Quelle: Optima-Batteries.com)

Bereit für die Zukunft! – Der Lithium-Ionen Akkumulator

Lithium-Ionen-Akkus sind keine neue Erfindung, aber noch recht selten als serienmäßige Starterbatterien in Fahrzeugen vorzufinden. Das wird sich aber ganz sicher in absehbarer Zukunft ändern. Die Vorteile dieser Technologie liegen auf der Hand: Lithium-Ionen-Akkumulatoren lassen sich mit hohen Ladeströmen aufladen ohne, dass die Zellen dabei Schaden nehmen. Des weiteren können sie sehr tief entladen werden – ebenfalls ohne Zellschaden.

Schematische Darstellung einen Lithium-Ionen-Akkus (Quelle: Wikipedia – Vector: Cepheiden – Eigenes Werk, CC BY-SA 2.0 de,)

Lithium-Ionen-Akkus werden hauptsächlich in tragbaren Geräten mit hohem Energiebedarf eingesetzt. Auch in Hybridfahrzeugen, Pedelecs und Elektrorollstühlen sind sie anzutreffen.

Eine weitere Art von einem Lithium-Ionen-Akku ist der Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator. Dieser Akkutyp hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber der oben genannten Variante: Sie neigen bei mechanischen Beschädigungen (z.B. bei einem Verkehrsunfall) nicht zum thermischen Durchgehen – sie sind also sicherer. Ihr innerer Aufbau unterscheidet sich von herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus in zwei grundlegenden Dingen: Die Elektrode besteht aus Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) anstatt aus Lithium-Cobalt(III)-oxid (LiCoO2) und das enthaltene Elektrolyt ist fest – wodurch die hohe Sicherheit gewährleistet wird.

Weiterhin bietet der LiFePO4 Akkumulator alle bekannten Vorteile eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Aus diesem Grund eignet sich dieser Akkutyp hervorragend für den Eisatz in mobilen und autarken Spannungsversorgungen. Eine weitere Art des LiFePO4-Akkus ist der LiFeYPO4 , welcher sich besonders für den Einsatz bei sehr tiefen Temperaturen eignet.

Die Versorgungsfrage – Was ist für dich das Richtige?

Wie kannst Du sicherstellen, dass deine Verbraucher immer gut versorgt sind und dein Auto auch noch am nächsten Morgen anspringt?  Ganz einfach! Du brauchst immer genug Power. Es gibt verschiedene Möglichkeiten – für jeden Bedarf und vor allem für jeden Geldbeutel. Vier dieser Möglichkeiten stelle ich dir nun ausführlich vor. Danach kannst du entscheiden, welche Lösung für dich die richtige ist.

Möglichkeit 1: Der Klassiker – Die zweite Batterie

Bei dieser Lösung wird eine zweite Batterie (Versorgerbatterie) in das Fahrzeug eingebaut.  Meist geschieht das im Innenraum. Unter den Sitzen oder im Kofferraum ist oft ein geeigneter Platz vorhanden. Für Unentschlossene gibt es auch die Möglichkeit, den Akku und die gesamte Elektronik in eine tragbare Box zu bauen. Durch diese Plug & Play Variante erhältst du die Alltagstauglichkeit deines Fahrzeugs – interessant für Kombis und Kleinwagen.

Die zweite Batterie (Akku) ist einzig und alleine für die Versorgung deiner „Camping-Verbraucher“ zuständig. Der Ladezustand deiner Starterbatterie wird dadurch nicht beeinflusst. 

Die Aufladung der zweiten Batterie findet in der Regel ebenfalls über die Lichtmaschine statt. Keine Sorge, die originale Lichtmaschine kann natürlich in deinem Auto bleiben, ihre Leistung reicht dafür völlig aus. Wie das mit dem Aufladen funktioniert und was es außerdem für Möglichkeiten gibt, erkläre ich dir ausführlich im dritten Teil des Artikels.

Wieviel Kapazität dein Zusatzakku haben sollte ist abhängig davon, welche Verbraucher daran angeschlossen sind und wie lange du sie ohne Aufladung (autark) betreiben willst.

Jetzt wird wieder gerechnet – Der Energiebedarf

Zunächst brauchst du Angaben zur Leistungsaufnahme deiner Geräte. Diese findest du meistens auf den Typenschildern oder im Handbuch. Dann solltest du dir überlegen, wie lange du die Geräte am Tag (24h) eingeschaltet haben möchtest. Anschließend geht es ans Ausrechnen:

Formel: Energiebedarf in Wattstunden (Wh) = Leistung (W) x Einschalt-Zeit (t)

Beleuchtung: 10 W x 3 h = 30 Wh

Kühlbox:* 40 W x 8 h = 320 Wh

Ladegeräte: 20 W x 2 h = 40 Wh

Summe: 390 Wh

390 Wh Energiebedarf am Tag + 10 % Toleranz (Verlust/Puffer/Reserve) entsprechen

429 Wh Gesamt-Energiebedarf pro Tag

*Tipp: Wenn du viel kühlen musst, und Strom sparen willst, dann kaufst du dir am besten eine Kompressor-Kühlbox. Die ist wesentlich effizienter als die Stromfresser mit Peltier-Elementen!

Weiter geht’s mit den Zahlen – Die Akkukapazität

Wenn du deinen Energiebedarf berechnet hast, kannst du mit dem Ergebnis deine benötigte Akkukapazität berechnen.

Formel: Batteriekapazität (Ah) = Energiebedarf (Wh) / Batteriespannung (V)

429 Wh / 12 V = ca. 36 Ah

Da du Blei-Säure-Batterien nur zur bis ca. zur Hälfte entladen darft, musst du nun das Ergebnis verdoppeln:

36Ah x 2 = 72Ah

Das Ergebnis entspricht jetzt der benötigten Gesamtkapazität deines Akkus.

Tipp: Mehr ist immer besser, aber dabei das Gewicht, die Maße und den Anschaffungspreis nicht aus den Augen verlieren. Ein durchschnittlicher 75-Ah-AGM-Akku wiegt um die 30 kg.

Vorteile

  • Kostengünstig
  • Eigenes System – losgelöst von Kfz-Elektrik
  • „Plug and Play“ möglich z.B. in Batterie-Box

Nachteile

  • höheres Fahrzeuggewicht (Batterie)
  • erhöhter Verdrahtungsaufwand
  • Platzbedarf

Möglichkeit 2: Mehr Power – eine neue Starterbatterie

Durch die Verwendung eines speziellen Akkutyps ist es möglich, die Starterbatterie auszutauschen. Du kannst dir sicherlich vorstellen, welchen Akkutyp ich dir jetzt hier vorschlage! Genau, es ist der oben beschriebene Lithium-Eisen-Phosphat-Akku.

Ein moderner Lithium Ionen Akkumulator | Quelle: Super-b.com

Ein LiFePO-Akkumulator ist in der Lage in deinem Auto gleich zwei Jobs zu übernehmen – nämlich den der Starterbatterie und den der Versorgungsbatterie. Er hat nur einen entscheidenden Nachteil: Er ist der teuerste Akkutyp im Rennen um die „autarke Spannungsversorgung“. Ein 100Ah LiFePO4 kostet zur Zeit (Stand Januar 2019) etwa 800€. Die Preise werden vermutlich in Zukunft weiter sinken. Alles in allem ist der Einsatz eines LiFePO4-Akkus eine teure, aber geniale Alternative. Es gibt zum Teil große Preisunterschiede am Markt. Oftmals sind in den Akkus direkt Batterie Management Systeme integriert, was die Akkus teuer aber gleichzeitig sicherer macht. Ist kein Batterie Management System im Akku integriert, empfehle ich dir auf jeden Fall ein solches als Extrakomponente zu verbauen. Gerade beim Laden ist es wichtig, dass alle Zellen im Akku gleichmäßig mit dem entsprechendem Ladestrom versorgt werden (Balancer). So vermeidest du Schäden am Akku.

Du kannst damit getrost all deine Verbraucher versorgen – Voraussetzung ist natürlich auch eine vorherige Bedarfsberechnung. Allerdings brauchst du dabei nicht die 50% Reserve einrechnen. Wenn dein LiFePO-Akku 75Ah hat, kannst du diese im Prinzip auch zu 100% in deine  Berechnung einbeziehen und nutzen. Du brauchst daher das Ergebnis deiner Bedarfsberechnung nicht zu verdoppeln.

Aufgrund seiner enormen Leistungsfähigkeit ist dieser Akku-Typ in der Lage, fast ganz entladen zu werden und trotzdem noch deinen Motor zu starten. Dabei nimmt der Akku keinen Schaden (Tiefentladung). Empfehlenswert ist beim Laden jedoch noch der Einsatz eines Balancers. Dieser sorgt für eine sichere und gleichbleibende Aufladung.

Der Einbau eines LiFePO4-Akkus in Neufahrzeugen könnte etwas schwieriger werden, denn neue Starterbatterien müssen in vielen neuen Fahrzeugen angelernt werden. Bei diesem Prozess werden dem Steuergerät die neuen Akkueigenschaften (Typ, Ah, usw.) mitgeteilt. Ob dieses Anlernen bzw. Freischalten auch den Einsatz von LiFePO4-Akkus vorsieht, kann man pauschal schwer beantworten. Solltest du dich für diese Möglichkeit interessieren, dann frag doch vorher mal in deiner Vertragswerkstatt nach. In Zukunft wird sich diese Technologie mit Sicherheit weiter verbreiten, sodass auch hierfür bestimmt eine Möglichkeit gefunden wird. Spätestens dann, wenn (alle) Neufahrzeuge serienmäßig mit LiFePO4-Akkus ausgestattet werden, hat sich dieses Problem erledigt. Bis dahin tendiere ich (auch aus Kostengründen) zur „Zweit-Batterie-Lösung“.

Vorteile

  • sehr hohe Zyklenfestigkeit (Lebensdauer)
  • Kein Memoryeffekt
  • kann sehr tief entladen werden
  • kann sehr schnell aufgeladen werden
  • (Lade)-Elektronik nichtzwingend notwendig (ggf. Balancer einsetzen)

Nachteile

  • sehr hoher Preis
  • ggf. problematisch bei Neufahrzeugen
  • Platzbedarf

Möglichkeit 3: Landstrom – Versorgen im Stand

Die einfachste Lösung, die dich aber gleichzeitig am meisten einschränkt:

Du lädst deine Versorger-Batterie nur dort auf, wo es auch Strom gibt – z.B. auf dem Campingplatz. Du verzichtest auf das Laden während der Fahrt und bist somit auch nur eingeschränkt autark. Wenn du nur „kleine Verbraucher“ betreibst, also keinen Kühlschrank hast, dann ist diese Lösung okay. Du wirst aber früher oder später an die Grenzen stoßen, spätestens dann, wenn du mal keine Steckdose zum laden findest.
Mit einer Solarzelle kannst du dir ein Stück Unabhängigkeit schaffen. Das setzt aber auch wieder einen gewissen Installationsaufwand und vor allem Sonne voraus – dann kannst du auch gleich Möglichkeit Nr.1 in Betracht ziehen.

Ein modernes Batterieladegerät mit vielen Funktionen – Quelle: ctek.de

Du kannst dich natürlich auch gänzlich auf deine Starterbatterie verlassen und die „großen Verbraucher“ nur auf dem Campingplatz mit Strom versorgen. Aber auch das schränkt dich beim Wildcampen extrem ein.

Möglichkeit 4: Tragbare (Riesen-)Akkus und Powerbanks

Vielleicht kennst du ja diese großen, tragbaren und portablen Akkupacks mit allen möglichen Arten von Anschlussmöglichkeiten. In den Top-Modellen sind sogar Wechselrichter vorhanden, die dir 230V Wechselspannung generieren – fast wie zu Hause.

Portable Power-Station von Suaoki – Quelle: Amazon.de

Ich möchte diese Geräte nicht schlechtreden, denn sie erfüllen alle ihren Zweck. Allerdings solltest du dir vor dem Kauf über die Eigenschaften und über die Funktionsweise dieser Akku-Packs im Klaren sein. In diesen mobilen Kraftwerken sind meist Akkus mit der Lithium-Ionen-Technologie verbaut. Wie du schon weißt, spricht die Lithium-Ionen-Technologie für eine tiefe Entladbarkeit sowie eine schnelle Aufladbarkeit. Die anderen Vorteile dieser Technologie kennst du ja schon vom vorherigen Kapitel. Jedoch gibt es von Hersteller zu Hersteller oft eklatante Qualitätsunterschiede bei der Verarbeitung und der Elektronik, die ja im Verborgenen liegt. Die oben abgebildete „Power-Station“ gehört zu den höherpreisigen Geräten, schneidet aber dafür in einschlägigen Tests durchaus gut ab.

Ist eine Power-Station das Richtige für dich?

Wenn du ausschließlich auf Wochenendtour bist oder von Steckdose zu Steckdose fährst, dann wirst du mit dieser Art der Spannungsversorgung voll auf deine Kosten kommen. Es sei jedoch erwähnt, dass du damit nur bedingt autark campen kannst und auch nur kleine bis mittlere Verbraucher betreiben kannst. Ein eingebauter Wechselrichter saugt deinen Akkupack in Windeseile leer. Viele Geräte bieten auch das Aufladen über den Zigarettenanzünder-Stecker an. Allerdings liefert dieser nur einen begrenzten Strom, was bedeutet, dass ein leerer Akku-Pack mehrere Stunden zum aufladen braucht. Zusätzlich gibt es bei machen Geräten noch die Möglichkeit den Akku über Solar zu laden.

Eine Power-Station ist ein gelungener Kompromiss aus allen drei vorherigen Möglichkeiten. Der „Do-it-yourself-Gedanke“ bleibt jedoch hier völlig auf der Strecke. Für Bastelmuffel und den nicht-professionellen Einsatz ist diese Lösung perfekt. Das oben abgebildete Akkupack hat allerdings mit 400€ einen stolzen Preis.

Powerbank – Die Technik-Falle?!

Die angegebenen Leistungsdaten Powerbanks, also den kleineren Kollegen der Akkupacks, sind oft mit Vorsicht zu genießen. Hier beziehen sich die Hersteller auf die Kapazitäten (Ah oder mAh)  der einzelnen Zellen im Inneren. Gerne gibt man die Kapazität auch in Milliampere an, da so die Zahl größer ist – reines Marketing, denn dadurch hält der Akku auch nicht länger.

Im folgenden Abschnitt erkläre ich dir das Ganze mal konkret am Beispiel einer Powerbank.

Kraftwerk im Taschenformat – Eine Powerbank (Quelle: Amazon)

Die Hersteller von Powerbanks werben teilweise mit aberwitzigen Kapazitätsangaben für ihre Taschenkraftwerke. Eine Powerbank mit 30.000mAh, also 30Ah – so groß wie eine Schachtel Zigaretten, geht das überhaupt? Die Antwort ist in den meisten fällen leider: Nein!
Um der Antwort nach der Frage der Funktionsweise auf den Grund zu gehen, schauen wir mal ins Innere einer ganz normalen Powerbank.

Ein Blick ins Innere einer Powerbank. Quelle: Youtube – computer:club2

Auf dem Foto kannst du erkennen, dass in dieser Powerbank drei Zellen verbaut sind. Je Zelle gibt es 3,7V und 2.200mAh. Durch die Parallelschaltung der drei Zellen ergibt sich eine Kapazität von 6.600mAh. An der Spannung von 3,7V ändert sich in einer Parallelschaltung nichts – die drei Zellen zusammen liefern also 3,7V und 6.600mAh.

Die Angabe von 6.600mAh bezieht sich also NUR auf die 3,7 Volt der Zellen und nicht auf die angegebene Ausgangsspannung von 5V – Das ist schon die erste Werbeschummelei, denn am Ende steht dir deutlich weniger Akkukapazität zur Verfügung.

Das liegt daran: Dein Smartphone benötigt, wie alle USB Geräte eine Ladespannung von 5V.  Es fehlen 1,3V Ausgangsspannung, die durch die verbaute Elektronik erzeugt werden müssen. Die Spannung wird von 3,7V auf 5V angehoben. Das passiert aber nicht umsonst! Bei diesen Prozess gehen ungefähr 30% Kapazität verloren, es stehen dann in Wahrheit nur ca. 4.600mAh zur Verfügung.

Bitte verstehe mich nicht falsch, ich möchte die Powerbanks nicht schlecht reden. Ich warne dich nur vor den falschen (Werbe-)Versprechen der Hersteller. Der Markt ist nicht ausschließlich voller schwarzer Schafe. Es gibt Ausnahmen: Hersteller, die ehrlich sind und verlässliche Angaben machen. Kleiner Tipp: Angaben in Wh, also Wattstunden, sind verlässlicher. Sie stehen nicht im Zusammenhang mit der Zellenspannung.

„Die geht noch“ – richtiges Prüfen von Akkus

Vielleicht hast du es selber mal erlebt: Du steigst morgens in dein Auto, drehst den Zündschlüssel um und… nichts passiert. Auch bei modernen Autos ist die Ursache dafür oftmals eine entladene Starterbatterie.

Übrigens: Auch beim Thema „Austausch der Starterbatterie“ hat die Modernisierung viel verändert. War es früher noch möglich, eine defekte Starterbatterie einfach auszutauschen, so ist das heute nicht mehr so ohne Weiteres möglich. Fahrzeuge neueren Baujahres verlangen nach einem Batteriewechsel das Anlernen selbiger an die Fahrzeugelektronik. Der Wagen läuft meist auch ohne die Anlernprozedur, aber um lange Freude am neuen Akku zu haben, ist ein Besuch in der Werkstatt unumgänglich. Hier werden dann dem Steuergerät die neuen Batteriedaten übermittelt.

Doch zurück zum Thema: Wie kannst du herausfinden, wie es um deine Starterbatterie bestellt ist und ob deine Lichtmaschine noch funktioniert? Ganz einfach: Durch das Messen von der Batteriespannung und der Ladespannung!

Diese Erste-Hilfe-Maßnahme geht folgendermaßen: Als erstes prüfst du die Klemmenspannung deiner Starterbatterie. Im Idealfall entfernst du für diese Messung die beiden Polklemmen der Batterie.

ACHTUNG! Abhängig vom Batterie-Typ können beim Laden entzündliche Gase entstehen. Bei einem Funken besteht die Gefahr, dass diese sich explosionsartig entzünden. Deshalb solltest du vor dem Messen einmal kurz den Motorraum durchlüften: Motorhaube auf und ein bisschen warten und ggf. einmal kräftig über die Pole des Akkus pusten (kein Witz!)

Die Spannung deiner Starterbatterie (Ruhespannung) sollte im Idealfall nicht unter 12,6 V liegen. Dies entspricht bei herkömmlichen Blei-Säure-Akkumulatoren einem Ladezustand von 70%. Bei etwa 12,4 V ist der Akku halb entladen und bei ca. 11,8 V ist er tiefentladen. Diese Messung ergibt nur ein halbwegs verlässliches Ergebnis, reicht aber aus um eine erste Prognose abzugeben.

Stellst du bei dieser Messung eine entladene Batterie fest, dann hast du vier Möglichkeiten:

  1. Ein Netzladegerät anschließen – und abwarten
  2. Starthilfe durch anschieben: Eine Person ins Auto, Zündung an (nicht starten), zweiten (!) Gang einlegen und Kupplung treten. Zweite Person anschieben lassen und bei ausreichender Geschwindigkeit die Kupplung kommen lassen. Achtung: Geht nur bei Fahrzeugen mit Schaltgetriebe, bei Automatikgetrieben kann es problematisch werden.
  3. Überbrücken mit einem Starterkabel
  4. Einfach eine neue Batterie einbauen – geht nätürlich auch

Erste Hilfe – Starthilfe durch Überbrücken

Als kleine Auffrischung erkläre ich die hier ganz ausführlich nochmal, wie du Starthilfe richtig geben kannst. Im Prinzip ist die ganze Prozedur nicht schwer, wenn du dich an ein paar wichtige Regeln hälst. Vorab lohnt sich immer ein Blick in die Betriebsanleitung deines Fahrzeugs. Hier kannst du dir genauere Informationen holen, für den Fall, dass dein Fahrzeug eine Sonderbehandlung in Sachen Starthilfe benötigt. Bitte achte auf den richtigen Querschnitt deines Kabels. Dieselmotoren benötigen zum Starten mehr Strom als Benzinmotoren. Aus diesem Grund müssen Starterkabel für Dieselmotoren einen größeren Querschnitt haben – also „dicker“ sein. Meistens ist ein entsprechender Hinweis auf der Verpackung zu finden.

Das Starthilfekabel – oder Überbrückungskabel | Quelle: ADAC.shop

In der Regel sind für die richtige Starthilfe folgende Schritte einzuhalten:

  1. Keine Hektik und auf die Umgebung achten!
    Eigenschutz geht vor. Im ungünstigsten Fall steht das „havarierte“ Fahrzeug mitten im Verkehr. Achte also stets auf die Umgebung und lass dich auch nicht vom genervten Hupen der anderen Verkehrsteilnehmer aus der Ruhe bringen.
  2. Zündung in beiden Fahrzeugen ausschalten
    Moderne Fahrzeuge mögen es gar nicht, wenn plötzlich eine (fremde) Spannung angelegt wird. Steuergeräte und CAN-Bus reagieren oftmals allergisch auf solche Aktionen.
  3. Nur ein geeignetes Starthilfekabel verwenden
    Achte schon beim Kauf des Starthilfekabels darauf, dass es auch für dein Fahrzeug geeignet ist. Anlasser in Dieselfahrzeugen benötigen beim Starten mehr Strom als Fahrzeuge mit Benzinmotoren. Deswegen ist der Querschnitt der Kabel enorm wichtig. Meistens sind Starthilfekabel für Dieselmotoren besonders dick  (Kabelquerschnitt) und entsprechend gekennzeichnet.
  4. Zuerst das rote Kabel (Plus-Kabel) am Spenderfahrzeug anschließen und dann am entladenen Fahrzeug.
    Dazu muss die Klemme des Kabels an den Pluspol der Starterbatterie geklemmt werden. Hier musst du unbedingt auf eine möglichst sichere Verbindung achten, denn sonst kann es passieren, dass sich die Klemme durch die Vibrationen beim Starten des Motors löst. Fahrzeuge, die ihre Starterbatterie im Kofferraum haben, haben meist eine separate Plusklemme im Motorraum. Auch hier lohnt sich im Zweifel ein Blick in die Betriebsanleitung.
  5. Danach das schwarze Kabel (Minus-Kabel) am Spenderfahrzeug anschließen und dann am entladenen Fahrzeug.
    Am besten suchst du dir dafür einen Massepunkt im Motorraum des jeweiligen Fahrzeugs. Oft gibt es extra für diesen Anlass gekennzeichnete Massepunkte. Auf jeden Fall solltest du es vermeiden, das Minus-Kabel direkt am Minuspol der entladenen Starterbatterie anzuschließen. Denn wie schon erwähnt, können Bereich der Batterie durch Ausgasen entzündliche Gase entstehen. Wenn dann ein Funke durch das Anklemmen der der Minus-Leitung am Minuspol der Batterie entsteht, dann gibt es einen großen Knall. Solltest du keinen geeigneten Massepunkt finden, musst du zwangsläufig an den Minuspol der Starterbatterie anklemmen. Um eventuelle Ausgasungen zu entfernen kannst du auch hier (wie bei der Messung) einmal kräftig über die Starterbatterie pusten.
  6. Jetzt den Motor im Spenderfahrzeug starten – und Motor laufen lassen!
  7. Danach entladenes Fahrzeug starten – und Motor laufen lassen!
    sollte das betroffene Fahrzeug nach etwa zehn Startversuchen nicht starten, dann wird höchstwahrscheinlich nicht nur eine entladen Batterie der Grund für die Panne sein. In dem Fall sollten keine weiteren Startversuche unternommen werden.
  8. Rückbau des Starthilfekabels in umgekehrter Reihenfolge
    Zuerst das schwarze Kabel (Minus-Kabel) am Spenderfahrzeug und dann am anderen Fahrzeug abklemmen. Danach das rote Kabel (Plus-Kabel) am Spenderfahrzeug abklemmen und dann am anderen Fahrzeug.

Prüfen der Lichtmaschine – Messen der Ladespannung

Nach der erfolgreichen Starthilfe empfiehlt es sich, dass du deine Lichtmaschine überprüfst. Dazu misst du einfach, während der Motor läuft, die Spannung an den Polen deiner Starterbatterie. Die Ladespannung der Lichtmaschine liegt bei etwa 13,4 bis 14,8V. Solltest du deutlich weniger als 13V messen, ist deine Lichtmaschine höchstwahrscheinlich defekt – oder die Verbindungsleitung zwischen Lichtmaschine und Starterbatterie. Eine defekte Sicherung kann auch der Grund sein.

Boxenstopp – Kurzer Zwischenüberblick

  • In diesem Teil hast du gelernt, hast du den Unterschied zwischen Batterien und Akkumulatoren kennengelernt.
  • Du kennst jetzt die gängigsten Akkutypen – und all ihre Vor- und Nachteile.
  • Dank der Kapazitätsberechnung weißt du jetzt genau, wie viel Power deine Batterie mitbringen sollte.
  • Du kennst nun vier Möglichkeiten zur mobilen Stromversorgung: 1. Die zweite Batterie, 2. Eine neue Batterie (LiFePO4), 3. Landstrom und 4. Power Stations
  • Du kannst deine Lichtmaschine und deine Akkus richtig prüfen
  • Deine Kenntnisse in Sachen Starthilfe wurden aufgefrischt

Falls du dich für den Einbau eines Zweit-Batterie-Systems interessierst, dann empfehle ich dir diesen Artikel. Darin erkläre ich ausführlich den Einbau einer zweiten Batterie in einen ganz normalen Kombi. Außerdem gibt es im Artikel noch spannende Details zum Kofferraumausbau. Kein Bock auf Lesen? – Kein Problem! Ein Video zum Thema gibt es natürlich auch.

Im dritten Teil erwartet dich alles um das Thema „Laden von Akkus“. Ich erkläre dir im Detail verschiedene Lademöglichkeiten und sage dir, worauf du im Einzelnen achten musst. Am Ende wirst du in der Lage sein, genau einzuschätzen, was für eine Akku-Lösung für dich in Frage kommt.

Hier geht´s zu Teil 1


Autarke Stromversorgung | Teil 1 – Elektrotechnik für Dachzeltnomaden

Koffer gepackt und Akkus geladen

Wenn du mit deinem Auto verreist oder als Dachzeltnomade sogar deinen Urlaub darin verbringst, stehst du zwangsläufig irgendwann vor der Frage der Stromversorgung. Denn natürlich möchtest du nicht auf einen gewissen Komfort verzichten. Das obligatorische Aufbaubier soll immer kalt und die Akkus von Smartphone, Kamera und Co. immer voll sein. Damit du auch nachts nicht im Dunklen stehst, brauchst du auch noch die richtige Beleuchtung.

Lampen, Ladegeräte, Kühlboxen und alles was sonst noch einen Stecker hat, haben eines gemeinsam: Sie wollen alle mit Strom versorgt werden.

Ich nehme dich mit auf die Reise durch das Stromuniversum in deinem Auto. Du erfährst in drei aufeinander aufbauenden Artikeln alles, was du brauchst, damit dir unterwegs nie der Saft ausgeht: Von den Grundlagen der Elektrotechnik für Dachzeltnomaden bis hin zum Einbau einer autarken Stromversorgung in deinem Auto. 

Kraftwerk auf vier Rädern

Grundsätzlich ist es kein allzu großes Problem deine mobilen Stromfresser mit ausreichend Energie zu versorgen – natürlich nur während der Fahrt bzw. wenn dein Motor läuft. In diesem Fall übernimmt die Lichtmaschine die Versorgung deiner Verbraucher. Zwischen deiner Lichtmaschine und den Verbrauchern befindet sich die Starterbatterie. Diese wird (in den meisten Fahrzeugen) kontinuierlich von der Lichtmaschine geladen.

Der Begriff Lichtmaschine ist übrigens historisch bedingt. Er kommt aus einer Zeit, in der elektrischer Strom im Fahrzeug ausschließlich für das Licht benötigt wurde. Aus diesem Grund stößt man in verschiedenen Fachartikeln auch immer wieder auf den Begriff des Generators. Da die Lichtmaschine eine sehr wichtige Rolle spielt, bekommt sie sogar einen eigenen Abschnitt. Dazu darfst du dich aber noch etwas durch die drei Teile des Artikels arbeiten, um dir ein gewisses Grundwissen anzueignen.

In den ersten Autos war die Lichtmaschine nur für das Licht zuständig | Quelle: Wikipedia.org

Im Stand – bzw. bei ausgeschaltetem Motor – sieht das Ganze schon anders aus: Der Generator lädt die Starterbatterie jetzt nicht mehr auf. Die ganze Energie, die deine Verbraucher benötigen, muss jetzt alleine von der Starterbatterie zur Verfügung gestellt werden – Das ist auf Dauer nicht gut!

Immer unter Strom – Die Starterbatterie

An dem Begriff „Starterbatterie“ lässt sich schon erahnen, dass diese einen ganz speziellen Job in deinem Fahrzeug hat. Sie ist nämlich (fast) ausschließlich dazu da, über den Anlasser den Motor zu starten. Dazu wird kurzzeitig viel Strom benötigt, der wiederum nur von einer gesunden Batterie zu Verfügung gestellt werden kann. Das Versorgen der „kleinen“ Verbraucher deines Autos (Autoradio, Uhr, Beleuchtung etc.) ist sozusagen nur ein Nebenjob für die Starterbatterie. Wenn du  vorhast, deine „Camping-Verbraucher“ ebenfalls über diese eine Spanungsquelle zu betreiben ist das meist keine gute Idee. Das Anspringen deines Motors und damit auch die Weiterfahrt am nächsten Morgen könnte sich unter Umständen dadurch etwas verzögern.

Denn in diesem Fall gehen die Lichter aus und der Motor nicht mehr an. Darüber hinaus ist es wichtig zu wissen, dass eine (Starter)Batterie niemals vollständig entladen werden darf. Dies ist absolut schädlich und führt oft zum Totalschaden der Batterie. Wie stark du eine Batterie entladen darfst, ist abhängig vom Batterietyp. Dazu erfährst du im zweiten Teil des Artikels mehr.

Wenn du deinen Motor nur kurz abstellst (tanken oder rote Ampel), brauchst du natürlich keine Spezialtechnik – das hält eine gesunde Starterbatterie aus.

Große und kleine Verbraucher

„Wie lange kann ich meine Heizdecke über die Batterie betreiben?“„Braucht eine Kühlbox viel Strom?“„Kann ich mein Notebook auch über die Starterbatterie laden?“ – Das sind die typischen Fragen, die mir immer wieder gestellt werden. 

Um all das zu verstehen, ist es notwendig, erst einmal die Begriffe Spannung und Strom zu verstehen. Keine Angst, du bekommst jetzt hier keinen Physik-Overkill. Ich erkläre dir hier die einfachsten Grundlagen und beschränke mich dabei auf die KFZ-Elektrik. Das heißt du rechnest bzw. arbeitest mit Gleichspannung im Bereich von 12 Volt. Die Rechenbeispiele sind stark vereinfacht, reichen aber zum Verstehen vollkommen aus. 

Es ist wichtig, dass du ein Gefühl für die elektrischen Größen entwickelst. So wie du ein Feeling dafür hast, was im Alltag günstig oder teuer ist, entwickelst du mit der Zeit sicher ein Gefühl dafür, was viel Strom oder wenig Strom ist. Das erleichtert dir die Planung deiner Stromversorgung und dient auch deiner Sicherheit – denn auch wenn du keine lebensgefährlichen Stromschläge zu erwarten hast, kann Strom bei falschem Umgang großen Schaden anrichten.

Für dich heißt das konkret: Bei Arbeiten am Kfz vorher IMMER die Batterie abklemmen!

Spannung und Strom

Ein einfacher Stromkreis besteht aus einer Quelle (Erzeuger) und einem Verbraucher. Durch eine elektrisch leitende Verbindung, z.B. einem Kupferkabel, kann der Stromkreis geschlossen werden. So wird die elektrische Energie dem Verbraucher zugeführt.

Zuerst erkläre ich dir mal das Innenleben einer Batterie. Das kannst du dir wie zwei Eimer vorstellen. Dabei befindet sich der erste Eimer oberhalb des zweiten Eimers.

Die Stromquelle – Vereinfacht dargestellt

Achtung: In diesem Beispiel betrachten wir die physikalische Stromrichtung. Dabei fließt der Strom vom Minuspol zum Pluspol. In der Elektrotechnik, also auch in Schaltplänen,  wird stets die technische Stromrichtung abgebildet – das wirst du bei den Beispielen weiter unten sehen.

Der obere Eimer ist bis zum Rand mit Wasser gefüllt und der untere Eimer ist leer. Die Schwerkraft möchte nun, dass das Wasser vom oberen Eimer in den unteren Eimer fließt. Damit das geschehen kann, muss eine Verbindung geschaffen werden. Das Wasser fließt dann vollständig in den unteren Eimer bis der obere Eimer leer ist. Eine größere Verbindung bedeutet gleichzeitig auch, dass der oberer Eimer schneller leer ist.

Der Stromkreis

Dieses Prinzip kannst du analog auf den Stromkreis übertragen. Der höhere Eimer (Minuspol) hat elektrisch gesehen das höhere Potential (Elektronenüberschuss), er ist gefüllt mit negativ geladenen Elektronen, die das Bestreben haben sich zu den tiefer gelegenen Protonen im unteren Eimer (Pluspol) zu gesellen. Dieser untere Eimer hat ein niedrigeres Potential (Elektronenmangel).

Elektronen werden immer von Protonen angezogen. Durch Hinzugabe eines elektrischen Leiters wird der Stromkreis geschlossen und ein Ladungsausgleich findet statt – Ein Strom kann fließen. Die Größe bzw. Höhe dieses „Elektronenstroms“ ist abhängig von der Größe des Leiters – Genauso wie beim Beispiel mit den Eimern: Je größer die Verbindung, desto mehr Strom kann fließen.

Das Bespiel mit den Eimern stellt technisch gesehen einen Kurzschluss dar. Denn wir haben nur einen elektrischen Leiter zwischen die Pole gebracht. Was noch fehlt ist der Verbraucher. 

Der einfache Stromkreis

Das Bild zeigt einen geschlossenen Stromkreis. Du kannst erkennen wie der Strom über die Lampe vom Minuspol zum Pluspol fließt (physikalische Stromrichtung). Wenn du den Stromkreis öffnest bzw. unterbrichst (Schalter umschalten oder abklemmen an der Batterie),  dann kann kein Strom mehr fließen.

Der Minuspol hat ein hohes Potential (hoher Eimer – Elektronenüberschuss). Der Pluspol hat ein niedrigeres Potential (unterer Eimer – Elektronenmangel). Die Differenz beider Potentiale bezeichnet man als Potentialunterschied. Je höher dieser Potentialunterschied ist, umso höher ist auch die Spannung in Volt (V).

Solange dieser Potentialunterschied besteht, fließt ein Strom. Wenn sich alle Elektronen (-) mit den Protonen (+) verbunden haben, besteht kein Potentialunterschied mehr. Die Potentiale sind dann ausgeglichen – ähnlich wie bei einer Waage, die ausgewogen ist. Praktisch bedeutet das: Die Batterie ist leer.

Einheiten für Strom und Spannung

Um diese elektrischen Größen genau zu bezeichnen und damit rechen zu können, hat man sie in Einheiten aufgeteilt. Die Einheit der Spannung wird in Volt angegeben und mit einem großen „V“ gekennzeichnet. Das Formelzeichen der Spannung ist ein großen „U“. Die Einheit Volt wurde 1897 nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta benannt.

Beim Strom verhält es sich ähnlich: Hier gibt es die Einheit Ampère, die mit einem großen „A“ gekennzeichnet wird. Benannt wurde diese Einheit übrigens nach dem französischen Mathematiker und Physiker André-Marie Ampère. Das Formelzeichen des elektrischen Stroms ist ein großes „I“.

Boxenstopp – Kurzer Zwischenüberblick

  • Am Pluspol einer Spannungsquelle besteht Elektronenmangel.
  • Am Minuspol der Spannungsquelle besteht Elektronenüberschuss.
  • Ein Strom fließt nur bei geschlossenem Stromkreis.
  • Ein Strom fließt nur, wenn ein Potentialunterschied besteht.
  • Strom fließt immer vom höheren zum niedrigerem  Potential.
  • Die Differenz beider Potentiale (Potentialdifferenz) ergibt die Spannung. Je höher der Potentialunterschied, umso höher ist auch die Spannung (U).

Jetzt wird’s technisch

Achtung, ab jetzt betrachten wir die technische Stromrichtung! Zur Erinnerung: Hier fließt der Strom zur Veranschaulichung vom Pluspol zum Minuspol. Diese Darstellung ist international gültig und du kannst sie so in jedem Schalplan finden.

Einfacher Stromkreis – Technische Stromrichtung

Du weißt jetzt, dass sich die Spannung (U) aus der Potentialdifferenz der Quelle ergibt. Die Bewegung der Elektronen im Leiter (Potentialausgleich) ist nicht anderes als der elektrische Strom (I). Wie hoch der elektrische Strom ist, der die Leitung durchfließt, ist  in erster Linie anhängig vom Verbraucher.

Weitere Faktoren für die Höhe des Stroms sind:
1. Die elektrische Verbindung zwischen Spannungsquelle und Verbraucher – also deine Leitung von A nach B. Diese muss in der Lage sein, den vom Verbraucher angeforderten Strom zu transportieren. Was es damit genau auf sich hat und worauf du bei Leitungen alles achten muss, erkläre ich dir im zweiten Teil des Artikels.
2. Der maximale Strom, den deine Quelle abgeben kann – du kannst natürlich nicht mehr verbrauchen, als du liefern kannst.

Hungrig nach Strom – Der Verbraucher

Streng betrachtet ist die Bezeichnung „Verbraucher“ nicht richtig. Es wird nämlich keine Energie verbraucht, sondern lediglich umgewandelt. Je nach Art der Umwandlung wird mehr oder weniger Strom benötigt. Daher ergibt sich auch umgangssprachlich die Unterscheidung zwischen großen und kleinen Verbrauchern.

Den Leistungsbedarf eines Verbrauchers kannst du dir wie ein Wasserrad in einem Fluss vorstellen. Je kleiner das Wasserrad, umso weniger Wasser wird benötigt um es anzutreiben. Ein kleines Wasserrad entspricht der Eigenschaft eines kleinen Verbrauchers – es wird wenig Strom benötigt um es anzutreiben.

Kleines Wasserrad – Kleiner Verbraucher

Ein großer Verbraucher entspricht analog einem großen Wasserrad. Hier benötigst du viel Wasser um es zu drehen – Es wird also viel Strom „verbraucht“.

Großes Wasserrad – Großer Verbraucher

Elektrotechnisch gesagt: Ein Verbraucher ist ein Widerstand (R) im Stromkreis. Die Stromaufnahme ist abhängig von der Größe des Widerstandes (Wasserrad). Je höher der Widerstand ist (kleines Wasserrad), umso kleiner ist auch der Strom (I), der ihn durchfließt und auch die aufgenommene Leistung (P).

Typische Bespiele für große Verbraucher sind im allgemeinen Verstärker oder Geräte, die Wärme produzieren.

  • Wärmedecken
  • Wasserkocher
  • Kaffeemaschinen
  • Endstufen/Verstärker
  • Wechselrichter
  • Kühlboxen

Als kleine Verbraucher bezeichnet man hingegen

  • Ladegeräte für Smartphone und Co.
  • LED-Beleuchtung (keine Halogen-Scheinwerfer)

In diesem Zusammenhang muss ich an meinen alten Meister während meiner Ausbildung denken (ich kann’s kaum glauben, dass ich hier zitiere). Ich erinnere mich bruchstückweise an den Satz: …„gute Elektronik darf nicht heiß werden…das ist alles Pv…“ Er liebte es in Abkürzungen zu sprechen, und meinte mit „Pv“ die Verlustleistung.

Und soll ich dir was verraten? – Er hat (prinzipiell) Recht – Denn Wärme ist ein ungewolltes Nebenprodukt beim Umwandeln (Verbrauchen) von Strom. Es sei denn, du willst gezielt Wärme erzeugen, z.B. bei einer Heizdecke.

Bei einer Glühlampe ist die Wärme, die beim Betrieb entsteht, ein Nebenprodukt. Diese Verlustwärme bzw. Verlustleistung wird nicht genutzt und „umsonst“ verbraucht. Aus diesem Grund verwendet man heute fast ausschließlich LED´s. Die haben zwar auch Verluste, aber nicht in den Dimensionen wie herkömmliche Glühlampen. Durch die geringen Verluste haben LED´s einen viel kleinere Stromaufnahme – man spricht bei diesem Verhältnis vom Wirkungsgrad.

Der Wirkungsgrad von herkömmlichen Glühlampen liegt bei etwa 10-20%. Moderne LED´s erreichen einen Wirkungsgrad von etwa 50%. Der Rest ist bei beiden jeweils die Verlustleistung – Wärme.

Weiter im Thema: Angaben zum „Stromhunger“ deiner Geräte kannst du auf dem Typenschild oder in der Bedienungsanleitung finden. Die Leistungsaufnahme wird in Watt (W) oder Ampère (A) angegeben. 

 

Das Ohm’sche Gesetz

Jetzt kennst du die Zusammenhänge und du kannst in die Rechnerei einsteigen. Doch vorher brauchst du noch ein wichtiges „Werkzeug“: Das Ohm’sche Gesetz.

Du kennst bestimmt noch dieses merkwürdige Dreieck aus dem Physikunterricht.

Das Ohmsche Gesetz – DZN Edition

Aus diesem unspektakulären Dreieck lassen sich alle Formeln herleiten, die du für die folgenden Rechenbeispiele brauchst.

 

Hier kannst du an einem Beispiel sehen, wie Spannung, Strom, Widerstand und Leistung miteinander im Verhältnis stehen. Das sind die wichtigsten elektrotechnischen Größen, die in einem typischen (geschlossenen) Stromkreis vorkommen.

Überall dort, wo ein Potentialausgleich stattfindet, fließt auch ein Strom, der wiederum eine Leistung „erbringt“. Um dies nochmal auf mein anfängliches Beispiel mit den Wassereimern zu beziehen, kann man sagen:

  • U – Die Spannung bzw. der Potentialunterschied: Der Höhenunterschied beider Eimer.
  • I – Der Strom: Das Wasser, das durch den Fluss vom höheren in den tieferen Eimer fließt.
  • R – Der Widerstand: Das Wasserrad, das angetrieben werden muss. Dabei gilt: Großes Rad = Viel Wasserbedarf (großer Strom) und umgekehrt.
  • P – Die Leistung: die Bewegungsenergie (Kraft), die das Rad produziert um z.B. einen Mühlstein anzutreiben.

Hier siehst du mal die Sache mit den Eimern und den Wasserrädern – elektrotechnisch dargestellt:

Auf den Punkt gebracht – Das Verhältnis zwischen Spannung, Strom, Widerstand und Leistung

Beispiel Rechnung 1

Auf einer LED Lampe findest du folgende Angaben -Versorgungsspannung 12V (U) und Leistungsaufnahme 4,5W (P)

Du möchtest nun die Stromaufnahme (I) herausfinden.  Dazu nimmst Du die Formel für die Elektrische Leistung (Gleichstromleistung)

P=U*I

stellst diese nach (I) um

I=P/U

setzt entsprechen die Werte ein

I=4,5W/12V

und erhältst dann als Ergebnis eine Stromaufnahme (I) von

0,375A bzw. 375mA


Beispiel Rechnung 2

Auf einer Heizdecke findest du folgende Angaben -Versorgungsspannung 12V (U) und eine angegebene Leistungsaufnahme von 50W (P)

Du möchtest nun die Stromaufnahme (I) herausfinden.  Dazu nimmst Du die Formel für die Elektrische Leistung (Gleichstromleistung)

P=U*I

stellst diese nach (I) um

I=P/U

setzt entsprechen die Werte ein

I=50W/12V

und erhältst dann als Ergebnis eine Stromaufnahme (I) von

4,167A

Anhand beider Ergebnisse kannst du bereits erahnen, dass es sich im ersten Bespiel um einen kleinen Verbrauchen handeln muss. Das Ergebnis im zweiten Bespiel lässt auf einen eher großen Verbraucher schließen.

Fakt ist: Beide Verbraucher sind in der Lage, deine Batterie vollständig zu entladen. Entscheidend ist dabei nur die Dauer. Also die Zeit, die verstreicht, bis ein vollständiger Potentialausgleich in deiner Batterie stattgefunden hat.

Der Faktor Zeit

Jetzt möchtest du wissen, wie lange deine Batterie die Verbraucher aus den oben genannten Bespielen versorgen kann.

Zuerst rechne ich die Zeit aus, die nötig ist, eine Batterie zu 100% zu entladen – um jedoch möglichst praxisnah zu sein (und weil man einen Akku niemals zu 100% entladen sollte), teile ich das Ergebnis der Berechnungen einfach durch zwei. Denn: 50% ist ein realistischer Wert für die Entladung. Nur die Lithium-Ionen Akkus dürfen mehr entladen werden, doch dazu komme ich später.

Als erstes musst du herausfinden, was deine Batterie leisten kann. Diese Leistungsangabe* ist bei Batterien meistens Ah – Ampére Stunden – angegeben. Teilweise findest du auch die Angaben von Wh -Wattstunden. Egal ob Ah oder Wh einen dieser Werte brauchst du zur Berechnung der Zeit (t). Außerdem benötigst du die Strom- oder Leistungsaufnahme deines Verbrauchers. Wie du das herausfindest bzw. berechnen kannst, hast du ja im vorherigen Abschnitt gelernt.

Typische Leistungen für Starterbatterien liegen zwischen 30Ah und 120Ah. Es kommt immer darauf an, wie groß der Motor ist, der mit der Batterie gestartet werden soll. In der Regel verfügen Dieselmotoren über leistungsfähigere Batterien, da zum Starten mehr Kraft aufgewendet werden muss.

*Info: Leistung ist hier eigentlich die falsche Bezeichnung. Technisch korrekt heißt es Ladungsträgerkapazität oder Nennladung.

Beispielberechnung LED Lampe

 

Beispielberechnung Heizdecke

Diese Beispiele zeigen dir nun ganz deutlich, wie lange du deine Verbraucher an eine 75Ah Batterie betreiben kannst. So bekommst du langsam ein Gefühl für „große“ und „kleine“ Verbraucher. Logischerweise musst du den Energiebedarf von allen Geräten auf diese Weise berechnen und addieren. Glaub mir, da kommt einiges zusammen!

Für die ganz Genauen: Die Berechnungen sind nicht zu 100% exakt, sondern vermitteln „nur“ einen Annäherungswert. Das liegt daran, dass ich bewusst einzelne Faktoren bei der Berechnung auslasse. Ich gehe beispielsweise von einer sog. idealen Spannungsquelle aus und vernachlässige u.a. auch den Verlust durch die Leitung. Aber keine Angst: Das Ganze reicht für dein Vorhaben völlig aus. Lediglich auf die Leitungen (Querschnitte) gehe ich später noch ein.

Im Gegensatz zur idealen Spannungsquelle besitzt die reale Spannungsquelle einen Innenwiderstand (Ri), an dem Verluste auftreten.

Dein Motor ist übrigens auch ein Verbraucher. Der zum Starten notwendige Strom kann je nach Motor zwischen 100A und 1000A liegen. Dieser Startstrom wird allerdings nur kurzeitig benötigt und kostet deine Starterbatterie etwa 0,2Ah bis 0,4Ah. Nach ungefähr fünf Minuten Fahrtzeit ist dieser Kapazitätsverlust wieder ausgeglichen.

Bosch AGM Starterbatterie mit 70 Ah – Quelle: bosch-automotive.com

Kurzer Boxenstopp – Fazit & Ausblick

Du bist nun in der Lage den Verbrauch von deinen Geräten einzuschätzen und kannst diesen sogar berechnen. Durch den Faktor Zeit hast du ein Gefühl dafür entwickelt, wie lange deine Verbraucher an deiner Batterie betrieben werden können.

Dazu hast du viele Formeln und Einheiten kennengelernt:

  • Ein Verbraucher ist ein Widerstand im Stromkreis – je größer der Widerstand, umso kleiner der Strom, und umgekehrt.
  • Du kennst das Ohm’sche Gesetz und kannst Strom, Spannung und Widerstand berechnen.
  • Du kennst nun die elektrische Leistung P mit der Einheit Watt (W) und kannst diese auch berechnen.
  • Du weißt nun, dass die Verlustleistung so gering wie möglich sein sollte

 


Bald gehts weiter mit dem zweiten Teil:

Autarke Spannungsversorgung | Teil 2 – Akkus und Batterien

 

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Dachzelt Urlaub: Dachzeltnomaden in Teilzeit

Werde Teilzeit-Dachzeltnomade!

Du interessierst dich auch für einen Dachzelt Urlaub? Gerne geben wir, Sonja und Bernhard, es zu: Wir sind „Schönwetter-Camper“, und nutzen das Dachzelt auch deshalb so gern, weil wir mit unserer 3- bis 5-köpfigen Familie ferienunabhängig und spontan unseren gewohnten Ausflugs-Radius erweitern können. Das spontane Umherreisen, der Kurzurlaub im Dachzelt, erfüllt unseren inneren Wunsch nach Freiheit, Unabhängigkeit und einem einfachen Leben.

Wir haben einen gemeinsamen 3-jährigen Sohn, und als Patchworkfamilie auch ganz oft Bernhards zwei große Söhne bei uns. So gestalten sich unsere Ausflüge von der Zusammensetzung her immer wieder anders, und müssen an unser aller Bedürfnisse angepasst werden. Das ist die Herausforderung, aber Gott sei dank sind wir sehr flexibel und pragmatisch. Familienurlaub im Dachzelt ist toll.

Noch etwas ist ganz typisch für uns: unsere Begeisterung für die Fotografie. Deshalb möchten wir mit diesem Beitrag nicht nur unsere Erfahrungen als Familie mit Dachzelt, sondern auch die Bilder von unseren Dachzelterlebnissen mit euch teilen. „Dachzelt Urlaub: Dachzeltnomaden in Teilzeit“ weiterlesen

Unterwegs duschen? 35 geile Möglichkeiten!

Keine Dusche und trotzdem fresh!

Eine der ersten Fragen, die mir Menschen stellen, wenn ich mich mit ihnen über meinen Lebenstil unterhalte, ist, wo man unterwegs duschen kann.

Jetzt bin ich mittlerweile fast 2 Jahre nonstop im Dachzelt unterwegs, und ich kann sagen: Unterwegs duschen ist einfacher, als du denkst. Denn Duschen gibt es wie Sand am Meer. Glaubst du nicht? In diesem Artikel verrate ich dir 35 Möglichkeiten, wo man unterwegs duschen kann, also, wie du ohne eigene Dusche trotzdem frisch, gepflegt und gut riechend durch die (Outdoor-)Welt kommst.

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Kofferraumausbau mit zweiter Batterie + Ladeelektronik + Stauraum

Kofferraumausbau: die Idee

Das Eckige muss ins Runde…

Nachdem mich auch das Dachzelt Virus gepackt hatte, musste meine „Alte Lady“, ein Toyota Avensis 25, im Kofferraum ein bisschen campingtauglich gemacht werden. So kam die Idee zum Kofferraumausbau. In meinem Kopf entstand der Gedanke, eine Kofferraumbox mit einigen Extras zu bauen.

Einmal infiziert, gibt es keine Heilung: Das Dachzelt Virus!

Die Anforderungen an die Box

Die Box sollte:

    • trotz der serienmäßigen Kofferraumabtrennung und Abdeckung eingebaut werden können
    • den Wagen nicht zum Zweisitzer machen, sondern die Rücksitze belassen, damit die volle Alltagstauglichkeit erhalten bleibt
    • die zweite Batterie und die Ladeelektronik für Batterie/Solar enthalten
    • möglichst variabel und leicht ein- und ausbaubar sein
    • drei bzw. vier 600-x-300-x-300-Euroboxen (Stapelboxen) aufnehmen können
  • möglichst günstig sein, da die Elektronik ist schon teuer genug ist.

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Wie werde ich Dachzelt-Rallyefahrer?

Eine Kurzanleitung zur Vorbereitung

Mit dem Begriff „Rallye“ verbindet man entweder hochgerüstete Offroad-Boliden, die durch die Wüsten dieser Welt hasten, oder Schönwetterausflüge von Liebhabern hochpreisiger Oldtimer-Fahrzeuge. Beide Varianten haben sowohl als Zuschauer und Teilnehmer zweifelsohne ihre Faszination. Es gibt aber auch die andere Sorte: Rallyes für jedermann! „Wie werde ich Dachzelt-Rallyefahrer?“ weiterlesen

Perfekt vorbereitet: Die Dachzelt Packliste

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Wie geht das?

Wenig Platz ist eine Herausforderung

Dachzeltnomaden haben vor allem Eines gemeinsam: Sie bevorzugen Camping in seiner ursprünglichen Form und verzichten dabei bewusst auf jenen Luxus, den vollausgestattete Wohnmobile und Wohnwagen heute leisten. Dachzeltnomaden mögen es puristisch und praktisch, haben wenig Platz im Auto und sind dennoch stets bemüht, ihre Dachzelt Packliste zu optimieren.

Ob in der Vorbereitung, während der Reise oder nach der Ankunft zu Hause, immer fällt uns etwas ein oder auf, was wir gebrauchen könnten, um unser Leben als Dachzeltnomade irgendwie doch ein Stück einfacher zu gestalten. Um einen Überblick über die Standardausrüstung eines jeden Dachzeltnomaden zu schaffen, haben wir eine kleine Dachzelt Packliste angefertigt.

Diese Liste soll als Anleitung zum Packen für die ersten Touren mit dem Dachzelt dienen, Inspirationen und Anregung zum Ergänzen oder Streichen sein. Dabei bleiben geeignete Kleidung und persönliche Gegenstände aufgrund ihrer enormen Individualität außen vor. „Perfekt vorbereitet: Die Dachzelt Packliste“ weiterlesen

Winter-Camping im Dachzelt

Die meisten Dachzeltnomaden verbinden mit dem Dachzelten vermutlich nicht Winter-Camping sondern eher Reisen in wärmere Gefilde – Länder wie Italien, Albanien, Griechenland oder Marokko sind bei Dachzeltabenteurern beliebt.  Nicht ohne Grund sind die meisten Dachzelte auf der Welt wohl eher in Regionen wärmerer Klimate vorzufinden, wie in Australien oder Südafrika.

In den letzten Jahren zeigt der Trend, dass auch in Europa immer mehr Dachzeltnomaden unterwegs sind. Hoch im Kurs stehen dabei die nördlichen Länder Skandinaviens, Schweden und Norwegen. Bis in die entlegensten Ecken sind sie unterwegs. Dachzelten ist als individuelle Reiseart auf dem Vormarsch.

Doch warum eigentlich nur im Sommer? Ist es nicht möglich, das geliebte Dachzelt auch im Winter auszuführen? Was brauchst du für Winter-Camping im Dachzelt? Auf welche Besonderheiten musst du dich einstellen? Was kann schlimmstenfalls passieren? Und überhaupt: Wie bereitest du dich darauf am besten vor?

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Dachzelt-Heizung selbstgebaut: Planar 2D im Alukoffer

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Wie geht das?

Weichflöten mögen es kuschelig! – Der Albtraum eines Dachzelt-Hardliners

Morgens bei geschmeidigen 18°C an der East Coast Südafrikas im Dachzelt aufzuwachen oder sich abends bei angenehmen Temperaturen in Spaniens Sierra Alhamila ins Dachzelt zu verkriechen und dabei den grenzenlosen Sternenhimmel zu genießen, ist sicherlich der Traum eines jeden Dachzeltnomaden.

Für die meisten Regionen auf der südlichen Hemisphere mag das durchaus ganzjährig möglich sein. Auf der nördlichen Seite unserer wunderschönen Erde gibt es auch zahlreiche Möglichkeiten, dem Dachzeltleben zu frönen – nur eben nicht immer bei mollig warmen Temperaturen.

Die Einen zeigen ihre ganze Manneskraft oder ihre – nicht zu unterschätzende – weibliche Härte und trotzen den widrigen Witterungsbedingungen mit aller Willensstärke. Die Anderen sorgen vor und decken sich mit Gasofen, Spirituskocher, einem Haufen Decken oder in der Arktis erprobten Schlafsäcken ein.

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