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Blei-Säure-Akkus oder Lithium-Akkus

RiPower Blei-Säure-Akkus oder Lithium-Akkus
RIPOWER-Geschäftsführer Sven Richter

Sven Richter

Geschäftsführer RiPower gmbH

Dieser Text stammt aus der Feder eines interessierten elektrischen Laiens, wie er selber sagt. Weil mir aber die praxisnahe Darstellung des komplexen Themas gefällt, stelle ich ihn mit Zustimmung des Autors hier ein. Besonders interessant finde ich die beschriebenen technischen Verbundeffekte eines elektrischen Bordnetzes, die für den Praktiker an Bord – je nach seiner Fasson und dem Einsatzgebiet des Bootes -eine gewichtige Rolle spielen. Ich würde nicht jede im Text genannte Zahl unterschreiben. Ich bin insbesondere der Auffassung, dass die Vorteilhaftigkeit von Lithium-Akkus größer ist als dargestellt. Aber im Großen und Ganzen halte ich die Zusammenhänge für korrekt beschrieben. Gut dargestellt ist in meinen Augen der für viele wichtige, ja entscheidende Passus, der sich mit der finanziellen Vorteilhaftigkeit, also mit der Frage „Lohnen sich Lithium-Akkus?“ beschäftigt. In der Lektüre des Textes sehe ich eine gute Orientierungshilfe für andere Skipper, die sich mit dem für sie perfekten elektrischen System an Bord ihres Bootes auseinandersetzen.“

Lieber old-style-Blei-Säure-Akkus oder state-of-the-art-Lithium-Akkus An Bord:?

Hier einige Gedanken von einem Segler + Booteigner und ausgewiesenen Nicht-Elektriker zum Thema: Welche Akkus eignen sind für einen Kleinkreuzer (10 Meter) im Urlaubsbetrieb am besten?

1. Zunächst vier Vorbemerkungen …

Bei der ganzen Betrachtung sollte man immer vier Aspekte im Hinterkopf behalten:

  1. In der Regel resultieren Erkenntnisse über Akkumulatoren (Akkus), also deren Werte zu Kapazität, Zyklenhäufigkeit, Tiefentladung, Ladekurve etc. aus Laboruntersuchungen, die von Herstellern oder Händlern durchgeführt werden. Die gewonnenen Kennzahlen basieren meistens auf Untersuchungen einzelnen neuen Akkus unter optimalen Bedingungen. Die Ergebnisse dieser Tests werden dann als Durchschnittswerte interpretiert und auf baugleiche Akkus übertragen. Manchmal sind die Aussagen auch interessengesteuert. Sprich: In der Realität sollte mit Abweichungen – meist ins Negative – gerechnet werden.
  2. Laboruntersuchungen richten ihren Focus auf den zu untersuchenden Akku. Naturgemäß kann dabei nicht ein an Bord vorhandenes elektrisches Gesamtsystem betrachtet werden (zusätzliche Stromspeicher, Stromerzeuger, Verbraucher, Leitungsdurchmesser, Widerstände, Sicherungen etc.). Noch können die konkreten Nutzungsbedingungen des Akkus an Bord im Zeitablauf untersucht werden (Saison- oder Dauerbetrieb, Zugang zum 220V-Netz, viel Motorfahrt oder keine Motorfahrt, viele und ständig genutzte Verbraucher oder nicht, Energiebilanz etc.) noch der Leistungsabbau infolge von Alterung. Sprich: Nicht zu knapp kalkulieren, das wirkliche Leben frisst mehr Ampere als man denkt.
  3. Jeder testet, wie es ihm sinnvoll oder verkaufsfördernd erscheint. Kein Wunder, dass die Leistungsdaten der je nach Testlabor eine beachtliche Streuung aufweisen. Demnach findet sich im vorliegende Text kaum eine Zahl, die in Stein gemeißelt ist – so ziemlich alles darf angezweifelt werden. Sprich: Es geht nur mit Näherungswerten.
  4. Natürlich gibt es zwischen den beiden Extremem Lithium-Akku als state-of-the-art-Stromspeicher und Blei-Säure-Akku als Null-acht-fünfzehn-Stromspeicher noch Zwischenstufen: AGM- und Gel-Akkus. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden diese beide Akku-Typen hier außen vor gelassen. Aber ich bin zuversichtlich, dass der Leser aus dem hier gesagten, einige Schlüdsse auf diese „Alternativ-Akkus“ übertragen können wird.

2. … dann meine 7 Kernthesen …

Was nun, macht den Zauber der Lithium-Akkus aus? Die aus meiner Sicht entscheidenden drei Pluspunkte lauten: Lithium-Akkus halten (bei gleicher Nennkapazität) mehr nutzbaren Strom vor. Lithium-Akkus sind „zyklenfester“, d.h. sie vertragen hohe Entladungen weitaus besser ohne Schaden zu nehmen. Lithium-Akkus entladen sich viel weniger selbst als Blei-Säure-Akkus.

Erstens, Lithium-Akkus leisten bei gleicher Nennkapazität (z.B. 120Ah) mehr als Blei-Säure-Akkus, weil man ihnen mehr Strom abfordern kann ohne, dass sie Schaden nehmen. Werden Akkus zu stark entladen, tragen sie irreversible Schäden davon, was ihre Lebensdauer teilweise empfindlich beeinträchtigt. Einem „gesunden“ Lithium-Akkus kann man bis zu 70% seiner Kapazität entnehmen ohne ihn zu schädigen (70% von 120Ah wären 84Ah). Einem „gesunden“ Blei-Säure-Akku sollte man tunlichst nicht mehr als 30% seiner Kapazität  abverlangen (30% von 120Ah wären 36Ah), wenn er alt werden soll. 84Ah zu 36Ah heißt: 2,3 : 1. Dies bedeutet, dass man bei vorgegebener Leistungsentnahme mehr als doppelt so viele Blei-Säure-Ah vorhalten muss, wie Lithium-Ah.

Sprich: Bei gleicher Nennkapazität bieten Lithium-Akkus deutlich mehr Ah!

Zweitens, Lithium-Akkus können deutlich öfter entladen und geladen werden. Unter einem Ladezyklus versteht man die labortechnisch kontrollierte Entladung eines „vollen“ Akkus auf eine Entlade-Endspannung von nur 10,5Volt und eine sich anschließende „Voll-Ladung“ – also einmal: voll-leer-voll. Für Lithium-Akkus werden mittlere Ladeyzyklen-Häufigkeiten von 800 bis 1.500 angeben (oder in Nutzungsjahren: „etwa 15 Jahre“). Für Blei-Säure-Akkus werden Ladeyzyklen-Häufigkeiten von 300 bis 500 angeben (oder in Nutzungsjahren: „etwa 5 Jahre“). Lithium-Akkus „halten“ also in der Theorie etwa 3 Mal so lange wie Blei-Säure-Akkus, bevor sie ersetzt werden müssen.

Sprich: Lithium-Akkus vertragen starke Entladung viel besser als Blei-Säure-Akkus.

Drittens, die Selbstentladung von Lithium-Akkus ist deutlich geringer als jene von Blei-Säure-Akkus. Selbstentladung bedeutet, dass sich Akkus im Zeitablauf ohne angeschlossenen Verbraucher, also von alleine, entladen. Man geht im Monatsmittel von einer Selbstentladungsrate von 3% für Lithium- und von 9% für Blei-Säure-Akkus aus. Betrachtet wird ein Akku, der in einem Boot während des 8-monatigen Winterlagers unversorgt, also ungeladen, verweilt. Am Ende des achten Monats hat sich die Kapazität eines anfänglich voll geladenen Lithium-Akkus um 22% auf 78% seiner ursprünglichen Kapazität von 100% verringert. Oder in Ah ausgedrückt: Von der ursprünglich 120Ah sind nach 8 Monaten noch etwa 94Ah vorhanden, was im grünen Bereich liegt. Demgegenüber verringert sich die Kapazität des Blei-Säure-Akkus von 100% um 82% auf 18%. In absoluten Zahlen: von ursprünglich 120Ah auf 22Ah. Roter Bereich!!! Merke: Durch den „Zinses-Zins-Effekt“ hat sich die monatliche 1 : 3 Relation der Selbstentladung bezogen auf einen 9-Monatszeitraum auf 18 : 78, d.h. auf 1 : 4,3 zu Ungunsten des Bleisäure-Akkus verschlechtert! Die Selbstentladung hängt vor allem vom Akku-Typ, vom Zustand und Alter des Akkus, von seinem anfänglichen Ladezustand und von der Temperaturen ab. Da die Selbstentladung in der Praxis sehr stark schwanken kann, ist sie a priori kaum abzuschätzen – aber bei älteren Blei-Säure-Akkus ist mit dem Schlimmsten zu rechnen: Exitus!

Sprich: Lithium-Akkus entladen sich längst nicht so stark wie Blei-Säure-Akkus, bei denen ein Winterlager ohne Ladung den Akku-Tod bedeuten kann!

Viertens, Lithium-Akkus sind bei gleicher Kapazität leichter. Jeder meiner beiden 110Ah-Blei-Säure-Akkus für Service/Komfort wiegt 21kg, beide zusammen 42kg. Nimmt man den unter Erstens oben aufgeführten Aspekt hinzu, wonach man etwa 2,3 so viel Blei-Säure-Ah vorhalten muss, wie wenn man Lithium-Ah an Bord hätte, muss man 220Ah/42kg Variante mit einem 95Ah-Lithium-Akku vergleichen. Und der wiegt mit 14kg ziemlich genau zwei Drittel weniger als die beiden Blei-Akkus.

Sprich: Lithium-Akkus wiegen in etwa ein Drittel so viel wie Blei-Säure-Akkus!

Fünftens, Lithium-Akkus sind bei gleicher Kapazität deutlich kleiner. Weniger Ah brauchen weniger Platz.

Sprich: Mit der Faustformel – Lithium-Akkus benötigen die Hälfte des Raumes, den Blei-Säure-Akkus in Anspruch nehmen, liegt man in etwa richtig.

Sechstens, die Technik rund um den state-of-the-art-Lithium-Akku ist längst nicht so ausgereift und verbreitet wie jene der Allerwelts-Blei-Säure-Akkus. Wer also mit seinem Boot fernab der Heimat unterwegs ist, für den wird es in Sachen Support (Erstinstallation, Systemerweiterung, Ersatz und Ladetechnik schwieriger).

Sprich: Wer kein Fachmann ist und demnach auf fachkundige Unterstützung vor Ort angewiesen ist, weil er mit seinem Boot in der dritten Welt unterwegs ist, muss sich gut überlegen, ob er sich mit dem Abenteuer Lithium-Akkus „belasten“ will.  

Siebtens, Lithium-Akkus kosten viel mehr als Blei-Säure-Akkus, leisten aber mehr und halten aber viel länger. Rechnet sich das? Fassen wir die Punkte „Erstens, Lithium-Akkus leisten das doppelte“ und „Zweitens, Lithium-Akkus leben drei Mal so lange“ zusammen. Dann kommt man zu dem Schluss, dass man mit der Gleichung 1  x 100Ah Lithium-Akku entspricht  3 x 2 x 100Ah-Blei-Säure-Akkus oder kürzer ausgedrückt mit 1 : 6 zu rechnen hat. Bei einer 08-15-Internet-Recherche springt mir der Preis von 130Euro für einen 100Ah Blei-Säure-Akku und ein Preis von 1.000Euro für einen 100Ah-Lithium-Akku ins Auge. 6 x 130Euro = 780Euro. Demnach ist der Lithium-Akku in der Erstanschaffung um 220Euro oder 30% teurer als die entsprechenden 6 Blei-Säure-Akkus. Jeder ist hier eingeladen seine eigenen Beschaffungspreise einzusetzen.

Aber es ist noch ein anderer Kostenaspekt zu berücksichtigen: die Kosten der zweifachen Ersatzbeschaffung für die Blei-Säure-Akkus! Und dieser Aspekt spricht eindeutig für Lithium-Akkus, auch wenn weniger offensichtlich ist: Blei-Säure-Akkus haben den Malus, dass sie – unter Berücksichtigung der gleichen Lebensdauer von Lithium-Akkus – theoretisch zwei Mal ersetzt werden müssen. Wie hoch dieser Lithium-Bonus, der eigentlich ein Blei-Säure-Malus ist, einzuschätzen ist, muss jeder Skipper nach Maßgabe seines Fahrtgebietes, seiner Crew, seines Terminkalenders, seiner Neven, seines Budgets etc. selbst einschätzen. Schon wenn jede Ersatzbeschaffung mehr als 110Euro kostet, ist der Gesamtaufwand beider Akku-Systeme gleich hoch. Auf jeden Fall aber sparen sie die Zeit, die Nerven und die Risiken der Ersatzbeschaffung. Je widriger aber die Bedingungen sind, unter denen die zweifache Ersatzbeschaffung der Blei-Säure-Akkus stattfindet, umso günstiger sind Lithium-Akkus. Nach meinem Eindruck kann dieser Kostenfaktor ganz schnell bedeutsamer sein, als die transparenten Kosten der Erstausrüstung.

Sprich: In der Erstanschaffung sind Lithium-Akkus etwa 30% teurer als drei Generationen von Blei-Säure-Akkus. Nimmt man aber den qualitativen Nachteile (Nerven und Zeit) und die möglichen Schäden (also Schadenshäufigkeit mal Schadensumme) mit in das Kalkül auf, relativiert sich der Mehrpreis der Lithium-Akkus.

Fazit: 6 : 1 für Lithium-Akkus! Sie sind die besseren Akkus: 1. Sie bieten mehr nutzbare Ah, 2. sie sind, was (Tief)Entladungen angeht, viel robuster, 3. ihre Selbstentladung ist deutlich geringer, 4. sie sind leichter, 5. sie sind kleiner und sie sparen, da die Ersatzbeschaffung ausfällt, Nerven und Risiken.

Bei den Gesamtkosten beider Akku-Typen sehe ich ein unentschieden – hier kommt es auf die konkreten Umstände an.

Auf der Lithium-Negativseite sehe ich vor allem zwei Aspekte: Wer sein Boot weitab vom Schuss betreibt und kein Fachmann ist, sollte sich gut überlegen, ob er sich auf das Abenteuer „Umstieg und Support“ in fernen Ländern einlassen will.

Zusammengefasst: Lithium-Akkus sind qualitativ deutlich besser als Blei-Säure-Akkus. Ihre Mehrkosten dürften sich bei umfassender Würdigung aller qualitativer Vorteile und den Kosten für die Ersatzbeschaffung der Blei-Säure-Akkus in den allermeisten Fällen lohnen.

3. … schließlich einige erläuternde Gedanken:

a. Mehr zum Thema Ladezyklen:

Theoretisch sind die elektrochemischen Prozesse eines Akkus, also Ladung-Entladung-Ladung-etc. grundsätzlich reversibel und unendlich wiederholbar. In der Praxis schwächt sich der Wirkungsgrad dieser Prozesse mit der Zeit ab. Die Lebenszeit eines Akkus wird maßgeblich vor der Art seines Gebrauchs, seiner Pflege, seiner Technologie, seiner Installation und den klimatischen Gegebenheiten bestimmt – um nur die fünf wichtigsten Einflussfaktoren zu nennen.

Eine gängige Maßzahl, die angibt wie oft eine Akku geladen und entladen werden kann, ist die „Anzahl der Ladezyklen“, die ein Akku hergibt, bis er ersetzt werden muss. Wie oben skizziert, wird dabei auf dem Prüfstand ein vollständig geladener Akkus entladen bis seine „Entlade-Entspannung“ 10,5V beträgt.

In Wikipedia findet sich folgende Tabelle, die den Zusammenhang zwischen Akku-Spannung und ungefährem Ladezustand eines Blei-Säure-Akkus darstellt. Man erkennt, dass kleine Spannungsabfälle mit großen Entladungen einhergehen. Der Unterschied zwischen einem „vollen“ und einem „leeren“ Akku beträgt gerade einmal 2V (12,6V – 10,7V = 2,1V)!

Klemmenspannung Ungefährer Ladezustand
>12,6 V voll geladen
ca. 12,4 V normal geladen
ca. 12,2 V schwach geladen
ca. 11,9 V normal entladen
<10,7 V Tiefentladen

Die Spannung von 10,5Volt aus dem oben skizzierten Ladezyklus stehen demnach für einen „vollkommen entladenen“ Akku. Bei der Ermittlung der Anzahl der Ladezyklen werden die Akkus also systemmatsch tiefenentladen. Und Tiefenentladung schwächt einen Akku über Gebühr! Das heißt im Umkehrschluss, dass ein Akku, der so gut wie nie tiefentladen wird und ansonsten gut behandelt wird, deutlich mehr leistet, als ein Akku, der bis zum Exitus malträtiert wird, um zu sehen, wie viele Ladezyklen er hergibt.

In der Praxis, z.B. bei einem Starter-Akku fließt zwar ein hoher (Anlasser)Strom, aber da er nur für kurze Zeit (wenige Sekunden) fließt, ist die Stromentnahme de facto gering. Wenn die Lichtmaschine sofort anschließend den Ladevorgang aufnimmt, sollte der Stromverbrauch in wenigen Minuten ausgeglichen sein. Diese „maßvolle“ Art von Entladung fällt also nicht in die oben skizzierte Kategorie „Tiefentladung“ und „Ladezyklus“. Will damit sagen: In der Realität dürften die überweigende Stromverbräuche weit unter jener Stromentnahme liegen, die einen Akku tiefentladen und schädigen. Das bedeutet, dass ein normal eingesetzter Bleisäure-Akku z.B. weit mehr nur als 300 bis 500 Anlass-Vorgänge  übersteht, was auf der anderen Seite auch für den Lithium-Akku gilt.

b. Mehr zum Kapazitätsunterschied „Lithium versus Blei-Säure“

Gehen wir von dem Fall aus, dass sich ein Bootseigner überlegt, seine beiden in die Jahre gekommenen 120Ah-Blei-Säure-Akkus zu ersetzen. Er steht vor der Frage: Wieder Blei-Säure-Akkus kaufen oder auf Lithium-Akkus umsteigen?

Die beiden Blei-Säure-Akkus mit einer Gesamtkapazität von 240Ah könnte er (eine effiziente und regelmäßige Lademöglichkeit vorausgesetzt) über einen Zeitraum von 5 Jahren regelmäßig 30% Strom (240Ah x 30%) 72Ah entnehmen, ohne seine Akkus über Gebühr zu malträtieren. Um die gleiche Leistungsentnahme mit einem Lithium-Akku zu gewährleisten, würde der nur eine Nennkapazität von 103Ah bieten müssen. Denn 103Ah x 70% regelmäßiger Leistungsentnahme sind ebenfalls 72Ah. Der Lithium-Akku kommt also mit etwa 43% der Kapazität eines (in dem Fall zwei) Blei-Säure-Akku aus.

Aber das ist nur die Hälfte der Wahrheit. Der sinnvolle Vergleich erfordert, dass man auch die längere Lebenserwartung des Lithium-Akkus (höhere Zyklenhäufigkeit) berücksichtigt: Der 103Ah-Lithium-Akku kann seine 72Ah regelmäßig über die dreifache Lebensdauer des Blei-Säure-Akkus abgeben. Das bedeutet im Umkehrschluss, dass der Eigner insgesamt drei Mal je zwei 120Ah-Blei-Säure-Akkus einsetzen muss, um rechnerisch auf die gleiche Stromabgabe zu kommen, die ihm der eine 103Ah-Lithium-Akku bietet. De facto steht der Eigner vor der Wahl: 3 x 2 x 120Ah in Form von Blei-Säure-Akkus oder 1 x 103Ah in Form von Lithium-Akku? Oder noch griffiger: 6:1.

Aber: Manche Stimmen behaupten, Lithium-Akkus könnte man ohne Weiteres auch zu 100% entladen und andere sagen, Blei-Säure-Akkus vertragen problemlos 50%-Entladungen. Demnach leisten dann zwei 100Ah-Blei-Säure-Akkus das, was 1 100Ah Lithium-Akku  leisten würde. Nun, dann sähe die Gleichung folgendermaßen aus: 3 x 2 x 100Ah Blei-Säure-Akku = 1 x 100Ah Lithium, also wieder 6 : 1.

c. Mehr zum Malus „häufigerer Austausch von Blei-Säure-Akkus“:

Lithium-Akkus „leben“ etwa drei Mal solange wie Blei-Säure-Akkus. Die bedeutet, dass man seine Blei-Säure-Akkus zwei Mal austauschen muss, um auf die gleiche Nutzungsdauer von Lithium-Akkus zu kommen. Da man ja nie weiß, wann genau ein oder alle Akkus schlapp machen, kann die Frage des Austauschs Zeit und Geld kosten, stressig oder sogar problematisch sein! Wer gerade die Biscaya überquert, wenn die Akkus ihren Geist aufgeben oder wer bei Sturm in einer versteckten Schäre in Norwegen vor Anker liegt und seine Maschine nicht mehr starten kann, dürfte alles andere als amused sein, wenn die Akkus tot ist! Lange Wege, schwierige Logistik, Risiken für Crew und Boot, Verständigungsschwierigkeiten und vergleichsweise höhere Kosten dürften die Folge sein. Der obigen Überlegung folgend, dürfte der Skipper mit Blei-Säure-Akkus in etwa zwei Mal so häufig in diese unschöne Situation kommen, wie der Lithium-Akku-Skipper. Anders ausgedrückt: Der Lithium-Akku-Segler kauft sich auch Komfort und Sicherheit ein. Ausweg: Vorsorglich die Blei-Säure-Akkus alle 3 bis 5 Jahre tauschen.

Und wer auf die Kosten abzielt, sollte nicht Äpfel mit Birnen vergleichen in dem er „nur“ die Anschaffungskosten vergleicht. Nein, eine zielführende und stimmige ökonomische Betrachtung jetzt voraus, dass auch die Wiederbeschaffungskosten für den häufigeren Blei-Säure-Akku-Austausch mit in die Rechnung einfließen. Wie hoch diese sind, ist von vielen Faktoren abhängig, die kaum zu greifen sind. Aber ich würde mal schätzen, dass sich das ganz schön läppern kann – und ich kann mit lebhaft Fälle vorstellen, in denen dann Lithium-Akkus per Saldo die günstigere Alternative sind.

Exkurs: Mitte der 90er Jahre. Auf meiner Sun Odyssey 33 mit ihren 2 x 120Ah-Blei-Säure-Akkus (unabhängig gefahrenen: einmal Motor-Akku und einmal Service-Akku), die in ihrer fünften Saison standen und, die bis dahin immer klaglos ihren Dienst taten, obwohl sie im Saisonbetrieb fuhren, waren Knall auf Fall „tot“! Wir waren schon zwei Wochen im täglichen Küstensegeln-Modus unterwegs ohne, dass die Akkus auch nur das kleineste Anzeichen von Schwäche hatten erkennen lassen. Gerade steuerten wir unter Segeln in Rauschefahrt die Bucht Port San Miguel im Nordosten Ibizas an, als beim Starten des Diesel nicht mal ein leises „Klick“ zu hören war – nichts, gar nichts! Zwei rote Lämpchen am E-Panel signalisieren nichts Gutes. Ich habe dann noch beide Akkus parallel geschaltet, aber auch dann tat sich nichts mehr. Wir sind dann notgedrungen unter Segeln um die Nordspitze der Insel Richtung Ibiza-Stadt gesegelt, weil wir uns hier eine vergleichsweise einfache Ersatzbeschaffung versprochen haben. Aber als dann bald der Wind einschlief und uns eine langgezogene Dünung aus Ost auf der Ostseite der Insel in Legerwall-Situation brachte, war schnell Schluss mit lustig: Wir, drei Erwachsene und drei Kinder haben das Nötigste zusammengepackt, das viel zu kleine Beiboot aufgeblasen, Schwimmwesten angelegt, und das worst-case-Szenario durchgesprochen. Klar war, dass ein an-Land-Schwimmen bei den Brechern, die an die Steilküste donnerten, nicht mit dem Leben vereinbar gewesen wäre! Mit Hängen und Würgen und sehr aufmerksamen Steuern haben wir dann noch segelnd die Kurve gekriegt und gute sechs Stunden später unseren unfreiwilligen Zielhafen erreicht; die letzten 500 Meter mit dem motorisierten Beiboot längsseits des Segelbootes. An Land ergab die Inspektion der ausgebauten Akkus, dass die „wartungsfreien“ Akkus vollkommen trocken und damit mausetot waren! Der Punkt war, dass unter den Aufklebern „wartungsfrei“ jeweils eine Abdeckklappe verborgen war, die ihrerseits den Zugang zu den Stöpseln und den einzelnen Zellen verborgen hat!!! Hätte ich vorher gewusst, dass ich doch an die Stöpsel heran komme, hätte ich natürlich den regelmäßig Säurestand geprüft und gegebenenfalls aufgefüllt. So aber, habe ich im Vertrauen auf die Aufkleber „wartungsfrei“ meine Akkus trocken gefahren! Seitdem prüfe ich immer sehr genau, ob man nicht auch bei „wartungsfreien“ Akkus doch irgend wie an die Stöpsel herankommt, auch wenn sie auf den ersten Blick verborgen sind. Der Ersatz der beiden Akkus in der mondänen Marina auf Ibiza war dann keine große Sache; preislich war die Ersatzbeschaffung unspektakulär. Aber die ganze Geschichte hätte auch ganz anders ausgehen können! Ich will jetzt nicht ins Detail gehen und die Sorgen der dreifachen Kindsmutter angesichts des der Brecher und der nervösen Skippers beschreiben … nur so viel: Die emotionalen Kosten dieses plötzlichen Akku-Ausfals waren sehr hoch! Ich erzähle diese Geschichte nur, weil ich es damals für unmöglich gehalten hätte, dass Akkus so mir nichts dir nichts, also ohne Anzeichen von Schwäche den Geist aufgeben – und zwar beide gleichzeitig! Morgens noch den Zündschlüssel gedreht und sofort brummmm!  … spät nachmittags nicht mal ein Klick (und nein: dazwischen hat kein unentdeckter Verbraucher Saft gezogen!)).

d. Mehr zum Malus: Blei-Säure-Akkus austauschen

Das Mehrgewicht und der größere Raumbedarf von BleiSäure-Akkus im Vergleich zu Lithium-Akkus mag gerade für Eigner kleiner (Trailer)Boote und für Regattasegler von Bedeutung sein. Meine beiden 120Ah Bleisäure-Akkus – jeder wiegt 21kg – alleine aus den Tiefen des Motorraums über die Niedergang ins Cockpit und dann ins Beiboot und später auf den Steg zu wuchten, oder den Akku aus dem Boot eine Leiter heil hinunter zu bringen … kein Vergnügen das! Bei noch schwereren Akkus ist das ohne zwei oder drei kräftige Kerle schier unmöglich!

Zwei Mal 21 kg „Blei“ durch die Gegend wuchten oder einmal 14kg „Lithium“? Klar, was hier die bessere Alternative ist!

Mehr zu „Was lässt Akkus länger leben?“:

Grundsätzlich kann gesagt werden, dass Akkus länger „leben“ wenn sie:

  • mit einer perfekten Ladetechnik geladen werden: Gefahr der permanenten Nicht-Voll-Ladung und der Überladung,
  • möglichst wenig entladen werden: Schädigung aufgrund von (zu häufiger) Tiefentladung,
  • möglichst mit niedrigen Strömen entladen werden: Peukert-Effekt,
  • wenn sie oft und regelmäßig be- und entladen werden, also möglichst kein Saisonbetrieb,
  • wenn sie möglichst wenig mechanisch beansprucht werden, also keine harte Stöße oder starke Vibrationen,
  • wenn sie möglichst ohne Schräglage betrieben werden und
  • wenn ihnen extreme Temperaturen (im Motorraum oder im Winterlager) erspart bleiben.

Soweit die Theorie. In der Praxis spielen die schädigenden Einflüsse unter denen die Akkus an Bord betrieben werden eine ganz entscheidende – aber leider kaum zahlenmäßig zu fassende – Rolle auf deren Lebensdauer.

Egal um welchen Akku-Typ es sich handelt, grobe und wiederholte Fehler im Betrieb können jedem Akku schon nach unverhältnismäßig kurzer Zeit den gar ausmachen – wobei Lithium-Akkus in Sachen Tiefentladung toleranter sind als Blei-Säure-Akkus. Umgekehrt können Akkus perfekte Betriebsbedingungen mit erstaunlich langen Lebensdauern quittieren. Es lohnt sich also, seine Akkus zu verhätscheln.

Exkurs: So sind z.B. alle drei Blei-Säure-Akkus, die auf meinem Segelboot als Start- und Service-Batterien nun seit acht Jahren klaglos ihren Dienst tun, voll in Saft und Kraft. Aber wohlgemerkt:

  1. Der Voreigner hat für eine (über)große Batterie-Kapazität gesorgt und damit das Risiko von Tiefentladung reduziert,
  2. hat auch immer darauf geachtet, dass er den Akkus nur maßvoll Strom abverlangt,
  3. hat für eine Hochleistungslichtmaschine plus Spezial-Laderegler an Bord gesorgt und
  4. hat das Boot ganzjährig wöchentlich als Segelschul-Boot (also regelmäßig) im nördlichen Mittelmeer (also in einem moderaten Klima) betrieben.)

Mehr zur „Selbstentladung“:

Selbstentladung heißt, der Akku verliert von alleine Ladung. Die Geschwindigkeit der Selbstentladung bestimmt, welcher Anteil der ursprünglich gespeicherten Ladungsmenge (Kapazität) nach Lagerung noch nutzbar ist. Bei Temperaturen von 20 Grad wird für Lithium- Akkus eine monatliche Selbstentladungsrate von unter 5% angegeben, bei Blei-Säure-Akkus von 10 bis 15% – sagen wir einfachheitshalber: das Dreifache. Bei niedrigen Temperaturen ist die Selbstentladung niedriger als bei höheren Temperaturen. Gehen wir im Monatsmittel von 3% Selbstentladung für Lithium- und von 9% für Blei-Säure-Akkus aus. Das Risiko, dass ein Blei-Säure-Akku nach einem mehrmonatigen Winterlager so gut wie leer ist, ist hoch. Noch ein paar Monate mehr und der Akku ist mausetot. Da sich Lithium-Akkus merklich weniger stark selbst entladen und er zu dem noch weitaus stärkere Stromentnahmen besser, also schadloser, verträgt, ist er für den Saisonbetreib der weitaus bessere, weil robustere Akku-Typ.

Während ein normales Winterlager jedem gesunden Lithium-Akku zuzumuten ist, dürfte ein unversorgter Blei-Säure-Akkus während des unversorgten Winterlagers einen langsamen Tod sterben oder zumindest einen bleiben Schaden (d.h. deutliche Verminderung der Zyklenfestigkeit) erleidenh. Um dies zu verhindern, muss einiges an Aufwand betrieben werden. Aus meiner Sicht bieten sich vor allem zwei Auswege an:

Erstens, die Akkus werden während des Winterlagers im Boot (autark) geladen (220V-Ladegerät, Solarpanel, Windgenerator oder Service-Mann). Zweitens, die Akkus werden mit nach Hause genommen und, sagen wir alle zwei Monate, händisch mit einem 220V-Ladegerät geladen und zu Saisonbeginn wieder auf Boot gebracht. Diese Variante bedingt allerdings, dass die Akkus sowohl vom Gewicht als auch vom Volumen noch transportierbar sind, jeder einzelne und alle zusammen.

Exkurs: Vor genau dieser Fragestellung stehe ich jetzt: Was mache ich mit meinen 3 Blei-Säure-Akkus mit einer Kapazität von insgesamt 280Ah, die 21kg, 21kg und 13kg auf die Waage bringen? Für mich ist damit die Obergrenze des vertretbaren Handlings erreicht: Einen 21kg-Akku mal kurz anheben, um ihn in den Wagen zu hieven ist eine Sache. Eine ganz andere ist, dieses Gesicht eine Leiter hoch zu bekommen und es dann in die Akku-Kästen einzusetzen.

Zuerst hatte ich den Plan, die drei Akkus im Boot zu belassen und via Solarpanel dafür zu sorgen, dass die Selbstentladung überkompensiert wird. Ich hätte zu Saisonende jeden Akku elektrisch separiert und mit einem 200Volt-Ladegerät mit IUoU-Kennlinie voll geladen. Dann hätte ich hinter das Solarpanel jeweils einen MPPT-Laderegler für je einen Akku installiert. Warum drei Regler, wenn die die beiden Service-Akkus im Segelbetrieb eh parallel geschaltet sind? Weil ich den Schaden minimieren will, falls einer der beiden Service-Akkus schadhaft wird und den anderen mit sich ins Verderben zieht! Rein rechnerisch hätte das so ausgesehen: Mit Blick auf interne Ladungsverluste rechne ich höchstens mit 60% der Watt-Peak-Leistungsangebe des Herstellers. Mein 30Watt-Peak-Panel fließt also in die Rechnung mit einem maximalen Ladenstrom von 30Watt x 60% = 18Watt ein. Je 24 Stunden rechne ich (vorsichtig) im Mittel mit

je 12 Stunden: 0 Ah-Ladung nachts, morgens und abends (keine Sonne oder Sonne extrem schräg und Panel teilweise abgedeckt),

je 6 Stunden, mit 30% von 18 Watt vormittags und nachmittags (Sonne schräg) macht 32,4W oder 2,7Ah,

je 6 Stunden mit 80% von 18 Watt um die Mittagszeit (Sonne steht wenig schräg oder gar im Zenit) macht 86,4Watt oder 7,2Ah.

Macht im Tagesmittel eine erwartete Ladung von 118,8Wh oder 9,9Ah.

Demgegenüber stelle ich eine monatliche Selbstentladung von im Mittel 9% für meinen Blei-Säure-Akkus. Die rechnerische Gesamtkapazität der 3 Akkus beträgt 110Ah + 110Ah + 60Ah = 180Ah. Davon 9% Selbstentladung im Monat wären: 16,2Ah. Umgerechnet auf 24-Stunden-Tage sind das: 0,54Ah.

Das 30Watt-Solarpanel würde also rechnerisch im Durchschnitt etwa 18 mal so viel Energie zuführen, wie durch die Selbstentladung verloren geht. In diesem Faktor ist noch eine Menge Luft nach oben für den Fall, dass die Selbstentladung in den warmen Monaten deutlich höher wäre als 9% und für die Fälle, in denen der Himmel so bedeckt wäre, dass die Ladeleistung des Solarpanels für einen mehrere Tage in den Keller rutschen würde. (Genau genommen ist der Faktor 13 sogar zu niedrig angesetzt, denn eine Selbstentladungsrate auf Monatsbasis von 9% verläuft über 30 Tage gesehen nicht linear! Am Anfang des Monats liegt sie unter 9/30 und am Ende über 9/30. Am ersten Tag ist sie am niedrigsten, wahrscheinlich so niedrig, dass die vernachlässig werden kann. Und da grundsätzlich das Solarpanel immer nur die kaum messbare Selbstentladung des ersten Tages nachladen muss, sollte ich auf jeden Fall im grünen Bereich sein.)

Eigentlich hat mich diese Lösung mit dem Solarpanel sehr angesprochen, zumal ich Solarpanel und Solarregler auch während der Segelsaison in Betrieb nehmen würde, um a) meine Akkus ständig zu laden und b) zu überprüfen, ob die Anlage auch das leistet, was ich mir von ihr verspreche.

ABER: Im Internet habe ich Kommentare gelesen, die mich stutzig gemacht haben. Nicht wenige wissen zu berichten, dass sich die Solarregler „einfach mal aufhängen“, ihren Ladedienst einstellen und dann nur händisch resettet werden können oder auch einfach so mal defekt werden und ihre Funktion einstellen! Ich kann ein solches Ausfallrisiko schlecht einschätzen, aber klar ist auch, dass es bei drei separaten gefahrenen Solarreglern drei Mal so hoch, wie bei einem! Ginge ich davon aus, dass ein Solarregler durchschnittlich 3 Jahre lang klaglos seinen Dienst verrichten würde, dann heißt das aber auch, dass bei drei Solarreglern durchschnittlich einer je Jahr defekt wäre. Folge: Wenn das gleich am Anfang des Winterlagers passiert, hat der Akku einen Schlag weg und ich müsste in Griechenland auf die Schnelle Ersatz besorgen. Ich will damit sagen: Das Risiko, dass bei drei Solarreglern doch ein Akku zu Schaden kommt, ist wohl doch nicht zu vernachlässigen. Hinzu kommt, dass auch das Solarpanel ausfallen könnte. Da braucht es nur einen fetten Sturm und das Panel reißt ab oder klappt nach unten oder zur Seite weg oder eine unerwartete mechanische Beschädigung passiert und aus ist’s mit der Ladung. Beide Risiken zusammen genommen (Schaden an einem der drei Laderegler oder am Solarpanel), da denke ich mir:  Dann kann ich die Akkus auch gleich mit nach Hause nehmen und dort sorgfältigst laden und überwachen. Das habe ich über das erste Winterlager auch so gemacht. Jeweils zu Monatsanfang notiere die Ruhespannung und  klemme das 220V-Ladegerät von morgens bis abends an einen Akku. In drei Tagen bin ich durch. Je „Ladetag“ kostet mich das 5 Minuten, bei 3 Akkus und 10 Monaten Winterlager macht das je Saison 150 Minuten. Dafür weiß ich aber auch, dass meine Akkus in Topform sind, wenn ich sie zu Saisonbeginn wieder ins Auto packe! Und sollten die Akkus zu Hause schwächeln ist Ersatz ungleich leichter zu beschaffen als in Hellas.

Die drei anderen Winterlager-Alternativen – Windgenerator, 220-Ladegerät oder Service-Mann vor Ort – kommen für mich in Griechenland nicht in Frage:

Ein Windgenerator wirft, sofern er auch drei Laderegler bedient, ziemlich genau die gleichen Fragen und Probleme auf, wie ein Solarpanel.

Eine Laderegelung über 220V mit z.B. einem Ladegeräten mit drei separaten Ausgängen kommt nicht in Frage, weil das Risiko, dass das Ladegerät vom Netz getrennt würde (Stecker oder Sicherung raus etc.). aus meiner Sicht viel zu hoch ist.

Die Option Service-Mann, also jemand der z.B. jeden Monat für Ladung der Akkus via einem 230V-Ladegerät händisch verantwortlich zeichnet, fällt meines Erachtens auch aus, weil ich mir dort niemanden vorstellen kann, der zuverlässig genug ist. Außerdem müsste ihm der Zugang zum Bootsinneren  (das Boot ist mit einer Winterplane abgedeckt) möglich sein – ganz schwierig.

Nein, im Moment sehe ich die Lösung „ausbauen, mitnehmen und zu Hause laden“, als die sinnvollste, weil „ausfallsicherste“ an.

Aber: Mit Lithium-Akkus würde ich mir diese ganze „Winterlager-Lade-Prozedur“ sparen, weil ich darauf vertrauen würde, dass Lithium-Akkus a) sich relativ wenig entladen und b. dies einigermaßen gut vertragen.

Ich werde also die kommende Saison darauf verwenden, zu prüfen ob ein Umstieg auf Lithium-Akkus aus Sicht der vorhandenen Bootstechnik, insbesondere der Ladetechnik, problemlos möglich ist, bzw. was angepasst werden müsste.

Hansjörg Hennemann

im April 2017

 

 

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