Marine-Lithium-Batteriebank: Kaufratgeber für 12 V und 24 V

Eine Kennzeichnung mit 12 V oder 24 V sagt nicht aus, ob eine Lithium-Batteriebank für den Marineeinsatz Ihre Geräte einen ganzen Tag auf dem Wasser versorgen kann. Käufer dimensionieren häufig anhand der Amperestunden-Angabe der alten Blei-Säure-Batterie und übersehen dabei nutzbare Energie, Wechselrichter-Spitzenstrom, Ladegrenzen und gleichzeitig betriebene Verbraucher. Eine bessere Spezifikation beginnt mit dem tatsächlichen elektrischen Lastprofil des Schiffs.

1. Beginnen Sie mit den Verbrauchern und dem Energiebedarf. Listen Sie jeden Gleich- und Wechselstromverbraucher, seine Nennleistung oder seinen Nennstrom, die Betriebsstunden und den Dauer- oder Intervallbetrieb auf. Berücksichtigen Sie bei Wechselstromgeräten die Wechselrichterverluste, wenn Sie den Batterieverbrauch berechnen. Addieren Sie die täglichen Wattstunden und berücksichtigen Sie anschließend die gewünschte Reserve sowie Zeiträume ohne Landstrom-, Motor- oder Solarladung.

Ein Kühlschrank mit 60 W, der 12 Stunden läuft, verbraucht beispielsweise vor Umwandlungsverlusten etwa 720 Wh. Beleuchtung, Navigationselektronik, Pumpen und Kommunikation erhöhen den Gesamtbedarf. Eine LiFePO4-Batterie mit 12,8 V und 100 Ah speichert nominal etwa 1.280 Wh; eine Batterie mit 25,6 V und 100 Ah etwa 2.560 Wh. Die tatsächlich nutzbare Energie hängt von den BMS-Grenzwerten, der zulässigen DoD, der Temperatur und der Kapazitätsangabe des Herstellers ab.

2. Wählen Sie die Systemspannung passend zu den Verbrauchern und zur Verteilung. Eine 12-V-Batteriebank ist bei kleineren Schiffen und für 12-V-Geräte verbreitet. Eine 24-V-Bank kann bei ungefähr halbem Strom dieselbe Leistung liefern und dadurch Kabel- und Verbindungsverluste reduzieren, sofern die Verkabelung korrekt ausgelegt ist. Sie eignet sich auch für viele größere Wechselrichter und Motoren, versorgt 12-V-Verbraucher aber nicht direkt ohne einen geeigneten DC-DC-Wandler.

Gehen Sie nicht davon aus, dass zwei in Reihe geschaltete 12-V-Batterien automatisch eine zugelassene 24-V-Bank ergeben. Vergewissern Sie sich, dass der Batteriehersteller die Reihenschaltung zulässt und Grenzwerte für die Anzahl der Batterien, das Laden, die Überwachung und den Fehlerschutz angibt. Parallel geschaltete Batteriebänke benötigen ebenfalls kompatible Batterien, ausgeglichene Anschlüsse und eine Auslegung, die eine Stromaufteilung innerhalb der Spezifikation sicherstellt.

3. Prüfen Sie Dauer- und Spitzenstrom, nicht nur die Kapazität. Teilen Sie die erwartete maximale Last in Watt durch die Betriebsspannung der Bank, um den Gleichstrom abzuschätzen, und berücksichtigen Sie anschließend Wechselrichterverluste und Anlaufströme. Vergleichen Sie das Ergebnis mit dem Dauerentladestrom der Batterie, der zulässigen Dauer des Spitzenstroms, dem Auslöseverhalten des BMS, der Strombelastbarkeit der Kabel und dem Überstromschutz. Eine Bank mit ausreichenden Wattstunden kann beim Anlaufen einer Ankerwinde, eines Bugstrahlruders oder eines Kompressors trotzdem abschalten.

Eine Last von 2.000 W am Wechselrichter zieht beispielsweise bei 12 V etwa 167 A oder bei 24 V etwa 83 A, jeweils vor Wechselrichterverlusten. Ein kurzzeitiger Einschaltstrom kann deutlich höher sein. Prüfen Sie den Spitzenstromverlauf des Wechselrichters anhand der Entladegrenzen der Batterie und behandeln Sie einen kurzzeitigen Spitzenwert nicht als Dauerstromwert.

4. Stimmen Sie die Ladegeräte auf die Batterie ab. Prüfen Sie den vom Hersteller angegebenen Ladespannungsbereich, den empfohlenen Strom, Einschränkungen bei niedrigen Temperaturen und die Hinweise zum Ladeende. Kontrollieren Sie die Kompatibilität der Lichtmaschine und verwenden Sie bei Bedarf ein passend dimensioniertes DC-DC-Ladegerät. Eine Lithium-Bank kann mehr Strom aufnehmen, als eine Lichtmaschine dauerhaft liefern kann. Stellen Sie sicher, dass Landladegeräte, Solarregler und Ladeprofile eines Generators für die jeweilige LiFePO4-Batterie konfiguriert sind.

Prüfen Sie, ob das BMS mit Ladegeräten oder dem Überwachungssystem des Schiffs kommunizieren kann, und machen Sie sich mit seiner Reaktion auf Überspannung, Unterspannung, Überstrom und Temperaturfehler vertraut. SOC-Schätzungen sollten auf einem geeigneten Batteriemonitor oder BMS-Daten beruhen. Der SOH ist ein längerfristiges Maß für den Batteriezustand und ersetzt keine aktuelle Anzeige des Ladezustands.

5. Vergleichen Sie die vollständigen Spezifikationen der Batteriebank. Betrachten Sie diesen beispielhaften Vergleich zweier LiFePO4-Optionen mit 100 Ah: Ein 12,8-V-Pack hat eine nominale Energie von 1,28 kWh, ein 25,6-V-Pack von 2,56 kWh. Sind beide für eine Dauerentladung von 100 A ausgelegt, beträgt ihre ungefähre Dauerleistung bei Nennspannung vor Verlusten 1,28 kW beziehungsweise 2,56 kW. Diese Werte dienen als Beispiele und sind keine allgemeingültigen Produktangaben.

- Bestätigen Sie die Nennspannung und die zulässigen Reihen- oder Parallelschaltungen.

- Vergleichen Sie Nennkapazität, nutzbare DoD, Bedingungen für die Zyklenlebensdauer und Garantiebedingungen.

- Prüfen Sie den Dauer- und Spitzenstrom beim Laden und Entladen, einschließlich der BMS-Grenzwerte.

- Prüfen Sie Betriebs- und Ladetemperaturen, Schutzart des Gehäuses, Abmessungen, Gewicht und Anordnung der Anschlüsse.

- Fordern Sie die geltenden Transport- und Sicherheitsunterlagen an, darunter UN38.3-Prüfdokumentation sowie gegebenenfalls einschlägige IEC-62619- oder UL-1973-Zertifizierungen für das Produkt und den Markt.

6. Prüfen Sie Installation und Wartung. In maritimer Umgebung sind Batterien Vibrationen, Feuchtigkeit, Salz und Temperaturschwankungen ausgesetzt. Stellen Sie sicher, dass Gehäuse und Anschlüsse für den Einbauort geeignet sind, und halten Sie die Herstellervorgaben zu Montage, Belüftung, Abständen und Schutz ein. Legen Sie Kabelquerschnitte und Sicherungs- oder Leistungsschalterwerte entsprechend der tatsächlichen Leitungsführung und des möglichen Fehlerstroms fest. Lassen Sie die Installation anhand der geltenden Schiffsnormen und örtlichen Vorschriften überprüfen.

Planen Sie das gesamte elektrische System, einschließlich 12-V-Verbrauchern auf einem 24-V-Schiff, Batterieisolierung, Notfallverbrauchern, Abstimmung der Ladequellen und Zugang zur Überwachung. Prüfen Sie bei einer Nachrüstung vor der Bestellung, ob vorhandene Ladegeräte und Lichtmaschinensteuerungen die neue Zellchemie unterstützen. Stellen Sie bei OEM-Projekten dem Lieferanten Lastprofil, Spannung, Spitzenstrom, Umgebungsbedingungen, Abmessungen, Steckverbinder und erforderliche Zertifizierungen bereit.

Für anwendungsspezifische Anforderungen an Bauform, Kapazität, Kommunikation oder Betriebsgrenzen kann Newbeebattery als OEM/ODM-Partner für kundenspezifische Akkupacks fungieren. Stellen Sie die Spezifikationen des Schiffs und des Ladesystems frühzeitig bereit, damit sich die Auslegung auf elektrische, mechanische und Konformitätsanforderungen prüfen lässt.

Eine geeignete Lithium-Batteriebank für den Marineeinsatz wird anhand des Energieverbrauchs, des Strombedarfs, der Ladefähigkeit und der Einbaubedingungen dimensioniert, nicht allein anhand von Spannung oder Amperestunden. Prüfen Sie das Gesamtsystem anhand der dokumentierten Batteriegrenzwerte und wählen Sie anschließend 12 V oder 24 V passend zu den Verbrauchern und zur elektrischen Verteilung des Schiffs.