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Ein unendliches Thema: Autarkes Reisen und die Stromversorgung im Reisemobil

Traum und Realität.....

Wer hat ihn nicht schon geträumt: Den Traum mit seinem Reisemobil vollkommen autark „auf Achse“ zu sein? Wohl jeder von uns. Die fortschreitende technische Entwicklung ermöglicht uns, diesem Traum immer näher zu kommen.

Dank „Wasser-Peter“ und anderen Tüftlern ist die Frischwasserversorgung in unseren Fahrzeugen weitestgehend sicher und unabhängig von der Reisedauer geworden. Lediglich die Tankgrößen für Frisch-, Grau- und Schwarzwasser setzen hier noch natürliche Grenzen.

(Diesel-)Treibstoff ist inzwischen weltweit nahezu überall zu bekommen. Und der Einbau eines Festtanks für Propangas ermöglicht auch im Bereich Kochen und Heizen monatelanges (autarkes) Reisen.

Nur im Bereich elektrische Energie wurde die Kluft zwischen Verbrauch und Verfügbarkeit dieser Energie über viele Jahre hinweg immer größer.

Mit dem Aufkommen von „bezahlbaren“ Solaranlagen wurden „Sommerfahrer“ nun auch im Bereich der elektrischen Energie nahezu autark. Wenn auch zu relativ hohem Preis – der inzwischen aber auch in erschwinglichere Dimensionen gesunken ist.

Für die „Winterfahrer“ – die wenigstens fahren durchschnittlich 45 Fahrminuten pro Tag – bietet das System „AGTAR“ zu erschwinglichen Preisen nahezu autarke Fahrten. Und für diejenigen, die weder auf Gewicht noch Kosten achten müssen, bietet die Wasserstofftechnologie zeitlich fast unbegrenztes „Stehen“ auch in den Wintermonaten.

Schaut man aber einmal „genauer hin“, dann stellt man fest, dass bei Berücksichtigung aller realistischen Möglichkeiten ein autarkes „Stehen“ auf maximal 3 – 5 Tage beziehungsweise Nächte begrenzt ist. Denn spätestens dann muss „man(n)/frau“ Frischwasser fassen, Grau- und Schwarzwasser entsorgen – und auch die Reisenden selber benötigen dann „etwas Zivilisation“. Es sei denn, man nennt ein entsprechend ausgestattetes „Expeditionsfahrzeug“ sein eigen. Und für diese Zeit ist nun auch die Versorgung mit elektrischer Energie zu realisieren. Und zwar auch dann, wenn individuell „etwas“ mehr an Energie benötigt wird.

Eine Alternative?

In den Jahren, in denen ich Selbstbauer-/Selbstausbauerberater der Reisemobil Union e. V. war, wurde ich – insbesondere in den letzten beiden „Amtsjahren“ – immer wieder auf die Verwendungsmöglichkeit von Lithium-Ionen-Batterien angesprochen, die aus der Fahrzeugantriebstechnik (Autos, Zweiräder, Boote, Behindertenfahrzeuge) kommend eine relativ hohe Energiedichte und Schnelllademöglichkeit aufweisen.

Viele dieser „Li-Akkus“ sind auch heute noch eine „heiße Sache“. Nicht nur von ihrer Herkunft her („vom Wagen gefallen“....), sondern auch von ihrer Eigenschaft: Sie können sich schon bei relativ kleinen Störfällen selber entzünden und entwickeln dann Temperaturen von über 1.500° C. Ein Löschen mit Wasser ist dann vollkommen unmöglich (mögliche Löschmittel: Sand, Zementpulver).

Auch wenn moderne Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien (LiFePO4) – wie in der Ausgabe 8/2014 der Fachzeitschrift „Reisemobil International“ beschrieben – zum Einsatz kommen, bleibt eine erhöhte Brandgefahr immer noch bestehen. Auch wenn sich (höchstwahrscheinlich) LiFePO4-Batterien im Störfall nicht mehr selbst entzünden. Weil beim Einsatz dieser Batterietechnologie wesentlich höhere („Langzeit“-)Ströme fließen, als dies bei „normalen“ Blei-, Gel- oder AGM-Batterien der Fall ist.

Und trotzdem: Ich empfehle jedem, der sich ein neues Reisemobil anschafft, zu prüfen, ob er sein Fahrzeug nicht von vornherein mit dieser Batterietechnologie ausstattet beziehungsweise ausstatten lässt. Schon alleine die Käufernachfrage könnte hier bei den Herstellern zu entsprechenden Angeboten führen. Und Neufahrzeug-Händler könnten einen entsprechenden Nachlass bei Verzicht auf die werksseitig vorgesehenen Batterien einräumen.

Preisfrage?...

Im ersten Moment mag der Preis für LiFePO4-Batterien Interessenten abschrecken. Für denjenigen aber, der sich ein neues Reisemobil „für´s Leben“ anschafft, lohnt sich das Nachrechnen dennoch. LiFePO4-Batterien halten voraussichtlich die gesamte zu erwartende Lebensdauer des Reisemobils. Und nicht nur das: Bis zu 80 %(!!!) der in der Batterie gespeicherten Energie kann bis zum nächsten Aufladen entnommen werden – ohne der Batterie zu schaden! Die Batteriekapazität kann also um etwa die Hälfte kleiner gewählt werden, als dies bei den üblichen Batterien der Fall ist. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich LiFePO4-Batterien mit den heute üblichen Lichtmaschinenleistungen von 100 – 200 A in weniger als 2 Stunden(!) Fahrdauer praktisch vollständig aufladen lassen. Sofern keine anderen elektrischen Großverbraucher in Betrieb sind.

Soweit war ich mit dem Durchdenken dieses Artikels gekommen. Dann „trieb mich der in der Reisemobil International genannte Preis um“. Über 2.000 Euro für 12 V/100 Ah. Kann das wirklich „das letzte Wort“ sein? Deshalb begann ich zu recherchieren. Als erstes stellte ich fest, dass LiFeP04-Zellen fast gar nicht in Europa, sondern zu mehr als 90 Prozent in Chinabeziehunsgweise Südkorea hergestellt werden. Also holte ich dort Angebote ein. Überschlägig berechnet kam ich einschließlich Zoll, Einfuhrsteuer und Versandkosten auf deutlich weniger als 1.000 Euro für 12 V/100 Ah. Inzwischen habe ich auch deutsche Anbieter gefunden, die für die gleiche Leistung um 1.100 - 1.300 Euro verlangen.

Mit dieser Preis-Größenordnung sind die LiFePO4-Batterien bereits in etwa Preisgleich mit AGM-Batterien, wenn man eine „nur“ dreifache Nutzungsdauer unterstellt. Denn bei LiFePO4-Batterien benötige ich für die gleiche Leistungsausbeute nur die halbe Kapazität (und nur etwas mehr als ein Drittel des Gewichtes....).

Damit sind LiFePO4-Batterien nicht nur für die Erstausrüstung von nagelneuen Reisemobilen, sondern auch für Ersatzausrüstungen beim ersten Austausch interessant. Weil sie während der gesamten Restnutzungsdauer des Reisemobils nicht mehr ersetzt werden brauchen.

Nun wird´s „hart“ – die Technik

Dringende Warnungen vorweg:

Ich warne nachdrücklich davor, sich „einfach so“ die billigst mögliche Variante scheinbar geeigneter LiFePO4-Zellen der gewünschten Kapazität und Spannung zu beschaffen und diese mit scheinbar ebenso geeigneten Zusatzkomponenten „mal so eben“ in Ihr Fahrzeug einzubauen. Da könn(t)en Sie sich ebenso eine Zeitzünderbombe installieren... Hohe Kapazitäten mit nahezu unbegrenzten Strömen bergen Gefahren  in sich, die bei der Auswahl der benötigten Komponenten nicht den Preis, sondern die Sicherheit als höchste Priorität erfordern! Billigimporte aus dem asiatischen Raum sind als solche von qualitativ hochwertiger Ware kaum zu unterscheiden. Insbesondere die Schweißpunkte an den Zellen erfordern eine sehr hohe Präzision und stellen ein hohes Gefahrenpotential dar. Verbauen sie in Ihrem Reisemobil absolut keine Baugruppen, die nicht mit „glaubhafter“ CE-Zertifizierung gekennzeichnet sind. Bewahren Sie grundsätzlich alle Zertifizierungsdokumente (in Einbau- und Betriebsanleitungen etc.) mit den Daten der Lieferanten auf! Selbiger sollte auch nach Jahren noch „aufzutreiben“ sein.

Das alle benötigten Hochstromkabel (mindestens die „Plusleitung“) mit Blattsicherungen abgesichert werden und vor Durchscheuern an Durchbrüchen und durch bewegliche Teile geschützt werden, sollte absolut selbstverständlich sein.

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Mindestens solch einen „Ballermann“ schleppen auch sie mit Ihrem Reisemobil herum! (Foto: Norbert Blazytko)
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Foto der LiFePO4 - Batterie (Foto: Norbert Blazytko)
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So in etwa sieht das Batterie-Management-System aus

Leider kann man nicht einfach in die nächste Werkstatt – auch nicht zur nächsten Auto-Elektrik-Werkstatt – fahren, um dort sein Fahrzeug entsprechend umrüsten oder ausstatten zu lassen. Auch Eigenmontage ist selbst für den erfahrenen Selbstbauer/Selbstausbauer mit sehr guten Fahrzeug-Elektrik-Kenntnissen nicht ohne weiteres möglich. Dazu ist die entsprechende Technologie einfach zu komplex. Zum Umbau bedarf es zumindest einer sehr guten beratenden Begleitung durch entsprechende Fachfirmen. Die das natürlich nur machen, wenn man von ihnen die benötigte Ware auch bezieht...

Natürlich konnte ich nicht alle Anbieter (die Anbieter aus dem Modelbaubereich sind in der Regel ungeeignet) von geeigneten LiFePO4-Akkus abfragen. Ein Anbieter stellte sich letztendlich nicht nur als sehr beratungswillig heraus, sondern zusätzlich auch noch als einer der preiswertesten Anbieter: Die Fa. i-tecc GmbH – innovative technologies & consulting – Alfelder Sr. 1, 31088 Winzenburg (Tel.: 05184-7919031; eMail: info@i-tecc.de). Alle nachfolgend genannten Daten / Preise habe ich von dieser Firma übernommen.

Das sollten Sie wissen....

12 V LiFePO4-Batterien werden grundsätzlich aus jeweils (mindestens) 4 vollkommen eigenständigen Einzelzellen mit sehr individuellen technischen Einzelwerten mit entsprechenden Kapazitäten zusammengesetzt. Höhere Spannungen erfordern in Serien geschaltete und höhere Kapazitäten parallel geschaltete weitere Zellen. Jede einzelne dieser Zellen muss beim Lade- und Entladevorgang ununterbrochen durch ein BMS (= Batterie-Management-System) kontrolliert und gesteuert werden. Das BMS wird bei der Erstinstallation eingestellt und später (zu Wartungszwecken) darüber auch kontrolliert. Für die Ladung wird in der Regel eine höhere Spannung (etwa 14,4 V – jedoch keinesfalls mehr bei 12 V – Anlagen!) dauerhaft zur Vollladung benötigt. Der Ladestrom ist von Beginn bis Ende der Ladezeit nahezu konstant hoch, sofern das Ladegerät – zum Beispiel die Lichtmaschine – über eine entsprechende freie Leistung verfügt. Der Ladestrom kann durchaus und über lange Zeit < 200 A betragen. Die Leitungen zur Lichtmaschine und ggf. anderen Ladegeräten müssen also entsprechend der zu erwartenden Dauerleistung dimensioniert werden.

Für die Verbindung zwischen Lichtmaschine und Batterie empfehle ich die Verwendung von „Schweißkabel“ der Klasse 6 (= sehr dünndrähtig) und in Abhängigkeit der Kabellänge (für Hin- und Rückleitung!) mindestens 90 mm². Schweißkabel ist zum einen z. B. über eBay relativ preiswert (= 12 – 15 €/m) zu haben und hat neben relativ hoher Flexibilität und geringem Widerstand den Vorteil langer Haltbarkeit und Öl-/Dieselbeständigkeit.

Lichtmaschinen liefern normalerweise – sofern nicht ein modifiziertes System AGTAR verbaut ist – eine Ladespannung von 13,8 – 14,0 Volt. Das reicht aus, um eine 12 V LiFePO4-Batterieanlage bis zu etwa 98 %(!) der verbauten Kapazität zu laden. Diese Spannung reicht aber nicht aus, um die zwingend erforderliche „Balance“ zwischen den einzelnen Zellen einzustellen. Hierfür ist eine Vollladung mit 14,4 V Spannung zwingend erforderlich.

Reisemobilisten, die über eine Solaranlage verfügen, können diese Vollladung bei geeigneter Wetterlage (nach Fahrtende) erreichen, indem Sie den vorhandenen Solarregler gegen einen Regler der „PR-Serie“ der Fa. Steca tauschen. Wegen der relativ geringen nachzuladenden Restkapazität nach Fahrtende spielt die Solar-Ladekapazität keine sehr wichtige Rolle.

Reisemobilisten, die über keine Solaranlage verfügen und sich auch keine solche anschaffen wollen, benötigen spezielle Ladegeräte, die die Ausbalancierung der LiFePO4-Zellen während des Aufenthaltes auf Stell- oder Campingplätzen mit Stromanschluss gewährleisten. Die technisch beste Lösung ist der Austausch des vorhandenen fest eingebauten Ladegerätes gegen ein leistungsfähiges Ladegerät mit entsprechend hoher Spannung. Preiswertere Lösungen können bei mir abgefragt werden.

Viele Wege führen bekanntlich nach Rom...

Und jeder Reisemobilist muss sich seinen individuellen Zwängen wie z. B. dem Gewichtsproblem beugen. Auf jeden Fall hat jeder seine eigene Sicherheitsphilosophie. Die grundsätzliche Schaltung sieht – mit Ausnahme des Anschlusses für den Anlasser - immer so aus:

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Obwohl das in der Schaltung vorgesehene Batterie-Management-System bereits über eine Balancerschaltung verfügt, empfehle ich, aus Sicherheitsgründen für jede einzelne Zelle einen zusätzlichen Balancer – wie in der Schaltung ausgewiesen – einzubauen. Die Mehrkosten dafür belaufen sich bei einer 12 V – Anlage auf weniger als 25 Euro.

Weil LiFePO4 – Akkus bis nahezu zu ihrer nahezu vollständigen Entladung ihre volle Spannung liefern, ist die Kontrolle der Akkus mittels eines „Batteriecomputers“ zwingend erforderlich. Der in meinem Schaltungsbeispiel nicht erfasste Anlasserverbrauch kann vernachlässigt werden, wenn nach Batteriecomputeranzeige nicht mehr als 80 % der LiFePO4 – Batteriekapazität entnommen wird. Was ich dringend empfehle.

Ab einer LiFePO4-Kapazität von 200 Ah (vergleichbar mit einer 400 Ah AGM-Batterie) kann auf die Starterbatterie gänzlich verzichtet und so zusätzlich Gewicht und Kosten eingespart werden. Der Anschluss der LiFePO4 – Batterien an das Fahrzeugbordnetz erfolgt dann dort, wo bisher die Bleibatterie installiert war.-Lediglich der Anlasseranschluß ist separat zu führen.

Bei einer LiFePO4 – Kapazität von mehr als 400 Ah (vergleichbar AGM 800 Ah) sollte besser (wieder) eine Starterbatterie – allerdings eine LiFePO4 – installiert werden. Weil die dann relativ hohe Batteriekapazität bei einem langen Anlassvorgang den Anlasser thermisch belasten könnte. Eine „Mischinstallation“ sollte, auch wenn (überwachte) automatische Trennungen zwischen den Batteriesystemen verbaut sind, aus Sicherheitsgründen vermieden werden.

Wer aus gefühls- oder anderen Gründen auf die Starterbatterie nicht verzichten will, kann zu diesem Zweck eine LiFePO4 – Batterie mit z. B. 20 Ah verbauen, die mittels entsprechendem Relais und einem kleinen „Haltekondensator“  über D + der Lichtmaschine gesteuert, praktisch nur während des Anlassvorganges nicht mit der großen LiFePO4 – Batterie und der Ladeeinrichtung  verbunden ist.

Wohin mit den LiFePO4 – Batterien samt „Zubehör“?

Im Gegensatz zur Blei-Batterietechnologie „gasen“ LiFePO4 – Batterien nicht. Sie können deshalb überall installiert werden, wo ein vor mechanischen Belastungen geschütztes passendes Plätzchen ist. In meinem Reisemobil würden sie z. B. problemlos unter den Beifahrersitz passen.

Und die Kosten?

Die niedrigsten Kosten hat natürlich der Selbermacher, der sich zuvor gut und gründlich informiert hat. Wobei natürlich auch der Selbermacher die Konfektionierung (Ausstattung der Kabel mit „Kabelschuhen“) der Hochstromkabel mit 90 – 120 mm² der Autoelektrik-Werkstatt überlassen sollte.

Mit folgenden Preisen – ggf. zzgl. Installationskosten – sollten Sie rechnen, wenn Sie das Material bei der eingangs erwähnten Firma beschaffen:

Leistung (bei 12 V):
    Fertigbatterie (€):    „Bausatz“(€):
  20 Ah (nur f. Anlasser!)    149,00    unbekannt
100 Ah (= 200 Ah AGM)    1.199,00    716,49
150 Ah (= 300 Ah AGM)    1.599,00    1.119,45
200 Ah (= 400 Ah AGM)    1.825,00    1.340,93
300 Ah (= 600 Ah AGM)    2.455,00    1.970,01

Zuzügl. jeweils 22 € für Balancer       
       
    Abmessungen (l x b x h) mm, ca. :
    Gewicht (kg) ca.:
  20 Ah    unbekannt    3,2
100 Ah    230 x 150 x 230
oder 370 x 120 x 195
oder 242 x 185 x 195    13,9 – 14,6
150 Ah    560 x 120 x 195
oder 365 x 185 x 195    22,0
200 Ah    300 x 230 x 230
oder  150 x 460 x 230    26,8 – 27,0
300 Ah    450 x 230 x 230
oder 690 x 150 x 230     41,5

(Netz-)Ladegeräte:
    Euro:   
12 V / 20 A    158,00   
12 V / 40 – 50 A    425,00   
12 V / 100 A    895,00   
       
Solarladeregler (Steca):
       
10 A    79,00   
20 A    109,00

Die Bausätze beinhalten jeweils 1 Batterie-Management-System (= „BMS“), 3 Zellenverbinder und 8 Schrauben. Benötigt werden noch ein z. B. Holzkasten (ggf. passen Fertigkästen aus dem Baumarkt) zur Aufnahme der Zellen sowie 3 GfK-Platten (2 – 3 mm höher als die Zellenhöhe) als zusätzliche Isolierung zwischen den Zellen, die mehrfach erwähnten Balancer und eine Aufbauzeit von ca. 1 - 2 Stunden.

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Bausatz der LiFePO4 - Batterie (Foto: Norbert Blazytko)

Sie haben sich während dem Lesen dieses Artikels womöglich gefragt, wieso nur die halbe Kapazität von AGM- oder anderen Bleibatterien bei der Installation von LiFePO4 – Batterien benötigt wird. Das liegt daran, dass konventionellen Batterien nur zu etwa 40 % ihrer Kapazität entladen werden dürfen, wenn deren Lebensdauer nicht zusätzlich verkürzt werden soll. Bei LiFePO4 –Batterien kann problem- und schadlos 80 % der Kapazität entnommen werden. Den von den jeweiligen Herstellern jeweils genannten höheren Werte sollten Sie kein Vertrauen schenken. Schließlich haben Sie ja nichts zu verschenken. Oder?

Schauen sie in der nächsten Zeit in die Homepage der Reisemobil Union e. V. Dort wird sicherlich recht zeitnah einiges an Neuigkeiten zu der hier beschriebenen neuen Batterietechnologie zu finden sein.

Norbert Blazytko