Lithiumbatterien auf Yachten: sichere LiFePO4-Installation

Eine LiFePO4-Batteriebank auf einer Yacht darf nicht als direkter Batterieersatz behandelt werden, ohne das übrige elektrische System zu prüfen. BMS, Lichtmaschine, Ladegeräte, Kabel, Sicherungen, Batteriebefestigung und Temperaturgrenzen müssen alle den Vorgaben des Batterieherstellers entsprechen.

Dieser Leitfaden erläutert die Schutzfunktion des BMS, weshalb dem Laden über die Lichtmaschine besondere Aufmerksamkeit gilt, wie sich Ladegeräteeinstellungen und Absicherung auf die Installation auswirken und wo Anforderungen von ABYC, Flaggenstaat, Klasse und Versicherer relevant werden.

Das BMS ist eine Schutzebene

Ein Batteriemanagementsystem kann bei niedriger Zellspannung die Trennung von Verbrauchern veranlassen. Bei hoher Zellspannung oder einer Batterietemperatur außerhalb des zulässigen Bereichs kann es außerdem die Abschaltung der Ladegeräte veranlassen.

Diese Funktionen schützen die Zellen vor definierten elektrischen und thermischen Bedingungen, das BMS ersetzt jedoch keine fachgerechte Systemauslegung. Das Ladegerät benötigt weiterhin ein geeignetes LiFePO4-Profil, der Lichtmaschinenstrom muss begrenzt werden und die Batterieanschlüsse müssen abgesichert sein.

Entscheidend ist: Die Spezifikation eines BMS beantwortet nicht jede Frage zur Installation. Die gesamte Anordnung muss Folgendes berücksichtigen:

• Lasttrennung. Das BMS kann die Trennung von Verbrauchern veranlassen, wenn die Zellspannung zu stark absinkt.
• Ladetrennung. Hohe Zellspannung oder eine zu niedrige bzw. zu hohe Batterietemperatur können dazu führen, dass das BMS die Ladegeräte abschaltet.
• Kompatibilität der Ladequellen. Jedes Ladegerät benötigt ein Profil für LiFePO4-Chemie oder ein anpassbares kundenspezifisches Profil mit den Werten des Batterieherstellers.
• Schutz der Lichtmaschine. Geringer Batteriewiderstand und hohe Ladeaufnahme können eine Lichtmaschine überlasten.
• Überstromschutz. Batterieanschlüsse müssen abgesichert werden, da Lithium-Batterien sehr hohe Ströme liefern können.

Eine Abschaltung aufgrund niedriger Zellspannung ist als Schutzmaßnahme für den Notfall zu behandeln, nicht als reguläre Batteriebankverwaltung. Das Handbuch zu Victron's Lithium Smart verlangt nach einer solchen Abschaltung ein sofortiges Wiederaufladen und warnt davor, dass dauerhafte Standby-Verbraucher eine tiefentladene Batterie beschädigen können.

Ladequellen und Schutz der Lichtmaschine

LiFePO4-Batterien nehmen aufgrund ihres niedrigen Innenwiderstands hohe Ladeströme auf. Diese Eigenschaft ist beim Laden nützlich, bedeutet jedoch, dass eine Lichtmaschine nicht ohne Weiteres für den direkten Anschluss an eine Lithium-Verbraucherbatteriebank geeignet ist.

Victron's Lithium-Leitfaden beschreibt drei Möglichkeiten zum Schutz beim Laden über die Lichtmaschine:

• Temperaturgeregelte Lichtmaschinenregelung. Sie steuert den Ladevorgang anhand der Lichtmaschinentemperatur.
• Ein strombegrenzendes DC-DC-Gerät. Es begrenzt den Strom zur Lithium-Batteriebank.
• Ein BMS-Lichtmaschinenanschluss mit Strombegrenzung. Er verbindet die BMS-Steuerung mit einer definierten Strombegrenzungsfunktion.

Die richtige Methode hängt von der installierten Ausrüstung ab. Wird eine Lichtmaschine an eine Lithium-Batteriebank angeschlossen oder von dieser wiederholt begrenzt, muss die Ladeanordnung technisch bewertet werden, anstatt sie wiederholt zurückzusetzen oder Einstellungen zu ändern.

Auch Landladegeräte und andere Ladequellen müssen geprüft werden. Verwenden Sie ein Ladeprofil für LiFePO4-Chemie oder konfigurieren Sie ein anpassbares kundenspezifisches Profil nach den Vorgabewerten des Batterieherstellers. Ein Blei-Säure-Profil darf nicht als geeignet vorausgesetzt werden.

Für die genannte Victron Lithium Smart Batterie ist temperaturkompensiertes Laden nicht erforderlich. Laut Handbuch muss diese Funktion deaktiviert oder auf 0 mV/°C eingestellt werden. Dies ist produktspezifisch und darf nicht ohne Prüfung des jeweiligen Handbuchs auf eine andere Batterie übertragen werden.

Sicherungen, Kabel und Batterieinstallation

Lithium-Batterien können sehr hohe Ströme liefern; deshalb müssen Batterieanschlüsse abgesichert werden. Die Auswahl von Kabeln und Sicherungen muss auf dem maximal zu erwartenden Systemstrom basieren und darf nicht ohne Prüfung von der vorherigen Batterieanordnung übernommen werden.

Die folgende Matrix zeigt, wie die wesentlichen Risiken mit der erforderlichen Auslegungsmaßnahme zusammenhängen:

Auch die Montageanweisungen sind produktspezifisch. Bei der genannten Victron Lithium Smart Batterie erfolgt die Installation in einem trockenen Innenbereich, sicher befestigt und mit 20 mm Belüftungsabstand auf allen vier Seiten. Batterien anderer Hersteller müssen nach deren Anforderungen installiert werden; diese Abmessungen dürfen nicht automatisch übernommen werden.

Jede Änderung der Batteriechemie, des Kabelquerschnitts, der Sicherung, des BMS oder der Ladeausrüstung verändert einen Teil dieses abgestimmten Systems. Diese Änderungen müssen von einem Ingenieur geprüft werden, bevor Komponenten ersetzt oder Einstellungen geändert werden.

Normen, Grenzwerte und Wartungseinstellungen

ABYC bezeichnet E-13 als 'Lithium Ion Batteries' und E-11 als 'AC and DC Electrical Systems on Boats'. Dies sind relevante elektrische Referenznormen für in den USA gebaute Yachten. Anforderungen von Flaggenstaat, Klasse und Versicherer können ebenfalls gelten. Daher müssen die spezifischen Anforderungen der Yacht festgestellt werden, statt anzunehmen, dass eine einzige Referenz jeden Fall abdeckt.

Wenn ein Umbau die dokumentierte elektrische Installation oder die Betriebsanforderungen der Yacht betrifft, kann Unterstützung bei Compliance und Flaggenstaat zusammen mit den elektrischen Arbeiten berücksichtigt werden. Die verfügbaren Fakten begründen keinen einheitlichen Genehmigungsweg für jede Yacht, jeden Flaggenstaat, jede Klasse oder jeden Versicherer.

Temperaturgrenzen müssen ebenso modellspezifisch behandelt werden. Das Laden der genannten 12.8 V Victron Lithium Smart Batterie ist nur von +5 °C bis +50 °C zulässig; laut Handbuch müssen Ladegeräte bei der minimalen Allowed-To-Charge-Grenze abschalten. Andere Batterien können andere Grenzwerte haben, daher bestimmt das tatsächliche Batteriehandbuch die Einstellung.

Auch die Hinweise zum Zellenausgleich können variieren. Das genannte Victron-Handbuch empfiehlt zum Ausgleich mindestens zwei Stunden monatlich im Absorptionslademodus. Dies ist eine Wartungsempfehlung für dieses Produkt und kein allgemeingültiges Intervall für jede LiFePO4-Batteriebank.

Aufzeichnungen aus der Überwachung helfen dabei, ein einzelnes Ereignis von einem wiederkehrenden Zustand zu unterscheiden. In Verbindung mit der Batterie kann VictronConnect Batteriespannung, Temperatur, Zellenausgleichsstatus und die Spannung jeder einzelnen Zelle anzeigen. Warnungen und Alarme sind nur sichtbar, während die App aktiv verbunden ist; die Crew sollte die angezeigten Informationen bei der Untersuchung einer Meldung dokumentieren.

Was die Crew sicher prüfen kann

Die Prüfungen durch die Crew sollten sich auf Beobachtung und Dokumentation beschränken, ohne ein Batteriegehäuse zu öffnen oder Schutzeinstellungen zu ändern.

• Betriebsdaten dokumentieren. Nutzen Sie die freigegebene Monitoring-App oder Anzeige, um Spannung, Temperatur, Zellenausgleichsstatus und Alarme bei bestehender Verbindung festzuhalten.
• Installation äußerlich prüfen. Prüfen Sie, ob Gehäuse trocken, sicher befestigt und belüftet sind. Achten Sie auf Hitze, Aufquellen und beschädigte Kabel, öffnen Sie jedoch nicht das Batteriegehäuse.
• Auf eine Niederspannungstrennung reagieren. Reduzieren Sie Verbraucher und veranlassen Sie unverzüglich ein freigegebenes Laden. Versuchen Sie nicht wiederholt, die Batteriebank nach einer BMS-Trennung wieder mit Strom zu versorgen.
• Modellspezifische Anweisungen am System bereithalten. Verwenden Sie für Ladegrenzen, Montageanweisungen und Wartungseinstellungen das Handbuch der jeweiligen Batterie, anstatt Werte eines anderen Produkts anzuwenden.

Diese Prüfungen liefern dem Ingenieur nützliche Informationen zur Fehlersuche und vermeiden gleichzeitig Änderungen an Kabelschutz, BMS-Steuerung oder Ladegerätekonfiguration.

Wann ein Ingenieur hinzugezogen werden muss

Beschränken Sie sich auf die Beobachtung und rufen Sie einen Ingenieur, wenn der Fehler oder die geplanten Arbeiten die Schutzsteuerung, das Laden oder den Batteriezustand betreffen:

• Das BMS trennt Verbraucher oder Ladegeräte.
• Das Monitoringsystem meldet Zellungleichgewicht, einen Temperaturalarm oder wiederholten Voralarm.
• Eine Lichtmaschine wird an eine Lithium-Verbraucherbatteriebank angeschlossen oder von ihr wiederholt begrenzt.
• Eine Sicherung, ein BMS, ein Ladeprofil, ein Lichtmaschinenregler, ein Kabelquerschnitt oder die Batteriechemie wird geändert.
• Eine Lithium-Batterie ist aufgequollen, beschädigt, nass oder überhitzt.
• Die Batteriebank wurde aufgrund niedriger Zellspannung abgeschaltet.

Behandeln Sie einen Reset nicht als Nachweis dafür, dass die zugrunde liegende Ursache behoben wurde. Dokumentieren Sie Spannung, Temperatur, Zellenausgleichsstatus und aktive Alarme und geben Sie diese Informationen zusammen mit den Angaben zur Batterie und Ladeausrüstung weiter.

Blueward Marine bietet elektrische und elektronische Dienstleistungen für Yachten von Palma de Mallorca aus an. Übermitteln Sie den Fehler, Ausrüstungsdetails und Fotos über die Online-Servicebuchung oder rufen Sie die 24/7-Notfallnummer unter +34 971 251 374 an.