Energieversorgung: Mehr Strom aus der Lichtmaschine herausholen

Hauke Schmidt

· 23.06.2024

Energieversorgung: Mehr Strom aus der Lichtmaschine herausholen

Foto: YACHT/A. Worms

Die Lichtmaschine liefert meist nicht, was sie könnte

Vor allem auf älteren Yachten, die mit Diesel und Lichtmaschine ausgerüstet sind, tritt dieses Phänomen noch auf: Die Lichtmaschine soll die Batterie, also die Bleibatterie, laden. Aber warum ist die Batterie dann trotzt längerer Fahrt nicht voll? Weil die Lichtmaschine, einfach gesagt, ineffizient ist. Sie liefert nicht so viel Energie, wie sie könnte. Doch das lässt sich leicht beheben: mit einem Batterie-zu-Batterie-Lader, der sich zudem einfach nachrüsten lässt.

Themen in diesem Artikel

Entscheidend ist die Ladespannung
Die Stromverteilung ist oft nicht ideal
Die Lichtmaschine mit B2B-Lader überlisten
Die richtige Dimensionierung
So wird ein B2B-Lader nachgerüstet
Sieben B2B-Lader im Überblick

Schuld an der mangelnden Ladeleistung ist die Ladetechnik. Zwar ist am Einbaudiesel mit der Lichtmaschine alles vorhanden, um auch eine Batterie zu laden, der Teufel steckt aber im Detail, und ältere Yachten sind ab Werft oft noch so ausgerüstet, dass die Maschine nicht als effektive Stromquelle genutzt werden kann.

Entscheidend ist die Ladespannung

Die Ladespannung der Lichtmaschine am Diesel liegt in der Regel weit unter den von Batterieherstellern empfohlenen Werten.

Bleiakkus regeln den Ladestrom von selbst auf den zulässigen Wert, wenn die richtige Spannung an die Batteriepole gelegt wird. Die Betonung liegt auf „wenn“. Für Gelakkus sind das 14,6 Volt, AGM-Typen brauchen sogar 14,7 Volt. Die serienmäßigen Regler sind jedoch nur auf Spannungen zwischen 13,8 und 14,2 Volt eingestellt. Das liegt an ihrer Herkunft aus dem Automobilsektor. Dort liefert die Lichtmaschine während der Fahrt sämtlichen Strom. Wenn der Motor nicht läuft, wird kaum Energie verbraucht. Die Fahrzeugbatterie muss daher lediglich in ihrem Ladezustand erhalten werden; man nennt das Pufferbetrieb.

Dafür sind 13,8 Volt genau richtig. Bei höheren Spannungen würde eine volle Batterie auf langen Fahrten anfangen zu gasen und Schaden nehmen.

Auf Yachten liegt aber ein sogenannter Zyklenbetrieb vor: Der Batterie wird für den Betrieb von Licht, Kühlung, Radio, Autopilot sowie Navigation regelmäßig eine große Menge an Strom entnommen, und diese soll anschließend in möglichst kurzer Zeit wieder hineingeladen werden. Dafür sind höhere Ladespannungen nötig.

Die Stromverteilung ist oft nicht ideal

Verschärft wird das Problem durch die simple Stromverteilung. Viele Werften nutzten früher Trennrelais oder Diodenverteiler, um neben dem Starterakku auch eine Verbraucherbank mit der Lichtmaschine zu koppeln.

Die Lichtmaschine mit B2B-Lader überlisten

Deutlich einfacher ist es, die Regelung der Lichtmaschine auszutricksen. Genau das machen sogenannte Lichtmaschine-zu-Batterie- oder Batterie-zu-Batterie-Lader, auch Ladebooster oder B2B-Lader genannt. Während die Ersten direkt an die Lichtmaschine angeschlossen werden und getrennte Ausgänge für Starter und Verbraucher besitzen, werden Batterie-zu-Batterie-Lader einfach an die Motorbatterie geklemmt. Die Motorelektrik bleibt dabei wie vom Hersteller geliefert: Die Starterbatterie hängt direkt an Anlasser und Lichtmaschine, eventuelle Trennrelais oder Diodenverteiler entfallen.

Der B2B -Lader vereinfacht die Installation, Lichtmaschine, Anlasser und Starterakku werden direkt verbunden, als ob es nur eine Batteriebank an Bord gäbe. Der Ladebooster versorgt den Verbraucherakku aus dem Starterakku und passt auch die Ladekennlinie an den Batterietyp an. Im Fall eines bidirektionalen Ladeboosters entfällt zudem die Leitung vom Landstromlader zum Starterakku

Foto: YACHTDer B2B -Lader vereinfacht die Installation, Lichtmaschine, Anlasser und Starterakku werden direkt verbunden, als ob es nur eine Batteriebank an Bord gäbe. Der Ladebooster versorgt den Verbraucherakku aus dem Starterakku und passt auch die Ladekennlinie an den Batterietyp an. Im Fall eines bidirektionalen Ladeboosters entfällt zudem die Leitung vom Landstromlader zum Starterakku

Beide Systeme sorgen dafür, dass die Ausgangsspannung der Lichtmaschine auf zirka 13,0 Volt abgesenkt wird. Das ist immer noch oberhalb der Ruhespannung des Starterakkus – dieser wird dabei also nicht belastet. Der Lichtmaschinenregler sieht aber praktisch immer eine leere Starterbatterie und sorgt für maximale Leistungsabgabe. Die Elektronik des B2B-Laders erkennt, ob sie ausreichend geladen ist und ob Ladestrom zur Verfügung steht; nur dann geht der integrierte Spannungswandler in Betrieb und stellt der Netzbatterie die optimale Ladespannung zur Verfügung.

Mehr Ladeleistung aus der Lichtmaschine heißt auch, dass der Keilriemen stärker belastet wird, daher sollte die Spannung häufig geprüft werden. Eventuell auf einen Riemen aus der Quadpower-Serie von Gates wechseln, sie halten die Spannung besser

Foto: Yacht/N. GünterMehr Ladeleistung aus der Lichtmaschine heißt auch, dass der Keilriemen stärker belastet wird, daher sollte die Spannung häufig geprüft werden. Eventuell auf einen Riemen aus der Quadpower-Serie von Gates wechseln, sie halten die Spannung besser

Die Nachrüstung eines B2B-Laders ist simpel, da kaum neue Kabel verlegt werden müssen. Vor allem wenn wie in unserem Fall ein automatisches Trennrelais verbaut war. Dann kann der B2B-Lader praktisch dessen Position übernehmen, und es ist lediglich eine zusätzliche Masseleitung nötig.

Wenn ein Diodenverteiler vorhanden ist, muss dieser entfernt werden, sodass der Motorakku direkt an der Lichtmaschine hängt, anschließend ist die Verkabelung des B2B-Laders identisch.

Optimal ist es, wenn der Lader nah an der Verbraucherbatterie installiert wird, da er automatisch den Spannungsabfall auf der Zuleitung ausgleicht. In unserem Fall war dort aber nicht genügend Platz. Außerdem konnte die überflüssig gewordene Leitung vom Landstromlader zum Starterakku mit genutzt werden. Das gewählte Gerät von Sterling Power arbeitet in beide Richtungen, sprich wenn die Verbraucherbatterie per Landstrom geladen wird, kümmert sich der B2B-Lader automatisch um den Motorakku. Damit stehen 40 Quadratmillimeter Querschnitt zur Verfügung, und der Spannungsabfall ist unerheblich.

Ein Problem bei der Installation im Motorraum kann die Temperatur sein, die Geräte arbeiten äußerst effizient und erzeugen wenig Abwärme. Wenn der Motor die Umgebung zu sehr aufheizt, könnte es aber trotzdem zu warm werden, und der B2B-Lader würde abregeln. Wir werden die Temperaturen beobachten und das Gerät im Zweifel im Winter doch verlegen.

Die richtige Dimensionierung

Der Lader sollte so dimensioniert werden, dass er 60 bis 75 Prozent der Nennleistung der Lichtmaschine liefert.

Bei einem 80-Ampere-Generator sollte man also einen Lader mit maximal 60 Ampere Ladestrom wählen. Ein zu kleines Ladegerät nutzt nicht das volle Potenzial der Lichtmaschine. Ein zu kräftiger Lader entnimmt dem Starterakku mehr Strom, als der Motor nachladen kann. Dadurch sinkt die Eingangsspannung, und der B2B-Lader reduziert die Leistung oder schaltet sich ganz ab. Damit fließt der gesamte Ladestrom der Lichtmaschine in den Starterakku und dessen Spannung steigt wieder an, bis der B2B-Lader erneut aufwacht und den Verbraucherakku weiterlädt. Der Vorgang wiederholt sich innerhalb weniger Minuten und verzögert den Ladevorgang deutlich.

Derartige An-aus-Schwingungen können auch bei korrekt dimensioniertem B2B-Lader auftreten, wenn der Motor im Leerlauf dreht und die Lichtmaschine nicht die volle Leistung liefert, sind dann aber unkritisch.

Wenn es kein Modell mit der passenden Leistung gibt, können auch mehrere Lader parallel geschaltet werden. Oder man wählt eine stärkere Ausführung, die sich drosseln lässt. Bei Sterling Power ist das über die optionale Fernbedienung möglich. Andere Geräte wie Victrons neuer Orion XS lassen sich per App an die Leitungsfähigkeit der Lichtmaschine anpassen, arbeiten aber nicht bidirektional.

Wir haben den Lader eher konservativ ausgelegt und eine 40-Ampere-Variante gewählt. Um das Maximum aus der Lichtmaschine herauszukitzeln, wäre es auch möglich gewesen, ein 70-Ampere-Gerät zu installieren und dessen Leistung auf 85 Prozent zu drosseln.

Schon der 40er-B2B-Lader verbessert die Energiebilanz deutlich, der Maximalstrom der Lichtmaschine ist auf etwa 38 Ampere gedeckelt, dafür liefert sie diesen aber nicht nur wenige Minuten, sondern dauerhaft, bis der Akku etwa 80 Prozent seiner Kapazität erreicht hat.

Selbst wenn der Diesel im Leerlauf dreht, stehen zwischen 35 und 38 Ampere zur Verfügung. Weiter verbessern ließe sich der Ladevorgang durch den Wechsel auf Lithiumakkus. Die Lichtmaschine ist dafür schon bereit.