Test: Zubehör - Blei- und Lithium-Akkus als HybridFoto: Hersteller

TechnikTest: Zubehör - Blei- und Lithium-Akkus als Hybrid

Alexander Worms  

8.6.2021, Lesezeit: 7 Minuten

Das Beste aus zwei Welten: Die Kombination von Blei- und Lithium-Akkus kann sinnvoll sein – die einen sind eher günstig, die anderen zyklenfest. Wie das geht, wann es lohnt

Lithium erlebt seit Kurzem einen Popularitätsboom. Bis vor wenigen Jahren wurde das Metall mit der geringsten Dichte aller festen Stoffe eher in sündhaft teuren Felgen von Formel-1-Autos verbaut oder als Anti­depressivum verwendet; sogar die Band Nirvana besang das Metall. Dann aber kam die neue Akku-Technik, in der das Material seine Eigenschaften voll ausspielen kann – zum Wohle auch der Bordtechnik.

Beim Thema Akkus, auch auf Yachten, ist Lithium zum Maß der Dinge geworden, wenn es darum geht, Strom zu speichern. Blei kann das ebenfalls, wenn auch auf etwas andere Art und Weise. Seit mehr als hundert Jahren dient das Schwermetall als Grundlage für Akkus. Allerdings: Es ist schwer, giftig und kommt mittlerweile aus der Mode. Doch es ist günstig, kostet nur etwa ein Zehntel des leichten Pendants. Zudem ist es in einem Kreislauf immer wieder verwertbar.

Dabei ergänzen sich die Akku-Technologien technisch sehr gut: Lithiumbatterien nehmen gern schnell viel Ladung auf, halten eine nahezu konstante Spannung, bis sie leer sind, und sie mögen es geradezu, häufig ge- und entladen zu werden; sie sind sehr zyklenfest. Große Mengen Strom schnell abzugeben ist dagegen nicht ihre Lieblings­disziplin, ebenso wenig, wie stets voll ge­laden über lange Zeit ungenutzt zu bleiben. Zudem müssen sie über ein Batteriemanagementsystem (BMS) vor zu viel und zu wenig Spannung geschützt werden.

Dieses BMS trennt die Akkus vom Netz, wenn sie entladen sind und eine definierte, niedrige Spannung erreichen. Auch bei einer zu hohen Lade­spannung unterbricht das BMS, um den Akku zu schützen. Ohne funktionierendes BMS sind Lithium-Akkus nicht verwendbar. Sie sind dann sogar nicht ganz ungefährlich, da sie im schlimmsten Fall in Brand geraten können.

Noch mehr Informationen? Den Zubehör-Vergleichstest für Hybridakkus mit technischen Daten und weiteren Bildern finden Sie in BOOTE-Ausgabe 06/2021 seit dem 19.05.2021 am Kiosk oder online im Delius Klasing-Shop.

Blei-Akkus nehmen ihre Ladung hingegen langsam auf und können sie dafür recht schnell wieder abgeben.
Mit der Ladung sinkt auch immer die Spannung, sie wollen gern möglichst voll geladen gelagert werden, und vie­le Zyklen sind nicht ihre Stärke. Dafür sind die schweren Stromspeicher recht günstig und brauchen keinen elektronischen Schutz.

Sinnvolle Kombination

Da sich die Technologien sehr gut ergänzen, liegt die Idee auf der Hand, sie auch an Bord zu kombinieren. Die günstige und sichere Reserve ist dabei der Blei-Akku, der immer voll geladen und damit langlebig sein Dasein fristet und nur dann einspringt, wenn der benötigte Strom besonders hoch ist oder die Lithium-Akkus leer sind. Die wiederum sind eher klein dimensioniert und decken tagein, tagaus in vielen Zyklen den üblichen Bedarf ab, möglichst ohne den Bleispeicher anzutasten. So operieren beide Akkus in ihren op­timalen Betriebszuständen: Der Schwer­metall-Akku bleibt meist voll geladen, ohne Schaden zu nehmen, der Lithiumspeicher wird voll gefordert und arbeitet so in dem für ihn sinnvollsten Modus. Dennoch steht ständig die volle Kapazität zur Verfügung, auch wenn mal während einer längeren Zeit vor Anker nicht ausreichend geladen werden kann.

Dabei ist das Gesamtsystem günstiger als ein reines Lithium-Set-up und langlebiger als eine nur aus Blei-Akkus bestehende Batteriebank. Das liegt daran, dass die Blei-Akkus von ihren Leichtmetallpartnern immer voll gehalten werden, was die Sulfatierung verhindert und die Lebensdauer erhöht. Im täglichen Leben an Bord sieht das in etwa so aus: Alle Akkus sind voll. Wird nun Ladung entnommen, springt zunächst der Lithium-Akku ein. Wenn wieder Ladestrom vorhanden und der Blei-Akku noch zu 100 Prozent voll ist, wird der Lithiumspeicher zuerst wieder geladen. Ohne Ladestrom hält er das Bordnetz permanent auf 12,8 Volt und somit den Blei-Akku auf voller Ladung, bis er leer ist und sein BMS die Verbindung zum Bordnetz trennt. Wird dann weiter Strom entnommen, springt der Blei-Akku ein. Der Nutzer merkt von alldem nichts oder, wenn überhaupt, nur ein leichtes Abfallen der Bordspannung. Wird dann erneut geladen, ist zuerst der Blei-Akku an der Reihe. Erst wenn der aus­reichend geladen ist, also eine bestimmte Spannung erreicht wird, beginnt das Lithium-Pendant mit seiner Ladung. Schließlich sind dann beide Akkus voll und bereit für den nächsten Zyklus.

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In der Praxis werden solche Zyklen nur sehr selten erreicht. Man liegt am Landstrom, die Akkus sind voll. Nach dem Ablegen sorgt die Maschine für stetigen Ladestrom. Beim Badestopp oder vor Anker saugen dann mal ein paar Stunden lang alle Verbraucher an der Batterie, um bei Weiterfahrt oder am nächsten Morgen wieder vom Motor geladen zu werden und so weiter. Mit diesen kurzen Zyklen kommt der Lithium-Akku sehr gut zurecht. Durch den hohen Ladestrom, den er aufnehmen kann, reichen zudem oft schon kurze Motorlaufzeiten, um ihn vollständig zu laden. Gleiches gilt im Übrigen für einen Generator. Erst bei längeren Fahrten oder mehreren Tagen vor Anker wird der Blei-Akku belastet.

Bewährte Technik

Die Vorteile eines solchen Hybridsystems hat auch der Wohnmobilhersteller Hymer erkannt und zusammen mit Bosch und der Firma BOS ein eigenes System entwickelt. Das Unternehmen aus Neu-Ulm hat mittlerweile über 25000 seiner LE 300 genannten Lithiumhybridsysteme verkauft, ein Großteil davon fährt in Wohnmobilen.
Die Bayern wollen nun auch in den Wassersportmarkt einsteigen und arbeiten dazu mit der Firma Ferropilot zusammen, die den Vertrieb organisiert. Das voll gekapselte und allein auf die Verwendung in einem Hybridsystem hin entwickelte Akku-Paket kommt mit einem eigenen BMS und kann einfach an eine bestehende Akku-Bank angeschlossen werden.

Ein zusätzliches Display informiert über Strom, Spannung und Ladezustand. Anfangs muss dort die Kapazität des Blei-Akkus einprogrammiert werden, denn insgesamt lassen sich bis zu 24 solcher Akku-Packs koppeln. Eines hat dabei eine Nennkapazität von 25 Amperestunden – oder eben bei 12 Volt 300 Wattstunden, daher der Name LE 300. Das BMS regelt den Ladestrom aus dem Blei-Akku zum LE 300 angepasst an dessen Spannung, wodurch die Lichtmaschine geschützt wird. Denn die hohen möglichen Ladeströme von Lithium-Akkus können diese ansonsten an ihre Leistungsgrenze bringen, wenn sie gnadenlos Strom aus dem Dynamo fordern. Bei niedrigen Drehzahlen und damit geringer Kühlung können diese Schaden nehmen. Nicht so beim LE 300: "Wird die abgefragte Leistung zu groß, sinkt die Spannung der Lichtmaschine und damit auch im Blei-Akku. Das erkennt die LE 300 und reduziert die Stromaufnahme. So kann nichts passieren", erklärt Benjamin Seckinger, CEO der BOS-AG. So sei maximale Betriebssicherheit gewährleistet. Durch die modulare Bauweise kann im Falle eines Defekts jedes Modul einzeln aus dem Paket entnommen werden, ohne dass die Funk­tion beeinträchtigt wird.

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Lithium-Akkus benötigen, wie bereits beschrieben, ein BMS, das sie steuert. Dabei handelt es sich um ein elektronisches Bauteil. Viele Eigner wollen jedoch in wichtigen Komponenten wie den Akkus möglichst wenig Elektronik haben. In einem Hy­brid­sys­tem nutzt man deshalb die guten alten Blei-Akkus, die einfach und ohne Elektronik funktionieren, sozusagen als sichere Bank.

Es kommen die Lithium-Akkus hinzu mit all ihren Vorteilen wie der schnellen Ladung und der enormen Zyklenfestigkeit. Somit hat man einerseits die Einfachheit und damit die Betriebssicherheit der herkömmlichen Speicher und zudem den Komfort der modernen Akkus, die obendrein für eine längere Lebensdauer der Blei-Akkus sorgen. Eine sinnvolle und effektive Kombination beider Batteriewelten.

Für wen lohnt es?

Das Rechenbeispiel zeigt, dass ein neues Bordsystem aus Lithium kaum teurer ist. Als Argument bleibt dann nur die zusätzliche Betriebssicherheit der Blei-Akkus. Wer jedoch seine vorhandene Bleibank an Bord nur ein wenig ausbauen will und obendrein deren Lebensdauer verlängern möchte, fährt mit dem Lithiumsystem als Hybrid gut. Allerdings kostet die LE 300 pro Kilowattstunde derzeit in etwa das Doppelte eines Lithium-Akkus zum Beispiel von Liontron. Dafür spart man beim Kauf der Blei-Akkus, sofern die vorhanden sind.