Doppelbatterie System mit Solarzelle - Anleitung

So, mal ein ganz neues Thema: Auto. Besser, Stromversorgung im Auto. Aktuell baue ich mir meinen Landrover Defender 110 aus. Da ich unabhängig vom Landstrom sein möchte, habe ich nach einer Lösung für ein autarkes Batteriemanagement gesucht und gefunden. Das möchte ich Dir hier vorstellen.

Doppelbatteriesystem Hardware

Definition Doppelbatteriesystem (DBS)

Was ist eine DBS und warum braucht man das überhaupt? Bei einem DBS werden 2 Batterien verbaut. Eine Starterbatterie und eine Versorgerbatterie. Ziel ist es mehr Kapazität und Strom zur Verfügung zu haben.

Unterschied Starter- und Versorgerbatterie

Die Starterbatterie ist die Batterie, die den Motor startet und immer über die Lichtmschine (LiMa) geladen wird.

Dahingegen liefert die Versorgerbatterie Strom für zusätzliche Verbraucher (z.B. Standheizung, Kühlschrank, Licht, Steckdosen etc.).

Parallelschaltung der Batterien

Es gibt zwei verschiedene Ansätze so ein DBS aufzubauen: die Parallelschaltung oder die Trennung über ein Relais. Bei der Parallelschaltung braucht man 2 exakt gleiche Batterien (gleicher Hersteller, gleiche Kapazität (Ah), am besten gleiche Serie und Charge). Dann werden die beiden Plus- und Minuspole jeweils miteinander verbunden und man erhält so die doppelte Kapazität. Vorteile der Parallelschaltung:

  • sehr simpel
  • keine zusätzliche Hardware
  • große Kapazitäten

Die Nachteile:

  • gibt eine Batterie den Geist auf, müssen beide ersetzt werden
  • wenn Tiefentladen, kann Auto nicht mehr gestartet werden

Trennung über ein Relais

Bei Trennung über ein Relais werden die beiden Batterie zusammengeschalten, wenn z.B. der Motor läuft und genügend Strom fließt, so dass beide Batterien geladen werden. Ist der Motor aus, trennt das Relais die beiden Batterien, so dass die Starterbatterie immer genügend Strom zum Starten hat. Die Vorteile sind:

  • Flexibler Einsatz
  • Verschiedene Batterien verwendbar (Hersteller, Kapazität, Art)
  • Geringe Belastung & Schutz der Starterbatterie

Die Nachteile:

  • teurer
  • extra Hardware notwendig (Relais, ggf. Monitor)
  • ggf. nicht so viel Kapazität verfügbar, wie bei Parallelschaltung

Da die Trennung über ein Relais in meinen Augen (da scheiden sich die Geister) die sinnvollere Lösung ist, habe ich mich dafür entschieden.

T-Max DBS02 vs IBS DBS vs CTek D250SA

Es gibt viele verschiedene Lösungen so eine Trennung über ein Relais zu realisieren. Ganz schlicht über ein simples Relais (z.B. Victron Cyrix-ct) und einem Batteriemonitor (z.B. National Luna). Allerdings fehlen mir dort die Extrafunktionen, wie ein Manueller-Link. Daher habe ich mir die folgenden Fertiglösungen genauer angeschaut. Hier ein Vergleich der 3 beliebtesten:

CTek D250SA

Die mit Abstand simpelste Fertiglösung liefert das CTek D250SA. Es gibt nur 4 Anschlüsse: +Pol Startbatterie, +Pol Versorgerbatterie, Erdung (= -Pol der Startbatterie), +Pol Solarzelle. Einfach die 4 Kabel anschließen, fertig. Es ist nicht mal ein Laderegler für die Solarzelle notwendig. Alles erledigt der kleine Kasten.

Problem: Teuer (~ 300€) und es kann nur mit max. 20A laden. Die LiMa liefert allerdings über 100A. Das Relais im CTek drosselt also die Ladegeschwindigkeit der 2ten Batterie auf 1/5tel runter - sprich es dauert 5mal solange zu laden, wie direkt an der LiMa angeschlossen.

IBS DBS

Das IBS DBS ist ein zuverlässiges und ausgereiftes DBS. Es kommt fertig mit Monitor und Hochleistungsrelais mit 200A. Man muss zwar ganz schön viel verkabeln (4x Monitor, 3x Batterien), aber der Aufwand lohnt sich. Es ertönt ein Signalton bei Fehlern oder Unterladung, man kann manuell parallelschalten, usw. Einzige Manko, der Preis mit 350€. Wenn Geld keine Rolle spielt, zugreifen!

T-Max DBS02

Die günstige Alternative ist das T-Max DBS02. Es bietet nahezu die gleichen Eigenschaften wie das IBS DBS - kann sogar bis 250A. Auch in Punkto Verarbeitung steht es dem IBS DBS in nichts nach. Preis: 130€. Ganze 220€ günstiger als das IBS DBS. Es fehlen zwar akustischer Signalton oder das bequeme Deaktiveren der Auto-Linkfunktion per Knopfdruck. Dennoch für den Preis unschlagbar.

Einkaufsliste: Das brauchst Du für das DBS mit Solarzelle

Neben dem Relais selbst, brauchst Du natürlich noch einige weitere Komponenten. Solarzelle, Kabel, Steckverbinder, Sicherungen, usw. Ich liste alles hier auf, was ich verwendet habe und was in dieser Anleitung auch verwendet wird:

Ich denke das sollte es gewesen sein. Natürlich kannst Du alle Komponenten durch ähnliche ersetzen. Insbesondere die AGM Batterien (bei mir VARTA, gerne auch Running Bull) musst Du nach Platz- und Leistungsbedarf aussuchen. Die Solarzellen habe ich bei OffgridTec gekauft. Guter Service und Beratung!

Richtiger Batterietyp: AGM vs Gel vs LiFePo4

Den richtigen Batterietyp zu finden hängt komplett von Deinem Vorhaben und Budget ab. AGM und Gel sind ähnlich, wobei AGM etwas günstiger sind. AGM sind auch als Starterbatterien geeignet, Gel nicht unbedingt. Beide Batterien sollten nicht komplett entladen werden. AGM hat eine etwas höhre Ladespannung (14,6-14,8V) als Gel Batterien (14,4V).

Der größte der Vorteil von LiFePo4-Batterien ist die Möglichkeit sie komplett zu entladen. Eine 100Ah Batterie liefert also auch netto 100Ah und nicht 50Ah wie bei einer 100Ah AGM-Batterie. Diese sind leider nicht als Starterbatterie geeignet und damit für dieses Batteriesystem unbrauchbar.

Eine 50Ah-LiFePo4-Batterie kostet ca. 800€! D.h. ich kann vier 100Ah AGM Batterien verschleißen bis sich ein LiFePO4-Akku gelohnt hätte. Da ich von einer Lebenserwartung von 5 Jahren bei guter Pflege (regelmäßig über ein CTek-Ladegerät mit IUoU-Kennlinie komplett laden) gehen 20 Jahre ins Land... und solange glaube ich nicht, dass eine LiFePO4 lebt. Dazu kommen ein anderes Ladeschma und ein anderes Batteriesystem, und und und... 

Stromverbrauch berechnen

Bevor es an den Einbau geht, solltest Du Dir bewusst machen, wie viel Strom Deine Verbraucher überhaupt brauchen. Anhand dieser Zahl, kannst Du die Größe der Versorgerbatterien bestimmen.

Die meisten Geräte geben den Verbrauch in Watt (=Elektrische Leistung) an, dahingegen wird die Kapazität der Batterien in Ah (= Ampere Stunde) angegeben. Daher muss man umrechnen:

Watt = Strom * Volt
Strom = Watt / Volt

Strom sind die Ampere und Volt i.d.R. 12V (oder 24V). Du rechnest Dir also aus allen Verbrauchern die Strom-Zahl und multiplizierst sie mit der Anzahl der Stunden, die die Batterie pro Tag laufen soll:

Verbraucher Watt Volt   Ampere Dauer/Tag Ah
Kühlschrank 42W 12V 42W / 12V = 3,5A 8h 28Ah
Beleuchtung 20W 12V 20W / 12V = 1,66A 2h 3,33Ah

Ich habe eine Excel Tabelle erstellt, die Dir den Verbrauch ausrechnet. Du kannst sie kostenlos runterladenVerbraucher berechnen Excel

Die Batterie sollte nicht unbedingt vollständig entladen werden, daher das Ergebnis der Ah mit 1,5 (=50% mehr Ladung als notwendig) nehmen. Bei meinem obigen Beispiel: 28Ah + 3,33Ah = 31,3Ah * 1.5 = 46,95Ah. Damit könnt also eine 100Ah Batterie gut 2 Tage laufen.

Verkabelung Doppelbatteriesystem

Soweit zur Theorie. Naja, fast zumindest. Erstmal gibt es noch einen kostenlosen Schaltplan, wie Du alles verkabeln solltest (im Bezug auf das DBS von T-Max - sonst sind es ggf. andere Farben/Anschlüsse). 

Schaltplan DBS mit Solarzelle

Der Schaltplan schaut auf den ersten Blick kompliziert aus, ist aber alles halb so wild. Alles unter der gestrichelten Linie kannst Du erstmal ignorieren - bitte drauf klicken für eine große Ansicht:

Schalplan DBS

Anschluss Relais

Ich gehe jetzt alles Schritt für Schritt durch und erkläre es so gut es geht. Auf dem Relais gibt es 4 Möglichkeiten die Kabel zu befestigen (2mal dick, 2mal dünn), die sind jeweils mit 1-4 durchnummeriert.

1) Das mitgelieferte sehr kurze Kabel wird mit 1 und 3 verbunden. Mit diesem Kabel wird das Relais automatisch bei genügend Spannung geschalten.

2) Das grüne Kabel des DBS02 (=Steuereinheit des Batteriesystems) wird hier festgeschraubt. Die 2 Ampere Sicherung ist im Lieferumfang enthalten.

3) Neben dem Kabel von 1 kommt hier das Kabel des Pluspols der Starterbatterie hin. Dazu das mitgelieferte 15qmm Kabel entsprechend kürzen und die Ringösen crimpen.

4) Hier das Kabel vom Pluspol der Versorgerbatterie anschließen. Wie bei 3. erst kürzen und die crimpen.

Verkabelung Relais T-Max

Am Relais müssen insgesamt nur 4 Kabel befestigt werden. Dank der Nummerierung ist das kein Problem.

Verkabelung DBS02

Die Steuereinheit "DBS02" ist sozusagen das Gehirn der Batteriesteuerung. Neben der gelieferten Lade-Stromstärke werden auch die Ladezustände beider Batterien angezeigt und ob sie aktuell gelinked (=zusammengeschaltet) sind oder nicht.

Die Steuereinheit hat 4 Kabel, die bereits an einem Ende mit einem Stecker verbunden sind. Da mir die 1,5m zu lang sind, habe ich die einzelnen Stränge geflochten:

  • Schwarzes Kabel: Mit der Erde verbinden. Sprich Minus-Pol der Starterbatterie
  • Rotes Kabel: Mit dem Pluspol der Starterbatterie verbinden
  • Blaues Kabel: Mit dem Pluspol der Versorgerbatterie verbinden
  • Grünes Kabel: Mit dem Anschluss 2 des Relais verbinden

Über das rote bzw. blaue Kabel misst das Steuergerät die Spannung der Starterbatterie bzw. Versorgerbatterie. Zusätzlich erhält es vom roten und schwarzen Kabel den Strom zum eigenen Betrieb. Über das grüne Kabel schaltet es das Relais an/aus.

Fazit DBS02

Wie man sieht ist das Doppelbatteriesystem DBS02 von T-Max anwederfreundlich im Anschluss. Das ist für jeden zu schaffen! Alle benötigten Teile werden mitgeliefert. Lediglich das Werkzeug (Krimpzange, etc.) muss man sich kaufen/leihen/hat man eh schon da.

Hinweis: Die Erdung entspricht hier immer dem Minuspol der Starterbatterie. Dort kann alles angeschlossen werden. Also auch das Minus der Versorgerbatterie mit dem Minus der Starterbatterie verbinden. Selbiges gilt für den Laderegler der Solarzelle und für alle Verbraucher.

Verkabelung Solarzelle

Hier habe ich ein MPPT-Laderegler mit Bluetooth. Ein MPPT-Laderegler ist etwas teurer, hat dafür eine bessere Ladeeffizienz und kann die 36V für ein 12V-System umwandeln, wodurch bei schwächerem Licht mehr Leistung rausgeholt werden kann. Dank eingebauten Bluetooth ist kein extra Display notwendig - das spart Kosten!

Die oben verlinkte Solarzelle und dem 7m Kabel kommt fertig mit Stromanschlüssen über MC4-Stecker. Da kann man sich nicht vertun. Das andere Ende kommt in den Laderegler:

Anschluss SmartSolar Laderegler

BATT: meint logischerweise die Batterie. Hier kommen also die beiden Anschlüsse für das Batteriekabel rein. Die anderen beiden Enden werden auf Plus- bzw. Minuspol der Versorgerbatterie geklemmt. Auch hier ist im Kabel bereits eine Sicherung dabei.

PV: im roten Kasten steht für Photovoltaik. Hier kommen also jeweils Plus und Minus der Solarzelle rein. Zuerst sollte aber die Batterie verbunden werden!

LOAD: Hier könnte noch ein Verbraucher bis zu 20A angeschlossen werden. Diesen Ausgang nutze ich aber nicht.

Einstellungen SmartSolar für AGM Batterien

Damit die Batterie mit den richtigen Einstellungen geladen wird, musst Du das noch im SmartSolar eintragen. Du verbindest Dich via Bluetooth mit dem Laderegler (PIN i.d.R.: 000000). Dann lädst Du die App runter (einfach nach Smartsolar im AppStore / PlayStore suchen). Nach ein paar Firmware-Updates kommst Du endlich ins Menü. Dort siehst Du den aktuelle Zustand der Solaranlage. Klick rechts oben auf das Zahnrad und dann auf Batterie. Dort kannst du die Ladespannung festlegen. Für eine AGM Batterie sind 14,6-14,8V empfehlenswert.

Zwischenstand: Wann schaltet das Relais was?

Du hast jetzt das Doppelbatteriesystem und das Solarmodul erfolgreich eingebaut. Wenn Du jetzt den Motor startest, sollte nach wenigen Sekunden das Relais schalten (es "klackt" einmal) und auf dem Steuergerät leuchtet die Anzeige "Linked". Das bedeutet, dass jetzt sowohl die Start- als auch die Versorgerbatterie über die Lichtmaschine geladen werden.

Ist der Motor aus, aber dafür scheint die Sonne wird die Versorgerbatterie über Solar geladen. Ist diese voll bzw. die Leistung stark genug, dann schaltet ebenfalls das Relais und die Startbatterie wird ebenfalls über die Solarzelle geladen.

Es wird also in beide Richtungen geladen sobald die Spannung von LiMa bzw. Solaranlage > 13,3V liegt.

Tiefentladeschutz und Verbraucher anschließen

Jetzt hast Du es fast geschafft! Ab jetzt geht es im Schaltplan um den unteren Teil. Als nächstes brauchst Du nur noch ein Kabel vom Plus-Pol (ich habe das restliche 16qmm Kabel vom T-Max verwendet) an die 100A Sicherung schließen und von der Sicherung an den Eingang des Tiefentladeschutz. Vom Ausgang habe ich nochmal ein Kabel zu einer 100-A Sicherung gelegt von der geht es dann erst zum Sicherungskasten.

Ich bin mir nicht sicher ob die 2te 100A-Sicherung notwendig ist, aber sicher ist sicher. An den Sicherungskasten kommen dann alle Pluspole der Verbraucher. Die Minuspole der Verbraucher können gesammelt zu einer Leitung geklemmt werden und mit dem Minuspol der Starterbatterie verbunden werden.

Tipps und Erweiterungen

Ich habe mir für das Kabel von Versorgerbatterie zur ersten 100A Sicherung noch einen extra Schalter eingebaut. Damit kann ich einfach alle Verbraucher vom Netz trennen (sinnvoll, wenn Auto längere Zeit nicht benutzt wird).

Für die einzelnen Verbraucher habe ich ebenfalls nochmal Wippschalter verbaut. Damit kann ich einzelne Steckdosen (z.B. die, die nach draußen gehen) schalten oder die Innenraumbeleuchtung an-/ausschalten.

Beim Abklemmen einer Batterie immer erst den Minuspol abklemmen, danach erst den Pluspol

Beim Anklemmen einer Batterie immer erst den Pluspol verbinden, danach den Minuspol.

Fazit

Auch wenn es sehr kompliziert ausschaut, ist alles halb so wild. Wichtig ist nur, dass man beim zusammenstecken Plus und Minus nicht vertauscht, sonst gibt es einen Kurzschluss und die Autoelektronik kann sich im schlimmsten Fall komplett verabschieden.

In meinen Augen ist das ganze aber von jedem umsetzbar und Du brauchst keine teure Werkstatt damit beauftragen. Nur Mut!

Noch ein paar Bilder vom fertigen System:

Verpackung DBS02 von T-Max
Laderegler mit eingebauten Bluetooth
105Ah AGM Batterie
Polklemmen (beim DBS von T-Max mitgeliefert)
100W Solarzelle
Batteriefach fest verzurrt
Halterung für den Spanngurt
Relais
Batteriefach von Oben
Steuergerät DBS02
Updaten...
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Spannung & Ladung Laderegler
Laderegler am Smartphone

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