Ostereier

Im letzten Post hatte ich schon ausführlich über die Herstellung der Batterien geschrieben. Inzwischen haben die Batterien ihre Primärladung hinter sich. Dazu wurden alle Zellen parallel geschaltet und gemeinsam auf die gleiche Voltzahl aufgeladen. Die Ladespannung wird dabei auf die maximal zulässige Spannung der Zellen begrenzt. Wird diese Spannung erreicht, sinkt der Ladestrom ab. Sinkt der Ladestrom unter den im Datenblatt angegebenen Ladeschlußstrom (mal Anzahl der Zellen), kann das Laden beendet werden.

Erschwerend kommt jedoch ein Spannungsabfall in den Zuleitungen hinzu. Wichtig ist deshalb, dass die Leitungen zu den Zellenblöcken alle die gleiche Länge haben. Die Spannung am Ladegerät muss etwas höher eingestellt werden, um den Spannungsabfall auszugleichen. Mit einem Meßgerät muss dann die Spannung direkt an den Zellen kontrolliert werden, sonst könnte es zu einer Überladung kommen. Denn: sinkt der Ladestrom, sinkt auch der Spannungsabfall in den Leitungen und die Spannung an den Zellen steigt.

Laden einer 12V-Batterie mit 10 Ampere. 4,0 Volt von 4,2 Volt sind bereits erreicht.
Ein Labornetzteil dient als Ladegerät.

Anschließend werden die Blöcke wieder miteinander in Serie geschaltet. Aus 4,2 Volt werden so 12,6V bzw. 54,6 Volt.

Kleiner Härtetest. Aus Unachtsamkeit wurde eine einzelne Zelle kurzgeschlossen.
Sofort brannte der Sicherungsdraht durch. Funktioniert also prima.

Und so sieht ein Ladekabel aus, wenn ein gesamter Block kurzgeschlossen wird.

Inzwischen haben wir auch den Motor. Es ist ein Torqeedo 4.0 RL geworden, also 4 kW mit Ferngas und langem Schaft. Gekauft haben wir ihn bei Rivers and Tides hier bei uns in der Nähe, und da Rivers and Tides gerade ein Vorführmodell im Angebot hatten, haben wir dieses genommen. Es ist trotzdem schon ein 2015-Modell, also mit Ganzmetallgondel.

Vor der Montage

Die Montage verläuft denkbar einfach. Eine solide Holzplatte (die natürlich noch versiegelt werden muss) wird an den Spiegel gebolzt, der Motor mit Klemmen befestigt.  Der Hochstromstecker sitzt an der Stufe zur Badeplattform.

Nach der Montage. Die beste Position für den Ferngashebel müssen wir uns noch überlegen.

Wie die meisten Torqeedo-Motoren ist auch dieser Motor mit GPS und Reichweitenanzeige ausgerüstet. Für uns ist das allerdings von geringem Wert. Die Reichweitenanzeige funktioniert nur, wenn eine Original-Torqeedo-Batterie oder eine Fremdbatterie exklusiv für den Motor verwendet wird. Das ist bei uns nicht der Fall. Die 48-Volt-Batterie speist außer dem Motor auch das 220V-Netz und das 12V-Netz. Außerdem wird sie während des Betriebs von den Solarzellen aufgeladen. 

Wir werden also auf die Anzeige des Victron-Batteriemonitors vertrauen und daraus die Reichweite abschätzen.

Der Motor hat auch einen Anschluss für eine Fernlenkung. Solche Teile gibt es z.B. für Motorboote in Form eines Bowdenzuges mit angeschlossenem kleinen Lenkrad. Gefällt uns allerdings nicht. Wir werden wohl den Motor irgendwie mit der Pinne koppeln, so dass die Ruder- und Motorbewegungen synchron sind.

Über Ostern haben wir eine kleine Exkursion zum Werksverkauf von Liros gemacht. Und wir wurden bei den Restposten fündig! Den überwiegenden Teil unseres Leinenbedarfs - etwa 500 Meter mit einem großen Vectran- und Dyneema-Anteil - konnten wir aus Restbeständen decken. Und die werden nach Gewicht abgerechnet. Von der Differenz zum regulären Preis konnten wir bequem unseren Kurzurlaub finanzieren...

Mehr von den Batterien

Die letzten Wochen waren hauptsächlich von der Batterieherstellung geprägt. Die einzelnen Zellen vorverzinnen, die Anschlußdrähte zurechtschneiden und -biegen und die Drähte an die Zellen anlöten.

Erstaunlich, wie schnell sich dabei die Lötspitze des Lötkolbens in Nichts auflöste. Aber offenbar wirkt die kupferne Lötspitze in Kontakt mit den Stahlzylindern der Batteriezellen wie eine Opferanode im Salzwasser!

Wie schon im letzten Beitrag erwähnt, sind die Drähte so dimensioniert, dass im Falle des Kurzschlusses einer Zelle der Kurzschlussstrom den Anschlussdraht dieser Zelle zum Schmelzen bringt. Damit ist die Batterie fast selbst-reparierend. Den Anschlussdraht am Minuspol haben wir dicker gewählt, um die Verluste zu minimieren. Es reicht, wenn nur ein Draht durchglüht.

Alice beim Vorbereiten der Anschlussdrähte

Am praktischsten hatte sich erwiesen, jeweils zwei Zellen mit einem Draht zu versehen.

Anschließend wurden die Zellen mit Heißkleber in die Batterieschale geklebt und dann die Anschlußdrähte an die Kupferschienen gelötet.

Beim Anlöten der Drähte an die Kupferschienen. Ein 100W-Lötkolben reicht gerade aus.

Die Anschlußdrähte im Detail. In das Loch in der Kupferschiene kommt noch eine Schraube, um die beiden Schienen fest miteinander zu verbinden.

Wie man auf dem Bild sieht, besitzt jede Batteriezeile je eine Kupferschiene für Plus- und Minuspol. Werden nun die aneinander liegenden Schienen miteinander verschraubt, werden dadurch die einzelnen Zeilen hintereinander geschaltet. Bei 13 Zeilen und einer Zellenspannung von 3,7 Volt erhält man so eine Gesamtspannung von 48,1 Volt. Perfekt!
Löst man dagegen die Schrauben und steckt einen Isolator zwischen die Schienen, kann man die einzelnen Zeilen auch parallel schalten. Das ist für die Anfangsladung erforderlich, bei der alle Zellen genau gleichmäßig geladen werden müssen, um sie exakt zu balanzieren. Diese Anfangsladung kann man natürlich nicht mit dem 48V-Ladegerät durchführen. Statt dessen erfolgt sie mit Hilfe eines Labornetzteils, wobei der Ladeprozess natürlich genau überwacht werden muss, um eine Überladung zu vermeiden.

Von Zeit zu Zeit kann man diesen Vorgang zu Wartungszwecken wiederholen.

Fast fertig: 48V-Hauptbatterie, 12V-Bordbatterie und Batterie des Beiboots

Apropos Zellenzahl: ursprünglich geplant waren 55 Zellen in einer Zeile, es wurden dann aber nur 53. Ich hatte mit einer Zellendicke von 18mm gerechnet. Der Hersteller hatte aber offenbar die zulässigen Toleranzen voll ausgenutzt und die Zellen etwas dicker gemacht - und das summiert sich über 27 nebeneinander liegenden Zellen auf. 

Die Hauptbatterie ist natürlich mit 40kg immer noch ein Klotz. Bei 48V und 180 Ah ist das allerdings sehr wenig. Die ursprünglich geplante Batterie mit LiFePo-Zellen und 160Ah hätte mehr als 60kg gewogen.

Die beiden kleinen Batterien für das 12V-Bordnetz und das Beiboot sind weitgehend identisch aufgebaut und bestehen jeweils aus 3x18 Zellen. Daraus ergibt sich eine Kapazität von 61 Ah, also etwa soviel wie eine klassische PKW-Batterie. Mit 3kg Gewicht sind sie dabei ausgesprochen handlich. Als Gehäuse dient eine Frischhaltedose. Weil beide Batterien den gleichen Aufbau haben, sind sie auch austauschbar und lassen sich vom gleichen Lader aufladen.

Unterseite des Fußbodens der Hundekoje mit den Gleitschienen für die 48V-Batterie.

Platz findet die Hauptbatterie mit Ihren 7,5cm Höhe unter dem Boden der Hundekoje. Da sich dort auch noch das Kühlaggregat befindet, wird sie asymmetrisch auf der Steuerbordseite montiert und gleicht so auch noch das Gewicht von Kühlaggregat und des 5000W-Inverters, die sich auf der Backbordseite befinden, aus.

Beim nächsten Mal hoffe ich, von der restlichen Elektrik berichten zu können, besonders von Motor und Solarzellen. Beide sind inzwischen bestellt. Beim Motor handelt es sich um einen Torqeedo Cruise RL.

Ein noch ungelöstes Problem ist der Lader, der die 12V-Batterie aus der 48V-Batterie aufladen soll. Zwar gibt es entsprechende DC-DC-Wandler - die haben allerdings nicht die richtige Ladekurve für Lithium-Batterien. Außerdem sollte die 12V-Batterie nur aktiviert werden, wenn der Strom aus dem Wandler zu schwach ist, damit unnötige Ladezyklen vermieden werden. Wenn jemand ein solches Gerät kennt: bitte melden! 

Beams und Batterien

Der Winter war eigentlich dafür vorgesehen, sich um Elektrik und Elektronik zu kümmern, also Arbeiten, die man auch in der Stube ausführen kann. Doch nachdem nun nach einer Woche Frost der Winter eher mild ausfällt, können wir auch die Anfertigung der Beams ins Auge fassen.

Umfunktioniertes Esszimmer: die Formen für die Beams

Die Formen für die Beams konnten bequem im Haus angefertigt werden. Wie schon beim Rumpf und den Auslegern arbeiten wir mit weiblichen Mallen, jeweils ein Satz für die Vorderseite und die Rückseite eines Beams. Die Mallen werden mit Streifen aus Hartfaserplatte ausgelegt und anschließend noch verspachtelt und mit Trennmittel eingestrichen.

Mit Spachtelmasse geglättet: die Rundung zu den Auslegern hin.

Das Epoxieren möchte ich allerdings nicht im Haus machen, da ich inzwischen etwas allergisch auf Epoxy reagiere. Deshalb haben wir hinter dem Haus kurzerhand einen kleinen Schuppen gebaut, der noch mit Folie abgedeckt wird und sich beheizen lässt. Dort soll das Epoxieren erfolgen. Das wird in den nächsten Wochen erfolgen.

Epoxierhütte

Inzwischen habe ich auch die Batterien gekauft: 800 Rundzellen vom Typ Panasonic NCR18650B bei NKON in Eindhoven.

Ein Päckchen mit dreißig Rundzellen

Warum keine LiFePo-Akkus, wie sie bei Lithium-Akkus im Yachtbau derzeit bevorzugt werden? Es gibt mehrere Gründe wie das geringere Gewicht, die leichtere Anpassung an vorhandenen Einbauraum, etc. Da sehr viele Zellen parallel geschaltet werden, mitteln sich Unterschiede weitgehend aus und es kann auf einen Balancer, der bei den großen prismatischen LiFePo-Akkus zwingend erforderlich ist, verzichtet werden. Je weniger Elektronik, um so besser, denn Elektronik ist auf See anfällig. Außerdem ist LiFePo auch fertigungstechnisch nicht unproblematisch, wie die Probleme bei Boeing gezeigt haben.

Der Batteriekasten ist sehr flach und wird unter der Hundekoje Platz finden

Jeweils 55 der Zellen sollen parallel geschaltet werden, was eine Kapazität von ca. 190Ah ergibt. Im Unterschied zu Bleiakkus lässt sich die Kapazität fast komplett nutzen. Die einzelnen Zellen werden über Verbindungsdrähte mit Kupferschienen verlötet, wobei die Drähte zusätzlich als Sicherungen funktionieren (bei Tesla abgeschaut). Die Kupferschienen werden miteinander verschraubt, so dass 13 Blocks in Serie geschaltet werden, was knapp 48V ergibt. Zur Batteriewartung und auch für die Erstladung lassen sich die Blocks auch parallel schalten, um die Zellen durch gleichzeitige Aufladung manuell zu balancieren. 

Insgesamt hat die Hauptbatterie also 715 Zellen. Die verbleibenden Zellen sind für die 12V Batterien bestimmt. Für die Bordversorgung sind 12x3 Zellen geplant, für das Beiboot 16x3 Zellen. 

Es steht und also noch Einiges an Lötarbeit bevor.

Das Beiboot haben wir inzwischen auch: wir waren auf der Boot in Düsseldorf und haben dort "zugeschlagen". Es ist ein ALPUNA Kinglight 250 mit einem Haswing Osapian 55 Außenborder (elektrisch). Es ist eines der leichtesten Schlauchboot auf dem Markt. Das war für uns ein wichtiges Kriterium. Fehlt noch der Akku (siehe oben), bevor wir es ausprobieren können.