Elektrische Anlagen

Der richtige Umgang mit Strom im Fahrzeug

Elektrische Anlagen

Die allermeisten Ausfälle bei Fahrzeugen oder Zusatzausstattung beruhen auf Fehler in der elektrischen Anlage. Wenn das Fahrzeug selbst um- oder ausgebaut wird, sollten einige Dinge beachtet werden, um bei einer eventuellen Fehlersuche nicht Stunden damit zu verbringen.

Während beim Fahrzeugausbau auf der mechanischen Seite meist viel Aufmerksamkeit gewidmet wird, findet die Elektrik häufig weniger Beachtung. Kabel werden querfeldein durchs Fahrzeug verlegt, ein falscher Querschnitt gewählt und mit Lüsterklemmen verbunden.

Tipps : Es sollte immer ein Schaltplan angefertigt werden, da nach einigen Tagen keiner mehr nachvollziehen kann, wohin die einzelnen Leitungen führen. Damit erspart man sich später langwierige Suchaktionen. Sinnvollerweise setzt dies natürlich voraus, dass mit verschiedenen Kabelfarben gearbeitet wird. Nicht sinnvoll ist es, eine Kabelrolle zu besorgen und das ganze Fahrzeug mit Kabeln der gleichen Farbe zu versehen. Bei einem auftretenden Fehler in der Anlage können einzelne Kabel nicht mehr zugeordnet werden und schlimmstenfalls muss jedes einzelne Kabel mit einem Durchgangsprüfer lokalisiert werden.

Wichtig ist auch der Querschnitt der verlegten Leitungen. Fließt zu viel Strom über ein zu dünnes Kabel, so wird dieses heiß, und es kann im schlimmsten Fall zu einem Kabelbrand oder auch zu einer Fehlfunktion kommen.

Bei einer Leitungslänge von 3 m sind für 12 V-Anlagen min. folgende Querschnitte erforderlich:

  • bis 30W (2,5 A) 0,75 mm
  • bis 80W (5 A)     1,5 mm
  • bis 100 W (8,3 A) 2,5 mm
  • bis 150W (12,5 A) 4 mm

Ist die Leitung dagegen länger als drei Meter, muss der jeweils nächstgrößere Kabelquerschnitt gewählt werden. Diese Angaben gelten aber nicht für motorische Verbraucher. Der Anlaufstrom bei motorische Verbrauchern kann sehr hoch sein. Würde etwa die Versorgungsleitung eines Kompressorkühlschrankes zu schwach dimensioniert, bricht durch den hohen Anlaufstrom kurzzeitig die Spannung am Aggregat zusammen.  Das erkennt eine leere Batterie und schaltet die Anlage vom Netz, obwohl noch genügend Strom in der Batterie zur Verfügung steht. Am besten beachtet  man hierzu jeweils die Herstellerangaben.

Damit die Kabel sich nicht kreuz und quer durchs Fahrzeug ziehen, bieten sich Kabelkanäle an, die für wenig Geld in jedem Baumarkt angeboten werden. Online Querschnittsrechner

Fahrzeug Batterie

Das Problem bei Fahrzeugen ist, dass die Lichtmaschine die Batterie nur bei laufendem Motor lädt. Wird der Batterie während eines längeren Stillstandes zu viel Strom entnommen, steht dieser nicht mehr genügend Strom für den Anlasser zu Verfügung. Die Lösung des Problems ist der Einbau einer zweiten Batterie. Diese Bordbatterie sollte so geschaltet sein, dass sie über den Fahrzeuggenerator während der Fahrt mitgeladen wird, bei abgestelltem Motor aber von der Fahrzeugbatterie automatisch getrennt wird. Mit den Standverbrauchern wie Kühlbox, Licht, Radio usw.  wird dann immer nur die Bordbatterie beansprucht.

Je nach  Größe der Bordbatterie und verbrauchter Strommenge, wir die Batterie einer hohen zyklischen Belastung ausgesetzt. Normale Starterbatterien sind für den Zyklenbetrieb nicht ausgelegt und verlieren dabei aufgrund ihres inneren Aufbaus sehr schnell ihre ursprüngliche Speicherkapazität. Wenn die Bordbatterie hohen Lade- und Entladezyklen ausgesetzt ist, sollte  auf jeden Fall ein zyklenfester Akku gewählt werden.

Achtung: Auch zyklenfeste Batterien sollten nie ganz entladen werden, da dadurch die Alterung der Batterie erheblich beschleunigt wird und die Speicherkapazität sehr schnell absinkt. Es ist daher auf jeden Fall anzuraten, immer einen Unterspannungsschutz zwischen Verbraucher und Batterie zu schalten, der die angeschlossenen Verbraucher (insbesondere die Kompressor Kühlbox) rechtzeitig abschaltet.

Die wichtigsten Regeln für ein langes Batterieleben:

- An die vom Hersteller empfohlenen temperaturabhängigen Vorgehensweisen halten
- Verringerung der durchschnittlichen Entladetiefe
- Destilliertes Wasser bei Bedarf nachzufüllen, richtige Wartung
- Die Batterie bei hohen Temperaturen kühl zu halten
- Reduktion der Anzahl der Entlade-/Ladezylken
- Regelmäßiges Ausgleichsladen bei Naßbatterien

Die Größe Ihrer Bordbatterie richtet sich nach der Menge des Stroms, der in Phasen ohne Lademöglichkeit entnommen werden soll. Wenn Sie also zwei Tage lang autark und ohne Einsatz von Solartechnik oder Stromerzeugern Ihre Kompressorkühlbox betreiben wollen, muss die Batterie logischerweise eine größere Speicherkapazität haben, als wenn Sie nachladen können oder jeden Tag ein größeres Stück fahren. Die Speicherkapazität ist auf der Batterie in Ah angegeben; dabei ist aber zu bedenken, dass maximal 80% der Leistung entnommen werden kann. Bei einer 100 Ah-Batterie stehen also tatsächlich nur 80 Ah zur Verfügung, bevor nachgeladen werden muss..

Faustregel zur Ermittlung der optimalen Batteriekapazität gilt: Strombedarf in Ah pro Tag x 4

Wird die zusätzliche Batterie/n im Innenraum verbaut, sollte darauf geachtet werden, dass die Entlüftung der Batterie mit einem Schlauchanschluss nach außen gelegt werden kann. Ansonsten sind Geruchsbelästigungen oder auch Schäden durch Säuredämpfe in der Nähe der Batterie nicht auszuschließen. Im Handel sind Entlüfter mit Schlauchanschluss zu erwerben, die anstelle der Verschraubung eingesetzt und mit einer Schlauchleitung versehen werden. Diese zusätzlichen Ausgaben können Sie sich allerdings sparen, wenn Sie sich gleich beim Kauf für eine Batterie mit Entgasungsableitung entscheiden. Auch hier ist zu bedenken, dass je weiter die Zusatzbatterie von der Lichtmaschine entfernt ist, der Kabeldurchmesser um so größer ausfallen muss, um den Stromverlust auszugleichen.

Tipp: Batterien sollten immer vollständig geladen sein. Sie mögen es nicht schnell entladen zu werden. Überhaupt mögen Batterien es nicht, wenn mehr als 50% ihrer Kapazität entnommen werden. Das heisst, sobald einer Batterie Energie entnommen wird, sollte diese so schnell wie möglich wieder aufgeladen werden. Die Batterien danken es mit einem längeren Leben.

Batterietrennung

Damit im Stand wirklich nur aus der Bordbatterie Strom entnommen werden kann, muss eine Trennung beider Batterien erfolgen. Am einfachsten ist dies möglich, indem man die Akkus durch einen Schalter mechanisch trennt. Dies hat aber den Nachteil, dass das Umstellen leicht vergessen werden kann und dann entweder doch beide Batterien entladen werden, oder aber die Bordbatterie nicht aufgeladen wird.

Neben der mechanischen Trennung der Zusatzbatterie eignen sich folgende Methoden:

  • Trennung mittels Batterieschalter
  • Trennung mittels Trenndioden
  • Trennung mittels Kfz-Relais
  • Trennung mittels Batterietrennrelais

Die Trennung mittels Batterieschalter ist eine vom Schaltungsaufwand sehr triviale Methode. Allerdings ist das Überwachen der Betriebszustände und das damit verbundene Ein- und Ausschalten des Schalters für den Fahrer eine erhebliche Mehrbelastung.

Bei der Trennung mittels Trenndioden werden die beiden Batterien über spezielle Schottky-Dioden aufgeladen. Allerdings ist hierbei zum Ausgleich der Schwellenspannung (0,6 Volt) eine spezielle Steuerelektronik erforderlich. Außerdem muss in einigen Fällen ein anderer Lichtmaschinenregler eingebaut werden. Diese Methode ist aufgrund der Elektronik sehr kostspielig.

Bei der Trennung mittels Leistungsrelais mit der Spule an den Zündanlassschalter angeschlossen und die beiden Batterien werden über den Schließerkontakt miteinander verbunden. Als Batterietrennrelais werden sogenannte Leistungsrelais verwendet. Das sind Relais mit Kontakten, die je nach Bauart Ströme zwischen 60 Ampere bis zu 250 Ampere sicher schalten können. Das Relais sollte in der Nähe der Batterien eingebaut werden. Handelsübliche KFZ- Relais mit geringeren Schalt- Nennströmen (z. B. 30 Ampere) sind für diese Zwecke ungeeignet. Damit die Relais nicht während des Startvorganges eingeschaltet werden, müssen diese Relais mittels einer Verriegelungsschaltung gegen den Anlasser verriegelt werden. Zusätzlich empfiehlt sich der Einbau eines Schalters um das Relais ab der Vollbelastung des Bordnetzes wieder auszuschalten.

Bei anderen Schaltungen zur Trennung mittels Batterietrennrelais werden spezielle Relais die extra für die Batterietrennung entwickelt wurden eingebaut. Die Relais besitzen Schaltkontakte, die einen höheren Strom schalten können. Außerdem werden sie anders geschaltet und besitzen in der Regel eine so genannte Schutzbeschaltung um die empfindliche Bordelektronik zu schützen. Der Einbau von Batterietrennrelais löst aber nicht die Probleme von zu hohem Stromverbrauch der Bordnetze. Lichtmaschinenleistung und Batteriekapazität müssen aufeinander angepasst werden. Bei zu großer Batteriekapazität ist eine zu schwach dimensionierte Lichtmaschine überfordert und die Batterien werden unter Umständen nicht voll geladen.

Für eine automatische Batterietrennung sorgt ein sogenanntes Batterietrennrelais. Bei der Auswahl sollten Sie aber mit etwas Vorsicht einkaufen, da im Fachhandel auch einige Relais kursieren, die als Trennrelais ungeeignet sind. Dazu zählen beispielsweise solche, die den Ladestrom über Flachstecker leiten. Diese können leicht abrutschen und damit ist ein Kurzschluß vorprogrammiert. Im besten Fall kommt es dann “nur” zum Kabelbrand, da je nach Generator der volle Ladestrom ungesichert fließt. Wählen Sie deshalb nur Relais mit geschraubten Ladeanschlüssen.

Trennrelais werden mit unterschiedlichen Anschlussvarianten angeboten; geeignet sind hier aber nur die mit Ansteuerung über den Fahrzeuggenerator (D+). Hierbei sind beide Batterien solange parallel geschaltet und werden geladen, bis der Fahrzeuggenerator stillsteht, das Trennrelais abfällt und beide Akkus voneinander trennt.

Bei elektronischen Batterietrennrelais ist die Verschaltung wesentlich einfacher. Die Relaisspule wird zwischen Zündanlassschalter  (Kontakt-Zündung) und Fahrzeugmasse geschaltet. Der Relaiskontakt wird zwischen beide Batteriepluspole geschaltet. Das Relais ist mit einer Elektronik ausgestattet, die die Höhe der Bordnetzspannung überwacht und das Relais dementsprechend schaltet. Die Relais schalten bei erreichen einer bestimmten Spannung, der so genannten Zuschaltschwelle, das Relais an und bei erreichen der so genannten Abschaltschwelle das Relais aus. Die Werte sind je nach Hersteller leicht unterschiedlich.

Bei 12-Volt-Batterietrennrelais liegt die:

  • Zuschaltschwelle zwischen 13,4 und 13,6 Volt
  • Abschaltschwelle zwischen 12,7 und 12,6 Volt.

Oft wird auch angepriesen, beide Batterien schon beim Einschalten der Zündung zusammenzuschalten. Hiervon ist unbedingt abzuraten, denn es kann passieren, dass bei entladener Starterbatterie (innerer Kurzschluss) oder während mehrerer vergeblicher Startversuche der gesamte Starterstrom über die Verbindungsleitung und das Trennrelais fließt. Dabei wird nicht nur das Relais zerstört, sondern es kann auch zum Kabelbrand kommen. Diese Methode ist also nur sinnvoll, wenn während des Startens die Verbindung zum Relais unterbrochen ist.

Elektronisches Batterietrennrelais

Unterspannungsschutz Abschaltung

Bei dieser Möglichkeit entfällt das Trennrelais. Starter und Bordbatterie sind parallel geschaltet und werden immer gleichmäßig be- und entladen. Restkapazität zum Starten gewährleistet ein Unterspannungsschutz, der beim unterschreiten einer gewissen Spannung die Verbraucher vom Netz trennt. Nachteil dieser Methode ist, dass entweder alle Verbraucher über den Abschaltschutz laufen und dann eben irgendwann überhaupt nichts mehr geht, oder man den Schutz teilweise umgeht, um z.B. wenigstens noch Licht machen zu können, wobei dann aber wieder beide Batterien entladen werden. Da bei dieser Anschlussvariante auch nur Starterbatterien verwendet werden können, würde ich von dieser Art der Schaltung ganz abraten.

Quelle: ua. http://ipmac.de/704

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