Starter- und Versorgerbatterie trennen: Verfahren im Vergleich

Warum überhaupt getrennt wird

Eine Bordbatterie hat zwei Aufgaben, die sich gegenseitig ausschließen. Die eine ist, über Tage kleine Ströme zu liefern und dabei tief entladen zu werden. Die andere ist, für wenige Sekunden mehrere hundert Ampere abzugeben und danach sofort wieder voll zu sein. Eine Batterie, die beides macht, macht beides schlecht — und im schlechtesten Fall steht sie am Morgen so leer da, dass der Motor nicht anspringt.

Deshalb bekommt die Starterbatterie einen eigenen Kreis. Sie wird nur zum Starten benutzt, bleibt sonst voll und wird von der Bordelektrik nicht angetastet. Der Versorger übernimmt alles andere. Die Frage ist nur, wie beide von derselben Ladequelle geladen werden, ohne sich gegenseitig zu entladen.

Genau das ist die Aufgabe des Trennorgans: Ladestrom in beide Richtungen durchlassen, Entladestrom nur im eigenen Kreis. Drei Bauarten lösen das unterschiedlich gut.

Die drei Verfahren

Trenndiode

Eine Diode lässt Strom nur in eine Richtung durch. Zwei Dioden hinter der Lichtmaschine speisen beide Batterie-Bänke, ohne dass eine in die andere entladen kann. Das Bauteil ist passiv, hat keine beweglichen Teile und fällt praktisch nie aus.

Der Preis dafür ist physikalisch und nicht wegzukonstruieren: An jeder Siliziumdiode fällt rund 0,7 Volt ab. Von 14,4 Volt Ladespannung kommen an der Batterie noch etwa 13,7 Volt an — das reicht für eine Erhaltungsladung, nicht für eine Vollladung. Eine Bleibatterie-Bank an einer unkompensierten Trenndiode wird nie richtig voll und sulfatiert. Ausgleichen lässt sich das nur mit einem Regler, der die Spannung an der Batterie selbst misst und die Lichtmaschine entsprechend höher fahren lässt.

Trennrelais

Ein Trennrelais — je nach Hersteller auch VSR oder ACR genannt — misst die Spannung und schließt einen Leistungskontakt, sobald erkennbar geladen wird. Fällt die Spannung wieder, öffnet es. Typische Schaltschwellen liegen bei rund 13,2 bis 13,7 Volt zum Schließen und 12,4 bis 13,1 Volt zum Öffnen, jeweils mit einer Verzögerung von einigen Sekunden, damit kurze Lastspitzen es nicht flattern lassen.

Vorteil gegenüber der Diode: kein nennenswerter Spannungsabfall, und es funktioniert mit jedem einfachen Ladegerät ohne Fernfühlung. Der entscheidende Nachteil steckt in der Funktionsweise selbst: Solange das Relais geschlossen ist, hängen beide Batterie-Bänke schlicht parallel. Sie sehen dieselbe Spannung und bekommen dieselbe Kennlinie — was nur so lange gutgeht, wie beide dieselbe Technologie und einen ähnlichen Ladezustand haben.

HinweisEin Trennrelais kann auch hängen bleiben, wenn ein Ladegerät in der Erhaltungsphase dauerhaft über der Schließschwelle liegt. Dann sind die Batterie-Bänke rund um die Uhr parallel und die Trennung existiert nur auf dem Papier. Prüfen Sie im Betrieb, ob das Relais bei ausgeschalteter Ladung tatsächlich öffnet.

Ladewandler

Ein Ladewandler — auch Batterie-zu-Batterie-Lader, B2B oder Ladebooster — nimmt Strom aus dem einen Kreis auf und erzeugt daraus eine eigene, geregelte Ladespannung für den anderen. Die beiden Batterie-Bänke sind dadurch elektrisch entkoppelt: Jede bekommt ihre eigene Kennlinie, unabhängig davon, was auf der anderen Seite passiert.

Drei Dinge folgen daraus. Erstens funktionieren gemischte Technologien sauber — AGM-Starter und LiFePO4-Versorger sind der Normalfall, nicht die Ausnahme. Zweitens lässt sich der Strom begrenzen, mit dem die Lichtmaschine belastet wird. Drittens sieht die Lichtmaschine nie das BMS des Lithiumversorgers: Trennt das BMS, läuft die Lichtmaschine weiter gegen die Starterbatterie und der gefürchtete Lastabwurf entfällt.

Der Preis: mehr Geld, ein aktives Gerät mit Eigenverbrauch und Abwärme, und die Ladeleistung ist auf den Nennstrom des Wandlers begrenzt.

Schaltschwellen und Verluste sind typische Bandbreiten; die Angaben des jeweiligen Geräts haben Vorrang.

Rechnen: Wie groß der Ladewandler sein darf

Der häufigste Auslegungsfehler ist, den Ladewandler nach der gewünschten Ladezeit zu wählen statt nach dem, was die Lichtmaschine dauerhaft liefern kann. Die Rechnung geht in drei Schritten.

1. Dauerleistung der Lichtmaschine ansetzen. Eine Serienlichtmaschine liefert ihren Nennstrom nur kurzzeitig und kühl. Als Dauerwert im Motorraum sind rund 50 Prozent des Nennstroms ein realistischer Ansatz — bei 90 A Nennstrom also etwa 45 A.
2. Bordverbrauch abziehen. Was während der Motorfahrt ohnehin läuft — Instrumente, Kühlschrank, Autopilot — geht von diesem Wert ab. Bei 15 A bleiben 30 A.
3. Wandlerverluste berücksichtigen. Ein Ladewandler zieht eingangsseitig etwas mehr, als er ausgangsseitig abgibt. Bei rund 90 Prozent Wirkungsgrad und leicht höherer Ausgangsspannung ziehen 30 A Ausgangsstrom etwa 35 A auf der Eingangsseite.

In diesem Beispiel ist ein Ladewandler mit 30 A Ausgangsstrom die richtige Größe. Ein 60-A-Gerät würde die Lichtmaschine dauerhaft am Anschlag betreiben und überhitzen, ohne dass die Batterie-Bank nennenswert schneller voll wäre — die Energie, die nicht da ist, lässt sich nicht schneller übertragen. Wer wirklich mehr Ladestrom will, braucht eine größere Lichtmaschine, nicht einen größeren Wandler.

WarnungViele Ladewandler haben eine einstellbare Eingangsstrombegrenzung. Nutzen Sie sie. Ohne Begrenzung entscheidet allein die thermische Belastbarkeit der Lichtmaschine darüber, was passiert — und die meldet sich erst, wenn der Regler oder die Wicklung Schaden genommen hat.

Ausnahmen und Sonderfälle

Gemischte Technologien. AGM-Starter und LiFePO4-Versorger brauchen unterschiedliche Ladespannungen und vor allem ein unterschiedliches Ladeende: Blei will eine Erhaltungsladung, Lithium nicht. Ein Trennrelais kann diesen Unterschied nicht abbilden, weil es die Batterie-Bänke während der Ladung parallel legt. Eine der beiden wird dann dauerhaft falsch behandelt — meist die Starterbatterie, weil die Kennlinie auf den Versorger eingestellt ist.

Lithium als Versorger, egal mit welchem Starter. Hier kommt das Argument des Lastabwurfs dazu: Trennt das BMS bei laufender Lichtmaschine, steht diese ohne Abnehmer da. Ein Ladewandler löst das nebenbei mit, weil die Lichtmaschine immer auf die Starterbatterie arbeitet.

Zwei gleichartige Bleibatterie-Bänke. Der klassische Fall, für den das Trennrelais entwickelt wurde. Hier ist es die richtige, günstige und robuste Lösung.

Starthilfe. Manche Trennrelais haben einen Taster, der die Batterie-Bänke von Hand verbindet, um mit dem Versorger zu starten. Das ist bei zwei Bleibatterie-Bänken sinnvoll. Bei einem Lithiumversorger ist es das nicht: Der Anlassstrom liegt regelmäßig über dem, was das BMS durchlässt, und die Abschaltung mitten im Startvorgang ist kein guter Moment.

Typische Fehler

• Trenndiode ohne Kompensation. 0,7 Volt weniger bedeuten eine dauerhaft teilgeladene Batterie-Bank.
• Trennrelais bei gemischten Technologien. Es kann die unterschiedlichen Kennlinien nicht abbilden.
• Ladewandler zu groß gewählt. Die Lichtmaschine ist die Grenze, nicht der Wandler.
• Eingangsstrombegrenzung nicht eingestellt. Die Werkseinstellung passt selten zur vorhandenen Lichtmaschine.
• Trennorgan unabgesichert. Beide Anschlussleitungen brauchen jeweils nahe an ihrer Batterie eine Sicherung, nicht nur eine gemeinsame.
• Masseverbindung vergessen. Beide Batterie-Bänke müssen auf einem gemeinsamen Minuspunkt liegen, sonst fließt der Strom über unbeabsichtigte Wege.
• Relais schaltet nie ab. Hängt es dauerhaft geschlossen, gibt es keine Trennung mehr — und der leere Versorger zieht die Starterbatterie mit.

Entscheidungshilfe

Zwei gleichartige Bleibatterie-Bänke, einfache Anlage, kleines Budget: Trennrelais. Bestandsanlage mit vorhandener Trenndiode und Regler mit Fernfühlung: kann bleiben, sonst ersetzen. Gemischte Technologien, Lithium im Spiel, oder eine Lichtmaschine, die geschützt werden muss: Ladewandler — in diesen Fällen ist er nicht die komfortablere, sondern die einzige fachlich richtige Lösung.