Außenbordmotoren haben oft eine einfache Lichtmaschine in Form einer Ladespule integriert, die von einem Permanentmagneten gespeist wird, der zugleich für die Zündung zuständig ist. Aus der Ladespule kommt eine Wechselspannung dessen Höhe und Leistung von der Drehzahl abhängig ist. Es können Leistungen je nach Motortyp zwischen 30…50W abgegeben werden.
Abb.: Strom- und Spannungskennline Mercury 6PS, 2-Takt
Abb.: Leitungskennlinie Mercury 6PS, 2-Takt
Um die Spannung zu stabilisieren, sind oft einfachste Laderegler eingebaut die nach dem Kurzschlussprinzip arbeiten. Überschreitet die Spannung 12V so wird die Ausgangsspannung kurz geschlossen und fällt auf ca. 0V. Beim nächsten Nulldurchgang der gleichgerichteten Wechselspannung wird der Kurzschluss wieder aufgehoben und die ganze Funktion beginnt erneut. Dieses einfache Funktionsprinzip stammt aus den Anfängen der Automobilfahrt als es noch keine Elektronik gab. Damals wurde das mit magnetischen Ladereglern realisiert, die einen Kontakt kurz schlossen. Die Funktionsweise entsprach grob einem Relais.
Diese einfachen Laderegler haben die unschöne Eigenschaft, sehr schnell kaputt zu gehen. Oft wird dies nicht bemerkt und man überlädt damit seine Batterie und kann sie im schlimmsten Fall zum Kochen bringen mit entsprechender Gasentladung. Die Batterie ist dann meistens beschädigt und muss ersetzt werden. Noch schlimmer ist es aber die Lichtmaschine des Außenbordmotors ohne Batterie zu benutzen, wenn der Laderegler defekt ist. Dann wird in das Bordnetz eine Spannung von bis zu 30V eingespeist die Teile der Bordelektronik zerstören kann.
Man kann jetzt durchaus den alten Laderegler durch einen neuen ersetzen, hat aber keine lange Freude daran, da er in kurzer Zeit wieder kaputt ist.
Abb.: Außenborder-Netzverteiler (J1 Einspeisung der Lichtmaschine)
Um das Problem nachhaltig zu lösen wird der alte Laderegler komplett entfernt und die Wechselspannung mit einem Brückengleichrichter D1 und mit Elektrolyt-Kondensatoren C1…C4 in eine Gleichspannung gewandelt. Als Ergebnis kommt eine Gleichspannung raus, dessen Höhe und Leistung von der Drehzahl abhängig ist. Diese Spannung wird einem Solar-Laderegler zugeführt, denn solche Spannungen müssen auch von Solarpaneelen verarbeitet werden. Damit gleichzeitig der Strom von Solarpaneelen und dem Außenborder vom Solar-Laderegler verarbeitet werden kann, entkoppelt der Brückengleichrichter D2 die beiden Stromquellen und verhindert eine gegenseitige Einspeisung. Der Brückengleichrichter wird im dem Fall nicht als Gleichrichter verwendet, sondern als Sperrdioden. Funktional werden nur die linken beiden Dioden von D2 benutzt und die rechten beiden bleiben ungenutzt. Das dafür eine Brückengleichrichter verwendet wird liegt an den den Kosten, da Brückengleichrichter für Leistungsklassen bis 8A günstiger sind als Einzeldioden.
Der große Vorteil dieser Schaltung liegt in der Parametrierbarkeit und Überwachung der Ladefunktion, denn bei den meisten Solar-Ladereglern lassen sich die Ladeschlussspannung für den jeweiligen Batterietyp individuell einstellen. Eine Überladung der Batterie ist damit ausgeschlossen. Ebenso ist die Batterie vor einer Tiefentladung geschützt und schaltet die Verbraucher vorher ab. Als Solar-Laderegler lassen sich sowohl MPPT- als auch günstige PWM-Regler verwenden. Der Solar-Laderegler sollte aber immer an die Leistungsdaten der Lichtmaschine angepasst sein.
Gerry aus dem Segeln-Forum hat dazu Platinen des Netzverteilers für ein Standard-Gehäuse erstellt. So sind alle Komponenten sicher in einem kleinen Hutschienen-Gehäuse untergebracht.
Abb.: Platinen Netzverteiler
Abb.: Gehäuse mit Platinen
Unterlagen zum Projekt sind hier zu finden:
GitHub: https://github.com/gerryvel/AB_NT
Diskussion: Segeln-Forum (Deutsch)
Tipps
Wie erkenne ich wann der Laderegler des Außenborders defekt ist?
Dazu wird die Batterie von der Stromversorgung des Außenborders abgeklemmt. Mit einem Digitalvoltmeter misst man die Gleichspannung am Spannungsausgang des Außenborders. Je nach Drehzahl sollte eine Spannung zwischen 6 und 14,5V messbar sein. Ist die Spannung bei hoher Drehzahl deutlich über 14,5V, so ist der Laderegler defekt. Meist sind dann Spannungen bis 30V messbar.
Ist es zwingend notwendig den alten Laderegler auszubauen?
In den meisten Fällen muss der alte Laderegler nicht ausgebaut werden. Es entstehen keine Nachteile daraus. Oft ist der Kurzschlussschalter defekt und funktioniert nicht mehr.
Kann ich gleichzeitig mit dem Außenborder und dem Solarpaneel den Akku laden?
Nein, das ist nicht möglich. Es gewinnt immer die Quelle die die höhere Ladespannung abgibt. Der Laderegler kann nur über den Außenborder oder das Solarpaneel geladen werden.
Welchen Solarlader soll ich verwenden? MPPT oder PWM?
MPPT-Solarlader sind effizienter als PWM-Solarlader. Deshalb werden sie oft bevorzugt. Allerdings sind MPPT-Solarlader deutlich teurer als PWM-Solarlader. Bei Solarflächen unter 100W ist der Effizienzgewinn des MPPT-Solarladers nicht sehr deutlich. Da tut es meistens auch ein einfacher PWM-Solarlader.