Elektronik Teil 1 – Doppelbatteriesystem

Nachdem wir den Defender zuletzt vom Rost befreit haben, steht dieses Wochenende „Feinarbeit“ auf dem Programm.
Der Defender-Camper soll mit einem Doppelbatteriesystem ausgestattet werden. Ich werde den Ausbau der Elektronik vermutlich in 3 Schritten realisieren

Einbau des Doppelbatteriesystems bis zum Sicherungskasten der Verbraucher
Landstromanschluss
Solaranlage

Beginnen möchte ich mit der Installation des Doppelbatteriesystem. Dafür habe ich mir wieder fachmännische Unterstützung geholt: Philipp ist wie immer dabei. Er kann durch sein Mechatronik-Studium mit den unterschiedlichen Maßeinheiten von Volt, Watt und Ampere deutlich mehr anfangen als ich. Zusätzlich habe ich mich bei der Firma “Fraron” in Schöllkrippen beraten lassen. Herr Schuette hat sich dafür viel Zeit genommen. Gemeinsam haben wir meinen Entwurf vom Schaltplan ergänzt und optimiert. Diese Firma kann ich wirklich uneingeschränkt empfehlen.

Das richtige Werkzeug für dein Doppelbatteriesystem:

Wichtige Teile für dein Doppelbatteriesystems:

Organisiere dein Doppelbatteriesystem richtig:

Einbau der 2. Batterie in das Batteriefach

Die Batterie sitzt beim Defender unter dem Fahrersitz in einem Batteriekasten. Um ungehindert arbeiten zu können, muss zuerst der Sitz ausgebaut werden. Darin haben wir mittlerweile Erfahrung. Im nächsten Schritt muss die Starterbatterie aus dem Batteriekasten heraus. Befestigt ist diese auf einer „Halterungsplatte“. Die Platte entferne ich nicht, unter ihr werden später die Spanngurte zur Befestigung der Batterien durchgeführt. An den Seiten des Fachs sind noch einige Teile befestigt, welche den Platz für die zweite Batterie einschränken. Die Nieten sind schnell aufgebohrt und das Fach ist leer. An den Seiten des Pluspols sowie am Deckel bringe ich etwas „Gummi-Dämmung“ an, um ein Kontakt der positiven Pole mit der Fahrzeugkarosserie ausschließen zu können.

Mein Camper soll mit einem 12V System betrieben werden, das heißt, ich wähle das System der Parallelschaltung. Dabei werden die Batterien von Plus- zu Pluspol und von Minus- zu Minuspol verbunden. Die Alternative wäre eine Reihenschaltung, hier wird der Pluspol der Starterbatterie mit dem Minuspol der Verbraucherbatterie verbunden und es entsteht ein 24V System. Als Starterbatterie habe ich beim Kauf des Fahrzeugs vom Händler eine neue Bosch Blei-Säure Batterie mit 95Ah eingebaut bekommen. Ergänzen werde ich diese Batterie durch eine 105Ah Gel-Batterie* von Varta. Um die zweite Batterie im Fach unterbringen zu können, muss die erste Batterie zur Seite gerückt werden. Anschließend stellen wir die 105Ah Batterie daneben und gefühlt ist das Fach jetzt voll. Allerdings müssen wir noch einige weitere Komponenten in diesem Fach verbauen, das wird wortwörtlich eine „enge Kiste“.

***Werbung

Installieren des Cyrix – Trennrelais

Eine der wichtigsten Komponenten ist das Trennrelais*. Es wird zwischen den Pluspol der Starterbatterie und dem Pluspol der Verbraucherbatterie geschaltet. Zusätzlich erhält es einen eigenen kleinen Stromanschluss und je nach Kabellänge auch mindestens eine eigene Sicherung. Die Aufgabe dieses kleinen Helfers besteht darin, die Batterien zu trennen bzw. zu verbinden.

Das Gerät erkennt anhand der Spannung dass die Lichtmaschine läuft und schaltet den Weg zur Verbraucherbatterie frei. So wird während der Fahrt auch die Batterie für das Boardnetz geladen. Wenn der Motor abgeschaltet wird, kappt das Gerät die Verbindung wieder und verhindert so das Entladen der Starterbatterie. Ich habe das Cyrix-Trennrelais durch den Batteriekasten in den Fahrerfußraum verschraubt. Dadurch sitzt es genau zwischen den beiden Pluspolen und ich habe kurze Leitungswege.

Ein Monitor zur Batterieüberwachung 

Die zweite wichtige Komponente für das Doppelbatteriesystem ist die Batterieüberwachung. Ich habe mich für den Batterieüberwachungsmonitor BMV-700* von Victron entschieden. Das Gerät zeigt neben der Spannung auch die Batterieladung, den aktuellen Verbrauch bzw. Gewinn und eine ungefähre Restlaufzeit auf Grundlage der aktuellen Verbauchswerten an. Das Gerät ist nicht günstig, aber ich erhoffe mir dadurch eine gewisse Sicherheit beim “freien Stehen”, besonders in extremen Wettersituationen, in denen ich zum Beispiel auf die Funktion der Standheizung angewiesen bin.

Das Gerät übernimmt zusätzlich die Funktion des Tiefenentladungsschutzes der Verbraucherbatterie. Durch ein Warnsignal kündigt das Gerät die mangelnde Batteriekapazität an. Soviel zur Theorie, ich hoffe, dass sich die Investition in der Praxis bezahlt machen wird. Der wichtige Teil dieses Gerätes ist allerdings nicht der Monitor, sondern der sogenannte “Shunt“. Dieser ermittelt die Messwerte und sendet sie an das Display. Der Anschluss ist relativ unkompliziert. Der “Shunt” bekommt ein eigenes kleines Stromkabel an der Seite, welches mitgeliefert wird. Auf der Oberseite hat das Gerät zwei Anschlüsse für Kabelschuhe. Der eine Anschluss wird mit dem Minuspol der Verbraucherbatterie* verbunden und auf dem anderen Anschluss werden alle anderen Massekabel befestigt. In meinem Fall wären das die Starterbatterie und das Kabel zur Fahrzeugmasse. Zusätzlich werden später alle Minuskabel der Verbraucher (Kühlbox etc.) auf dieser Seite montiert.

Da ich nicht jedes Minuskabel zum “Shunt“ führen möchte, habe ich eine Sammelstelle für die Massekabel integriert. Dieses werde ich im weiteren Verlauf dieses Berichtes genauer erläutern.

1   Anschluss: Massekabel Starterbatterie, Massekabel Verbraucher, Fahrzeugmasse
2   Massekabel Verbraucherbatterie
3   Stromversorgung “Shunt”

Hilfskonstruktion und Einbau des “Messshunt vom Batteriecomputer”

Die Position des “Shunts“ habe ich auf der Seite der Minuspole gewählt um möglichst kurze Kabelwege zu haben. Die teilweise dicken Kabel der Batterien und Fahrzeugmasse lassen sich auf dem engen Raum nur sehr widerwillig in die richtige Position bringen. Deshalb habe ich mir für die Anbringung des “Shunts” eine kleine Hilfskonstruktion gebaut. Durch diesen „Winkel“ muss ich den “Shunt” nicht durch den Batteriekasten ins Freie verschrauben, sondern kann ihn intern im Fahrzeuginnenraum befestigen. Jede Öffnung in der Karosserie ist ein Schwachpunkt, durch den Feuchtigkeit eindringen kann. Damit die Holzkonstruktion den enormen Kräften der gebogenen Kabel standhalten kann, habe ich einen Stahlwinkel integriert. Diesen befestige ich, wie zuvor das Trennrelais mit zwei Schrauben, Unterlegscheibe und Mutter.

Die Entscheidung für zwei Schrauben rührt daher, dass ich das Verdrehen des Winkels durch Einwirkung der Kräfte der Kabel verhindern will. Wenn ich den Winkel nur einmal in der Karosserie verschraubt hätte, würde ich einen „Drehpunkt“ erzeugen.

Nach dem Anschluss des Fahrzeug-Massekabels ist das System geschlossen und kann die Arbeit aufnehmen. Das Display wird durch ein Netzwerkkabel mit dem „Shunt“ verbunden, ein zusätzliches Stromkabel wird nicht benötigt.

Zum Testen stecken wir den Monitor am Netzwerkkabel an. Der Monitor fragt nach der Amperestunden- Batteriekapazität, diese ist händisch einzugeben. Danach dauert es einen kurzen Moment, dann zeigt das Display die ersten Daten an.

Durchführung von Plus- und Minuskabel aus der Sitzkonsole

Bevor wir die Batterien mit den Gurten sichern können, müssen wir noch Öffnungen für das Plus- und Minuskabel durch die Box bohren. Die zusätzliche Elektronik bis zum Sicherungskasten soll zwischen dem Fahrer- und Beifahrersitz positioniert werden. Im unteren Bereich der Mittelkonsole soll die Elektronik auf engstem Raum verbaut werden. Wir entscheiden uns dafür, das Pluskabel durch den Fußraum des Fahrers zu verlegen und das Minuskabel durch den Deckel des Batteriekastens unter dem Sitz. Somit sind Plus- und Minuskabel optimal getrennt. Nach dem Bohren bearbeiten wir die Bohrlöcher mit “Primer” um Korrosion zu vermeiden. Die Kabel werden in Schutzschläuche* gepackt und in die extra angefertigte Mittelkonsole geführt. Bisher besteht nur der untere Teil der Mittelkonsole, der Rest wird später folgen und zusätzlichen Stauraum bieten.

Bauliche Batteriesicherung im Batteriefach

Zum Abschluss müssen wir die Batterien noch in ihrer Position fixieren. Dazu nutzen wir 2 Spanngurte* die jeweils 250kg Lastaufnahme haben. Für heute haben wir genug gearbeitet und zum Abschluss wollen wir noch testen, ob der Defender anspringen wird. “Der Diesel” springt direkt an und brummelt wie immer vor sich hin. Der Lichttest zeigt keine Probleme. Morgen geht es dann frisch gestärkt und ausgeruht an die Mittelkonsole.

Hinweis (26.01.2024): Nach 5 Jahren “on Tour” hatte ich nie Probleme mit dieser Art der Batteriesicherung. Es gibt allerdings auch richtige Halterungssysteme für die 2. Batterie im Defender. Aus Sicherheitsgründen würde ich euch zu einer der professionellen Halteplatten raten.

Übersicht der Elektronik unter der Mittelkonsole (Cubbybox)

Von vorne führen wir das Pluskabel und von hinten das Minuskabel in den Kasten der Mittelkonsole. Das Pluskabel endet auf einer 200A Sicherung*, die ich jederzeit trennen kann. Durch diese Schaltvorrichtung, kann ich im Bedarfsfall alle Verbraucher auf einmal vom Netz nehmen. Dies wird zum Beispiel nötig, wenn der Defender eine längere Zeit steht oder nicht als Reisemobil genutzt wird. Von der 200A Sicherung geht das Pluskabel auf eine „Heavy Duty Bus Bar“*, welche als Verteilerbank fungiert.

Hier werden die beiden Kabel für die Sicherungskästen abzweigen und später Landstrom und Solar daran angeschlossen werden. Die Sicherungskästen* sind mit einem „Massepad“ für Massekabel ausgestattet, deshalb muss ich jeweils nur ein dickeres Massekabel auf die „Sammelbank“* für die Minuskabel führen. Von dieser „Sammelbank“ geht das Minuskabel dann zum “Shunt”. Somit sind alle Verbraucher später mit dem „Shunt“ verbunden.

1   Pluskabel von Verbraucherbatterie
2   200A Sicherung*
3   Heavy Duty Bus Bar “Verteilerbank”*
4   Sicherungskästen mit Massepad*
5   Sammelbank Massekabel*
6   Ausgang Massekabel zu “Shunt”
7   Netzwerkkabel für Monitor
A   Belüftung

Nachdem alle Bauteile auf der Holzplatte verschraubt sind, können wir über die 200A Sicherung den Stromkreis schließen und überprüfen mit einem Messgerät* die Spannung an den Sicherungskästen. Die Werte entsprechen den Erwartungen und somit haben wir das 12V System für das Boardnetz fertig gestellt.

Ich hoffe, dass wir auf diesem engen Raum alle Verkabelungen unterbringen und der Plan aufgeht. Rückblickend muss ich sagen, dass die Installation der Elektronik einfacher war als gedacht. Lediglich die engen Platzverhältnisse haben die Arbeit erschwert.

Die Links zu allen Produkten und Werkzeugen, die ich verwendet habe, findet ihr jetzt im Umbaukatalog unter der Rubrik “Elektronik”.

*Links zum Amazon-Partnerprogramm