Akku auf dem Boot richtig anschließen und montieren
Sicherheit mit Hochstrom an Bord
Unser Antrieb auf dem Wasser ist elektrisch geworden. Selbst Kajaks und Bellys, typische Bootstypen für die muskuläre Fortbewegung, haben wir umgestellt. Bei Schlauch- und Angelbooten sind die Riemen eigentlich nur noch Sicherheitsattribute mit Nostalgieeffekt. Hochstromgeeignete Akkus und schubstarke E‑Motoren haben sie ersetzt und wir lehnen uns entspannt zurück, pflegen unseren angewachsenen Schwimmring und fischen Strecken ab, die wir früher auch bei bester Fitness nicht hätten bewältigen können. Aber wissen wir denn immer was wir tun, wenn wir schwere Stromspeicher mit an Bord nehmen und mehr oder weniger gekonnt in Betrieb nehmen? Ist der Akku auf dem Boot richtig angeschlossen und montiert? Oder gibt es Gefahren für das Material und Leben?
Gehen wir einmal einige Szenarien durch. Für unser Angelboot haben wir einen 600 W starken E‑Motor mit 55 lbs Schubleistung gekauft und auf Anraten des Händlers gleich einen 100 Ah Akku dazu. Nun gibt es einige Entscheidungen zu treffen, wenn wir mit dem Equipment an Bord gehen.
1. Akku auf dem Boot platzieren und sichern
Wohin mit dem Akku haben wir schnell geklärt, das Stromanschlusskabel des Motors ist lediglich 1,75 m lang, da bleibt kaum eine Alternative. Obwohl es zur Gewichtsverteilung besser wäre, den Stromspeicher in der Bootsmitte unter die Sitzbank zu stellen oder idealerweise in dem dortigen Kasten unterzubringen, wenn ein solcher vorhanden ist. Wie man das sinnvoll realisieren kann, also den Akku auf dem Boot richtig anschließt und montiert, dazu später mehr.
Als nächstes fragen wir uns, ob es reicht, den Akku einfach abzustellen oder ihn zu befestigen. Natürlich wissen wir, dass ein befestigter Akku sicherer ist. Zur Realisierung bieten sich Spanngurte an oder falls ein Kasten vorhanden ist, reicht auch ein Klemmbügel quer über den Stromspeicher, der jede Akkubewegung blockiert.
2. Mögliche Gefahren durch Akkus auf dem Boot
Beim Hantieren mit leistungsstarken Akkus auf Wasserfahrzeugen und den Verbraucheranschluss haben wir folgende Gefahren, daher ist es äußerst wichtig den Akku auf dem Boot richtig anzuschließen und zu montieren:
Elektrischer Schlag
Eine Gefährdung durch elektrischen Schlag beim verantwortungsvollen Hantieren mit 12 V ist bei trockener Haut und normalen Körperwiderstandswerten eher nicht zu erwarten. In Deutschland, wo alles minutiös mit VDE Normen geregelt ist, geht man von einer akuten Gefährdung in diesem Bereich ab 60 V aus. Insofern kann man entspannt, aber mit der nötigen Umsicht, vorgehen. Es kann allerdings nicht schaden, beim Montieren Handschuhe zu tragen, wie es einige Akkuhersteller empfehlen. Das verbessert auf jeden Fall nicht nur das Sicherheitsgefühl für das Unerwartbare.
Kurzschluss
Zwingend vermieden werden muss allerdings einen Kurzschluss. Für unseren 12/100Ah Akku sind bei einem solchen Szenario Stromflüsse von mehreren hundert Ampere möglich, die zu starker Erhitzung (Verbrennungen) und je nach Akku Typ auch zu Bränden und Explosionen führen können. Sportfreunde, die immer noch glauben mit säuregefüllten Autobatterien Geld sparen zu müssen, sind hier besonders gefährdet. Bei Lithium Akkus gibt es in der Regel eine Schutzschaltung über das Battery Management System (BMS), die aber auch sicher funktionieren muss. Niemand möchte das im Ernstfall ausprobieren.
Feuchtigkeit
In jedem Fall sollte man den Akku immer vor Feuchtigkeit schützen, auch wenn er von Hause aus IP65 oder höher mitbringt, um jeder Art von Ablagerungen und Korrosion vorzubeugen. Ein Batteriekasten wäre eine der sinnvollsten Lösungen. Es gibt mittlerweile eine Vielzahl von vorgefertigten und verdrahteten Batteriekästen im Handel. Mehr dazu später.
Frischhaltefolie
Mehrfach gesehen habe ich bei dem ein- oder anderen Sportfreund, dass er seinen Stromspeicher mit Frischhaltefolie umwickelt hat, um ihn vor Nässe zu schützen. Sicher keine gute Idee. Einmal weil Öffnungen an den Polen bleiben, wo Wasser einlaufen kann, das kaum noch verdunsten kann. Außerdem wird sich unter der Folie bei Wärmeeinwirkung prima Schwitzwasser bilden. Also genau das Gegenteil von dem, was beabsichtigt war.
Funkenbildung
Einige Motoren ziehen schon beim Anschließen Strom durch ihre LED Anzeigen, was unweigerlich zu Funkenbildung beim Anschluss führt. Das lässt sich sicher vermeiden durch das Zwischenschalten einer Automatiksicherung, die hier wie ein Ein/Aus Schalter funktionieren kann. Die Stromverbindung wird dann erst nach Anschluss der beiden Kabel hergestellt.
Sicherungsautomat
Für den Motoranschluss ist eine passende Sicherung absolut Pflicht, um jedem Überstrom, der schon bei einem kleinen Motordefekt auftreten kann, vorzubeugen. Automatiksicherungen besitzen den Vorteil, dass sie nach Auslösung durch einfachen Tastendruck wieder scharfgemacht werden können. Man muss dann nicht erst nach einer Ersatzsicherung suchen, die im Zweifelsfall auch schon mal nicht vorhanden ist. Ebenso kann man die Sicherung u. U. als EIN/AUS Schalter verwenden und den Motor jederzeit damit von der Stromquelle trennen. Die Stärke der Sicherung richtet sich nach dem Maximalstrom, den der Motor ziehen kann. Bei unserem 55 lbs Modell sind das 50 A. Eine 60 A Sicherung wäre hier die richtige Wahl. Automatiksicherungen haben eine feste Widerstandsgröße, die nicht austauschbar ist. Darauf muss beim Kauf geachtet werden.
3. Sichere Anschluss Hardware für Boote
Kommen wir nun zu den Anschlussbauteilen, die das Motorkabel mit dem Akku verbinden.
3.1 Krokodilklemmen: Die schlechteste Lösung
Einige Motorhersteller empfehlen als Batteriekontakt bei den schwächeren Modellen 30/34 lbs große Krokodilklemmen, die sie dann evtl. sogar an ihren Motorkabeln direkt montiert haben. Damit ist der Anschluss des Motors unkompliziert, schnell und ohne Werkzeug erledigt. Außerdem sind die Krokos universell bei jedem Akku einsetzbar, unabhängig davon, ob die Pole über einen Schraubanschluss oder einen Festanschluss verfügen. Dem muss man entgegenhalten, dass Kroko Klemmen für Versuchsaufbauten vorgesehen sind. Als dauerhafte Verbindung sind sie mechanisch als auch elektrisch zu unsicher. Die Verbindung kann jederzeit unbeabsichtigt unterbrochen werden durch Stoß, Schlag oder Erschütterung oder ganz simple durch Abrutschen. Außerdem ist die Gefahr eines Kurzschlusses, gerade bei offen liegenden Batteriepolen, z.B. durch ein abgelegtes oder herunterfallendes Gaff, ein Stahlvorfach o.a. nicht auszuschließen. Für hohe elektrische Stromflüsse scheidet diese Art des Anschlusses ebenfalls aus.
Vorteile: Schnelle Montage ohne Werkzeug, unabhängig vom Polanschluss
Nachteile: Unsichere Verbindung, nicht geeignet für höhere Stromstärken, Kurzschlussgefahr bei offenem Akku
3.2 Ringkabelschuhe : Eine sichere Verbindung
Eine sichere und feste Verbindung vom E‑Motor zu Akku lässt sich mit Ringschuhen herstellen, die mit dem Schraubanschluss (meist eine 8er Schlossschraube) fest auf die Pol Kontaktflächen gedrückt werden. Probleme durch Hitzentwicklung und Spannungsabfall kann es bei dieser Anschlussform allerdings auch geben, wenn der Ringschuh zu locker angebracht ist oder ein direkter Kontakt zur Polfläche durch Unterlegscheiben oder Federringe verhindert wird. Ansonsten ist das unbeabsichtigte Lösen des Kabels praktisch ausgeschlossen und hohe Stromstärken werden problemlos umgesetzt, da bei dieser Art der Anbindung keine hohen Widerstandswerte auftreten.
Die Kurzschlussgefahr bei offen eingesetzten Akkus besteht hier auch, da die Polschrauben gänzlich ungeschützt sind.
Die meisten E‑Motor Hersteller versehen ihre Produkte mit diesen Ringschuhen. Minn Kota hat sich für eine offene Version (Gabelschuh) entschieden. Hier braucht man die Polschraube nur anzuheben, den Schuh drunter zu schieben und die Schraube anzuziehen. Sicher gegen unbeabsichtigtes Lösen der Kontakte ist diese Verbindung allerdings nicht.
Vorteile: Sichere Verbindung, hochstromgeeignet
Nachteile: Montageaufwand, Kurzschlussgefahr bei offenem Akku
3.3 Batterieschnellklemmen: schnell und sicher
Schnell montiert, Hochstrom geeignet und mit gut isolierten Polen klappt der Akkuanschluss mit Batterieschnellklemmen. Für Akkus mit Schraubanschlüssen wird allerdings ein Adapter gebraucht, der die Pole mit einem konischen „Zylinder“ ausrüstet, der für die Schnellklemmen die passende Kontaktfläche liefert. Beide Pole werden nach dem Aufsetzen der Klemmen großzügig mit Plastikkappen abgedeckt, das bietet Sicherheit vor Kurzschlüssen. Die Motorkabel verbinden sich über Schraubanschlüsse mit den Klemmen. Bei der Montage empfehle ich Aderendhülsen zu verwenden, um möglichen Litzenbrüchen an den Nahtstellen vorzubeugen.
Vorteile: schnelle Montage und Demontage, wirksamer Schutz gegen Kurzschlüsse, hochstromgeeignet
Nachteile: Zusatzkosten
3.4 Anderson Stecker: genial einfach
Anderson Stecker sind einfach genial konstruiert und auch noch preiswert anzuschaffen. Sie bieten sich als Verbindung E‑Motor – Akku an, wenn der Akku nicht in Motornähe unterbracht wird, oder man eine gut durchkonstruierte Akku Box sein eigen nennt.
Anderson Stecker bestehen aus zwei gleichen Steckern, die zur Verbindung gegenläufig zusammengefügt werden. Pro Stecker gibt es zwei lose Kontaktzungen, die an das Kabelende angecrimpt oder angelötet werden. Danach schiebt man sie in das Polycarbonat Gehäuse, wo sie von zwei Blattfedern festgesetzt werden. Diese Feder drücken auch die Kontaktflächen zweier Stecker zusammen, wenn die Verbindung hergestellt wird.
4. Zwei Beispiele für einen E‑Motor Anschluss im Angelboot
4.1 Szenario 1: Akku in der Bootsmitte im Kasten unter der Sitzbank, alternativ im Bugkasten.
Es gibt natürlich verschiedene Möglichkeiten, wie man ein solches Vorhaben realisieren kann. Bei meinem Vorschlag stehen der Sicherheitsgedanke, die Dauerhaftigkeit des Anschlusses und die einfache Handhabung im täglichen Gebrauch oben auf der Agenda, auch wenn der Montageaufwand etwas höher ausfällt. Höher deshalb, als das Verlängerungskabel im Boot fest und damit stolpersicher angebracht wird und die Kabel durch ein Schutzrohr laufen sollen, das die Ummantelung vor UV Strahlung und mechanischer Beschädigung schützt.
Bei der Bauteilauswahl habe ich folgende Überlegungen mit einbezogen.
Kabelausführung
Bei einem max. Stromaufkommen für den 55 lbs Motor von 50 A und einer Anschlussverlängerung von min. 2 m sollte der Kabelquerschnitt nicht kleiner als 16 mm² sein. Im Hinblick auf eine unkomplizierte Kabelverlegung sollte man auf störrige Standardlitzen verzichten und flexible Ausführungen bevorzugen. Bei einer niedrigen Spannung von 12 V muss man immer die mögliche Wärmeentwicklung durch einen erhöhten Kabelwiderstand und den Leitungsverlust an Spannung im Auge haben, der 4 %, das sind rund 0,5 V nicht überschreiten sollte. Einen schönen Kabelquerschnittsrechner mit vielen Infos gibt es hier: camperstyle.de/wohnmobil-12v-kabelquerschnitt
Schutzrohr
Als Schutzrohr kann man eine starre oder flexible Ausführung wählen. Da zwei Kabel von rund 9 mm Durchmesser anstehen, wäre z.B. ein flach gewölbter Kanal für den Außenbereich, der sich sehr gut in Bodennähe montieren lässt, geeignet oder ein flexibles Schutzrohr.
Befestigung
Den Kabelkanal kann man an geeigneter Stelle z.B. an der unteren Bordwand befestigen. Da Schraubverbindungen nicht in Frage kommen, lässt sich punktuell etwas mit Kunstharz arrangieren, das den Belastungen standhalten sollte.
Anschlüsse
Für den Motoranschluss bietet sich eine Anderson Verbindung an, die gegen Witterungseinflüsse mit den entsprechenden Schutzüberzügen ausgestattet werden kann. Beim Akku sind Schnellkupplungen sinnvoll, damit man den STROMSPEICHER schnell entnehmen kann um ihn z.B. zum Laden mitzunehmen.
Sicherung
Eine Sicherung zwischen Akku und Motor ist Pflicht. Bei unserem 55 lbs Exemplar ist eine 60 A Automatiksicherung die richtige Wahl. Die Sicherung selbst sollte möglichst nah am Akku angebracht werden, evtl. befestigt man sie im Montagekasten.
4.2 Szenario 2: Von der Batterie Box zur Outdoor Powerbox
Wer mobil bleiben möchte, trotzdem aber Sicherheitsgedanken nicht vernachlässigen möchte, kommt um einen Batteriekasten für seinen Stromspeicher nicht herum. Das Angebot solcher Behältnisse ist groß und reicht von einer einfachen Plastikbox für 15 € bis zur Outdoor Variante mit LiFePO4 Akku, Ladegerät und verschiedenen Anschlussoptionen für 1300,00 €.
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Wer unsicher ist, welcher Lösung er den Vorzug geben soll, kann sich an folgenden Fragen zum Ziel hangeln:
Ist die Box robust genug, um den Praxisalltag schadlos zu überstehen?
Schlagfeste ABS Material, faserverstärkte oder hochverdichtete Kunststoffe sind hier erste Wahl aber lange nicht die Norm bei den Batteriekästen. Wer Stoßschäden zwingend vermeiden möchte, kommt um einen prüfenden Blick auf das Gehäusematerial nicht herum. Schon deshalb nicht, als der erste Riss in der Box alle Maßnahmen zum Feuchtigkeitsschutz der Batterie zunichte macht und letztlich auch die Stabilität des Gehäuses gefährdet.
Ist die Batterie Box stabil genug, um einen schweren Stromspeicher zu befördern?
Bleibatterien von 100 AH wiegen rund 28 kg, gleichstarke LiFePO4 Typen 11 kg oder sogar weniger. In beiden Fällen muss das Schutzgehäuse eine hohe innere Stabilität aufweisen, um nicht selbst Schaden beim Transport durch den gewichtigen Inhalt zu erleiden. Wenn der Hersteller zur Box einen Gurt liefert, mit dem die Gehäuseteile festgezurrt werden, muss man wissen, dass beide Boxenteile nur lose aufeinander gesetzt sind und lediglich vom Gurt zusammengehalten werden. Wie gut das geht und ob das Konstrukt damit stabil genug ist, darf in Frage gestellt werden. Sicher ist, dass der obere Griff bei gewichtigen Bleivertretern die Verwindungssteifigkeit des Gehäuses überfordern wird. Hier müssen die seitlichen Griffmulden und der Zweihandtransport greifen, sonst wird es für die Box stabilitätsmäßig ungemütlich.
Wie wird der Akku im Behältnis gesichert?
Gar nicht? Wenn ja, könnte das schon ein Ausschlusskriterium für den Kauf sein. Schließlich wollen wir unseren Akku mit der Box schützen und nicht mutwillig beschädigen. Wie letztlich der Akku gesichert werden kann, mit inneren Gurten, Schaumstoff Inlet oder Klemmschienen ist nicht wichtig. Hauptsache, eine Sicherungsmöglichkeit besteht überhaupt.
Welche Anschlussmöglichkeiten werden angeboten?
Die Billiglösungen haben keine Anschlussoptionen, es ist einfach ein leerer Kasten mit Deckel, in dem der Akku untergebracht wird. Ein Anschlusskabel an den Stromversorger wird irgendwie von außen nach innen eingebracht und angeschlossen. Wer mehr möchte, kann sich i.d.R. auf einen oder mehrere 12 V Anschlüsse bis ca. 50 A, einen oder mehrere USB Anschlüsse 5V bis 4,8 A, ein Voltmeter zur Akkuüberwachung und anderes mehr freuen.
Was ist bei der inneren Verkabelung zu beachten?
Jeder Anschluss im Batteriekasten erfordert eine interne Verkabelung, die ordentlich befestigt und verlegt sein und die erforderlichen Drahtstärken mitbringen sollte. Gängige E‑Motoren ziehen um die 50 A Strom, hier sollte der Kabelquerschnitt sicherheitshalber bei 10 mm² (deutsche Norm) oder AWG 7–8 (amerikanische Norm) liegen. Für einen Ladeanschluss um die 20 A wären 6 mm² oder AWG 10 eine optimale Lösung. In der Regel findet man die notwendigen Angaben auf den Kabelstücken aufgedruckt, wenn nicht, sollte man den Kabeldurchmesser bestimmen, um einen sicheren Anhaltspunkt zu haben. Zu dünne Kabelquerschnitte erhöhen den Kabelwiderstand und damit die Wärmeentwicklung während des Betriebs im System und können zu Leistungsverlusten führen, die im Extremfall sogar den Ladevorgang des Akku behindern können. Das sollte man vermeiden.
Die Miganeo Batteriebox könnt ihr hier kostengünstig bestellen.
Hat die Box Anschlusspole außen?
Bei ungeschützten Akkus haben wir im Vorhergehenden immer wieder die mögliche Kurzschlussgefahr angesprochen. Mit der BOX haben wir den Stromspeicher aber unter „Verschluss“, d.h. die Pole sind in der Praxis nicht mehr offen erreichbar, sollte man jedenfalls meinen. Was aber, wenn der Hersteller aus Kostengründen keine Anschlussmöglichkeiten über sichere Steckverbindungen vorgesehen hat, sondern die Akku Pole einfach offen nach außen auf den Gehäusedeckel führt. Nun, dann ist schutzmäßig wenig gewonnen. Kommt bei käuflichen Boxen häufiger vor, als man denken sollte.
Wie sind die einzelnen Anschlüsse abgesichert?
Im Idealfall sind alle Anschlüsse gemäß ihrer Einsatzbestimmung abgesichert. Der Motoranschluss bis 50 A hätte dann eine 60 A Sicherung eingebaut, der Ladeanschluss für das Ladegerät bis 20 A eine 25 A Sicherung. Wenn man hier auch sein Echolot anschließt, muss eine 5 A Sicherung her, die natürlich nicht zusätzlich in den Stromkreis der Box eingebaut werden kann, sondern z.B. als Kabelsicherung am Anschlussadapter hängt.
Schließlich fehlt noch eine 10 A Kabelsicherung für die USB Anschlüsse bei 4,8 A, oder kleiner, wenn nur 2,1A Anschlüsse vorhanden sind. In den wenigsten Batterie Boxen sind all diese Sicherungen, schon gar keine automatischen Ausführungen, vorhanden. Dann sollte man sie, wie beim Echolot beschrieben, extern zuführen, was den Komfort in der Praxis aber einschränkt.
Was ist von Power Boxen zu halten, die verplombt sind?
U.a. wird eine solche Box (Hersteller RIGBEE, Österreich) von einem großen Händler aus Westfalen zum Preis von 1299,00 € (inkl. Ladegerät) angeboten mit dem Zusatz, dass die Garantie erlischt, wenn die Plombe beschädigt wird. Das heißt im Klartext: Der Kunde kann seine für teures Geld erworbene Box nicht öffnen, ohne gleichzeitig seinen Garantieanspruch aufzugeben. Es hat mich sehr interessiert, welche Motivation herstellerseits dahinter steht so zu handeln.
Zur Verplombung habe ich beim Hersteller nachgefragt und eine erwartbare Antwort erhalten. Er möchte ausschließen, dass der Kunde in irgendeiner Form Änderungen am Innenleben der Box durchführt. Diese Maßnahme gründet sich, nach seinen Angaben, auf entsprechende Erfahrungswerte bei eingetretenen Garantieansprüchen, welche auf Kundeneingriffe zurückzuführen waren. Insofern kann man die Maßnahme: Garantie nur bei unbeschädigter Verplombung nachvollziehen. Bei vielen anderen elektrischen Geräten ist der Blick ins Innere ebenso verwehrt und greift bei Widerhandlung den Garantieanspruch an.
Aber: Mir als Technik Freak stößt es schon ein wenig auf, dass ich keinen Blick in das Innere werfen kann, um den ein- oder anderen hier angesprochenen Punkt nachzuschauen ohne auf 2 Jahre Garantie verzichten zu müssen.
Und: Mitbewerber (z.B. ibank power) in einer vergleichbaren Preisklasse kommen mit ihren Boxen auch ohne Plombe aus oder haben eine elegantere Lösung gefunden sich vor Eingriffen zu schützen.
Muss die Akku Box outdoorfähig sein?
Im Klartext heißt das, wasserdicht mit allen Anschlüssen und klaglos einsatzfähig in allen erdenkbaren Einsatz Szenarien bei bestem Schutz des Innenlebens. Ob man das braucht, muss jeder für sich entscheiden. Letztlich ist es aber auch eine Frage des Anschaffungspreises, der mit LFP Akku 12V/100Ah und Ladegerät so ab 1000 € anzusiedeln ist.
Kann man sich auf die Sicherheit käuflicher Akku Boxen verlassen?
Preiswerte Angebote im Bereich unter 100 €, die allesamt aus China kommen und vom Händler aus Kostengründen nicht nachgesehen werden, fallen selten unter die Rubrik „geprüfte Sicherheit“. Hier darf man skeptisch sein. Es kann nicht schaden bei den Typen der engeren Wahl in die Produktbewertungen zu schauen, die mitunter missliche Zustände offenbaren. Solche Boxen sollte man nur kaufen, wenn man über die notwendigen Sachkenntnisse verfügt, um die gesamte Installation der Box fachgerecht überprüfen und bei Bedarf auch Teile austauschen zu können. Ansonsten kann hier durchaus ein echtes Sicherheitsrisiko bestehen, das sich niemand zumuten sollte. Genau hinschauen lohnt sich in jedem Fall, denn es gibt auch preiswerte Modelle, die sehr gut verarbeitet und elektrisch sicher verkabelt sind.
Akku auf dem Boot richtig anschließen und montieren — Fazit:
Der Einsatz leistungsstarker Akkus auf dem Boot erfordert Sorgfalt bei der Installation und dem Betrieb, um mögliche Schäden am Stromspeicher und den angeschlossenen Geräten aber auch evtl. eintretende gesundheitliche Einbußen sicher zu verhindern. Nehmt euch dafür Zeit, Akkus auf dem Boot richtig anschließen und montieren ist für eure Sicherheit sehr wichtig.
Mit folgenden Handlungsanreizen ist man ein gutes Stück auf der „sicheren Seite“.
- Der Akku wird sicher untergebracht und befestigt.
- Alle Verbraucher werden mit passenden Sicherungen gegen Fehlbedienung und Überstromfälle geschützt.
- Die eingesetzten Kabelverbindungen enthalten einen angepassten Kabelquerschnitt und werden fachgerecht montiert.
- Der Akku wird aktiv z.B. mit einer Akku Box oder einem Bootskasten gegen mechanische Beschädigung und Feuchtigkeit gesichert.
- Alle Verbindung vom Verbraucher zum Stromspeicher sind belastungs- und kontaktsicher angebracht.
- Bei der Auswahl des verwendeten Akkus sind Nassbatterien aus Sicherheitsgründen ausgeschlossen.
- Preiswert angeschaffte Akku Boxen werden vor der Nutzung fachgerecht überprüft und bei Bedarf nachgebessert.