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Maurer Elektromaschinen GmbH

Ruederstrasse 6

5040 Schöftland
Tel: +41 (0) 62 721 44 84

Fax: +41 (0) 62 721 44 85
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Wissenswertes zu Batterien

Batterien oder Akkumulatoren werden zum Speichern von elektrischer Energie eingesetzt. Eigentlich würde bei den Energiespeichern, welche mehrmals geladen werden können, von Akkumulatoren gesprochen. Trotzdem nennt Maurer Elektromaschinen die angebotenen wartungsfreien Speicher Batterien, da dieser Begriff geläufiger ist.

 

Grundlage jeder Batterie ist die elektrochemische Spannungsreihe. Werden zwei unterschiedliche Metalle in Elektrolyt getaucht, entsteht zwischen den Metallen eine Spannung. Als Elektrolyt wird je nach Anwendung eine Säure oder eine Lauge eingesetzt. Die Höhe der Spannung welche zwischen den Metallplatten entsteht, ist abhängig von der Materialart der Metalle. Es ist jedoch nicht zwingend, dass beide Platten aus reinem Metall sind. So ist z.B. bei der Bleibatterie die eine Seite aus Bleioxid.  Die beiden Materialien, zusammen mit dem Elektrolyt bilden die Zelle der Batterie. Bei der Bleibatterie liefert diese Zelle eine mittlere Arbeitsspannung von 2VDC. Diese Zellen können dann in Serie geschaltet werden, um die gewünschte Spannung zu erhalten.

 

 

Kenngrössen von Batterien

Im wesentlichen sind zwei Angaben wichtig, welche die Batterie charakterisieren:

Nennspannung in Volt

Je nach Materialpaarung und Anzahl in Serie geschalteten Zellen können unterschiedliche Arbeitsspannungen erreicht werden. Durchgesetzt haben sich für leistungsintensivere Anwendungen die Spannungen 6V (früher bei den Motorrädern), 12V, 24V, 36V (Bahnanwendungen) und 48V (Telekommunikationsanlagen und kleinere Kommunalfahrzeuge).

Es können auch ganze Batterien in Serie geschaltet werden. So kann man mit zwei 12V-Batterien ein 24V-Netz aufbauen. Dabei muss aber darauf geachtet werden, dass die Batterien vom gleichen Hersteller, gleichen Typs und gleicher Kapazität sind. Weiter sollen die Batterien gleich alt sein und vor der Inbetriebnahme vollständig geladen werden. Bei der Serieschaltung von AGM-Batterien empfehlen wir den Einsatz eines Ladungsausgleichers. Dieser stellt sicher, dass alle Batterien gleich geladen werden. 

 

Kapazität in Ampere-Stunden

Mit der Kapazität wird letztlich angegeben, wie viel elektrische Energie in der Batterie gespeichert werden. Die elektrische Energie wird gerechnet mit Strom mal Spannung mal Zeit. Da bei der Batterie die Spannung angenähert konstant ist, reicht die Angabe von Strom mal Zeit [Ah].

Diese Angabe wird bestimmt, indem die voll geladene Batterie mit einem konstanten Strom entladen wird. Dabei wird die Zeit gemessen, bis die entsprechende Entlade-Endspannung erreicht ist.

Die Kapazität der Batterie ist zu einem grossen Teil von der Oberfläche der Platten abhängig. Um die Kapazität zu erhöhen, ist es auch möglich, Batterien parallel zu schalten. Wie bei der Serieschaltung oben ist es eminent wichtig dass die beiden Batterien komplett identisch sind.

 

Verwirrlich ist, das manchmal bei der gleichen Batterie unterschiedliche Kapazitäten angegeben werden. Die Ursache liegt darin dass je nach Grösse vom Entladestrom mehr oder weniger Energie aus der Batterie entnommen werden kann. Je grösser der Entladestrom, desto weniger Energie kann entnommen werden. Deshalb sollten Sie bei der Kapazitätsangabe unbedingt auch darauf achten, welche Entladezeit dieser Kapazitätsangabe zu Grunde liegt.

Dies drückt sich im C-Wert aus. Meistens ist die Kapazität bei C20 angegeben, d.h. der Entladestrom wurde so gross gewählt, dass die Batterie nach 20 Stunden entladen wurde.

Für Solarbatterien findet die Kapazitätsangabe auch bei C100, d.h. der Strom wurde bedeutend kleiner gewählt.

Kapazitäten bei C10 werden oftmals für Traktionsbatterien angegeben. Bei industriellen Antriebsbatterien wird die Kapazität auch bei C5, also bei 5 Stunden Entladezeit angegeben.

Einige Hersteller geben die Kapazität auch bei den verschiedenen üblichen Entladezeiten an. So z.B. bei der VARTA Professional 140Ah . Hier werden die Kapazitäten bei C100, C20, C10 und C5 angegeben.

 

Eine mathematische Beschreibung dieses Effekts findet man in Manual vom Batteriemonitor unter http://www.maurelma.ch/Produkte/Laderegler/Batteriemonitor/Manual_BMV600.pdf

 

 

Natürlich gibt es noch eine weitere Anzahl Kenngrössen, welche für den Betrieb einer wieder ladbaren Batterie wichtig sind:

 

Ladeendspannung

Das Laden wird bei einer Bleibatterie beendet, wenn die Ladeendspannung erreicht ist. Zu diesem Zweck werden bei den Picokraftwerken im Inselbetrieb Laderegler eingesetzt. Wenn die Batterie voll geladen ist, verheizen die Laderegler die überschüssige Leistung in einem Lastwiderstand

Übrigens, bei einer Nickel-Kadmium-Batterie (Ni-Cd) oder einer Nickel-Metallhydrid-Batterie (Ni-MH) wird der Ladevorgang über den Strom oder die Batterietemperatur ermittelt.

Es gilt zu beachten, dass Nasszellen und wartungsfreie Gel-Batterien nicht die gleiche Ladeendspannung haben. Gel-Batterien sind in der Regel höher.

In der Regel gilt eine Ladeendspannung pro Zelle bei einer Nasszelle von 2.4V, für eine wartungsfreie Gel-Batterie 2.5V.  Diese Spannung hängt jedoch auch vom Ladestrom ab.

Wird die Batterie überladen, d.h. wird auch nach dem Erreichen der Ladeendspannung weiter geladen, bildet sich durch die Elektrolyse aus dem Wasser des Elektrolytes Wasserstoff. Bei der Nasszelle entweicht dieses. Deshalb muss man auch von Zeit zu Zeit destilliertes Wasser nachgeben.  Bei der wartungsfreien Batterie wird der Wasserstoff bis zu einem gewissen Grad im Gel gebunden und beim Entladevorgang wieder abgebaut. Weiter verfügt die Gel-Batterie über ein Überdruckventil, welches den Wasserstoff entweichen lässt wenn die Batterie zu stark überladen wird.

 

Entlade-Endspannung

Nickel- Kadmium Batterien wie auch Metallhydrid Batterien können vollständig entladen werden, ohne dass sie schaden nehmen. Es ist sogar gut für diese Batterien und es ist zu empfehlen, diese öfters ganz zu entladen.

Für die Bleibatterien, egal ob wartungsarme Gel oder Nassbatterien ist ein zu starkes Entladen Gift und verkürzt die Lebensdauer der Batterie entscheidend.

Die Bleibatterie sollte deshalb nie tiefer als die vom Hersteller angegebene Entlade-Endspannung betrieben werden.

 

 

Lebensdauer der Batterie

Bei Batterien handelt es sich grundsätzlich um verderbliche Ware. Wird eine Batterie über längere Zeit nicht nachgeladen, geht diese kaputt. Die Zeitdauer hängt von der Selbstentladung der Batterie ab.

Eine Batterie kann bei falschem Einsatz auch in wenigen Tagen zerstört werden, ohne dass von Außen  ein Schaden sichtbar ist. Deshalb geben viele Batterielieferanten auf Batterien nur eine Garantie von 6 Monaten.

 

Die Lebensdauerangabe hängt auch vom Einsatz der Batterie ab.

Für eine Stand-By Batterie ( in USV-Anlagen, Brandmeldeanlagen, Notlichtern usw.) ist die Anzahl Jahre wichtig, welche die Batterie bei dauernder Erhaltungsladung die Kapazität nicht verliert.

Meistens ist die Anzahl Jahre im Datenblatt vermerkt. Aber Vorsicht: Die Angabe zur Lebensdauer der Batterie bezieht sich auf eine Batterietemperatur von 20°C. Eine höhere Temperatur bewirkt eine Verkürzung der Lebensdauer.  Die Erhöhung von 10° auf 30°C kann die Lebenserwartung halbieren.

Durch die Reduktion der Erhaltungsladung kann dem etwas entgegen gewirkt werden.

 

ZyklenzahlBei einer Antriebsbatterie (Traktionsbatterie) oder anderen Zyklenbatterie hingegen ist vor allem die Anzahl Zyklen entscheidend. Hier stellt sich also eher die Frage, wie oft die Batterie geladen und Entladen werden kann.

Auch bei Solarbatterien ist eher die Zyklenfestigkeit als die Stand-By Zeit von entscheidender Bedeutung.

Bei der Angabe der Zyklenzahlen der Hersteller müssen unbedingt die Randbedingungen verglichen werden. Asiatische Hersteller geben oft die Zyklenzahl bei 100% Entladung (D.O.D) an. Die Europäischen Hersteller nur bei 80% Entladung. Wie man der nebenstehenden Grafik entnehmen kann, ist die Zyklenzahl bei 80% Entladung bedeutend grösser als bei 100%. Bitte beachten Sie, dass mit 100% nicht gemeint ist, dass die Batterie dann 0V hat sondern dass 100% der Nennkapazität entnommen wurde. Also z.B. die Batterie mit C20 20 Stunden entladen wurde.

Selbstverständlich sind die Angaben der Zyklen auch immer unter optimalen Bedingungen zu betrachten. Höhere Stromspitzen oder andere Temperaturen können die Zyklenzahl verringern.

 

 

 

 

 

Vorzeitige Ausfälle bei Batterien

Auch wenn viele Batterien als 'wartungsfrei' verkauft werden benötigen sie etwas Pflege. Auch unsachgemässer Einsatz  kann die Lebensdauer der Batterie massiv verkürzen. Untenstehend ein paar auftretende Frühausfälle:

Batterie verhungert
Die wohl häufigste Todesursache einer einer Batterie ist das Verhungern.
Wenn die Batterie über eine lange Zeit gelagert wird oder durch einen kleinen Strom zu tief entladen wird bildet sich eine Sulfatschicht auf der Batterieplatte.
Dies kann auch vorkommen, wenn die Batterie über längere Zeit nie vollständig geladen wird.
Der Fehler offenbart sich meistens im Frühling, wenn die Batterie im Wohnmobil oder Elektroscooter wieder gebraucht werden soll, jedoch keine Kapazität mehr aufweisen.

Tiefentladung
Eine Batterie hat es nicht gern, wenn sie komplett entladen wird. Je tiefer und je öfters eine solche Entladung vorkommt, desto kürzer ist die Lebensdauer.
Deshalb empfehlen wir bei allen Batterieanwendungen einen Tiefentladeschutz. Aber Vorsicht. Auch wenn diese Geräte die Verbraucher bei der entsprechenden Spannung ausschalten, haben auch die Geräte einen kleinen Eigenverbrauch und können die Batterie noch weiter entladen.
Deshalb ist es sehr wichtig, dass die Batterie sofort wieder geladen wird. Sonst verhungert der Akku.
Die untere Abschaltspannung ist von der Batterie und vom Entladestrom abhängig. Je grösser der Entladestrom, desto tiefer darf die Abschaltspannung sein.
Wenn nichts weiteres bekannt ist und keine grossen Entladeströme auftreten, empfehlen wir eine untere Abschaltspannung von 11V bis 11,5V bei einer 12V-Bleibatterie. 

Überladung der Batterie
Mit modernen Ladegeräten und richtiger Einstellung des Gerätes kommt ein Überladen der Batterie fast nicht mehr vor. Passieren kann es, wenn eine verschlossene Batterie (AGM- oder GEL-Batterie) mit einem Ladegerät geladen wird, welches für offene Säure-Batterien mit hoher Ladespannung parametriert ist.

Zellen-Kurzschluss
Obwohl man vom Zellenkurzschluss immer wieder hört und Kunden bei einer defekten Batterie dies oftmals vermuten, haben wir diesen Fehler noch fas nie gesehen.
Am Boden der Zelle lagert sich elektrisch leitendes Material ab, bis es beide Platten berührt uns so einen Kurzschluss dieser Zelle verursacht.
Die Batterie lässt sich fast nicht mehr bis zur Ladeendspannung laden und die nicht kurzgeschlossenen Zellen habe eine starke Gasbildung.
Sobald die Ladung abgehängt, und die Batterie leicht belastet wird fällt die Batteriespannung auf 11V oder darunter.

Spannungsabgriff bei der Serienschaltung
Wenn man ein 24V-Batteriesystem hat, wäre es manchmal praktisch, wenn man auch einen 12V-Verbraucher anschliessen könnte. Z.B. einen 12V-Beleuchtungskörper oder sonst ein Verbraucher, welcher im Autozubehör günstig erhältlich ist. Da ist die Versuchung gross, diesen Verbraucher einfach mit einer der 12V-Batterien zu speisen.
Dies geht leider nicht lange gut. Die Batterie ohne 12V-Verbraucher wird  überladen und verliert schnell an Flüssigkeit. Die Batterie mit dem Verbraucher wird nie richtig geladen und verhungert.

In Serie geschaltete Batterien mit verschiedenen Ladezuständen
Wenn man Batterien in Serie schaltet, sollte man darauf achten, dass alle Batterien denselben Ladezustand haben. Ansonsten wird beim Laden die eine Batterie überladen, die andere zu wenig geladen.
Auch beim Entladen wird die mit dem tieferen Ladezustand zu tief entladen.
Bei offenen Blei-Säurebatterien war das noch nicht so gravierend, weil sich dies nach ein paar Vollladungen ausgeglichen hatte und man halt bei der einen Batterie etwas mehr destilliertes Wasser nachfüllen musste.  Bei GEL oder AGM-Batterien geht das nicht mehr.
Wir empfehlen deshalb, die Batterien vor der Serienschaltung einzeln auf den selben Ladezustand zu laden. Da bei einige Batterien die Kapazität mit den ersten Ladezyklen noch zunimmt, ist es sogar empfehlenswert, die Batterien einige male zu zyklieren (Laden und wieder entladen), bevor diese zusammen geschaltet werden.
Weiter empfehlen wir bei der Serieschaltung von GEL oder AGM-Batterien die Verwendung von Ladungsausgleichern

Hohe Betriebstemperatur
Eine Temperaturerhöhung um 10°C verdoppelt die interne, auf die Bleiplatten wirkende Korrosion. Deshalb kann sich die Lebenserwartung einer Batterie z.B. bei 30°C halbieren (EUROBAT-Norm liegt bei 20°C, Asiatische Hersteller nennen meisten 25°C als Normtemperatur)  Blei-Batterien sollten deshalb wenn möglich in einem Temperaturbereich zwischen 20 und 25°C eingesetzt werden.
Bei höheren Temperaturen empfehlen wir, die Spannung der Erhaltungsladung zu reduzieren.

 

Arten der wieder aufladbaren Batterien

Die Entwicklung hat verschiedene Typen von wieder aufladbaren Batterien hervor gebracht. Im Wesentlichen sind dies:

 

- Bleibatterien als Nass- wie auch als Trockenzellen

- Nickel-Kadmium (Ni-Cd) als Nass- wie auch als Trockenzellen

- Nickel-Metallhydrid als Trockenzelle

- Lithium-Ionen-Akku

 

 

 

Bleibatterie

Bei der Bleibatterie gibt es verschiedene Technologien, wie die Batteriesäure in der Batterie aufbewahrt wird. Weiter gibt es auch bei den Batterieplatten unterschiedliche Arten.

 

Verschiedene Gebinde der Batteriesäure (Elektrolyt)

Die offene Batterie ist noch immer vorherrschend. Sie besteht aus fast frei hängenden Platten, die gegeneinander isoliert sind, indem meist die negative Platte durch einen kleinen Behälter aus Polyäthylen abgetrennt ist. Dass diese Konstruktion überwiegt, beruht vor allem auf ihrem Preis. Auch wenn eine normale Autobatterie aus 130 Einzelteilen besteht, ist die Produktionstechnik verbessert worden und das Material kann recht einfach sein. Im Ergebnis erhält man eine Batterie, die billig ist und deren Leistung für viele ausreichend ist. Eine wartungsfreie MF-Batterie (Maintenance Free), MF, ist normalerweise eine offene Batterie, deren Konstruktion die Gasentwicklung hemmt und deren Batteriegehäuse so dicht ist, dass eventuelle Gase nicht entweichen können. Durch die große Säuremenge reicht die Flüssigkeit ohne Nachfüllen für die gesamte Lebensdauer aus. Die Entwicklung erfolgte in drei Schritten. Vor zwanzig Jahren überwogen so genannte Antimon-Batterien, bei denen sich der Grundstoff Antimon im Gitter befand, vor allem, um die Herstellung zu vereinfachen. Mit der Verbesserung der Produktion wurden so genannte Hybridbatterien eingeführt, bei denen das Antimon der negativen Platte durch eine Kalzium-Legierung ersetzt wurde. Die Gasentwicklung und damit der Wasserverbrauch wurden erheblich reduziert.

Der nächste Entwicklungsschritt fand in den letzten Jahren statt, das Ergebnis wird Kalzium/Kalzium-Technologie genannt. Hier wurde das Antimon in der negativen und der positiven Platte durch Kalzium-Legierungen ersetzt. Die Vorteile sind offensichtlich. Der Flüssigkeitsverlust der Batterie ist etwa 80% niedriger als in Antimon-Batterien und ihre Selbstentladungszeit ist kürzer, d. h. sie kann länger unbenutzt bleiben, ohne viel Ladung einzubüßen. Der Nachteil ist, dass sie nach einer Tiefentladung höhere Ansprüche an den Ladevorgang stellt. Die Gasentwicklung, die man möglichst vermeiden wollte, hatte nämlich auch einen positiven Effekt. Die Blasen bewegten die Säure, sodass sie beim Laden gut gemischt wurde. Ohne diese Blasen kann eine Säureschichtung mit Schichten unterschiedlicher Dichte – Säuregewichten - entstehen. Dieses Phänomen wird Stratifikation genannt und ist nicht ungewöhnlich. Bei einem Säuregewicht von 1,35 oder mehr am Grund und vielleicht 1,17 am oberen Ende, wenn ein gleichmäßiges Säuregewicht von 1,28 gewünscht wird, kann die Batterie durch Sulfatierung und erhöhte Netzkorrosion beschädigt werden, obwohl sie scheinbar vollständig geladen ist.

 

Eine ganz andere Art der Kontrolle von Flüssigkeitsverlusten ist unter der Sammelbezeichnung VRLA, Valve Regulated Lead Acid, bekannt, d. h. ventilregulierte Bleisäure. Diese Bleibatterien werden auch Trockenbatterien genannt. Hier wird das Batteriegehäuse zu einem kleinen Druckgefäß mit Sicherheitsventilen. Wenn Sauerstoff- und Wasserstoffgas eingekapselt werden, können sie miteinander reagieren und wieder Wasser bilden. Dies nennt man Rekombination und ist hervorragend dazu geeignet, Flüssigkeitsverluste fast vollständig zu verhindern. Die Einkapselung und Rückgewinnung ist zwar nicht vollständig, aber der Flüssigkeitsverlust wird um ein Vielfaches verringert.

 

 

 

VRLA existiert in zwei Hauptversionen, VRLA-GEL und VRLA-AGM (Vlies), die völlig unterschiedlich gebaut sind. In einer Gelbatterie sind der Säure einige Stoffe, meist Kieselverbindungen, zugesetzt, so dass sie geliert. Dadurch bleibt keine freie Säure über, die auslaufen kann. Das Sauerstoffgas „bohrt“ Kanäle in das Gelee von der positiven zur negativen Platte, wo es auf das Wasserstoffgas trifft und Wasser bildet. Sie haben eine gute Kapazität, aber wegen des etwas höheren Widerstands in der Säure können sie als Startbatterien an ihre Grenzen stoßen. Tiefentladungen verkraften sie sehr gut, d. h. ein Entladen der Batterie auf bis zu 20% des Ladezustands. Gelbatterien sind sehr robust und werden z. B. oft in Bodenpflegemaschinen und Golffahrzeugen eingesetzt. Wenn von Gelbatterien für Motorräder die Rede ist, handelt es sich meist um ein Missverständnis. Wahrscheinlich ist es eine AGM-Batterie.

AGM, Absorbed Glass Mat, (Vlies) hält die Säure dadurch an Ort und Stelle, dass das Trennpapier, das aus einer Glasfasermatte besteht, wie ein Schwamm wirkt. Die Kapillarkräfte im Separator verrichten die Arbeit. Die Batterien können mit sehr dünnen Separatoren gebaut werden, was den Innenwiderstand gering hält. Dadurch erzielt man aus einem kleinen Volumen eine hohe Leistung, was sie zur idealen Startbatterie macht. Der Nachteil der AGM-Batterie liegt in der Begrenzung der Säuremenge. Die gesamte Säure muss vom Trennpapier aufgesaugt werden, und wenn die kleine Säuremenge in Bleisulfat umgewandelt ist, ist der "Benzintank" leer. Um dieses Problem zu beheben, haben AGM-Batterien oft ein etwas höheres Säuregewicht. Daher kann eine AGM-Batterie bei etwas höherer Spannung aufgeladen werden, was oft sogar notwendig ist.

Die AGM (Vlies) Batterien haben den grossen Vorteil, dass sie in nahezu allen Lagen eingesetzt werden können, weil die Säure in der Glasmatte gebunden ist. Sie sollten nur nicht über Kopf geladen werden, da im Falle einer starken Überladung die Ventile nicht richtig funktionieren könnten.

 

Mehr und mehr wird die Gel-Batterie von der AGM-Batterie verdrängt. Bei Zyklen mit geringen Strömen macht es nach wie vor Sinn, Gel-Batterien einzusetzen. Auch wird der GEL-Batterie eine bessere Tiefentladefestigkeit nachgesagt.

 

AGM-Batterien sind nicht komplett gasdicht

Im Gegensatz zu den GEL-Batterien sind die AGM-Batterien nicht komplett gasdicht.  Beim Laden an der oberen Endladespannung (z.B. 14,8V bei einer 12V Batterie) kann ein leichter Gasaustritt festgestellt werden. Das bedeutet, dass eine AGM-Batterie bei jedem Ladezyklus etwas an Wasser verliert. Eine AGM-Batterie altert also auch beim Laden und sollte bei nur sehr kurzem Einsatz nicht jedes Mal wieder nachgeladen werden.

Dieser Effekt ist auch für die Serienschaltung von AGM-Batterien äusserst nachteilig. Da die Batterien immer etwas unterschiedlich sind, besteht die Gefahr, dass eine Batterie beim Laden eine höhere Ladeendspannung hat als die andere und deshalb schon früh zu gasen beginnt. Die Lebensdauer wird so stark eingeschränkt.

Abhilfe bietet da ein Ladungsausgleicher (auch Lade-Equalizer oder Batterieausgleicher genannt).

Dieses Gerät lässt einen Ausgangsstrom fliessen, damit beide Batterien nach Möglichkeit immer dieselbe Ladespannung haben. So wird das Ausgasen auf ein Minimum reduziert.

 

 

Unterschiedliche Plattenformen

Bei den Elektroden gibt es verschiedene Arten der Platten und der Legierung.

Bezüglich Platten Arten hört man Wörter wie Gitterplatten, Röhrchenplatten oder Panzerplatten

Röhrchenplatten und Panzerplatten sind das Selbe. Die Platte besteht aus einzelnen Bleistäben, welche mit dem Aktivmaterial umgeben werden. Das Aktivmaterial wird mit einem Gewebe fixiert. Panzerplatten werden nur bei der positiven Platte eingesetzt. Die negative Platte ist immer eine Gitterplatte.

Bei den preiswerten Batterien sind die positiven wie negativen Platten als Gitterplatten ausgebildet.

Hochwertige Traktionsbatterien oder spezielle Batterien für Ortsfeste Anwendungen wie die OPzS oder OPzV  (GEL) haben die positive Platte in Röhrchentechnologie.

 

Unterschiedliche Plattenlegierungen

Da reines Blei ein sehr weicher Stoff ist und die normale Elektrodenplatten damit nicht stabil genug hergestellt werden könnten, wird das Blei meistens mit anderen Stoffen legiert.

Folgende Gittermaterialien kommen zum Einsatz:

- Blei- Antimon

- Reinblei

- Reinblei-Zinn

- Blei-Calcium-Zinn

 

 

Blei-Antimon

Diese Legierung wurde vor allem in den Anfängen der Bleibatterie eingesetzt. Da Antimon ein eher teures Metall ist, wurde später vermehrt Calcium verwendet.

Gegenüber von Calcium-Batterien konnte man Blei-Antimon-Batterien auch mit tieferer Ladeendspannung (z.B. 2,3V/Zelle) schon voll laden. Deshalb ist die Ladeendspannung bei Alternatoren (Lichtmaschinen) von Oldtimern oftmals für eine gebräuchliche Batterie zu tief eingestellt. In diesem Fall empfiehlt sich, die Starter-Batterie hin und da mit einem handelsüblichen Ladegerät wieder richtig voll zu laden.

 

 

Reinblei Elektroden

Klassische Gitter- oder Panzerplatten können nicht aus reinem Blei produziert werden, da die mechanische Festigkeit des Bleies zu gering ist.

 Reinblei-Batterien werden deshalb vorwiegend als Wickelzellen (Spiralzellen) ähnlich der Optima angeboten.

 

 

Reinblei-Zinn Batterien

Diese meist als AGM-Batterien gebaut, zeichnen sich durch einen geringen Innenwiederstand aus. Somit ist der Spannungseinbruch bei grossen Strömen geringer als bei den klassischen Blei-Calcium Batterien. Die Reinblei-Zinn-Batterien werden deshalb oft in professionellen Startbooster eingesetzt. Da diese Batterie auch erheblich teurer ist, als die 'standard' Blei-Batterien besteht auch ein deutlicher Preisunterschied zwischen den Start-Boostern von Jumbo und Co und den professionellen Boostern.

Auf Grund des hohen Preises hat sich die Reinblei-Zinn-Batterie auch nicht als Starterbatterie in Autos durchgesetzt, obwohl diese bei gleicher Startleistung leichter gebaut werden könnte.

 

 

 

Anwendung der Bleibatterie

Beim Einsatz der Bleibatterie wird grösstenteils zwischen Zyklenbetrieb und Floatbetrieb unterschieden. Natürlich gibt es auch Mischformen.

 

Zyklenbetrieb

Beim Zyklenbetrieb wird die Batterie nahezu ganz entlade und möglichst rasch wieder geladen. Typische Anwendungen sind: Elektrostappler, Golftrolleys, Elektro-Rollstühle, Elektro-byke, Elektro-Skooter, usw.

Auch für ein Ferienhaus oder eine Alphütte empfiehlt sich eher eine grosse zyklenfeste Batterie für das Kleinstkraftwerk, da z.B. beim Ferienhaus übers Wochenende eher entladen wird und unter der Woche geladen wird, sei es mit einem Windgenerator oder einer Wasserturbine.

Die Entladung wie auch die Ladung erfolgen in der Regel mit hohem Strom und die Batterien werden meistens zu nahezu 100% entladen. Da die Batterie mit hohem Strom geladen wird, ist die Ladeendspannung auch höher angesetzt. Bei zyklenfesten Batterien kann mit etwa 400 Zyklen gerechnet werden, d.h. die Batterien können in etwa 400 mal geladen und entladen werden, bis sie ausgetauscht werden müssen. Natürlich hängt die Zyklenzahl von der Anwendung ab, denn die Batterien verlieren schon viel früher an Kapazität. So kann es durchaus sein, dass der elektrische Golf-Caddy schon nach einem halben Jahr nicht mehr 18 Loch durchhält, wenn Sie täglich Golf spielen und die Batterie schon zu anfangs eher knapp ausgelegt war.

 

Floatbetrieb

Im Floatbetrieb hängt die Batterie die meiste Zeit am Ladegerät, welches eine so genannte Erhaltungsladung ausführen muss. Meistens geht es darum, die ausfallende Netzspannung zu überbrücken. Typische Anwendungen sind:

Notbeleuchtung, Telekommunikationsanlagen, Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV), usw.

Da die Ladung der Batterie über eine Längere Zeit und mit kleinerem Strom vonstatten geht, wird die Ladeendspannung tiefer angesetzt, z.B. auf 13,65V pro 12V-Batterie. Normalerweise halten die Batterien im Floatbetrieb erheblich länger als im Zyklenbetrieb. Fünf Jahre sollte eher das Minimum sein. Wir empfehlen eher, eine 10-Jahresbatterie einzusetzen, sofern die erwartete Lebensdauer des USV-Gerätes auch si hoch ist.

Zyklenfeste Bleibatterien können ohne Einschränkung auch für Floatanwendungen eingesetzt werden.

 

19ZollRackBatterieDa Notstromversorgungen und Telekommunikationsanlagen oft auch im 19 Zoll Schrank untergebracht werden, wurden Batterien speziell zu diesem Zweck entwickelt. Die Breite ist so ausgelegt, dass 4 Stück nebeneinander im 19'' Rack montiert werden können. Je nach gewünschter Kapazität sind dann diese 19 Zoll Rack Batterien etwas höher.

Die Anschlüsse sind Stirnseitig, so dass die Batterien auch im eingebauten Zustand von der Türseite verdrahtet werden können.

 

 

 

 

Hochstrombatterie   

Eine weitere Spezialanwendung sind Hochleistungsbatterien, welche auf einen sehr hohen Entladestrom optimiert sind. Solche Batterien werden z.B. in Autostarthilfen eingesetzt, wo über nur kurze Zeit ein sehr grosser Strom benötigt wird.

Auch USV-Anlagen im IT-Bereich setzen eher Hochstrombatterien ein, weil dort eine relativ hohe Leistung über kurze Zeit benötigt wird (z.B. Den Server geordnet herunter fahren bei Netzausfall).

Siehe auch http://www.maurelma.ch/USV.htm

 

 

Autobatterie

Maurelma StarterDie meisten aller Bleibatterien werden im Auto als Starterbatterie eingesetzt. Wobei der Name Starterbatterie bei modernen Autos nicht mehr ausreicht, werden doch die Batterien nicht nur zum Starten verwendet, denn sonst würde eine Batterie mit geringerer Ladekapazität völlig ausreichen. Mittlerweile sind im Fahrzeug so viele Verbraucher an der Batterie angeschlossen, dass man eher von einer Batterie für das Bordnetz als von einer Starterbatterie sprechen kann. 

Trotzdem muss die Batterie für das Starten wie eine Hochstrombatterie ausgelegt sein, andererseits einen guten Floatbetrieb gewährleisten. Deshalb sind die meisten Autobatterien nicht zyklenfest und sollten auch nicht im Kleinstkraftwerk verwendet werden, da dort die Lebensdauer zu kurz wäre.

Weiter wird bei der Autobatterie der Selbstentladung wenig Rechnung getragen. Darum kann man Autobatterien nicht lange lagern, wenn die Säure bereits eingefüllt wurde. Auch deshalb macht der Einsatz im Kleinstkraftwerk wenig Sinn, weil die Selbstentladung auch immer ein Verlust darstellt. Bei den meisten Kleinstkraftwerken im Inselbetrieb muss mit der Energie sehr haushälterisch umgegangen werden.

 

Bei der Starterbatterie ist die Kapazität nicht so entscheidend. Wichtige Grösse bei der Autobatterie ist der der Kaltstartstrom, angegeben in Ampere [A].

ACHTUNG! Dem Kaltstartstrom liegen unterschiedliche Normen zugrunde. Zusammen mit dem Stromwert sollte immer auch die Norm beachtet werden.

 

 

Kälteprüfstromvergleich für Starterbatterien
nach unterschiedlichen Normen

(Kaltstartstrom ist ein Massstab für die Startfähigkeit einer Batterie bei tiefen Temperaturen von -18°C)

1. DIN (Deutsches Institut für Normung 43 539 Teil 2)

Test wird bei -18°C durchgeführt. Die vollgeladene Batterie wird mit Kälteprüfstrom (Icc) bis 6 Volt entladen.
Die Spannung soll nach 30 Sekunden noch mindestens 9.0 V (U30 = 9.0 V) und die Zeit bis zur Erreichung von 6 V noch mindestens 150 Sekunden (t6v > 150 sec.) betragen.

2. SAE (Amerikanische Norm)

Der Test wird bei -18°C durchgeführt. Die Entladezeit mit dem Kälteprüfstrom bis 7.2 V soll mindestens 30 Sekunden betragen.

Umrechnungsformel: SAE =

DIN

x 3 + 40

2

3. IEC (International Electrotechnical Commission) 95-1

Der Test wird bei -18°C durchgeführt. Bei einer Entladung mit dem Kälteprüfstrom (Icc) soll die Spannung nach 60 Sekunden noch mindestens 8.4 V betragen.

Umrechnungsformel: IEC =

DIN

0.85

Reservekapazität
Die Reservekapazität ist die Kapazitätsreserve, die die Batterie in Minuten bei Ausfall der Lichtmaschine liefern kann, bis eventuell die nächste Werkstatt erreicht wird. Sie ist jedoch von den Verbrauchern im Auto abhängig. IEC sieht folgenden Test vor:
Entladung mit 25 A bis zu einer Schlussspannung von 10.5 V bei einer Temperatur von 27°C.
Gemessene Zeit in Minuten = Reservekapazität

4. EN (Europa-Norm) 60095-1

Test wird bei -18°C durchgeführt. Die Entladezeit soll nach einer Entladung mit dem Kälteprüfstrom
Icc bei einer Schlussspannung von 7.5 V mindestens noch 10 Sekunden betragen.
Ausserdem muss die Batterie noch 2 weitere Anforderungen erfüllen. Die Zeit bis 6 V Schlussspannung soll betragen:
Nach C1:t6v = 90 Sekunden
Nach C2:t6v = 150 Sekunden

Umrechnungsformel:

EN (C1) =

IEC

         

IEC =

DIN

0.6

0.85

 

EN (C2) =

IEC

                              

IEC =

DIN

DIN

0.6

0.6 x 0.85

0.51

Kaltstart-Umschlüsselungstabelle
Aus der nachstehenden Liste ersehen Sie die Kaltstartströme der einzelnen Normen im Vergleich:

DIN

SAE

IEC

EN

in Ampere

in Ampere

in Ampere

in Ampere

60

100

65

100

85

150

95

140

110

200

130

180

140

250

160

230

170

300

195

280

200

350

225

330

225

400

260

360

255

450

290

420

280

500

325

480

310

550

355

520

335

600

390

540

365

650

420

600

395

700

450

640

420

750

485

680

450

800

515

760

480

850

550

790

505

900

580

860

535

950

615

900

560

1000

645

940

590

1050

680

1000

620

1100

710

1040

645

1150

745

1080

675

1200

775

1150

700

1250

810

1170

730

1300

840

1220

760

1350

870

1270

790

1400

905

1320

815

1450

935

1360

Im Gegensatz zur Kapazität lässt sich der Kaltstartstrom mit dem entsprechenden Messgerät  in sehr kurzer Zeit messen. Der Garagist kann, wenn die Daten der Starter-Batterie bekannt sind, sofort sagen, ob die Batterie noch in Ordnung ist. 

Anmerkung: Bezüglich der Kapazität der Zyklen Batterie geht das leider nicht so schnell. Hier hilft nur ein komplettes Laden und anschliessedes Entladen, z.B. mit einem Kapazitätstestgerät.

Auf was soll beim Kauf einer Starterbatterie geachtet werden:

  •  Der Kaltstartstrom [A oder CA]  sollte so gross sein wie bei der bereits eingesetzten Batterie.  Dabei auf die unterschiedlichen Normen (EN, SAE, IEC, DIN) achten.

  • Die Nennkapazität [Ah] sollte nicht strak von dem Wert der eingesetzten Batterie abweichen.

  • Die Anschlusspole können z.B. bei asiatischen oder amerikanischen Autos von den üblichen konischen Polen abweiche.

  • Die Polanordnung muss beachtet werden, sonst sind unter Umständen die Anschlusskabel zu kurz. Es werden z.T. identische Batterien angeboten, bei welchen der Plus-Pol rechts anstelle links ist.

  • Ganz wichtig sind die Abmasse, damit die Batterie auch in den Einbauraum passt.

  • Oft wird die Batterie an der Bodenleiste befestigt. Wenn diese fehlt oder falsch ist, kann die Batterie nicht richtig befestigt werden. 

 

Technologien der Starterbatterie (Starterbatterie)

Flüssigbatterie (Säurebatterie)

Starterbatterien werden meistens noch als wartungsfreie Flüssigbatterie eingesetzt. D.h. die Batterie ist aufgebaut wie eine offene Bleibatterie mit Schwefelsäure/Wasser als Elektrolyt. 
Abgedichtet ist die Batterie mit Labyrinth Dichtungen welche verhindern, dass Flüssigkeit beim Abkippen auslaufen kann.  Trotzdem können Gase ungehindert entweichen. Oftmals ist zu diesem Zweck ein Anschluss für ein Schläuchen vorgesehen.

 

AGM-Batterie
Neuere Start/Stopp-Automatik an den Autos verlangt auch nach stärkeren und robusteren Batterien. Deshalb findet man auch öfters AGM-Starterbatterien (Vlies-Autobatterien).  Diese sind einiges zyklenfester als die klassischen Autobatterien.

Spiralzellen-Batterie
OptimaDie Rundzellen- oder Wickelzellenbatterie ist eine Spezialform der AGM-Batterie. Durch das Aufwickeln der Zellen ergibt sich eine Stabilität, sodass der Kalziumanteil im Blei massiv reduziert werden kann. Dies führt zu geringeren Innenwiederständen was die Strombelastbarkeit erhöht. So können bei gleicher Kapazität (und Gewicht) erheblich grössere CA-Werte erreicht werden.
Dieser Batterietyp gilt allgemein auch als vibrationsfester als herkömmliche Blei-Säure-Batterien.


EFB-Batterie
Die EFB (Enhanced Flooded Batterie) wird vor allem bei Fahrzeugen mit Start/Stopp-Automatik eingesetzt.  Sie ist eine verstärkte konventionelle Säurebatterie. Durch spezielle Zusätze und der Verwendung eines Polyester Scheiders erfährt die Aktivmasse zusätzlich Halt. Die Batterie erreicht dadurch eine verbesserte Zyklenfestigkeit und ist extrem rüttelfest. Die Firma ctek hat für diese Batterie wie auch für die AGM-Batterie in Start/Stopp-Fahrzeugen speziell dafür das Ladegerät CT5 Start/Stop auf den Markt gebracht.
 

Li-Ion-Starterbatterien
Wenn das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt (Rennbereich) werden auch Li-Ion-Batterien eingesetzt. Diese sind jedoch noch mit Vorsicht zu behandeln. Im Gegensatz zu den Li-Ion-Systemen im Zyklenbetrieb (Elektrofahrzeuge, Verbraucherbatterie im Wohnmobil und Schiff)  verfügen  die Li-Ion Starterbatterien meistens nicht über ein Batteriemanagementsystem, welches die Zellen überwacht und die Ladung ausgleicht.

 

Solarbatterie

OPzS-BatterienDie Solarbatterie, auch Solarakku genannt, ist eine Zyklenbatterie, welche meistens noch in Blei ausgeführt ist. Sie wird in Inselanlagen eingesetzt und von Solarmodulen über Solarladeregler geladen. Die Batterie wird stationär betrieben. Es können Nasszellen oder 'Trockenbatterien' verwendet werden. Beim Einsatz von Nasszellen ist darauf zu achten, dass das Elektrolyt von Zeit zu Zeit wieder mal durch Gasen durchmischt wird. Bei 'Trockenbatterien'  (AGM, GEL) darf dies nicht geschehen.

Gerade bei Wochenendbetrieb sollte die Kapazität der Batterie gross gewählt werden, damit die gesamte Sonnenenergie, welche über die Woche anfällt, auch genutzt werden kann. Die Batterie darf aber auch nicht zu gross gewählt werden, damit sie auch wirklich gefüllt wird, denn wenn eine Bleibatterie nicht von Zeit zu Zeit voll geladen wird, bilden sich schädliche Sulfatschichten. Wird ein Wechselrichter an der Batterie angeschlossen, sollte die Kapazität der Batterie in etwa dem fünffachem Nennstrom des Wechselrichters entsprechen. 12V-Bleibatterien sind bis zu einer Kapazität von ca. 260Ah erhältlich. Bei grösseren Kapazitäten werden 2V-Elemente eingesetzt.

Bei Solarinselanlagen sollte unbedingt ein Gerät vorhanden sein, welches verlässliche Informationen über den Ladezustand der Batterie anzeigt.

Wenn dies nicht schon der Solarladeregler macht, weil grössere Verbraucher nicht über diesen Regler geschaltet werden können, empfehlen wir, einen separaten Batteriemonitor einzusetzen.

Solaranlagen, welche professionell betrieben werden, oder bei welchen das Austauschen der Batterien mit erheblichen zusätzlichen Kosten verbunden ist (z.B. mit Helikopterflug) sollten Batterien mit Panzerplatten (Röhrchenplatten, OPzS oder OPzV) verwendet werden. Diese haben eine deutlich höhere Zyklenzahl.

  


Batterieanschluss

Etliche wartungsfreie Bleibatterien (AGM- oder Gelbatterien) können bei gleichen Abmassen mit unterschiedlichen Anschlüssen geliefert werden. Es lohnt sich deshalb, sich nicht nur auf das Bild zu verlassen sondern auch in der Beschreibung die Anschlussart zu kontrollieren.

Einen Überblick über die verschiedenen Anschlüsse findet man im Dokument 'Ritar Battery Terminal Illustration'

 

 

 

Geometrische Grösse der Batterien

260Ah-BatterieBleibatterien sind vorwiegend als 12V (6 Zellen), 6V (3 Zellen) oder als 2V (eine Zelle) Blöcke erhältlich. Dabei entscheidet vor allem das Gewicht der Blöcke, welche Spannung gewählt wird. Die Blöcke sollten noch ohne spezielle Hebezeuge eingesetzt werde können.
Deshalb sind 12V-Blöcke nur bis zu einer Kapazität von  ca. 260Ah erhältlich.




Grössere Kapazitäten werden dann vorwiegend mit 6V-Elementen oder mit  2V-Elementen realisiert. Parallelschalten von Zellen oder Blöcken ist nicht zu empfehlen.

 

Temperaturverhalten

Da in der Bleibatterie chemische Prozesse ablaufen, hat die Temperatur einen Einfluss auf das Verhalten der Batterie. Es lohnt sich deshalb, den Einsatztemperaturbereich zu kontrollieren. Viele Bleibatterien können unter 0°C nicht mehr seriös geladen werden.

Intelligente Laderegler wie die PL-Serie oder der Outback MPPT-Laderegler bieten die Option eines Temperatursensors mit welchem die Ladeendspannung der Temperatur angepasst werden kann. Auch diverse Ladegeräte haben den Sensor bereits im Lieferumfang dabei oder er ist als Option erhältlich.

Wenn die Batterie in einem grossen Temperaturbereich geladen werden muss, sollte auf die Temperaturkompensation nicht verzichtet werden.

 

In der Regel wird pro Zelle 0.005V / °C kompensiert, ausgehend von 25°C. Bei einigen Ladereglern kann diese Kompensation angepasst und in den Enden limitiert werden.

 

Höhere Temperaturen führen dazu, dass die Batterie schneller altert durch interne Korrosion. Schon 10°C höher als die Nenntemperatur (z.B. 35°C) halbiert die Lebensdauer. Dies ist vor allem in USV-Anlagen extrem wichtig zu wissen.

 

 

Überwintern von Bleibatterien

Bleibatterien entladen sich mit der Zeit selber, auch wenn kein Verbraucher angeschlossen ist. Die Batterien sollten jedoch nie tief entladen werden, da sie dabei ihre Kapazität immer mehr verlieren. Deshalb können Bleibatterien auch nicht über längere Zeit gelagert werden, ohne dass diese defekt gehen.  Gute AGM oder GEL-Batterien haben zwar eine geringe Selbstentladung von ca. 3% pro Monat.

Wir empfehlen die Batterien alle 4 Monate nachzuladen oder direkt ein qualitativ hochwertiges Schwebeladegerät anzuschliessen.

 

Abkürzungen und Kurzbezeichnungen bei Bleibatterien

Da Bleibatterien schon eine etwas ältere Technologie ist, haben sich schon einig Kurzbezeichnungen und Abkürzungen etabliert.

Diese sollen hier, soweit bekannt, erläutert werden.

 

Abkürzung Erklärung Bemerkung Anwendung
Blockbatterie Batterie, welche aus mehreren Zellen besteht, welche in einem Gehäuse untergebracht sind    
AGM Acid Glas Mate: Bezeichnung für eine Batterie, in welcher das Gemisch aus Säure und Wasser in einer Glasfasermatte gebunden ist. Im deutschen Sprachraum wird die Batterie oft auch Vlies-Batterie genannt. Die Batterie ist geschlossen und komplett wartungsfrei. Sie kann in jeglicher Lage verbaut werden ausser, dass sie nicht über geladen werden darf. Die Anwendungen der AGM-Batterie reichen über Stand-By Batterien in Notstromversorgungen über Traktionsbatterien, Starterbatterien bis zu Solarbatterien.
GEL Säure und Wasser sind bei dieser Batterie in einem GEL gebunden, ähnlich dem GEL, welchen in die Haare gestrichen wird. Komplett Wartungsfrei und geschlossene Batterie. Die Eigenschaften sind ähnlich der AGM-Batterie, wobei die GEL-Batterien eher einen höheren Innenwiederstand hat, dafür Tiefentladungen besser verkraftet. Es können tendenziell auch mehr Zyklen gemacht werden. Oft eingesetzt als Verbraucherbatterie in Wohnmobilen oder Booten. Ideal als Solarbatterie. Sie ist auch für viele Antriebsanwendungen geeignet.
 
VRLA Valve Regulated Lead Acid: Ventil regulierte Blei-Batterie. Die meisten AGM und GEL-Batterien sind ventilreguliert. Es handelt sich dabei um ein Sicherheitsventil, welches öffnet, wenn in der Batterie einen zu hohen Überdruck entsteht. In der Ladeendphase der Hauptladung (z.B. bei 14,6V einer Bleibatterie) bildet sich Wasserstoff und Sauerstoff, welcher intern wieder zu Wasser kombiniert wird. Erhält nun eine Batteriezelle eine zu hohe Spannung, weil z.B. die Ladeendspannung zu hoch angesetzt wurde oder eine Zelle in Serie einen Kurzschluss hat, bildet sich mehr Gas als kombiniert werden kann. Der Druck in der Zelle steigt an und das Ventil öffnet sich.  Die Zelle verliert dann an Wasser, was zu frühzeitigem Ausfall führen kann. Siehe AGM und GEL
OPzS Ortsfeste Blei-Batterie mit verdünnter Schwefelsäure und Röhrenplatten (Panzerplatten) beim positiven Pol.
Ortsfeste Panzerplatten mit Säure
Diese Batterien zeichnen sich durch eine hohen Zyklenzahl aus.
Von den Herstellern werden 1200 Zyklen bei 80% Entladung angegeben. Die Batterien sind nicht komplett werdungsfrei. Z.T. sind Rekombinations-Stopfen verfügbar, damit das Wasserstoff-Sauerstoffgemisch wieder automatisch zu Wasser wird.
Die Batterie wird oft aus 2V-Zellen oder 6V-Blöcken zusammengestellt.
OPzS-Batterien werden in grösseren Kommunikationsanlagen, Notbeleuchtungen, EDV-Anlagen oder Solaranlagen eingesetzt.
Vor allem dort, wo die hohe Zyklenzahl vorteilhaft ist.
OPzV Ortsfeste verschlossene Blei-Batterie mit GEL und Röhrenplatten (Panzerplatten) beim positiven Pol.
Ortsfeste Panzerplatten Ventilreguliert 
Ähnlich wie die OPzS-Batterie kann auch bei der OPzV mit einer hohen Zyklenzahl gerechnet werden. Die Zellen sind komplett geschlossen und Ventilreguliert (VRLA). Somit total wartungsfrei.
Die OPzV ist meistens teurer als die OPzS.
Die Anwendung ist ähnlich wie bei der OPzS wenn Wartungsfreiheit und kein Gasaustritt wichtig sind.
OGiV Ortsfeste verschlossene Blei-Batterie mit GEL oder meist AGM. Beide Platten sind Gitterplatten.
Ortsfeste Gitterplatten Ventilreguliert
Die OGiV-Batterien sind auf eine Lange Lebensdauer im Standby (Floatbetrieb) ausgelegt. Die Lebensdauer beträgt ca. 10 bis 12 Jahre. Bei den Zyklen kann man so von 300 ausgehen. Vorwiegend bei Unterbrechungsfreien Stromversorgungen wie Notbeleuchtung, Alarmanlagen, Kommunikationsanlagen, EDV-Anlagen, usw. Überall dort wo normalerweise ein 230VAC-Netz zur Verfügung steht.
GiS Traktionsbatterie (Antriebsbatterie) mit verdünnter Schwefelsäure. Beide Platten sind Gitterplatten.
Gitterplatten Säure
Relativ hohe Zyklenzahl von ca. 700 (bei 80% Entladung), jedoch nicht Wartungsfrei. Diese Batterien finden man in elektrischen Kommunalfahrzeugen oder in Elektrofahrzeugen auf Golfplätzen. Dieser Batterietyp wird mehr und mehr durch GEL- oder AGM-Batterien (GiV) ersetzt.
GiV Ventilregulierte Traktionsbatterien mit Gitterplatten. Meist GEL oder AGM-Batterien
Gitterplatten Ventilreguliert
Diese Batterien sind komplett wartungsfrei, weisen jedoch oft eine geringere Zyklenzahl auf als die GiS-Batterien. (GEL ca. 700 Zyklen bei 75% Entladung, AGM ca. 500 Zyklen bei 80% Entladung)
Die AGM-Batterien sind dafür einiges günstiger
Diese Batterien finden man in elektrischen Kommunalfahrzeugen oder in Elektrofahrzeugen auf Golfplätzen. Bei täglichem Einsatz sind die GEL-Batterien oder GiS-Batterien den AGM-Batterien vorzuziehen,
PzS Offene Traktionsbatterie (Antriebsbatterie) mit Röhrenplatten und verdünnter Schwefelsäure Dank der Röhrenplatten zeichnet sich diese Batterie durch eine hohe Zyklenzahl aus. Sie ist jedoch nicht wartungsfrei. Viele Hersteller bieten jedoch auch ein automatisches Nachfüllsystem ab. Meistens besteht die Batterie aus einzelnen 2V-Zellen, welche in Serie geschaltet sind. Die meisten elektrischen Flurförderfahrzeuge (Stapler) und Elektrofahrzeuge im Kommunalbereich oder Autofreien Orten sind mit dieser Batterie bestückt. Da diese Batterien meistens täglich geladen werden ist die Lebensdauer eher über die Zyklenzahl definiert
PzB Geschlossene Traktionsbatterie (Antriebsbatterie) mit Röhrenplatten und verdünnter Schwefelsäure Ähnlich wie die PzS Ähnlich wie die PzS
PzV Verschlossene Traktionsbatterie (Antriebsbatterie) mit Röhrenplatten.  Das Säure-Wassergemisch ist meist in einem GEL gebunden Ähnlich wie die PzS verfügt die PzV auch über Röhrenplatten und eine hohe Zyklenzahl. Diese Traktionsbatterien werden vorwiegend dort eingesetzt wo Wartungsfreiheit ein Vorteil ist oder kein Gasaustritt verlangt wird.
 

 

 

 

 

Nickel-Kadmium Zellen

Diese wieder aufladbare Batterie ist bekannt von den portablen Heimelektronik. Es kann mehr Energie pro Kilogramm gespeichert werden als bei der Bleibatterie. Es werden aber nur Batterien mit kleiner Kapazität (so bis 8Ah) angeboten. Diese Batterien werden mehr und mehr von den Nickel- Metallhydrid Batterien verdrängt. Im Gegensatz zur Bleibatterie darf die Nickel-Kadmiumzelle bedenkenlos bis zum Äussersten entladen werden.  Ja es ist sogar gut, wenn sie zwischendurch möglichst tief entladen wird. Schlimmer für diese Zellen ist, wenn wenn sie nur wenig entladen und dann wieder geladen werden. Dies bewirkt ein sog. Memory-Effekt. Es scheint dann, wie wenn sich der Akku merken würde, wie tief er normaler weise entladen wird. Er kann mit der Zeit nicht mehr tiefer entladen werden, als sein gewohnter Entladezyklus. Damit  schwindet seine Kapazität dahin.

Kadmium gilt als sehr giftig, giftiger als das Blei.

 

Nickel-Kadmium Nasszellen

Ähnlich wie bei den Bleibatterien gibt es auch die Nickel-Kadmium Batterie als offenes System. Dieses System kommt noch bei enorm grossen Anlagen oder bei einigen alten Eisenbahnanwendungen vor.

 

 

Nickel-Metallhydrid Akkumulatoren

Wie schon oben erwähnt, ersetzt diese Batterie mehr und mehr die Nickel-Kadmium Zellen. Die Energiedichte ist höher und der Memory-effekt soll kleiner sein als bei der Nickel-Kadmium. Obwohl auch die Ni-MH-Batterien mehr und mehr durch Li-Io-Batterien ersetzt werden, haben diese Batterien durchaus ihre Daseinsberechtigung. Der grosse Vorteil ist, dass die Nickel-Metallhydrid Batterien auch ungeladen gelagert werden können, ohne dass sie schaden nehmen. Bleibatterien oder Lithiumbatterien haben zwar meistens eine geringe Selbstentladung und können nach dem Laden über Monate gelagert werden. Hat sich die Bleibatterie oder Li-Io-Batterie aber mal ganz entladen, kann diese im Extremfall nicht mehr geladen werden.

Bei Kleingeräten wie Dynamo-Leuchten oder  Solar-LED-Mützen, welche unter Umständen lange nicht geladen werden, sollten Nickel-Metallhydrid Akkus eingesetzt werden.

 

 

Lithium-Ionen-Akku

Im Gegensatz zur Bleibatterie und der NiCd-Batterie, verhält sich das Lithiumsystem anders. Es weist neben einer deutlich höheren Energiedichte auch ein anderes chemisches Grundprinzip der Energiespeicherung auf. 

Bei Lithium-Ionen Systemen stellt Lithium als Element oder Ion bzw. Atom nur die aktive Spezies dar. In den Elektroden werden die Lithiumatome jeweils als Gastatome in einem Wirtgitter gespeichert. Die Wirtmaterialien können dabei verschiedene Stoffe sein.  Als positive Anode kommen z.B. LiMn2O4, LiCoO2 oder LiFePO4 in Frage. Bei der negativen Elektrode trifft man z.B. Lithium-Metall, Graphit oder auch Li-Si an.

 

Der Lithium-Ionen Akkumulator gilt als die Batterie der Zukunft. Er hat eine der höchsten Energiedichte  unter den wieder aufladbaren Batterien welche serienmässig hergestellt werden. Lange Zeit war sein grosses Manko, dass er nicht grosse Stromstärken liefern konnte. Dies hat sich aber mehr und mehr verbessert.  Dank der hohen Energiedichte eignet sich dieser Akku vor allem für mobile Geräte wie Notebooks, Mobil-Telefone und Elektrofahrräder. Im Gegensatz zu den Nickel-Metallhydrid- oder Nickel-Kadmium Akkus sollten die Lithium-Ionen Akkumulatoren im geladenen Zustand gelagert werden.

Die Entwicklung ist im vollen Gange. Deshalb gibt viele unterschiedliche Ansätze und Produkte im Bereich der Lithiumbatterie. Für die Elektroden wie auch für die Separatoren werden  unterschiedliche Materialien eingesetzt was auch zu unterschiedlichen Eigenschaften führt.

 

Im Gegensatz zu Bleibatterien kann die gesamte Ladung [Ah], welche in die Batterie eingeladen wurde, auch wieder entnommen werden. Da ja das Laden bei einer höheren Spannung geschieht als das Entladen, ist der Wirkungsgrad trotzdem nicht 100%, aber bedeutend höher als bei einer Bleibatterie. Die unterschiedliche Spannung beim Laden und Entladen basiert auf dem Innenwiderstand der Batterie.

 

 Bleibatterien verhungern (sulfatisieren), wenn sie nicht von Zeit zu Zeit voll geladen werden.  Li-Ion-Batterien nehmen keinen Schaden wenn sie nicht voll geladen werden. Im Gegenteil. Wenn man die Lithiumbatterien nicht an die maximale Spannung lädt, leben diese länger.

 

 

ACHTUNG: Lithium-Ionen-Elemente haben eine hohe Energiedichte und Lithium reagiert sehr stark mit Feuchtigkeit. Unsachgemässes Laden und Entladen von Lithiumelementen kann je nach Batterietyp gefährlich sein. Überhöhte Wärmeentwicklung bis zu Brand kann die Folge sein.

 

Da die Gruppe der Li-Ion-Akkus so gross ist, bleibt die untenstehende Auflistung nur Stückwerk.

 

 

Lithium-Polymer Akku

 Als Separator wird eine Polymerschicht verwendet.

Mit dem neuen Zellenaufbau lassen sich bei gleichem Energie-Innhalt kleinere und leichtere Zellen bauen. Der Li-Po Akku ist wohl der Akkumulator mit der grössten Energiedichte, welcher zur Zeit serienmässig auf dem Markt erhältlich ist. Leider ist der Preis noch verhältnismässig hoch. Deshalb werden diese Batterien nur eingesetzt, wenn das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt.

Ein weitere Vorteil der Lithium-Polymer Akkus ist, dass sich nahezu kein Memorieffekt mehr bemerkbar macht.

Li-Po-Akkus haben eine hohe Zellennennspannung von  3,7V. Die Ladeendspannung ist bei 4.2V. Diese sollte auf keinen Fall überschritten werden. Ein Überschreiten könnte zur Zerstörung der Zelle führen. Unterhalb der Ladeendspannung darf die Zelle nur mit einem Strom von 1C (1x die Kapazität) geladen werden.

 

 

Lithium Eisend Phosphat LiFePO4 (LFP)

 

Bild LiFePO4Lithiumeisenphosphat (Abgekürzt LFP) zeichnet sich durch sehr hohe thermische Stabilität aus. Es besitzt eine entnehmbare Kapazität von bis zu 160 mAh/g bei einer theoretischen Kapazität von 168mAh/g, wobei die mittlere Spannung 3,2V pro Zelle beträgt. Die Batterien findet man auch unter dem Namen Lithium-Phosphat-Batterien.

 

Mittlerweile sind die LiFePO4 auch preislich in einem akzeptablen Rahmen.

Mit 3000 Ladezyklen (bei 80% Entladung) haben sie eine 8 bis 10 mal höhere Lebensdauer als herkömmliche Zyklenbatterien mit Blei. Somit ist auch der höhere Preis gerechtfertigt.

 

Der Hersteller Winston Battery setzt für eine bessere Stabilität der Batterie auch das Selten Erden Element  Yttrium ein und nennt die Batterie dann LiFeYPO4.

 

 

Vorteile SnapshotLFP
: keine Sauerstoffentwicklung
: kein Lithiumüberschuss in der Kathode
: Überladen führt nicht zur Galvanisierung von Lithium
: niedrige Kathodenspannung – weniger elektrolytische Oxidation, längere Lebensdauer
: exzellente Schnellladefähigkeit
: hohe Stromfestigkeit ohne Kapazitätseinbuse

: hohe Zyklenzahl

: geringes Gewicht

: hohe Sicherheit

: Lange Lebensdauer

 

Besonders wegen des exzellenten Sicherheits- und Alterungsverhalten kann das System in Zellen mit hoher Kapazität für Anwendungsbereiche in der Traktion eingesetzt werden.

 

Diese Batterie überzeugt nicht nur wegen der grossen Energiedichte sondern auch wegen der hohen Zyklenzahl.  Bei einer klassischen Bleibatterie (Zyklenbatterie) spricht man von 400 Zyklen bei voller Entnahme, bei einer OPz-Batterie von 1500 bei 80%.  Bei Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien werden auch schon mal 3000 Zyklen genannt. 

 

 

LiFePO4-ZellenBis anhin waren Lithium-Ionen Batterien nur für kleine Kapazitäten erhältlich. Mittlerweile sind LiFePO4-Module auch bis zu 160Ah (bei 16V Ladeendspannung) erhältlich. Sollte dies nicht ausreichen oder eine andere Spannung notwendig sein, können auch grössere 3,2V-Zellen in Serie geschaltet werden. Mit 4 Zellen erhält man eine Batterie, welch sehr nahe an die 12V-Bleibatterie heran kommt.

Mit diesen LiFePO4-Zellen kann durch Serieschaltung auch eine andere Spannung erzeugt werden.

Klassische Grössen sind 24V mit 8 Zellen oder 48V mit 15 Zellen. Da bei der Serieschaltung der LiFePO4-Zellen höhere Spannungen entstehen als bei der Bleibatterie, kann bei 48V auf eine Zelle Verzichtet werden.

 

Im Gegensatz zu den Lithium-Polymer-Batterien gelten die LiFePO4-Batterien als weniger kritisch, was das Brandrisiko anbetrifft.

Wir gehen davon aus, dass die Bleibatterien in sehr vielen Anwendungen durch die LiFePO4-Batterien ersetzt werden.

 

Nachteile der LiFePO4

LiFePO4 sind empfindlicher auf unsachgemässe Behandlung und Überbelastungen. Die Zellen können unterschiedliche Ladungszustände nicht selber ausgleichen wie die Bleibatterien.

Die Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien sind nicht viel gefährlicher als Bleibatterien, können aber bei unsachgemässem Einsatz viel schneller Schaden nehmen. Überladen, Tiefentladen, Kurzschluss, usw. führt in der Regel zu einer Beschädigung der Batterie. Gas und Staub kann bei Überhitzung oder Überladung austreten. Diese Gase und Staube sind äusserst Giftig und können auch Krebs verursachen

Deshalb wird unbedingt empfohlen, ein Batteriemanagementsystem oder zumindest eine Schutzschaltung (Protecting Board) zu verwenden. Die Anschlüsse sind von Zeit zu Zeit auf gute Verbindung zu kontrollieren, damit nicht keine Überhitzung der Pole entstehen kann.

 

Weiter ist ein interner Kurzschluss der Zelle nie ganz auszuschliessen. LiFePO4-Batterien sollten deshalb nur bei guter Belüftung eingesetzt werden.

 

Die LiFePO4 Batterien finde man auch unter der Bezeichnung LiFeYPO4 zu finden, weil ein Hersteller auch das Seltenerdemetall Yttrium einsetzt.

Starterbatterien in LiFePO4

Li-Ion StarterbatterieAuf Grund des geringen Gewichtes werden gerade im Rennbereich auch Li-Ion Starterbatterien angeboten.  Da für das Starten eines Verbrennungsmotors ein sehr grosser Strom benötigt wird, haben diese Li-Ion Starterbatterien meistens kein integrierte BMS. Deshalb sollten diese Batterien nicht als Zyklenbatterie (Solarbatterie, Antriebsbatterie, usw.) eingesetzt werden. Durch den Alternator werden diese Batterien nur bis ca. 14,4 bis 14,8V geladen, sodass die Wahrscheinlichkeit gring ist, dass eine Zelle überladen wird.

Die klassischen intelligenten Ladegeräte für Bleibatterien eignen sich nicht für die Lithiumphosphatbatterien. Einfache Blei-Ladegeräte nach dem i-u Ladeverfahren (konstanter Strom bis die Ladeendspannung erreicht ist) können für die LiFePO4-Batterie eingesetzt werden.

Für den Einsatz als Zyklenbatterie sollten unbedingt Einzelzellen oder Seriemodule verwendet werden, welche dann in Serie geschaltet werden. Äusserst empfehlenswert ist auch, ein passendes Batteriemanagement einzusetzen, welches ein Überladen der Zellen verhindern kann.

 

Typische Anwendung der LiFePO4 (LFP)

- Elektrofahrzeuge wie E-Bikes, Elektrotransporter, Elektroboote, usw

- Energiekoffer

- Powertools

 

 

 

LiFeMnPO4

Bild_LiFeMnPO4Die Li-Ion-Batterie LiFeMnPO4 hat ähnliche Eigenschaften wie die LiFePO4. Die Nennspannung ist auch 3,2V.

Die Ladeendspannung wird mit 3,65V angegeben.

Der grosse Vorteil dieser Batterie ist die höhere Energiedichte. So hat beispielsweise die 100Ah LiFeMnPO4 eine Energiedichte von 114Wh/kg, die 100Ah LiFePO4 nur 91Wh/kg.

Als Nachteil kann jedoch die kürzere Lebensdauer angesehen werden. Werden bei LiFePO4 3000 Zyklen (80% Entladung) angegeben, so sind es bei der LiFeMnPO4 nur 1500 Zyklen.

 

Überall dort, wo das Gewicht eine entscheidende Rolle spielt, die Lebensdauer aber untergeordnet ist, kann diese Batterie eingesetzt werden,

z.B. in Elektroboote oder Elektrofahrzeugen, welche nur am Wochenende gebraucht werden.

Bei Elektrofahrzeugen im täglichen Gebraucht ist die LiFePO4 vorzuziehen.

  

 

LiMn2O4  (LMO)

SnapshotLMODie Lithium-Mangan-Batterien sind eine Alternative zu den Bleibatterien, wenn das Gewicht eine Rolle spielt aber der Preis für die LiFePO4 zu hoch ist. Die Energiedichte ist mit den LiFePO4 vergleichbar. Weiter haben die LiMn2O4 mit 800 Ladezyklen (bei 80% Entladung) eine rund doppelte Lebensdauer im Zyklenbetrieb, als zyklenfeste Bleibatterien.

Die Nennspannung der Zellen wird mit 3.7V angegeben.

Preislich kann so etwa mit Faktor 3 zur Bleibatterie gerechnet werden. Die LiMn2O4 findet man oft als e-Bike-Batterie. Beim durchschnittlichen Gebrauch reichen die 800 Ladezyklen bei einem Pedelec über eine lange Zeit

Interessanter Weise stellen jedoch viele Hersteller von LiMn2O4 auf LiFePO4 um.

 

 

Typische Anwendung der LiMn2O4 (LMO)

- Power Tools

- E-Bike Batterien

- Elektrofahrzeuge

 

 

LiNiMnCoO2 (NMC)

SpiderwebNMCVereinzelt werden auch Batterien mit der Bezeichnung LiNiCoMnO2 angeboten. Oftmals werden diese Li-Ion-Batterien auch nur LiNiCoMn oder Nickel-Mangan-Kobald genannt. Die Eigenschaften sind vergleichbar mit den LiMn2O4, wobei die Energiedichte doch etwas höher ist. Wenn die Sicherheit und die Lebensdauer auch noch erhöht werden können, haben diese Zellen grosse Chancen im Elektromobil-markt. Die Zyklenzahl wird auch mit 800 angegeben. Sie sind jedoch leicht günstiger.

 

Typische Anwendung der NMC-Batterie

- E-Bike Batterie

 

 

 

(Quellenangabe: Spinnenweben und einige Inhalte zu den Li-Ion-Batterien kamen von  http://batteryuniversity.com/learn/article/explaining_lithium_ion_chemistries )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Verschalten von Batterien

In der Regel können Batterien in Serie aneinander geschaltet werden um eine höhere Spannung zu erhalten. Auch können Batterien parallel verschaltet werden, was zur einer Erhöhung der Ladekapazität führt.

Für beide Schaltungsarten ist zu empfehlen, dass Batterien gleichen Typs (Ladekapazität, Hersteller, Alter) verwendet werden.

 

Serieschaltung

AqualizerschemaMit gewisser Vorsicht können die Batterien fast für jede beliebige hohen Spannung in Serie geschaltet werden. Dabei ist es aber unwahrscheinlich wichtig, dass die Batterien immer den gleichen Ladezustand haben. Es empfiehlt   sich deshalb, die Batterien vor dem Zusammenschalten mit einem herkömmlichen Ladegerät vollkommen zu laden. Selbst wenn auch nur 2 Bleibatterien für ein 24V-System in Serie geschaltet werden, ist darauf zu achten, dass die Batterien nicht unterschiedlich geladen sind. Wird dem nicht Beachtung geschenkt, so wird die schlechter geladene Batterie bei einer tiefen Entladung zerstört.

Damit die volle Kapazität ausgenutzt werden kann und die Lebensdauer der Batterie erhöht wird empfehlen wir den Einsatz von Ladungsausgleicher (Equalizer). Diese sorgen dafür, dass die Batteriespannungen bei beiden Batterien immer gleich gross sind.

 

 

Parallelschaltung

Wie bereits oben erwähnt, sollten nur gleiche Batterien parallel geschaltet werden. Auf keinen Fall sollten Gel-Batterien mit herkömmlichen Blei-Batterien vermischt werden, da diese unterschiedliche Ladeendspannungen haben. Deshalb würde die herkömmliche Bleibatterie überladen oder die Gel-Batterie nicht richtig geladen.

Bei Bleibatterien  sollte nach Möglichkeit auf eine Parallelschaltung verzichtet werden. Es ist besser, eine Batterie mit hoher Kapazität einzusetzen, als mehrere kleine parallel zu schalten.

Aus Gewichtsgründen können auch 6V oder 2V Elemente mit grösserer Kapazität in Serie geschaltet werden.

 

Wenn mit Li-Ion-Zellen eine Batterie mit grosser Kapazität erstellt werden soll, ist es unproblematisch, wenn gleich die einzelnen Zellen parallel geschaltet werden.  Das Batteriemanagementsystem erkennt dann diesen Parallelblock als eine Zelle. 

 

 

 

Batterien im Picokraftwerk

Fast jedes Kleinstkraftwerk im Inselbetrieb (Alphütte, SAC-Hütte, Ferienhaus, usw.) hat als Energiespeicher eine Batterie. Aus Kosten- und Kapazitätsgründen werden vorwiegend Bleibatterien eingesetzt.

Die Batterien, wahrscheinlich das das heikelste Element in der Kette, bedürfen besonderer Beachtung bei der Auswahl und bei der Pflege.

 

Auswahl

Auch wenn die Stromspeicher eine kostentreibende Angelegenheit sind, sollte bei der Kapazität nicht gespart werden. So aus  Faustformel: Die Kapazität der Batterie [Ah] sollte ca. 10x  dem Ladestrom [A] entsprechen.

Beispiel: Eine Turbine mit 120W an 12V liefert so einen Strom von 10A. -> Die Batterie sollte eine Kapazität von 100Ah haben.

 

Wird mit der Batterie ein Wechselrichter betrieben, sollte das bei der Auswahl vom Stromspeicher beachtet werden. Wechselrichter erzeugen z.T. nieder- bis hochfrequente Ströme welche die Batterie so sogar mechanisch belasten. Leider ist es oft schwer, heraus zu finden ob die ausgewählte Batterie auch für Wechselrichterbetrieb geeignet ist.

Bezüglich Kapazität empfehlen wir den 5fachen Nennstrom einzusetzen. Z.B. bei einem Wechselrichter von 1000W bei 12V ergibt dies einen Nennstrom von 83A (1000/12). Der 5fache Wert wäre dann 416Ah.

Wenn mit vielen Zyklen zu rechnen ist und auf Langlebigkeit geachtet wird, empfehlen wir, OPzS Panzerplattenbatterien (Röhrchenplatten) zu verwenden.

 

Betrieb der Batterie

Selbst wenn es sich um eine wartungsfreie Batterie handelt, darf die Batterie und insbesondere die Ladung nicht ausser Acht gelassen werden.

Über- oder dauerndes Unterladen der Batterie führt auf kurz oder lang zum Ausfall.

 

Bei der Überladung trennt sich das Wasser in Wasserstoff (Knallgas) und Sauerstoff auf. Beim wartungsfreien Akku wird dieser Vorgang intern bis zu einem gewissen Grad rückgängig gemacht. Die offene Batterie verliert so an Flüssigkeit. Deshalb muss von Zeit zu Zeit destilliertes Wasser  nachgefüllt werden.

 

Wird die Batterie selten genügend geladen bildet sich ein Sulfatbelag auf den Platten. Die Batterie verhungert. Schleichend entsteht ein Kapazitätsverlust.

Die Batterie kann unter Umständen durch ein langandauerndes Laden (z.B. 1 Woche) mit kleinem Strom und hoher Ladeendspannung gerettet werden.

In der Literatur wird auch empfohlen, die Säure mit destilliertem Wasser zu ersetzen oder sicher stark zu verdünnen, und die Batterie so nochmals zu laden. Nach dem Laden muss die Säure komplett ersetzt werden.

 

Da das spezifische Gewicht der Säure grösser ist als Wasser, hat die Batterieflüssigkeit die Tendenz sich über die Zeit zu schichten. D.h. die Säure sinkt nach unten und das destillierte Wasser bleibt oben. Nur Gel- und AGM-Batterien sind davor weniger gefährdet.  

Offene Batterie sollten deshalb von Zeit zu Zeit überladen werden. Die Gasblasen bewirken so eine Durchmischung vom Dielektrikum.

Bei mobilen Anwendungen (Autobatterie) ist dies weniger ein Thema.

 

Batterien in Solaranlagen

OPzS-BatterienDie Solarbatterie, auch Solarakku genannt, ist eine Zyklenbatterie, welche meistens noch in Blei ausgeführt ist. Sie wird in Inselanlagen eingesetzt und von Solarmodulen über Solarladeregler geladen. Die Batterie wird stationär betrieben. Es können Nasszellen oder 'Trockenbatterien' verwendet werden. Beim Einsatz von Nasszellen ist darauf zu achten, dass das Elektrolyt von Zeit zu Zeit wieder mal durch Gasen durchmischt wird. Bei 'Trockenbatterien'  (AGM, GEL) darf dies nicht geschehen.

Gerade bei Wochenendbetrieb sollte die Kapazität der Batterie gross gewählt werden, damit die gesamte Sonnenenergie, welche über die Woche anfällt, auch genutzt werden kann. Die Batterie darf aber auch nicht zu gross gewählt werden, damit sie auch wirklich gefüllt wird, denn wenn eine Bleibatterie nicht von Zeit zu Zeit voll geladen wird, bilden sich schädliche Sulfatschichten. Wird ein Wechselrichter an der Batterie angeschlossen, sollte die Kapazität der Batterie in etwa dem fünffachem Nennstrom der Batterie entsprechen. 12V-Bleibatterien sind bis zu einer Kapazität von ca. 260Ah erhältlich. Bei grösseren Kapazitäten werden 2V-Elemente eingesetzt.

Bei Solarinselanlagen sollte unbedingt ein Gerät vorhanden sein, welches verlässliche Informationen über den Ladezustand der Batterie anzeigt.

Wenn dies nicht schon der Solarladeregler macht, weil grössere Verbraucher nicht über diesen Regler geschaltet werden können, empfehlen wir, einen separaten Batteriemonitor einzusetzen.

Solaranlagen, welche professionell betrieben werden, oder bei welchen das Austauschen der Batterien mit erheblichen zusätzlichen Kosten verbunden ist (z.B. mit Helikopterflug) sollten Batterien mit Panzerplatten (Röhrchenplatten, OPzS oder OPzV) verwendet werden.

  

 

 

Batterien in Unterbrechungsfreien Stromversorgungen USV

Sei es im Spital oder bei der Informatik, der Ausfall der Stromversorgung kann verheerende Folgen habe. Überall, wo die Stromversorgung auf keinen Fall unterbrochen werden darf, werden sog. 'Unterbruchsfreie Stromversorgungen' abgekürzt USV, eingesetzt.  Mit der Netzspannung wird eine Batterie (meistens Bleibatterien) geladen. Ein Wechselrichter (oder auch Spannungswandler genannt) macht dann aus der Batteriespannung wider 230VAC.

 

Bei solchen Anlagen ist die Batterie das schwächste Glied in der Kette. Es ist deshalb wichtig, dass die Batterie von guter Qualität ist. Weiter empfiehlt es sich auch, die Batterie von Zeit zu Zeit zu wechseln.

 

Bei Batterien einer USV-Analgen ist oftmals die Leistungsfähigkeit  über eine gewisse Zeit wichtig. Z.B. wenn es in der IT darum geht, noch die Daten zu Sichern oder einen Server geordnet herunter zu fahren.  Deshalb wird bei diesen Batterien oft die Leistung über 15min anstelle der Kapazität angegeben.

Der Batteriehersteller CSB bietet einige qualitativ sehr hochwertige Batterien an, welche auch in die gängigen USV Anlagen der Informatik passen.

So z.B. die HRL1234 mit 7,2 Ah passt in die Anlagen von APC und Effekta, die 12EP26 kann ideal in den USVs von APC, Data Shield, Datec, Elgar, usw.

Bei diesen Batterien ist die Leistung pro Zelle (6 Zellen für 12V) angegeben, welche 15min bezogen werden kann.

 

FT_BatterieAuch ist die zu erwartende Lebensdauer in Jahren im Floatbetrieb wichtiger als die Anzahl Zyklen. Die Angaben liegen zwischen 5 und 20 Jahren bei klassischen AGM-Batterien für USV-Anlagen

Die Lebenserwartung der Batterie ist jedoch stark von der Einsatztemperatur abhängig. So verkürzt sich die Lebensdauer der Batterie auf die Hälfte, wenn die Einsatztemperatur 10°C höher ist als die Nenntemperatur (20°C oder 25°C).

 

Front Terminal Batterien USV-Batterien  (FT-Batterien)

Grössere USV-Anlagen sind oftmals in 19" oder 21"-Schränken untergebracht, welche an einer Wand anstehen. Um nun für Wartungs- oder Kontrollzwecke die Batteriepole leicht zu erreichen, wurden speziell für diese Zwecke AGM-Batterien entwickelt, welche beide Batteriepole auf der schmalen Seite haben. So sind alle Betterieanschlüsse türseitig zugänglich.

 

 

Li-Ion-Batterien in USV-Anlagen

Wegen dem hohen Anschaffungspreis werden Li-Ion-Batterien nur äusserst selten in USV-Anlagen eingesetzt.

 

Weitere Angaben zum Betrieb in einer USV finden Sie unter http://www.maurelma.ch/USV.htm

 

 

 

 

Batterien in Wohnmobilen und Campern

In Wohnmobilen wird meistens ein duales Batteriesystem eingesetzt. Das Grundfahrzeug (Chassis) wird von der Standard Starterbatterie gespiesen (Fahrtlicht, Starter, usw.). Der Aufbau (Innenlicht, Wasserpumpe, Fernseher, usw.) wird ab einer separaten Batterie, oftmals Gel-Batterie oder AGM-Batterien versorgt.

 

Meistens ist von Neu her bereits ein System installiert, welches die Ladung der Batterien über die Lichtmaschine (Alternator)  beim Fahren oder über Ladegeräte auf dem Standplatz regelt.

 

Für das Laden der zweiten Batterie (Aufbau- oder auch Versorgerbatterie genannt) gibt es vom Prinzip her drei unterschiedliche Varianten:

  1. Es wird ein Trennrelais zwischen Starterbatterie und Versorgerbatterie geschaltet, welches die Versorgerbatterie nur mit der Starterbatterie verbindet, wenn die Starterbatterie geladen wird.

  2. Gleich nach der Lichtmaschine wird ein Batteriesplitter (vom Prinzip her zwei Dioden) installiert, welcher den Ladestrom auf beide Batterien verteilt.

  3. Ein Ladewandler wirkt wie ein Ladegerät, welches die Versorgerbatterie ab der Starterbatterie optimal lädt. Dies jedoch nur, solange die Starterbatterie geladen wird. Mit einem Ladewandler ist es möglich auf dem Aufbau eine andere Batteriespannung (z.B. 24V) zu wählen.

Weitere Informationen zum Laden der Versorgerbatterie finden Sie auch unter http://www.maurelma.ch/batterieladen.htm beim Kapitel 'Laden von mehreren Batterien'.

 

 

Da Wohnmobile meistens mit Achslasten und Übergewicht zu kämpfen haben, stellt sich auch immer wieder die Frage, ob nicht auch Li-Ion-Batterien im Wohnmobil eingesetzt werden können. Diese Batterien wären rund halb so schwer wie eine herkömmliche Bleibatterie und erst noch zyklen- und stromfester.

Dies ist selbstverständlich möglich und es gibt auch einbaufertige 12V-Batteriemodule auf Li-Ion-Basis.

Es gibt jedoch ein paar Punkte, welche unbedingt beachtet werden sollten:

 

  • Wir empfehlen stärkstens, nur Li-Ion-Batterien mit einem Batteriemanagement (BMS) einzusetzen, welches Über- und Unterspannung der einzelnen Zellen überwacht und im Notfall den Batteriestrom unterbrechen kann. Das BMS soll auch in der Lage sein, die Ladung der  einzelnen Zellen auszugleichen.

  • Die bereits installierten Geräte wie Ladegerät, Solarladeregler, Wechselrichter, usw. sollten auf die Li-Ion-Tauglichkeit überprüft werden. Wichtig ist, dass die Ladeendspannung zu Batterie passt. Auch sollten die Geräte möglichst mit einer einfachen I-U-U0 Kennlinie arbeiten. D.h. einen Konstantstrom liefern bis zur Ladeendspannung und dann auf eine tiefere Spannung absenken.

  • Für die Ladung ab Alternator sollten keine Batterietrennrelais eingesetzt werden, da diese die Starter- und Verbraucherbatterie direkt miteinander verbinden. Blei-Starterbatterien und Li-Ion-Verbraucherbatterie haben eine leicht unterschiedliche Betriebsspannung. Dies könnte zu hohen Ausgleichsströmen führen.  Eher zu empfehlen sind Batteriesplitter, welche den Strom der Lichtmaschine auf beide Batterien verteilen,  oder noch besser sind Ladewandler, welche die Verbraucherbatterie ab Starterbatterie optimal laden.

 

Erdung und Masseverbindung

In der Kraftfahrzeugtechnik (PKW/LKW) ist es üblich, dass das Minus der Starter-Batterie direkt am Rahmen (Chassis) angeschlossen ist. Zu allen Verbrauchern wie Starter, Radio, Lüftung, usw. wird nur das Batterie-Plus geführt. Das Minus wird am Chassis abgegriffen. So kann zwar etliches an Verdrahtung eingespart werden, doch hat das Chassis oft einen grösseren Widerstand und wird an vielen Stellen durch Kunststoff ersetzt.

Für die Verdrahtung der Verbraucherbatterie empfehlen wir,  auch das Batterie-Minus zu verdrahten.

 

Wird ein System mit Batterie-Minus über Chassis verwendet, müssen auch alle Schaltfunktionen in der Plusleitung ausgeführt werden. Besonderes beim Solarladeregler ist deshalb zu achten, dass es ein Typ ist, welcher auf Minus-Seite geerdet werden kann.  Klassische Solarladeregler sind auf der Plus-Seite geerdet, weil es einfacher ist auf der Minusseite mit einem Halbleiter zu unterbrechen.

Oft wird die Erdungsmöglichkeit nicht speziell erwähnt. Es lohnt sich aber, beim Lieferanten nachzufragen.

 

Laderegler mit negativer Erdung sind z.B. die MPPT-Laderegler aus der Maurelma-Linie (Siehe http://www.maurelma.ch/shop/index.php?list=WG239)

 

 

Batterien in Reinigungsmaschinen

Aufsitzreinigungsmaschinen, Aufsitzkehrmaschinen oder auch grössere Reinigungsmaschinen welche von Hand geführt werden, sind immer öfters kabellos und benötigen deshalb eine Batterie.

Eingesetzt werden meistens professionelle Traktionsbatterien. Da diese Maschinen eine grosse Batteriekapazität benötigen, werde oftmals 6V-Blöcke eingesetzt, welche auch noch ohne spezielle Hebevorrichtung verbaut werden können.

Wird jedoch die Reinigungsmaschine nur sporadisch benötigt kommen auch Zyklenbatterien in Frage.

Bis Anhin (01.10.2015) sind uns noch keine Professionelle Reinigungsmaschinen mit Li-Ion-Batterien bekannt, obwohl Gewicht und Lebensdauer eine wesentliche Rolle spielen würden.

 

 

Batterien in Elektrostaplern

Da die grösseren Elektrostapler ein Gegengewicht benötigen werden in diesen Geräten vorwiegend Blei-Säurebatterien verbaut. Dabei handelt es sich meistens um 2V-PzS-Zellen, welche in Serie zu 24V oder höher geschaltet werden. 

In Niederhubwagen und Mitnahme-Staplern (Stapler auf LKW) werden erstmals auch Li-Ion-Batterien verwendet.

 

Trotz des Problems mit dem Gegengewicht würden sich Li-Ion-Batterien in Staplern lohnen, wenn die Geräte dauernd im Einsatz sind. Einerseits ist mit der doppelten Zyklenzahl zu rechnen, und das ohne tägliche Wartung. Da Elektrostapler sehr oft im Stop and Go Betrieb laufen, könnte dank des geringen Innenwiderstandes der Batterien auch ein Teil der Energie rekuperiert werden.

Weiter könnte die Staplerbatterie in den Pausen nachgeladen werden.

 

 

Batterien in Elektro-Transporter

In den autofreien Orten wie Zermatt oder Saas Fee, aber auch auf Bahnhöfen oder Flughäfen sind unzählige Elektrotransporter unterwegs. Diese verfügen aus historischen Gründen noch vorwiegende über eine Bleibatterie. Oftmals handelt es sich um 2V-PzS-Zellen oder  6V-GIS Blöcke. Auf Grund der hohen Einstiegskosten ist man noch sehr zurückhaltend in Bezug auf Li-Ion-Batterien, obwohl diese für solche Transporter äusserst geeignet wären. Der zu Bleibatterien hohe Einstandspreis von Li-Ion-Batterien trägt auch dazu bei, dass der Wechsel noch selten gewagt wird.

Unter http://www.maurelma.ch/Kommunalfahrzeug.htm finden Sie einer der ersten Transporter, welcher mit Li-Ion-Batterien ausgerüstet wurde.  Der Kunde hat kurz darauf eine weiteres Fahrzeug mit Li-Ion bestellt. Auf Grund der hohen Zyklenzahlen und dem hohen Ladestrom ist ein Nachladen in der Mittagspause sinnvoll. So konnte der Einsatz der Fahrzeuge optimiert werden. Auch die komplette Wartungsfreiheit der Batterie führte zum Li-Ionen-Entscheid.

 

Bei Schleppfahrzeugen, welche einen Anhänger ziehen müssen, hört man immer wieder das Argument, dass das Gewicht von Bleibatterien notwendig sei. Li-Ion-Batterien sind zwar höchstens halb so schwer, haben aber immer noch ein Gewicht, welches für ein Schleppfahrzeug ausreicht.

  

 

 

Alternativen zur Energiespeicherung in Batterien

Anstelle von Batterien sind auch andere Systeme möglich um 'elektrische' Energie zu speichern:

 

Suppercaps

Elektrische Ladung und damit Energie kann auch in Kondensatoren gespeichert werden. Diese Systeme mit sog. Dyna- oder Suppercaps sind noch relativ teuer und kommen mit der Energiedichte noch nicht an die herkömmlichen Akkumulatoren heran. Aus Kondensatoren kann die Energie unwahrscheinlich schnell abgegeben werden. Das bedeutet, es kann eine enorme Spitzenleistung bezogen werden. Auch wird davon ausgegangen, dass die Lebensdauer solcher Systeme einiges grösser ist als bei den herkömmlichen Akkumulatoren.

Beim Kondensator ist der Ladungszustand direkt proportional mit der Ladespannung. Deshalb wird bei den Suppercaps auch eine entsprechende Elektronik vorausgesetzt.

 

Schwungrad

Vor allem in der Fahrzeugtechnik des öffentlichen Verkehrs taucht dieser Speicher immer wieder als zukunftsträchtig auf. Es gibt tatsächlich auch Autobusse, bei welche Energie in Schwungräder gespeichert wird.

 

 

Übersichtsgrafik über die Speicherarten

 

 

Übersicht über die Zyklenfestigkeit von Speichermedien

 

 

 

 

 

 

Mehr Infos auch bei den einzelnen Produkten im Shop

 

Reichhaltige Informationen zu Batterien finden Sie auch in der entsprechenden Literatur im Shop

 

 

Fragen?

Haben Sie Fragen zur Auswahl der optimalen Batterie oder deren Verschaltung?
Wir beraten Sie gern.  E-Mail an info@maurelma.ch genügt

 

Entsorgung und Recycling

Die meisten Batterien enthalten Schwermetalle oder andere giftige Stoffe. Es ist deshalb wichtig, dass möglichst alle Batterien fachgerecht entsorgt und zum Teil weiter verwertet werden.
Jeder, welcher in der Schweiz Batterien verkauft, muss gebrauchte Batterien auch unentgeltlich zurück nehmen. Dies, auch wenn die gebrauchte Batterie nicht von ihm stammt.
Selbstverständlich nehmen wir von Maurer Elektromaschinen GmbH Ihre alten Batterien kostenlos an unserer Verkaufsstelle entgegen. 
Den genauen Standort finden Sie unter Standort in Google Map
Also werfen Sie Ihre alten Batterien auf keinen Fall in den Kehricht. Bringen Sie die Batterie besser zu uns.

Vorgezogene Recycling Gebühr
Auf jede in der Schweiz in Verkehr gebrachte Batterie muss eine vorgezogene Recycling Gebühr entrichtet werden.
Wer eine Batterie in die Schweiz importiert und gebraucht oder weiter verkauft, ohne diese Gebühr zu entrichten, kann sich strafbar machen.

Weitere Infos dazu unter http://www.inobat.ch/  

 

 

Batterien finden Sie unter:

Batterien

 

Weitere Informationen über das Laden von Batterien finden Sie auch unter: http://www.maurelma.ch/batterieladen.htm