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Wie Blei-Säure-Batterien regenerieren und ihre Lebenszeit
vergrössern Die versiegelte
Blei-Säure-Batterie ist gebaut für ein nur schwaches Überspannungspotenzial,
um zu verhindern, dass die Batterie während dem Ladevorgang Gas produziert.
Dies verhindert einen Wasserverlust im versiegelten System. Daraus folgt, dass
solche Batterien niemals voll geladen werden und sich mit der Zeit eine Sulfatierung
entwickelt. Das Herausfinden der idealen Ladespannungsschwelle ist kritisch
und jede Schwelle ist ein Kompromiss. Eine Spannungsschwelle über 2.40V/Zelle
ergibt eine gute Batterieleistung, aber verkürzt ein Einsatzzeit wegen der
Gitterkorrosion auf der positiven Platte. Die Korrosion ist permanent. Eine Spannungsschwelle
unterhalb 2.40V/Zelle stresst die Batterie weniger, aber die Kapazität ist
kleiner und mit der Zeit ergibt sich eine Sulfatierung auf der negativen Platte.
Aus verschiedenen Anwendungen sind hauptsächlich zwei Batteriemodelle
hervorgegangen. Es sind dies die versiegelte Blei-Säure-Batterie (SLA) und
die ventilregulierte Blei-Säure-Batterie (VRLA). Technisch gesehen sind beide
Batterien gleich. Ingenieure werden argumentieren, dass der Ausdruck 'versiegelte
Blei-Säure-Batterie' fehlerhaft ist, da keine Blei-Säure-Batterie komplett
versiegelt sein kann. Die SLA-Batterie hat einen typischen Kapazitätsbereich
von 0.2Ah bis 30Ah, und speist private Norstromeinheiten, lokale Notbeleuchtungen
und Rollstühle. Die VRLA-Batterie wird für grosse stationäre Notstromanlagen
eingesetzt. Wir sehen uns nun separat die Methoden an, solche Batterien zu regenerieren
und ihre Lebenszeit zu verlängern. Die
versiegelte Blei-Säure-Batterie (SLA) SLA-Batterien mit leichter
Sulfatierung können regeneriert werden, aber der Zeitaufwand ist gross und
die Resultate sind unterschiedlich. Vernünftig gute Resultate werden erreicht,
wenn eine Vollladung durchgeführt wird. Dies geschieht durch volle Aufladung
der SLA-Batterie, dann die Batterie vom Ladegerät trennen und während
24 bis 48 Stunden erholen lassen, und dann wiederum eine Vollladung durchführen.
Dieser Prozess wird mehrere Male wiederholt und die Kapazität wird am Schluss
gemessen mit einer vollen Entladung, bevor die Batterie nochmals aufgeladen wird..
Eine andere Methode, um die Leistung zu verbessern, ist das Applizieren einer
so genannten 'ausgleichenden' Ladung, indem die Ladespannungsschwelle um ca. 100mV
erhöht wird, zB von 2.40V auf 2.50V. Diese Prozedur sollte nicht länger
dauern als eine bis zwei Stunden und sollte bei einer mittleren Raumtemperatur
erfolgen. Eine unvorsichtige Ausgleichsladung kann zu Erhitzung der Zellen führen
und zu einem Leck wegen Überdruck. Beobachten Sie die Batterie während
dieser Wartung. Die zylindrischen SLA-Batterien von Hawker und verkauft
unter dem Namen Cyclone verlangen nach einer leicht höheren Spannung, um
die Sulfatierung rückgängig zu machen. Ein einstellbares Speisegerät
ist am besten für diese Wartung. Stellen Sie die Strombegrenzung auf den
tiefst möglichen Wert und beobachten Sie die Batteriespannung und die Temperatur
während der Ladung. Zuerst sollte die Zellenspannung auf 5V steigen, mit
einem nur schwachen Ladestrom. In ca. 2 Stunden wandelt der schwache Ladestrom
die grossen Sulfatkristalle in aktives Material um. Der interne Zellenwiderstand
sinkt und die Zelle beginnt, die Spannung aufzubauen. Bei ungefähr 2.30V
beginnt die Zelle, Ladung aufzunehmen. Ist die Sulfatierung schon fortgeschritten,
wird diese Behandlung keine Wirkung zeigen, und die Zelle muss ersetzt werden.
Versiegelte Blei-Säure-Batterien sind normalerweise vorgesehen für
eine Entladung in 20 Stunden. Selbst mit dieser geringen Entladeeinstellung ist
es sehr schwierig, eine Kapazität von 100% zu erreichen. Aus praktischen
Gründen verwenden Batterieanalyser eine 5-Stunden-Entladezeit, wenn solche
Batterien gewartet werden. Dadurch werden 80 bis 90% der angegebenen Kapazität
erreicht. Die Kapazität von SLA-Batterien wird üblicherweise zu hoch
angegeben, und die Hersteller sind sich dessen bewusst. Das Durchführen
von Zyklen an einer SLA-Batterie mit einem Batterieanalyser ergibt abnehmende
Kapazitätswerte mit jedem zusätzlichen Zyklus. Eine erste Messung kann
eine Kapazität von 88% ergeben, gefolgt von 86%, 84% und 83%. Dieses Phänomen
kann korrigiert werden, indem die Ladespannungsschwelle von 2.40V auf 2.45V erhöht
wird, vielleicht sogar auf 2.50V. Beachten Sie jedoch immer die Angaben des Herstellers.
Die Cyclone-Batterien benötigen eine leicht höhere Spannungseinstellung
als die Plastikversion
Vermeiden Sie eine zu hohe Einstellung der Ladespannungsschwelle.
Im Extremfall kann diese Spannungsschwelle nie erreicht werden, hauptsächlich
bei einer Aufladung bei höheren Temperaturen. Die Batterie lädt sich
weiter mit vollem Ladestrom auf und kann sich dabei erhitzen. Die steigende Temperatur
führt zum Absinken der Batteriespannung und arbeitet gegen das Erreichen
der Spannungsschwelle. Wenn kein Temperatursensor den Ladevorgang unterbricht,
kann die Temperatur unkontrolliert ansteigen. Die Wiederherstellungsrate
von SLA-Batterien ist ein schwaches 15%. Ausser der Sulfatierungsumkehrung kann
man nur wenig unternehmen, um SLA-Batterien zu verbessern. Da SLA-Batterien eine
nur kurze Lebenserwartung haben, fallen viele wegen Erreichen der Alterslimite
aus. Ventil-regulierte
Blei-Säure-Batterien (VRLA)
Die Ladespannungseinstellung bei VRLA-Batterien ist allgemein tiefer als
bei SLA. Hitze ist ein echter Killer von VRLA-Batterien. Viele stationäre
Batterien befinden sich in Sheltern ohne Klimaanlage. Jede Temperaturerhöhung
von 8°C führt zu einer Halbierung der Lebenserwartung. Eine VRLA-Batterie,
die bei 25°C 10 Jahre dauern sollte, wird nur während 5 Jahren gut arbeiten,
wenn sie bei 33°C betrieben wird. Ist sie einmal durch Hitze beschädigt
worden, besteht kein Mittel, um die Kapazität wieder zu verbessern.
Die Zellenspannungen einer VRLA-Batterie müssen so gut wie möglich miteinander
übereinstimmen. Die Anwendung einer Ausgleichsladung alle 6 Monate bringt
die Zellen auf ein annähernd gleiches Spannungsniveau. Dies wird erreicht
durch das Erhöhen der Zellenspannung auf 2.50V/Zelle während ca. 2 Stunden.
Während der Wartung muss die Batterie kühl gehalten werden und eine
vorsichtige Beobachtung ist nötig. Verhindern Sie das Leckwerden von Zellen.
Die meisten VRLA werden leck bei 0.3 Bar (5 psi). Nicht nur verringert das Austreten
von Wasserstoff das Elektrolyt, es ist auch leicht entzündbar. Das
Entweichen von Wasser, oder Verlust von Elektrolyt, ist ein Problem bei versiegelten
Blei-Säure-Batterien. Das Nachfüllen von Wasser kann helfen, die Kapazität
wieder herzustellen, aber eine längerfristige Verbesserung ist unsicher.
Die Batterie wird unzuverlässig und verlangt häufige Wartung.
Einfache Richtlinien - Lagerung von Blei-Säure-Batterien
nur in geladenem Zustand. Die Zellenspannung nie unter 2.10V fallen lassen. Durchführen
einer Spitzenladung alle sechs Monate oder wenn empfohlen.
- Verhindern
von wiederholten Tiefentladungen. Häufigeres Wiederaufladung und grössere
Batterien verwenden.
- Sulfatierung und Gitterkorrosion verhindern durch
Wahl der korrekten Lade- und Schwebeladungsspannung.
- Den Einsatz von
Blei-Säure-Batterien bei hoher Umgebungstemperatur vermeiden
Über
den Autor Isidor Buchmann ist der Gründer und Geschäftsführer
von Cadex Electronics Inc., in Vancouver BC. Herr Buchmann hat fundierte Basiskenntnisse
in der drahtlosen Kommunikation und studierte über zwei Jahrzehnte hinweg
das praktische Verhalten von wiederaufladbaren Batterien und ihre täglichen
Verwendungen. Als Autor gewann er Auszeichnungen für viele Artikel und Bücher
über Batterien. Herr Buchmann's technische Ausführungen gingen rund
um die Welt. Cadex Electronics ist Hersteller von fortschrittlichen Batterieladegeräten,
Batterieanalysern und PC-Software. Für Produktinformationen besuchen Sie
bitte www.cadex.com.
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