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Informationen rund um das Thema Batterien

 

Der richtige Ladestrom für die Batterie:
Als Faustregel gilt, die max. Amperezahl des Ladegeräts durch 1/20 der Batterie ist der richtige Ladestrom. Das würde bei einer 100Ah bedeutet, das maximal 5A Ladestrom richtig wären. Moderne mikroprozessorgesteuerte Ladegeräte wie unsere 4Load Serie, mit automatischer Umschaltung auf Erhaltungsladung, dürfen auch einen höheren max. Ladestrom haben.

Stärkerer Ladestrom (max. 1/10 - bei 100Ah max. 10 A Ladestrom) und dafür kürzere Ladezeit geht zwar auch - aber je langsamer die Batterie aufgeladen wird desto intensiver erfolgt die Ladung (höchste Kapazität wird erreicht) und um so länger hält die Batterie.

 
So berechnen Sie die erforderliche Kapazität Ihrer Batterie:
Sie möchten auf einem Boot diverse Verbraucher mit einer 12V Batterie versorgen und kommen auf zusammen 100W (Kühlschrank, Licht, Kaffeemaschine, Raio etc. = Benötige Wattzahl
(Formel: Benötigte Wattleistung der Verbraucher addieren)

Berechnung:
1. Die Gesamtleistung Ihres Verbrauchers (100 Watt) dividieren Sie durch die Batteriespannung (12 Volt). - (Formel: Watt: Volt = Ampere)

2. So erhalten Sie den benötigten Strom in Ampere 100:12= 8,33 A

3. Dieser benötigte Strom wird mit der Zeit (Nutzungsdauer in Std.) die Sie für die Verbraucher benötigen multipliziert (Sie wollen 7 Stunden Autonomie)

Formel um die inividuelle Gesamtkapazität für Ihre Verbraucher zu errechnen:
(Watt : Volt = Ampere x Stunden x Sicherheitsfaktor*) = erforderliche Gesamtkapazität in Ah

Rechenbeispiel: 100 Watt : 12 Volt = 8,33 Ampere x 7 Stunden = 58,5 Amperestunden x 1,7 Sicherheitsfaktor* = 99,50 Amperestunden also eine 100AH Batterie

*Sicherheitsfaktor (Blei-Säure ca. 1,7) und bei (GEL ca. 1,4)

 

Informationen zu verschiedenen Batterietypen:
GEL, AGM, VRLA etc...

Bleibatterie Calcium Technologie
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.




Was ist das VRLA ?
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.

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. AGM Wohnmobil Batterie  

Eigenschaften von VRLA Batterien: Gegenüberstellung GEL - AGM
Bei allen Arten von Blei-Säure-Batterien bildet sich während der Ladung der Batterie an der positiven Elektrode Sauerstoff. In VRLA (Valve Regulated Lead Acid) Batterien kann dieser duch ein Gel oder ein Glasvlies gezielt von der positiven zur negativen Elektrode geleitet werden. An der negativen Elektrode wird der Sauerstoff am Ende stattfindender chemischer Reaktionen letztendlich wieder zu Wasser umgewandelt. Während der Ladung tritt ein geringer Teil des Sauerstoffs auch in den Gasraum oberhalb der Elektroden und des Gels bzw. Glasvlieses. Bei VRLA Batterien ist das Batteriegehäuse durch verstärkte Wände als Druckbehälter ausgelegt, um den kurzzeitig auftretenden Sauerstoffüberschuss bis zur vollständigen Rekombination an der negativen Elektroden am Entweichen zu hindern. Die vorhandenen Ventile dienen als Sicherheitsventile, die im Fall einer nicht vorschriftsmäßigen Ladung bei Überschreitung des zulässigen Überdrucks öffnen.

Bei unsachgemäßer Ladung entstehender Wasserstoff kann nicht mehr zu Wasser umgesetzt werden, sondern wird über das Sicherheitsventil nach Überschreitung des zulässigen Überdrucks einschließlich des im Gasraum befindlichen Sauerstoffs abgeleitet. Bei sachgemäßem Betrieb tritt somit kein Wasserverlust auf, so dass VRLA Batterien in diesem Fall vollkommen wartungsfrei sind . Während der Lagerung und der Energienentnahme befindet sich kein Sauerstoff im Gasraum und die Batterie weist einen Unterdruck auf. Undichtigkeiten im Gehäuse sowie der Ventile sind zu vermeiden, da beim Eindringen von Luftsauerstoff eine Oxidation der negativen Elektroden erfolgen würde. Diese führt zu einer irreparablen Schädigung bis hin zum vollständigen Ausfall der Batterie.

Wichtiger Hinweis: VRLA Batterien dürfen niemals geöffnet werden.
Öffnen führt zur irreparablen Schädigung bis hin zum Ausfall der VRLA Batterie.

Die beiden Ausführungsformen von VRLA Batterien:
1. Als Gel-Batterien werden die VRLA Batterien bezeichnet, bei denen der Elektrolyt in einem Gel festgelegt ist.
2. Als AGM-Batterien (Absorbend Glas Mat) bezeichnet man die VRLA Batterien, bei dem der Elektrolyt in einem Glasvlies eingelagert ist.

Als VRLA Batterien bieten sowohl Gel- als auch AGM-Batterien Vorteile gegenüber herkömmlichen Blei-Säure-Batterien:

• Vollkommen wartungsfrei
• Auslaufsicher
• Kein Austritt von Säurenebeln oder Gasen
• Längere Lebensdauer                           

Batterien für den unterschiedlichen Einsatz:

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 uns die Solarbatterie

Bei zyklenfesten Batterien (AGM und GEL) kann mit etwa 800-1000 Zyklen gerechnet werden, d.h. die Batterien können in etwa 800-1000 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 meistens die Ladeendspannung tiefer angesetzt. Normalerweise halten die Batterien im Floatbetrieb erheblich länger als im Zyklenbetrieb. Fünf Jahre sollte eher das Minimum sein.  Zyklenfeste Bleibatterien können ohne Einschränkung auch für Floatanwendungen eingesetzt werden.

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.

Autoatterie
Die 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.

Unterbrechungsfreie 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.

Der Aufbau von der Versorgungsbatterie / Semi Traktionsbatterie zu herkömmlichen Starterbatterien unterscheidet sich deutlich.
Eine Starterbatterie ist für kurzzeitige Hochstrombelastungen wie bei einem Fahrzeugstart ausgelegt, aber nicht für die dauerhafte Versorgung von Stromverbrauchern wie Wechselrichter oder andere 12Volt Verbraucher. Starterbatterien brechen deutlich früher in ihrer Leistung zusammen als Versorgungsbatterien.
Versorgungsbatterien wie die Winner Solar Serie, AGM oder Gel sind Zyklenfester (Entladung / Aufladung) als herkömmliche Starterbatterien.

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