Bei unserm Mobilitätsverhalten werden Batterien als Stromspeicher immer wichtiger. Sie sichern uns Unabhängigkeit und Komfort.
Dieser Text soll Anhaltspunkte geben, wie und mit welchen Quellen Batterien geladen werden können. Auch wenn es vorab primär um die Bleibatterien geht, werden auch weitere Batterietypen beschrieben.
Bleibatterien werden nach wie vor am Häufigsten eingesetzt.
!ACHTUNG!
Unsachgemässer Umgang mit Batterien ist gefährlich und kann zu Sach- und Personenschäden führen. Verwenden Sie immer Sicherungen möglichst nahe bei den Batteriepolen und setzen Sie offenen Blei-Säure-Batterien nur in gut belüfteten Räumen ein.
Auf jeden Fall sind die Sicherheitsanweisungen vom Hersteller zu beachten.
Einsatzart der Batterie
Grundsätzlich können die Batteriesysteme in zwei unterschiedliche Einsatzarten eingeteilt werden. Dementsprechend ist auch die Ladung unterschiedlich. Natürlich gibt es auch Mischformen.
Batterie im Standby-Betrieb (Pufferbetrieb, Float-Betrieb)
Typische Anwendungen sind Unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Notleuchten, Batteriegestützte Alarmanlagen, Schiebetüren, USVs in der Telekommunikation oder IT, usw.
Die Batterie ist die meiste Zeit geladen und hängt auch am Ladegerät. In speziellen Situationen muss die Batterie ihre Energie in relativ kurzer Zeit zur Verfügung stellen, z.B. in bei einem Stromausfall. Danach wird sie wieder geladen. Bei einigen Anwendungen, vor allem im IT-Bereich, muss die USV nur sicher stellen, dass die Daten noch gespeichert und die Geräte sauber abgeschaltet werden. Deshalb ist bei einigen USV-Akkus nicht die Kapazität sondern die Leistung pro Zelle über eine definierte Zeit angegeben.
Da die Batterie nahezu immer geladen wird, sollte die Ladespannung nicht zu hoch gewählt werden. Bei einer 12V-Bleibatterie liegt die Ladespannung zwischen 13,6 bis 13,9V.
Für diese Anwendung werden in der Regel Batterien für allgemeine Anwendung (auch Universal-Batterien genannt) oder speziell für USV- Anlagen optimierte Batterien verwendet.
Bei diesen Batterie ist nicht die Zyklenzahl sondern die zu erwartende Lebensdauer in Jahre ein wichtiges Kriterium.
Bei den meisten Standby-Anwendungen wird während dem Laden auch gleich ein Strom von den Verbrauchern bezogen. D.h. es fliesst ein Strom vom Ladegerät direkt zum Verbraucher. Klassische Ladegeräte eignen sich deshalb nur zum Teil für diese Anwendung. Bei den meisten Ladegeräten wird die Batterie beim Volladezyklus zuerst auf ca. 14,4V geladen, bis der Ladestrom unter einen definierten Wert fällt. Wenn nun der Verbraucherstrom höher ist als der definierte ‚Cut-Off-Strom‘ bleibt das Ladegerät in der Vollladung bei 14,4V hängen. Dies kann die Lebensdauer der Batterie verkürzen.
Als Alternative zum Ladegerät werden sog. Puffernetzgeräte eingesetzt. Diese halten die Batterie auf der meistens einstellbaren Ladespannung für Float-Betrieb.
Grössere USVs für 230VAC oder sogar 400VAC 3-phasen können auch Multifunktionalen Wechselrichtern realisiert werden. Als Batterie werden oftmals langlebige GEL-Batterien eingesetzt.
Batterie im Zyklenbetrieb
Typische Anwendungen sind Elektrofahrzeuge, Solaranlagen, mobile Geräte, usw.
Die Batterie wird voll geladen und dann wieder entladen und durchläuft so ein Zyklus. Bei der Solaranlage im Ferienhaus z.B. wird die Batterie unter der Woche durch die Solarmodule geladen und am Wochenende wieder entladen.
Beim Elektrofahrzeug wird die Batterie über Nacht geladen und auf der Fahrt wieder entladen.
Die klassischen Ladegeräte sind für den Zyklenbetrieb geeignet. Die Ladeendspannung liegt bei der 12V-Bleibatterie zwischen 14,4 und 14,8V.
Wenn das Ladegerät länger an der Batterie angeschlossen bleibt, muss das Ladegerät unbedingt die Ladespannung reduzieren wenn die Batterie voll geladen ist. Noch besser ist, wenn das Ladegerät auf noch tiefere Spannung umstellen kann wie dies bei den Ladegeräten von Victron Energy der Fall ist.
Gemischter Betrieb
Die Grenzen zwischen Standby-Betrieb und Zyklenbetrieb der Batterie sind nicht immer so klar. Bei einem Auto ist die Starterbatterie eher als Standby-Batterie zu betrachten. Bei einem LKW, welcher auch etliche Verbrauchter an der Batterie hat, wenn der Motor nicht läuft, nähert sich schon dem Zyklenbetrieb.
Bei einer Inselanlage, bei welcher z.B. eine Wasserturbine den Strombedarf meistens deckt, ist die Batterie schon eher im Standby und die Batteriespannung sollte etwas reduziert werden.
Allgemeine Informationen über Batterien finden Sie auch unter Batterien und Akkus.
Zyklieren von Batterien
Neu abgefüllte Bleibatterien haben oft noch nicht die volle Kapazität. Dies kommt daher dass die Batterieflüssigkeit die Platten noch nicht überall optimal benetzt hat oder das Vlies noch nicht optimal durchtränkt hat. So nimmt mit den ersten Ladungen die Kapazität sogar noch zu, manchmal sogar über die vom Hersteller angegebene Nennkapazität. Einen typischen Kapazitätsverlauf von AGM-Batterien sehen Sie im nebenstehenden Bild.
Wenn nun von Anfang her die volle Kapazität benötigt wird, macht es Sinn, vor dem ersten Einsatz die Batterie zu laden und zu entladen, und dies einige Male. Dies nennt man dann Zyklieren.
Angewendet wird das beispielsweise bei Batterien für Elektrorollstühle oder Senioren-Scooter. Dort möchte man schon bei der ersten Ausfahrt die volle Reichweite haben. Natürlich altert die Batterie auch mit jedem Zyklus. Deshalb sollte man sich gut überlegen, ob die volle Kapazität am Anfang so wichtig ist.
Das Zyklieren der Batterie kann auch vor einer Serieschaltung von Batterien Sinn machen. Da die Kapazitäten vor den ersten Zyklen noch recht unterschiedlich sein kann, werden die
Das Zyklieren kann auf einfache weise mit einem Kapazitätsmessgerät erfolgen, welches durch Laden und Entladen die Kapazität der Batterie misst.
Batterien in Serie geschaltet unterschiedlich geladen was die Lebensdauer massiv verkürzen kann. Anstelle einer aufwendigen Zyklierung empfehlen wir eher den Einsatz eines Ladungsausgleichers, welcher dafür sorgt, dass beide Batterien immer gleich geladen werden.
Ladekennlinien
Jedem Gerät, ob Ladegerät, Laderegler, Ladewandler oder Brennstoffzelle, welches das Laden einer Bleibatterie steuert, ist eine Kennlinie hinterlegt. Diese Kennlinie sagt aus, nach welchen Kriterien der Ladestrom fliessen soll. Eine falsch hinterlegte oder eingestellte Kennlinie kann zum Ausfall der Batterie oder sogar der angeschlossenen Geräte führen.
Wird z.B. eine GEL-Batterie mit der Kennlinie einer OPzS-Batterie geladen, leidet die GEL-Batterie sehr stark an Überspannung und ein frühzeitiger Ausfall ist vorprogrammiert.
IU-Kennlinie
Ladegeräte, Laderegler oder Alternatoren mit dieser Kennlinie laden die Batterie zuerst mit dem für das Gerät maximalen Strom I. Der Strom ist in der Regel konstant ausser beim Alternator, dort ist er auch abhängig von der Drehzahl des Alternator selber.
Wenn die Batterie die Ladeendspannung U erreicht hat, wird diese immer oder eine gewisse Zeit gehalten und der Ladestrom reduziert.
Ist nur die Bezeichnung IU-Kennlinie angegeben ist nicht klar, was nach erreichen der Ladeendspannung passiert. Wird die Endspannung U gehalten oder ganz ausgeschalten?
Preiswerte Kleinladegeräte, vor allem für Li-Ion-Batterien im Antriebsbereich z.B. schalten nach erreichen der Ladeendspannung die Ladung komplett aus. Zusätzlich zur Ladeendspannung dient als Abschaltkriterium das Unterschreiten des Ladestromes unter einen vordefinierten Wert. Dieser Abschaltstrom wird auch Cut OFF Current genannt. Bei Li-Ion-Ladegeräten wird dieser Strom oft auf 5% des Nennstromes eingestellt.
Alternatoren (Lichtmaschinen) oder z.T. Parallelladeregler für kleine Wasserkraftwerke halten nach dem Erreichen der Ladeendspannung diese Spannung. Der Vorteil ist, dass ein von Verbrauchern konsumierter Strom sofort wieder nachgeliefert wird.
Der Nachteil ist, dass die Batterie entweder immer auf einer relativ hoher Spannung betrieben wird und so an Wasser verliert, oder eher zu tief geladen wird und sich eine Sulfatschicht bilden kann.
IU0U-Kennlinie
Geräte mit dieser Kennlinie verhalten sich ähnlich wie die Geräte mit der IU-Kennlinie, nur schalten diese Geräte nicht ab sondern auf eine tiefere Ladeendspannung. So wird z.B. eine 12V Bleibatterie zuerst bis auf 14,4V und nach gewisser Zeit oder Unterschreitung des Cut OFF Current auf 13,6V reduziert. Mit Cut OFF Current ist der vom Ladegerät definierter Ladestrom gemeint, welcher bei voll Ladespannung unterschritten werden muss, damit eine volle Batterie detektiert wird. Der Cut OFF Current ist abhängig von Ladegerät und meistens ein %-Satz vom max. Ladestrom. Deshalb sollten nicht zu starke Ladegeräte eingesetzt werden, da die kleine Batterie auch bei einem kleineren Strom noch Ladung aufnehmen würde, das grosse Ladegerät aber bereits die Ladspannung reduziert.
Diese Kennlinie ist oft in preisoptimierten Ladegeräten zu finden, welche zur Batteriebetriebenen Anwendung mitgeliefert werden. Auch kleiner Ladegeräte für Li-Ion-Zellen funktionieren oft so.
Weiter ist bei vielen Solarladereglern diese Kennlinie einprogrammiert. Vorteilhaft ist, wenn die Kennlinie in den Werten der Ladespannungen U0 und U auf die eingesetzte Batterie angepasst werden können.
Mit dieser Kennlinie lassen sich Ladeeinheiten bauen, welche auch parallel zum Verbraucher eingesetzt werden können. D.h. das Ladegerät (oder Laderegler, usw.) speist den Verbraucher und lädt zugleich die Batterie. Dabei sollte die Umschaltung von U0 auf U über einen Timer erfolgen und nicht nur über den Cut OFF Current. Auch sollte kein Timeout für Hauptladephase und Ladungserhaltung bestehen.
Meistens ist bei diesen Ladekennlinien schlecht beschrieben, welche Kriterien erfüllt sein müssen, dass wieder eine Hauptladephase auf die höhere Ladespannung erfolgt.
Die IU0U-Kennlinie ist recht gutmütig. Wenn die Ladespannungen einigermassen stimmen, wird die Batterie ordentlich geladen.
IUI0U-Kennlinie
Typische Kennlinie für das Laden von Traktionsbatterien (Antriebsbatterien).
Auch hier wird zuerst mit einem maximalen Ladestrom geladen, bis die Ladeendspannung erreicht ist.
Danach wird aber nicht einfach auf eine tiefere Erhaltungs-Ladespannung abgesenkt sondern es wird weiter über eine gewisse Zeit mit einem vorgegebenen konstantem Nachladestrom geladen. Dabei kann die Ladespannung höher ansteigen als Ladeendspannung.
!ACHTUNG!:
Wenn die Parameter dieser Kennlinie (Ladeendspannung, insbesondere Nachladestrom) nicht auf die Batterie abgestimmt sind, kann die Batterie schon innerhalb kurzer Zeit schaden nehmen. Besondere Beachtung gilt bei GEL-Batterien oder AGM-Batterien. Eine zu hohe Ladeendspannung führt bei diesen Batterien früher oder später zu Ausfall. Offenen Blei-Säure-Batterien sind da weniger empfindlich. Ein zu grosser Nachladestrom resp. Ladespannung führt zum Gasen der Batterie und damit zu einem Wasserverlust. Dieser Wasserverlust kann mit Destilliertem Wasser wieder ausgeglichen werden.
Ri-Kennlinie
Die Firma Fronius hat für die grösseren Traktionsladegeräte ein Ladealgorithmus entwickelt, welcher sich am Innenwiderstand der Antriebsbatterie orientiert.
Auf Basis des Innenwiderstands wird der Zustand der Batterie ermittelt.
Je nach Alter, Temperatur und Ladezustand der Batterie wird die Ladekennlinie angepasst. In jeder Ladephase wird der optimale Strom der Batterie zugeführt.
Jeder einzelne Ladezyklus ist somit ein Unikat mit individueller Kennlinie.
Durch die Anpassung des Stroms an die Batterie können Ladeverluste zu Beginn der Ladung sowie in der Nachladephase vermieden werden. Die Batterie bekommt nur den Strom, den sie auch wirklich benötigt.
Der neue Ri-Ladeprozess garantiert somit die kühlste und schonendste Ladung. Eine maximale Batterielebensdauer wird so gewährleistet.
Ausgleichsladung
Bei vielen Ladegeräten und Ladereglern kann man auch eine Zellen-Ausgleichsladung einschalten. Dann lädt das Gerät mit einer höheren Ladespannung über eine definierte Zeit. Weil die Säure eine höhere Dichte (spezifisches Gewicht) hat als Wasser, beginnt sich mit der Zeit das Wasser von der Säure zu scheiden. Bei der Ausgleichsladung ist die Spannung so hoch, dass sich das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt und diese Blasen dann das Elektrolyt wieder durchmischen. Auch gleichen sich so die Ladezustände der Zellen wieder aus: bei der höher geladenen Zelle wird etwas mehr Wasser zerlegt.
Laderegler
Serieladeregler
Der Serieladeregler wird in der Photovoltaik eingesetzt. Hier ist er auch unter dem Namen Solarladeregler oder Solar-Batterie-Laderegler bekannt. Er wird in Serie zur Batterie platziert. Solange die Batterie geladen wird, wird einfach das Solarmodul mit der Batterie verbunden. Ist die Batterie voll, wird die Stromzufuhr unterbrochen. Anstatt die Zuleitung im Plus- oder Minusleiter zu unterbrechen, kann auch bei voller Batterie die Solarzelle kurz geschlossen werden. Ein Serieladeregler sollte nicht eingesetzt werden, wenn die Energiequelle aus einem rotierenden Generator besteht. Die Induktivität der Generatorspule kann beim Unterbrechen eine erhebliche Spannungsspitze erzeugen, welche das Schaltelement im Regler sofort oder schleichend zerstören kann.
Moderne Solarladeregler unterbrechen nicht einfach die Stromzufuhr sondern regeln die Stromzufuhr mittels Pulsweitenmodulation, wenn sich die Batteriespannung der Ladeendspannung nähert. So können für die Batterie optimalere Ladezyklen gefahren werden.
Solarladeregler sind, dank den grossen Stückzahlen, heute recht günstig und in verschiedenen Ausbaustufen verfügbar:
Der einfache Laderegler hat nur einen Solareingang und einen Batterieausgang und ist nur für die entsprechende Batteriespannung anwendbar.
Wenn die Entladeströme nicht zu gross sind, z.B. für ein Beleuchtungssystem ohne Wechselrichter, lohnt es sich, einen Solarladeregler einzusetzen, welcher die Verbraucher abschalten kann, sobald die Batterie leer ist. Dies kann die Lebensdauer der Batterie erheblich verlängern. Je nach Intelligenz des Solarladereglers kann die Abschaltung der Verbraucher über die Batteriespannung oder über die Restladung geschehen.
Wenn bei der Projektierung die Batteriespannung noch nicht bekannt ist, oder das System später umgebaut werden sollte, kann auch ein Serieladeregler eingesetzt werden, welcher die Batteriespannung selbständig erkennt.
Beim einfachen Solarladeregler ist darauf zu achten, dass die Solarmodulspannung zur Batteriespannung passt. D.h. die optimale Arbeitsspannung vom Solarmodul (Spannung bei max. Leistung) sollte nur leicht höher liegen als die Ladeendspannung der Batterie. Da das Solarmodul beim Laden direkt mit der Batterie verbunden wird, wird die Modulspannung auf die Batteriespannung ‚heruntergerissen‘. Die Modulspannung oberhalb der Batteriespannung wird nicht ausgenutzt und der Wirkungsgrad der Anlage verkleinert. Ist die Modulspannung viel höher als die Batteriespannung, lohnt sich der Einsatz eines MPPT-Ladereglers.
Parallelladereger (Lastregler)
Beim Einsatz von rotierenden Generatoren darf weder der Generator kurzgeschlossen, noch die Zuleitung einfach unterbrochen werden. Ein Kurzschliessen des Generators würde auf kurz oder lang die Wicklung verbrennen.
Da die Wicklung des Generators induktiv ist, führt das Öffnen der Zuleitung zu unzulässig hohen Spannungsspitzen am Generator und somit auch am Laderegler. Das Schaltelement des Reglers hat so nur eine sehr begrenzte Lebensdauer.
In vielen Anwendungen wie Peltonturbine, Wasserrad, usw., ist es zu vermeiden, dass das System unbelastet betrieben wird, weil sonst die Drehzahl eine unzulässige Grösse erreicht.
Die einzig sinnvolle Alternative ist, die überschüssige Leistung in einem Lastwiderstand zu verheizen, wenn die Batterie voll ist.
Ob die Batterie mit Solarzellen, mit einem Windgenerator, einer Wasserturbine oder ähnlicher Energiequelle geladen wird, das Prinzip des Lastreglers kann immer verwendet werden. Der Serieladeregler sollte jedoch nur bei Solarzellen eingesetzt werden.
Der Nachteil des Lastreglers ist, dass er noch eine Ersatzlast (Widerstand) benötigt. Dieser muss zum Teil auch auf die Bedürfnisse angepasst werden, was mit zusätzlichen Kosten verbunden ist. Weiter muss die allfällige Wärme des Lastwiderstandes abgeführt werden.
Der Lastwiderstand wird oft auch gleich als Heizung eingesetzt. So beispielsweise in Berghütten, wo dann der Lastwiderstand mithilft, die Hütte zu heizen.
Der Nachteil vom einfachen Parallelladeregler ist, dass nur eine IU-Ladekurve möglich ist. Dies bedeutet, dass nur zwei Ladestufen möglich sind:
1) Laden mit dem von der Quelle abgegebenen Ladestrom.
2) Ladeendspannung halten.
Eine Ausnahme bietet der Energiemanager von Energiemanager von Phocos. Hier kann die Spannung der Erhaltungsladung batterieschonend eingestellt werden.
Auch einige Tristar von Morningstar bieten Ladekennlinien und können als Parallelladeregler eingesetzt werden.
Bis anhin ist kein MPPT-Laderegler als Parallelladeregler bekannt.
Laderegler mit MPPT
MPPT-Laderegler PhocosDer MPPT-Laderegler (Maximum-Power-Point-Tracker) ist vom Prinzip her ein intelligenter DC/DC-Converter, welcher die Eingangsspannung vom Solarmodul oder Turbine so anpasst, dass der optimale Arbeitspunkt erreicht wird. Die Anpassung geschieht, indem der Eingangsstrom soweit angepasst wird, bis die maximale Leistung (und damit der maximale Batterieladestrom) erreicht wird. Die Eingangsspannung muss immer höher sein als die Batteriespannung, da der MPPT-Ladereger die Spannung nur herunter wandeln kann.
Mit solchen Ladereglern kann der Wirkungsgrad der Anlage erheblich gesteigert werden und es können auch Solarmodule eingesetzt werden, welche eigentlich für Netzverbundanlagen vorgesehen sind. Solche Module sind dank der grösseren Stückzahlen in der Produktion oft günstiger.
Die MPPT-Laderegler sind einiges teurer als die einfachen Serie-Laderegler. Weil jedoch Solarmodule für Netzparallelbetrieb nur halb so teuer sind, kommt eine Anlage mit MPPT-Laderegler meistens günstiger und hat erst noch den besseren Wirkungsgrad.
MPPT-Laderegler sind auch für Windturbinen und Wasserturbinen erhältlich.
Batterie-Ladegerät
Weitere Infos zu Batterieladegeräte finden Sie unter https://www.hoeisi.ch/batterieladegeraet.htm
Laden mit einem Ladegerät ab Diesel- oder Benzingenerator
Da Verbrennungsmotoren meistens eine unangenehme Geräuschkulisse erzeugen, sollten diese so wenig wie möglich laufen. Das bedeutet, das die Batterie mit einem hohen Strom geladen werden soll.
Deshalb ist es ideal, wenn die Batterie einen sehr kleinen Innenwiderstand aufweist.
Li-ion-Batterien haben da sicher einen Vorteil.
Weiter eignen sich auch die Lifeline AGM-Batterien für eine solche Anwendung. Diese Batterien haben, verglichen mit anderen Bleibatterien, einen sehr tiefen Innenwiderstand und können deshalb auch mit einem vergleichbar hohem Ladestrom geladen werden.
Laden mit Lichtmaschine
In Fahrzeugen wie Wohnmobilen, Camper oder Verkaufsfahrzeugen wie auch in Booten wird die Batterie oft über eine Lichtmaschine geladen. Je nach Branche wird die Lichtmaschine auch Alternator genannt.
Der Alternator wurde für das Laden von Starterbatterien entwickelt und hat relativ einfache Ladeeigenschaften. Zuerst wird mit einem von der Drehzahl der Lichtmaschine abhängigen Ladestrom geladen, bis die in der Lichtmaschine vorgegebene Ladeendspannung erreicht ist. Danach wird einfach diese Ladeendspannung gehalten.
Wird für die Verbraucherbatterie ein Batterietrennrelais oder ein Batteriesplitter eingesetzt, so wird diese zweite Batterie mit den gleichen Ladeeigenschaften geladen.
Gerade für Gel oder AGM-Batterien welche für den Zyklenbetrieb gebaut wurden, ist dies nicht optimal. Diese Batterien werden dann z.T. nicht voll geladen, was zu Sulfatisierung führen kann, oder weil sie dauernd an einer hohen Ladeendspannung hängen, ist die interne Oxydation grösser und damit die Lebensdauer kleiner.
Um die Ladung der Zweitbatterie zu verbessern kann anstelle von Trennrelais oder Batteriesplitter ein Ladewandler eingesetzt werden (Siehe auch unten bei Ladebooster).
Lichmaschinenregler
Als alternative kann der Alternator auch mit einem intelligenten Lichtmaschinenregler ausgestattet werden. Dieser Lichmaschinenregler steuert den Alternator dann so, dass die Batterie wie mit einem 4-Stufen Ladegerät geladen wird.
Der Einbau eines Lichtmaschinenreglers bedingt den Eingriff in die Fahrzeug-Elektrik. Deshalb sollte dies vom einem Fahrzeugelektriker ausgeführt werden
Bei modernen Fahrzeugen wird die Lichtmaschine bereits so gesteuert, dass von der Volladung (14,4V) auf Erhaltungsladung (13,6V) umgeschaltet wird.
Dies hat den Nachteil, dass für einen Ladewandler nur eine relativ geringe Eingangsspannung zur Verfügung steht.
Laden von mehreren Batterien
Gerade in Spezialfahrzeugen werden oft zwei Batteriesysteme eingesetzt. Ein System wird zu Starten des Motors verwendet, das andere z.B. als Fahrgastinformationssystem im Linienbus, als Versorgungssystem im Boot oder Camper, usw.
Beide Batterien werden vom gleichen Alternator, den selben Solarzellen oder auch vom selben Windgenerator gespiesen.
Die Starterbatterie sollte nun immer geladen sein, sodass der Motor auch bei entladener Versorgungsbatterie gestartet und die Versorgungsbatterie über den Alternator wieder geladen werden kann.
Um nun beide Batterien laden zu können, ohne diese parallel zu schliessen, gibt es verschiedene Lösungen:
Batteriesplitter
Beide Batterien werden über je eine ‚Diode‘ parallel geladen. Die Diode verhindert, dass bei der Entladung nur die entsprechede Batterie belastet wird.
Da aber die klassischen Dioden einen Spannungsabfall von 0.7V haben, was z.B. bei 100A eine Verlustleistung von 70W ausmachen würde, werden heute z.T. Mosfets eingesetzt
Der Nachteil dieser Lösung ist, dass beide Batterien gleich geladen werden. Der Starterbatterie kann man so nicht die erste Priorität geben.
Batterietrennrelais
Die Versorgerbatterie wird durch ein Relais von der Starterbatterie getrennt. Die Ladung ist an der Starterbatterie angeschlossen. Sobald die Spannung an der Starterbatterie einen entsprechenden Wert erreicht hat, detektiert das Trennrelais, dass die Batterie geladen wird und schaltet die Versorgungsbatterie auch an die Ladung. Sobald die Ladespannung wieder sinkt, wird die zweite Batterie von der Starterbatterie getrennt. So ist sichergestellt, dass ohne Ladung nur die Versorgerbatterie durch die Verbraucher belastet wird.
Der Vorteil ist, dass bei tiefer Entladung und geringen Ladeströmen (z.B. durch Ladegeräte, Solarmodule oder Windgeneratoren) immer zuerst die Starterbatterie geladen wird.
Der Nachteil ist, dass beim Zuschalten doch erhebliche Stromspitzen auftreten können, wenn die Batterien noch unterschiedlich geladen sind.
Beim Batterietrennrelais werden Starterbatterie und Verbraucherbatterie mit der gleiche Spannung geladen. Oftmals sind jedoch Starter- und Verbraucherbatterie nicht vom gleichen Typ. Die Straterbatterie ist meistens eine Nasszellen-Batterie. Bei der Verbraucherbatterie werden oft wartungsfreue und verschlossene Gel-Batterien oder auch AGM-Batterien eingesetzt. Starterbatterien und Versorgerbatterien sollten deshalb auch unterschiedlich geladen werden. Damit die Verbraucherbatterie nun optimal geladen werden kann, sollte anstelle des Batterietrennrelais ein Ladewandler (auch Lade-Booster genannt) eingesetzt werden.
Wenn es sich bei der Versorgerbatterie um eine Li-Ion-Batterie handelt, sollte anstelle vom Trennrelais ein Ladewandler eingesetzt werden. Weil die Ruhespannung der Li-Ion-Batterie höher ist, kann es vorkommen, dass das Trennrelais erst wieder trennt, wenn die Versorgerbatterie einiges an Ladung verloren hat.
Lade-Booster
Nun kann es sein, dass die Versorgungsbatterie weit vom Alternator und der Starterbatterie entfernt ist oder sogar auf einem Anhänger platziert wurde.
Der Spannungsabfall über den Leitungen kann nun dazu führen, dass die Versorgungsbatterie gar nie richtig geladen wird und so vorzeitig ausfällt.
Mittlerweile werden Geräte Booster-Ladegeräte angeboten, welche einen internen DC/DC-Converter haben. Mit diesem Converter wird die zu tiefe Spannung auf der Zuleitung auf die Batterieladespannung hochgesetzt. Fällt die Spannung an der Zuleitung zu tief, dass befürchtet werden müsste, dass sich die andere Batterie entladen könnte, stellt das Booster-Ladegerät ab. Somit wird auch kein Trennrelais benötigt.
Lebensdauer der Batterie
Einsatzart
Wie lange ein Akku brauchbar ist, hängt stark vom Einsatz und der Wartung ab. Deshalb sind Garantieversprechen bei Batterien immer eine heikle Sache
Vorab ist es wichtig dass die Batterie nicht zweckentfremdet wird. Das heisst, die Batterie soll für das eingesetzt werden, wofür sie entwickelt wurde. Eine Auto-Starterbatterie eignet sich weniger für eine Solaranlage. Oder für einen elektrischen Rollstuhl, Golfcaddy oder ein Elektroroller sollen zyklenfeste Akkus und nicht Batterien für allgemeine Anwendung eingesetzt werden. Umgekehrt ist eher möglich. Batterien für allgemeine Anwendungen eignen sich eher als Stützbatterie für Notstromversorgungen, wo die Batterie nicht so oft entladen und wieder geladen wird.
Zyklenbetrieb
Jede tiefe Entladung nagt an der Lebensdauer der Batterie. Je tiefer die Batterie entladen wird, desto schädlicher ist es für den Akku. Bei Zyklenfesten Batterien ist die Herstellerangabe zu den Anzahl Zyklen zu beachten. Dabei ist es wichtig, dass man nicht Äpfel mit Birnen vergleicht. Viele Hersteller geben die Zyklenzahl bei 80% Entladung, andere bei 100% Entladung an. Die Zahl bei 100% Entladung ist in der Regel viel kleiner.
Wichtig ist beim Zyklenbetrieb, dass die Batterie nicht zu tief entladen wird. Vor allem bei Golf Trolleys, Elektrofahrräder elektrischen Rollstühlen usw. ist darauf zu achten, dass das Gerät bei der unteren Entladespannung abstellt. Gerade bei Golf Trolleys wurde beobachtet, dass viele Batterien nach einem Jahr schon übermässig stark an Kapazität verloren haben.
Weiter gilt es zu beachten, dass die Batterien vor dem Einsatz auch korrekt geladen werden. Es lohnt sich nicht, beim Ladegerät zu sparen. Für solche Anwendungen empfehlen wir ein Ladegerät von Victron Energy NOCO oder Powerfirst.
Je nach dem, ob nur am Wochenende ein/zwei Ladezyklen ausgeführt werden oder ob die Batterie täglich ein Ladezyklus macht, sollte auch die entsprechende Batterie eingesetzt werden.
Beim täglichen Einsatz empfehlen wie OPzS-Batterien, OPzV-Batterien oder die neu entwickelten Blei-Carbon-Batterien.
Im Kleinstkraftwerk (Solaranlage/Windturbine/Wasserturbine)
Meistens wird die Batterie in einem Picokraftwerk stationär eingesetzt. Wenn es sich nun um eine Batterie handelt, deren Säure nicht in einer Glasmatte (AGM) oder Gel gebunden ist, kann sich mit der Zeit die Säure vom Wasser scheiden. Dies, weil das spezifische Gewicht (Dichte) der Säure grösser ist als die des Wassers. Deshalb sollten solche Batterien von Zeit zu Zeit kontrolliert überladen werden. Die Wasserstoff-Sauerstoff- Blasen, welche beim überladen entstehen durchmischen das Elektrolyt wieder. Bei mobilen Anwendungen ist dies weniger problematisch.
ACHTUNG: Komplet verschlossene Batterien (GEL, AGM, VRLA) dürfen auf keinen Fall so stark überladen werden. Das entstehende Sauerstoff-Wasserstoffgemisch könnte nicht mehr in genügender Weise abgebaut werden. Es entsteht daraus ein starker Überdruck in der Zelle, welcher sich über die Ventile entlädt. Dies führt zum Ausfall der Batterie.
Das Überladen der Batterie darf nur in gut belüfteten Räumen ausgeführt werden, da das Sauerstoff-Wasserstoffgemisch (Knallgas) hoch explosiv ist.
Überladen sollte die Ausnahme und nicht die Regel sein. Ein Überladen der Batterie wird im Betriebsfall durch einen Laderegler verhindert. Es gibt auch intelligente Laderegler, wie der PL20 Energiemanager, welche eine parametrierbare Überladung steuern können.
Bei Batterien, welche von Zeit zu Zeit überladen werden, sollte der Säurestand öfters kontrolliert werden.
Eine grosse Gefahr beim Einsatz in Wind-, Wasser- oder Solarkraftwerken besteht auch, dass die Batterie nie richtig voll geladen wird. Man bezieht schon wieder Energie, obwohl die Ladeendspannung nicht erreicht wurde. Der Ladezustand ist immer in der Schwebe und man spricht von einem Verhungern der Batterie. Es bildet sich eine Sulfatschicht auf den Platten was sich negativ auf die Kapazität und den Innenwiderstand auswirkt. Versuche haben gezeigt, dass diese Sulfatschicht durch pulsartige Entladung verringert und so die Lebensdauer erhöht werden kann. Mittlerweile sind deshalb Geräte wie der Megapuls auf dem Markt erhältlich, welche diese pulsartige Entladung autonom ausführen.
Auch im Kleinstkraftwerk sollte ein Tiefentladen der Batterie unbedingt verhindert werden. Werden ausser einem intelligenter Wechselrichter keine weiteren Verbraucher angeschlossen, wird das Abschalten bei Unterspannung vom Wechselrichter selber übernommen. Ansonsten muss darauf geachtet werden, dass die Entladespannung nicht unterschritten wird.
Allgemeines
Egal, ob mit einem Picokraftwerk oder mit einem Ladegerät geladen wird, wichtig ist, das die Bleibatterie auch wirklich voll geladen wird.
Wird eine Batterie nie richtig voll geladen, verkürzt sich die Lebensdauer enorm.
Im Gegensatz zu den Ni-Cd Akkus sollte eine komplette Entladung bei der Bleibatterie vermieden werden. Eine sog. Tiefentladung wirkt sich negativ auf die Lebensdauer aus.
Auch soll eine Batterie nicht überladen werden, d.h. höher geladen werden als die Ladeendspannug. Wird ein Bleiakku überladen, entsteht Wärme und das Wasser in der Batterie wird zersetzt in Wasserstoff und Sauerstoff. In Wartungsfreien (verschlossenen) Zellen kann ein Überdruck entstehen und die Gase strömen über Sicherheitsventile aus der Batterie.
Serie geschaltete Batterien
Batterien werden in Serie geschaltet, um die nutzbare Spannung zu erhöhen. D.h. der Pluspol der einen Batterie wird mit dem Minuspol der anderen Batterie verbunden.
Wurden die Batterien schon in der Serieschaltung entladen, können diese auch wieder in Serie geladen werden. Übliche Nennspannungen sind 24V, 36V und 48V. Höher geht man eher selten. 36V-System findet man bei der Eisenbahn und zum Teil bei Elektro-Scooter. 36V-Ladegeräte sind eher selten zu finden auf dem Markt.
Bei einem 48V-System ist darauf zu achten, dass die Ladespannung schon mal über die 50V-Grenze steigt, was bei Berührung schon zu Stromschlägen führen kann. Die Pole sollten deshalb nicht mehr offen zugänglich sein.
Es dürfen nur Batterien mit gleicher Kapazität in mit gleichem Alter in Serie geschaltet werden. Es sollten auch nie Batterien in Serie geschaltet werden, welche nicht gleich stark geladen sind. Die Batterien sind vor der Serieschaltung immer einzeln (oder parallel) zu laden.
Bei neue AGM (Vlies) Batterien oder GEL-Batterien empfiehlt es sich, die Batterien vor der Serieschaltung zu zyklieren. Die Batterien werden einzeln mehrere Male geladen, entladen und wieder geladen. Die Zyklenzahl der Zyklierung sollte bei allen Batterien gleich sein.
Bei der Serieschaltung verdoppelt sich nur die Spannung. Die Kapazität bleibt die gleiche. Wenn Sie z.B. zwei 12V Batterien mit je 20Ah in Serie schalten, so haben Sie ein Batteriesystem mit 24V, jedoch immer noch mit 20Ah.
Da für 12Volt günstigere Ladegeräte in einer grösseren Vielfalt erhältlich sind, kommt man in die Versuchung, die Batterien für die Ladung parallel zu schalten. Die Erfahrung hat gezeigt, dass dies moderne Ladegeräte aus dem Konzept bringen und sich mit der Zeit unterschiedlichen Ladezustände einstellen können. Es ist deshalb zu empfehlen, bei Entladung in Serie geschaltete Batterien auch in Serie oder einzeln zu laden.
Auch wenn man darauf achtet, dass die Seriebatterien vom gleichen Typ und gleichem Alter sind, können sich Asymmetrien ergeben und die eine Batterie wird schon überladen, wenn die andere noch gar nicht voll ist.
Da macht es Sinn, einen Ladungsausgleicher oder auch Equalizer genannt, einzusetzen.
Der Equalizer misst die Gesamtspannung des 24V-Systemse und rechnet den Mittelwert aus. Wenn die Spannung der einzelnen Batterie vom Mittelwert abweicht, fliesst ein Ausgleichsstrom, bis die Batteriespannungen ausgeglichen sind. Dies wird nur ausgeführt, wenn die Gesamtspannung über 26V liegt, d.h. die Batterie geladen wird.
Dies erhöht die Lebensdauer der Batterien und dank bessere Ladung auch die Gesamtkapazität.
Parallel geschaltete Batterien
Um die Speicherkapazität zu erhöhen, werden Batterien auch parallel geschaltet. D.h. der Pluspol der einen Batterie wird mit dem Pluspol der anderen Batterie verbunden. Dasselbe mit dem Minuspol. Dabei ist es sehr wichtig, dass es Batterien vom gleichen Typ sind so dass die Spannungen identisch sind. Auch sollten die Batterien beim Zusammenschalten einigermassen gleich geladen sein, da erhebliche Ausgleichsströme entstehen können. Beim Parallelschalten wird die Kapazität verdoppelt.
Es sollte auch drauf geachtet werden, dass für alle Batterien die gleichen Kabellängen und Übergangswiderstände gelten. Die Batterien sollten deshalb ‚übers Kreuz‘ angeschlossen werden. Der Anschluss vom Pluspol der einen Batterie und der Anschluss vom Minuspol auf die andere Batterie legen. Die Verbindungskable sollten auch gleich lang gewählt werden.
Wenn immer möglich empfiehlt es sich jedoch, auf eine Parallelschaltung zu verzichten und statt dessen einzelne 2V-Zellen grösserer Kapazität in Serie zu schalten.
Gasbildung
Bleibatterien sollten immer in gut belüfteten Räumen platziert werden.
Batterien welche nicht verschlossen sind (wartungsfrei) dürfen nicht in verschlossenen Räumen geladen werden. Wenn die Batteriespannung beim Laden sich im Bereich der Ladeendspannung befindet beginnt der Ladestrom das Wasser der Batterie in Wasserstoff und Sauerstoff aufzuteilen. Die Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff nennt man Knallgas. Dieses Gas führt bei entsprechender Konzentration und Zündquelle zu einer Explosion.
Verschlossene, wartungsfreie Batterien sind so konstruiert, dass das Knallgas innerhalb der Batterie wieder zu Wasser wird. Bei zu grossen Ladeströmen reicht jedoch der Katalysator nicht mehr aus. Das erzeugte Knallgas führt zu einem Überdruck in der Batterie und zum Öffnen der Überdruckventile.
Bei den klassischen Bleibatterien, welch stationär montiert sind, ist die Bildung von Knallgas resp. das Überladen der Batterie von Zeit zu Zeit gewollt. Durch längeres Stehen kann sich in den Nasszellen die Säure vom Wasser trennen, da die Säure eine höhere Dichte aufweist. Durch das Überladen bilden sich Gasblasen, welche das Elektrolyt wieder durchmischen.
Werden für die Solaranlagen oder die Windanlage Nasszellen eingebaut, sollte der Laderegler fähig sein, z.B. einmal pro Monat die Batterie zu überladen, oder wie man so schön sagt, zum Kochen zu bringen. Für solche Fälle empfiehlt Maurer Elektromaschinen z.B. ein Regler aus der Familie der Energiemanager PLX.
Lithium-Ionen Batterien (Li-Ion)
Die Li-Ion-Akkus bestechen durch ihre Energiedichte. Eine LieFePO4 hat zwar nahezu das gleiche Volumen, ist aber höchstens halb so schwer. Weiter können mit Li-Ion-Batterien um Faktor mehr Zyklen gemacht werden. Weiter wird im Gegensatz zu Bleibatterien nimmt die Kapazität nicht ab bei grosse Entladeströme. Deshalb ist diese Batterie gerade bei Traktionsanwendungen wie Elektromobile, Elektroboote usw. sehr beliebt.
Lithium-Ionen-Batterien gibt es in unzähligen Varianten. Die Zellen haben auch je nach Chemie eine unterschiedliche Ladeendspannung. Deshalb können die Ladegeräte auch nicht einfach untereinander getauscht werden. Für jede Batterie muss das richtige Ladegerät eingesetzt werden.
Die Batterien sind auch nicht so gutmütig wie die Bleibatterien. So können bei einigen Typen Brände oder Detonationen entstehen wenn sie überladen oder zu rasch entladen werden. In Serie geschaltete Zellen der Li-Ion Batterien haben auch nicht die Fähigkeit die Ladespannung anzugleichen, indem sie die Energie bei voller Zelle in Wärme umsetzen, wie dies bei der Bleibatterie der Fall ist.
Wenn eine Bleibatterien überladen wird, strömt Wasserstoff und Sauerstoff aus, was im schlimmsten Fall zu Explosionen führen kann. Wird eine Li-Ion-Batterie überladen, strömt ätzendes und giftiges Gas und krebserregender Staub aus. Die Gase können Flusssäure enthalten, welche zu irreparablen Lungenschäden führen können.
Um dies zu verhindern sollte unbedingt ein Batteriemanagementsystem (auch BMS genannt) eingesetzt werden.
Ein BMS überwacht die Spannung und den Strom jeder einzelnen Zelle. Wenn ein Wert ausserhalb vom zulässigen Bereich liegt, wird mindestens eine Warnung herausgegeben. Bessere sind fähig, das Batterieladegerät auf die Batterie abgestimmt zu steuern.
Die einzelnen Zellen können von der Fertigung her leicht unterschiedliche Kapazitäten aufweisen. Es ist vorteilhaft, wenn das BMS fähig ist, die Ladung der Zellen auszugleichen (balancing), dass bei der Ladung keine Zelle eine Überspannung erhält, obwohl die Ladeendspannung der Batterie noch nicht erreicht wurde.
Je nach Batteriemanagement werden einzelne Werte während er Ladung und Entladung gespeichert und können später ausgelesen werden.
Der optimale Temperaturbereich für Li-Ion-Batterien liegt zwischen 20°C und 40°C
Li-Ion Batterien sollten bei tiefen Temperaturen (unter 0°C) nicht oder nur mit geringem Ladestrom geladen werden. Spezielle Alterungsmechanismen können zu irreparablen Schäden führen.
Der Wichtigste dieser Art ist das sogenannte Lithium-Plating. Beim Ladevorgang bei tiefen Temperaturen kommt es zur Ablagerung von reinem Lithium an der Anode. Das führt zu einer Reduktion der Zellkapazität und im schlimmsten Fall zum Kurzschluss, wenn sich das Lithium als Dendrite ablagert.
Batteriemanagementsystem
Mittlerweile werden unter dem Namen Batteriemanagementsystem (BMS) eine Vielzahl von unterschiedlichen Schaltungen angeboten.
Doch BMS ist nicht gleich BMS:
Über- und Unterspannungsschutz
Die einfachste Form wäre, die Batterie gegen Überladen und Tiefentladung zu schützen, ähnlich einem Batteriewächter im Bleibereich.
Da aber die Einzelnen Zellen immer noch unterschiedliche Ladezustände aufweisen können (weil die Zellen herstellungsbedingt leicht andere Kapazitäten haben oder unterschiedlich altern) bietet diese Art von BMS keinen grossen Schutz.
Batteriemonitor
Einige Hersteller bieten unter dem Namen BMS ein System an, welches nur über den Zustand der Batterie informiert. Es zeigt z.B. die Restladung der Batterie an und informiert über allfällige Störungen wie Überladung oder Tiefentladung einzelner Zellen. Die Geräte sind nicht mit Leistungselektronik bestückt und können das Laden oder Entladen der Batterie nicht unterbrechen. Diese Batteriemonitore bieten höchstens einen digitalen Ausgang, mit welchem allenfalls ein Hochleistungsrelais oder Leistungselektronik beeinflusst werden könnte.
Batteriemonitoren bieten zwar kein Schutz, sind aber zusätzlich zu einem BMS eine grosse Hilfe, wenn es darum geht, den Ladezustand der Batterie anzuzeigen.
Protecting Board
Viele Chinesische Batteriehersteller bieten diese Schutzschaltung bereits als Batteriemanagementsystem an. Das System überwacht die einzelnen Zellen und unterbricht den Ladevorgang oder schaltet den Verbraucher ab, wenn eine Zelle ausserhalb der zulässigen Spannung ist.
Solche Systeme schützen die Batterie wirkungsvoll.
Im Gegensatz zur Bleibatterie merkt man bei diesem System aber nicht, wann nur noch eine geringe Restladung vorhanden ist. Sobald eine Zelle leer ist, schalte das Board abrupt aus und man hat keine Reserve mehr.
Diese Protcting Board sind in der Regel nicht fähig, unterschiedliche Ladezustände der Zellen durch sog. ‚Balancing‘ auszugleichen. Wenn nun die Ladezustände der Zellen durch Alterung und Ladvorgängen auseinander driften, nimmt die Kapazität der gesamten Batterie ab, obwohl die einzelnen Zellen immer noch die volle Kapazität hätten. Dies kommt daher dass die Zelle, welche bei der Entladeabschaltung noch nicht entladen war, beim Laden vorzeitig die Ladeendspannung erreicht.
Zellen-Print
Bei einer geringen Anzahl Zellen, lohnt sich der Einsatz von Zellenprints.
Gute Zellenprints sind fähig, die Ladezustände auszugleichen (balancing) und bieten auch die Möglichkeit, über einen Kontakt die Ladung und Entladung zu unterbrechen.
Es ist darauf zu achten, dass das Ladegerät auf die Zellenprints abgestimmt ist. Wenn der Ausgleichsstrom vom Balancing grösser ist, als der Abschaltstrom (Cut Off Current) vom Ladegerät, schaltet das Ladegerät nie in den Modus ‚Batterie geladen‘.
High-End BMS
Ein gutes BMS überwacht jede Zelle und kann den Ladevorgang unterbrechen oder die Last von der Batterie trennen, wenn unerlaubte Spannungen auftreten.
Beim Laden werden die einzelnen Ladezustände durch Balancing angeglichen, um eine maximale Ladung zu erhalten.
Das BMS sollte die Möglichkeit bieten, den Anwender über den Ladungszustand der Batterie zu informieren, damit der Anwender bei tiefem Ladezustand entsprechend reagieren kann.
Weiter kann ein gutes BMS auch die Temperatur der Batterie überwachen.
Um das BMS auf die Anwendung und Batterie anzupassen, sollte es parametrierbar sein.
Vor allem bei Anwendungen in Elektrofahrzeugen sollte das BMS über einen CAN-Bus mit dem Ladegerät und dem Motorkontroller Daten wie z.B. den Ladezustand austauschen können.
Aktives BMS <-> Passives BMS
Herkömmliche Batteriemanagementsysteme leiten beim Balancing einen Teil des Ladestromes an der Zelle vorbei, welche bereits gut geladen ist. Die Energie wird so verheizt. Diese Batteriemanagementsysteme werden Passive BMS genannt.
Das Ziel des aktiven BMS liegt darin, die überschüssige Energie einer vollen Zelle einer noch zu ladenden Zelle zu übergeben. Dies geschieht entweder durch das zwischenladen von Kondensatoren oder Spulen. Ein neuer Ansatz ist der Einsatz von kleinen DC/DC-Convertern.
Der Schaltungsaufwand für ein aktives BMS ist einiges höher. Wegen den geringen Spannungsunterschiede sind auch die Umladeverluste recht hoch.
Bei Li-Ion-Zellen kann die gesamte Ladung, welche mal eingeladen wurde, auch wieder entnommen werden.
Wenn nach dem ersten Laden die Zellen einmal ausgeglichen sind, ist deshalb die Ladung, welche für den Ladungsausgleich beim passiven BMS verloren geht, sehr gering. Es muss nur noch der Unterschied bei der Selbstentladung der Zellen ausgeglichen werden.
Es stellt sich deshalb die Frage, ob sich eine aufwendigere und teurere Schaltung loht, handelt man sich doch bei einer größeren Anzahl Bauteile auch eine geringere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit ein.
Weitere Infos zum Batteriemanagementsystem finden Sie unter https://www.hoeisi.ch/BMS_Info.htm
Li-Ion-Batterien laden mit Solarmodulen
Selbstverständlich können auch Lithium-Ionen-Batterien mit Photovoltaik-Modulen aufgeladen werden. Weil aber diese Batterien eine andere Ladeendspannung besitzen als Bleibatterien sollte ein Solarladeregler verwendet werden, bei welchem die Ladeendspannung eingestellt werden kann. BildLadereglerTracer
Möglich wäre z.B. der Energiemanager von Phocos oder die preiswerten MPPT-Laderegler maurelma der BN-Serie.
Trotz des Ladereglers empfehlen wir sehr stark, zusätzlich ein Batteriemanagementsystem einzusetzen, welches die einzelnen Zellen überwacht und ausbalanciert.
Tiefentladen Li-Ion Batterien
Li-Ion-Zellen haben eine äusserst kleine Selbstentladung. Da aber für den sicheren Betrieb von Li-Ion-Batterien ein Batteriemanagementsystem benötigt wird, welches auch bei ausgeschaltetem Verbrauchter immer einen kleinen Strom zieht, besteht bei Lagerung der Batterie die Gefahr der Tiefentladung. Dies ist die am häufigsten beobachtete Ursache für den Defekt der Li-Ion-Batterie.
Dies ist übrigens auch bei der Bleibatterie so.
In vielen Fällen kann die Li-Ion-Batterie dann nicht mehr geladen werden, weil das Batteriemanagementsystem auf Grund der tiefen Spannung gar nicht mehr funktioniert.
In etlichen Fällen kann die Batterie trotzdem noch gerettet werden wenn man mit einer regelbaren Stromquelle unter Umgehung des BMS die Batterie mit einem kleinen Strom speist.
Sobald die Spannung ausreicht und das BMS wieder aktiv ist, sollte der Ladestrom auch wieder über die Schutzschaltung vom BMS fliessen.
Der Ladestrom kann erst wieder erhöht werden, wenn alle Zellen wieder ihre Nennspannung erreicht haben.
Auch wenn wir bei dieser Aktion noch nie einen kritischen Zustand hatten, empfehlen wir, dies nur im Freien zu machen. Laut Theorie besteht die Gefahr dass sich sog. Dentrieden bilden, welche die Sperrschicht durchbrechen und einen inneren Kurzschluss auslösen könnten.
Deshalb ist es auch wichtig, dass nach einer Tiefentladung die Batterie nur mit einem kleinen Strom geladen werden.
Intelligente Batteriemanagementsysteme tragen dem Rechnung. Zum Teil kann dieser Strom (bis zum Erreichen einer parametrierbaren Zellspannung) im BMS vorgegeben werden.
Weitere Infos über Batterien finden Sie unter: https://www.hoeisi.ch/batterien.htm