Inbetriebnahme von Batterien

BFH-TI
Automobiltechnik
10. Inbetriebnahme, Wartung und Ladung der Batterie
Inbetriebnahme [2]
- Starterbatterie:
Die Batterie kann in das Fahrzeug eingebaut werden. Danach kann der Motor sofort
angelassen werden.
- Elektrofahrzeug :
Die Antriebsbatterie muss aus Einzelbatterien mit den gleichen Eigenschaften
zusammengesetzt werden. Das heisst, sie sollten sogar der gleichen Fertigungsserie
entnommen werden.
Dabei ist zwischen den einzelnen Batterieblöcken ein Zwischenraum vorzusehen.
Um die Bleiplatten abzustützen muss ein Zwischenstück eingelegt werden. Nach der
Montage ist der Batteriesatz mit einer geeignete Vorrichtung vorzuspannen, damit
ständig eine Kraft auf die Bleiplatten wirkt.
Bei einer Serienschaltung von Batterien wird die Gesamtkapazität immer vom
schwächsten Batterieblock bestimmt wird.
Es empfiehlt sich neben der Gesamtspannung auch die mittlere Spannung zu
überwachen. Wenn die Differenz zwischen den beiden Batteriehälften grösser ist als
2 V, kann auf einen Defekt geschlossen werden.
Sauberkeit
Um die Selbstentladung zu verringern, muss die Batterie sauber gereinigt werden. Dies geschieht am besten mit
Lappen und warmem Wasser.
Bei sauberen Batterien beträgt die Selbstentladung weniger als 0,3% im Tag.
Elektrolyt
Monatlich einmal das Niveau kontrollieren. Falls nötig, nur destilliertes oder entsalztes Wasser einfüllen. Die
Platten müssen immer mit Elektrolyt überdeckt sein.
Für viele Anwendungen ist ein automatisches Wassernachfüllsystem [L2] sinnvoll.
Bild 1: Verschlusszapfen mit Anschluss für ein automatisches Nachfüllsystem
Karl Meier-Engel
Batterie; Inbetriebnahme, Wartung. Ladung
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Ueberwintern / Lagern
Bei der Ausserbetriebsetzung eines Fahrzeuges sollte man den Minusanschluss von der Batterie trennen. Ist dies
nicht erwünscht, so empfiehlt sich das Anschliessen der Batterie an ein Ladegerät, welches die Gasungsspannung
von 2,4 V pro Zelle nicht erreicht. Für eine 12 V Batterie sollte die Ladespannung etwa 13,2 V betragen. Damit
wird der Strom für die flüchtigen Speicher der Elektronik (RAM) und die Selbstentladung von aussen zugeführt.
Die ausgebauten oder abgeklemmten Batterien sollten alle 3-6 Monate einmal nachgeladen werden. Wird dies
unterlassen, tritt eine Sulfatierung der Bleiplatten auf. Das heisst, in den Platten bildet sich grobkristallines
Bleisulfat, das nicht mehr umgewandelt werden kann.
Explosionsgefahr
Während der Ladung bildet sich Knallgas. Deshalb nie mit offener Flamme in der Nähe einer Batterie hantieren.
Zudem ist Funkenbildung zu vermeiden. Beim Arbeiten an der Ladestation ist daher immer zuerst das Ladegerät
auszuschalten.
Normalladung
Das korrekte Aufladen der Batterie trägt wesentlich zu einer langen Lebensdauer bei. Die entsprechenden
Empfehlungen des Herstellers sind unbedingt zu beachten.
Schnell-Ladung
Die Schnell-Ladung oder Ladung mit hohen Strömen ist für Batterien günstig. Seit etwa 1990 ist bekannt, dass die
erreichbare Zyklenzahl von Traktionsbatterien zunimmt, wenn der Ladestrom deutlich grösser als 0,1 C gewählt
wird [5]. Dabei ist auf die maximale Spannung und die zulässige Temperatur zu achten. Der Ladestrom kann auf
einen Wert eingestellt werden, der etwa 50 - 100 % der Batteriekapazität beträgt
Erhaltungsladung
Bei dieser Ladung geht es darum die Batterie über längere Zeit im geladenen Zustand zu erhalten. Dabei soll die
Zellenspannung den Wert von 2,23 V pro Zelle nicht überschreiten. Damit kommt die Batterie nicht in den Bereich
der Gasungsspannung und verbraucht daher nur eine geringe Menge Wasser. Während der Erhaltungsladung stellt
sich ein Ladestrom von etwa 1 mA pro Ah ein. Das bedeutet, dass man mit einem maximalen Ladestrom von 1 A
auskommt.
Bei einer Erhaltungsladung mit einer Spannung von 2,23 V pro Zelle entfällt die Notwendigkeit einer
Ausgleichsladung.
Ausgleichsladung
Nach einer Tiefentladung oder nach mehreren unvollständigen Ladungen ist eine Ausgleichsladung vorzunehmen.
Dazu verwendet man eine Ladespannung von 2,23 V pro Zelle. Damit ist die Batterie so lange aufzuladen, bis die
Säuredichte während 2 Stunden nicht mehr weiter ansteigt. Dabei wird der Ladestrom einen minimalen Wert
erreichen, der nicht mehr weiter absinkt.
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Getakteter Ladestrom
Bei Ladegeräten mit getaktetem Ladestrom ist besonders zu beachten, dass für die Ladung nicht der effektive
Strom (quadratischer Mittelwert), sondern der arithmetische Mittelwert berücksichtigt werden muss.
Der arithmetische Mittelwert eines Wechselstromes entspricht dem Gleichstrom, welcher die gleiche
elektrolytische Wirkung, hat wie der gleichgerichtete Wechselstrom.
Man nennt den arithmetischen Mittelwert auch Gleichrichtwert.
Formel für sinusförmige Gleichstromimpulse
I A  0,637 * î 
[10.1]
IA
î
t
=
=
=
2î

arithmetischer Mittelwert = Gleichrichtwert
Scheitelwert des getakteten, sinusförmigen Gleichstromimpuls
Zeit
[A]
[A]
[s]
Ladekennlinien
Gemäss DIN 41'772 gibt es viele Formen von Ladekennlinien.
IU-Kennlinie
In jüngster Zeit hat sich die IU-Kennlinie mehrheitlich durchgesetzt. Dabei wird zuerst mit einem möglichst
grossen konstanten Strom geladen. Anschliessend folgt eine längere Aufladung mit konstanter Spannung.
Abbildung 2: IU-Kennlinie gemäss [1][L1] Dabei bedeuten:
Bulk charge:
Laden mit einem konstanten Strom -> I-Phase
Absorbtion charge:
Laden mit einer konstanten Spannung -> U-Phase
Float charge:
Schwebeladung (wird bei Fahrzeugen nicht angewendet)
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Definitionen
Ladefaktor
Das Verhältnis der zur Volladung erforderlichen Kapazität, zu der vorher entnommenen Kapazität wird als
Ladefaktor bezeichnet. Es handelt sich also um den reziproken Wert des Ah-Wirkungsgrades.
[10.2]
LF 
LF
K1
K2
Ah
K1
1

K2  Ah
=
=
=
=
Ladefaktor
zugeführte Kapazität
entnommene Kapazität
Ah-Wirkungsgrad
[Ah]
[Ah]
Für Bleibatterien beträgt der Ladefaktor 1,1 bis 1,2. Dabei ist es zu beachten, dass der Ladefaktor keine konstante
Grösse ist. Je nach Batterieart ändert der Ladefaktor mit der Zyklenzahl.
Ladestrom
INFLUENCE OF CHARGE RATE ON CYCLE LIFE
200
180
NUMBER OF CYCLES
160
140
120
100
80
60
40
20
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
CHARGE RATE (C)
Bild 3: Dieses Bild stellt die erreichbare Zyklenzahl in Funktion des Ladestromes dar. Dabei bedeutet der Begriff
„charge rate“ der Multiplikationsfaktor mit dem die Batteriekapazität multipliziert wird, um den Ladestrom zu
bestimmen.
Beispiel: Die Zahl 3 bedeutet für eine Batterie mit C = 40 Ah, dass der Ladestrom 3*C = 3*40 = 120 A betragen
sollte.
Der konstante Ladestrom während der I-Phase soll demnach möglichst gross sein!
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Gasungsspannung:
Die Gasungsspannung ist die Ladespannung oberhalb der eine Batterie deutlich zu gasen beginnt. Sie beträgt 2,4 V
pro Zelle.
Erhaltungsladespannung:
Bei Dauerladung will man einen unnötigen Wasserverbrauch vermeiden. Deshalb gilt für Bleibatterien ein Wert
der noch unter der Gasungsspannung liegt. Nämlich 2,23 V pro Zelle.
Elektrolytumwälzung [L2][L3]
Für Batterien welche oft entladen und geladen werden, empfiehlt sich der Einbau einer Elektrolytumwälzung mit
Luft. Damit kann die Säureschichtung deutlich reduziert werden. Die Lebensdauer der Batterie wird dabei
wesentlich erhöht.
Literaturverzeichnis
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
ODYSSEY: Application Manual ; Publication No : US-ODY-AM-001-April 2006
Kalker M. und Zahnder E.: Verschlossene Bleibatterien für Elektrofahrzeuge, RWE informiert 264
Baggio S. und Weber M.O.: Cyclage des batteries au plomb; Wahlfacharbeit Juli 1996
SONNENSCHEIN: Dokumentation
Pavlov D.; Petkova G.; Dimitrov M. ; Shiomi M. ; Tsubota M.: Influence of fast charge on the life
cycle of positive lead-acid battery plates; Journal of Power Sources 87 (2000) 39-56
[L1]
[L2]
[L3[
www.odysseyfactory.com
www.froetek.com
www.enersys-hawker.com
Links
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