Bleibatterien werden in vielen verschiedenen Anwendungen und Geräten in der Industrie verwendet. Bei der Auswahl der passenden Batterie gilt es allerdings einige Punkte zu beachten. Außerdem lässt sich mit der richtigen Handhabung ihre Lebensdauer und Effizienz deutlich steigern. Einen Überblick geben die folgenden Tipps.
Die Batterielast berechnen
Bleibatterien sind in allen Größen und Formen lieferbar. Um eine angemessen dimensionierte Batterie für den geplanten Einsatzzweck zu finden, sind im Wesentlichen zwei Informationen nötig: die Batterielast und die geplante Betriebszeit oder Autonomie. Elektrische Geräte oder Motoren ziehen stets eine Last – die sogenannte Batterielast, die in Ampere angegeben wird. Ist diese nicht bekannt, kann alternativ die Leistungsangabe in Watt durch die angegebene Systemspannung dividiert und dann in Ampere umgerechnet werden. Ein Beispiel: Ein elektrisch betriebenes Werkzeug hat die Leistungsangabe 12 V/120 W. Die Umrechnung in die Batterielast erfolgt folgendermaßen: 120:12 = 10 A. Diese beschriebene Last muss die Batterie dann in der Betriebszeit oder Autonomie liefern.
Per Diagramm ermitteln
Anhand der Informationen zu Batterielast und Betriebszeit lässt sich mithilfe eines Batterie-Auswahl-Diagramms, zum Beispiel von dem Batteriehersteller GS Yuasa, ein Schnittpunkt ermitteln, der die Batteriegröße oder die benötigte Kapazität in Amperestunden (Ah) bestimmt. Zur vereinfachten Verwendung sind die Kapazitätswerte hier gerundet. Liegt dieser Schnittpunkt zwischen zwei Linien, sollte der nächsthöhere Wert ausgewählt werden.
Soll beispielsweise eine Batterie das eben genannte Elektrowerkzeug für insgesamt drei Stunden bis zum nächsten Ladevorgang betreiben. Dann beträgt der Wert bei 10 A insgesamt 10 A x 3 h = 30 Ah. Gibt es im Diagramm dafür keine Linie, sollte der nächst höhere Wert gewählt werden, etwa 38 Ah. Zu beachten ist, dass die per Diagramm ermittelte Batteriekapazität in Ah oftmals höher ist als das aus Zeit und Stromstärke ermittelte Ergebnis. Das liegt daran, dass sich die Nennkapazität jeder NP-Batterie von GS Yuasa auf eine Entladedauer von 20 Stunden bezieht. Das bedeutet, die volle Kapazität der Batterie, hier 38 Ah, kann nur über eine Entladedauer von 20 Stunden entnommen werden.
Unterschiedliche Ladeverfahren
Um die bestmögliche Leistung und die maximale Gebrauchsdauer einer Bleibatterie erreichen zu können, ist es entscheidend, dass diese korrekt geladen wird. Dafür empfiehlt sich eine selbstbegrenzende I/U-Lademethode bei idealerweise 20 °C Umgebungstemperatur. Der Strom sollte dabei 1/10 der Nennkapazität / C(A)10 nicht übersteigen und die Ladespannung sollte 2,275 V pro Zelle betragen.
Grundsätzlich unterscheidet man bei den Ladeverfahren die Erhaltungsladung und das zyklische Laden. Während der Erhaltungsladung befindet sich die Batterie im Bereitschaftsbetrieb und wird gerade ausreichend mit Strom versorgt, um die Selbstentladung zu kompensieren. Diese Lademethode wird zum Beispiel bei der USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) verwendet. Vom zyklischen Ladeverfahren spricht man, wenn die Kapazität der Batterie in regelmäßigen Zyklen vollständig oder teilweise genutzt wird und die Batterie erst danach wieder aufgeladen wird.
Einsatzzweck bestimmt Gebrauchsdauer
Je nachdem, ob man eine Batterie im Bereitschaftsbetrieb oder im zyklischen Betrieb einsetzt, unterscheidet sich ihre mögliche Gebrauchsdauer. Die Gebrauchsdauer im Bereitschaftsbetrieb im Rahmen eines bestimmten Ladeprofils und einer definierten Umgebungstemperatur ergibt sich durch die vom Hersteller vorgenommene Einklassifizierung in Eurobat-Klassen. Der Hersteller kann eine Batterie zum Beispiel in die Eurobat-Klasse für 3 - 5 Jahre oder 10 - 12 Jahre Gebrauchsdauer eingruppieren. Die Gebrauchsdauer verkürzt sich, wenn die Batterie höheren Temperaturen ausgesetzt ist als vorgeschrieben oder wenn sie falsch geladen wird.
Im Normalfall hat eine Batterie das Ende ihrer Gebrauchsdauer erreicht, wenn Sie nur noch 80 Prozent ihrer Nennkapazität besitzt. Wird die Batterie zyklisch betrieben, gibt der Hersteller an, wie viele Zyklen bei einer bestimmten Entladetiefe zu erreichen sind. Je tiefer die Entladung, desto geringer ist die Anzahl an Ladezyklen bis zum Ende der Gebrauchsdauer. Angegeben wird die Tiefe der Entladung in Prozent der pro Einsatzzyklus benötigten Kapazität. Mit Erreichen einer bestimmten Anzahl an Zyklen ist somit die Gebrauchsdauer einer zyklisch betriebenen Batterie beendet. Das kann bereits nach kurzer Zeit, etwa einigen Monaten, der Fall sein, wenn die Batterie entsprechend intensiv betrieben wird. Voraussetzung ist auch hier, dass die Batterie richtig geladen und behandelt wird und vor allem nicht im teilentladenen Zustand belassen wird.
Batterien richtig lagern
In geladenem Zustand lässt sich eine VRLA-
Batterie (valve-regulated lead-acid battery) bis zu 24 Monaten bei einer Temperatur von 20 °C
lagern. In keinem Fall sollte die Lagerung jedoch in entladenem oder teilentladenem Zustand erfolgen. Für die Lagerung muss die Batterie komplett verpackt bleiben und benötigt außerdem eine trockene, saubere und zusätzlich kühle Umgebung. Um eine optimale Gebrauchsdauer der Batterie zu erreichen, sollte ab einer Lagerdauer von sechs Monaten ab Produktionsdatum eine Ausgleichsladung vor Inbetriebnahme erfolgen. Beträgt die offene Klemmenspannung (OCV) weniger als 2,1 V/Z, ist vor dem Einsatz ebenfalls ein Laden der Batterien erforderlich. Bei einer OCV von kleiner oder gleich 2,0 V/Z darf die Batterie nicht mehr geladen werden und muss entsorgt werden. Die jeweilige Ausgleichsladung hat gemäß Gebrauchsanleitung des Herstellers
zu erfolgen.
Überladung vermeiden
Da für einen optimalen Ladevorgang vor allem Spannung, Stromstärke und Temperatur ausschlaggebend sind, stehen diese Größen in Zusammenhang –und jede einzelne kann eine Überladung verursachen. Bei diesem Vorgang wird durch eine zu hohe Ladespannung ein höherer Strom in die Batterie gezwungen, als diese akzeptieren kann. Der Überschuss wird dann als Wärme abgeführt. Das kann zu einem Gasaustritt durch das Sicherheitsventil führen. Innerhalb kürzester Zeit korrodiert dann das Material der positiven Platte und verkürzt die Gebrauchsdauer der Batterie. Die im Inneren der Batterie erzeugte Wärme kann aufgrund der erhöhten elektrochemischen Reaktion unter diesen Bedingungen zu einem Thermal Runaway führen. Das bedeutet, die Batterie schwillt erst an und fällt dann irreparabel aus. Wichtig ist also, eine Überladung zu vermeiden.
Richtige Betriebstemperatur
Ein Grundsatz für die richtige Handhabung von Bleibatterien besteht also darin: Wärme kann die Batterie zerstören. Deshalb existiert eine empfohlene Betriebstemperatur, die bei
20 °C liegt. Zu hohe Temperaturen verkürzen die Gebrauchsdauer der Batterie erheblich. Im Extremfall kann das zu einem Thermal Runaway, einer irreparablen Beschädigung der Batterie führen. Für den Temperaturanstieg gelten folgende Richtwerte: Während bei 20 °C die Gebrauchsdauer bei Erhaltungsladung 100 Prozent beträgt, sinkt diese bei einer Temperatur von 25 °C bereits auf 71 Prozent ab, bei 30 °C auf 50 Prozent und bei 40 °C auf nur noch 25 Prozent. Das bedeutet, hohe Temperaturen steigern zwar die Batterieleistung, führen auf der anderen Seite aber zu einer deutlichen Verkürzung der Gebrauchsdauer. Tiefe Temperaturen wiederum verlängern zwar die Gebrauchsdauer der Batterie, schränken jedoch ihre Kapazität im Einsatz ein. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, sich an die empfohlene Betriebstemperatur zu halten, um die Batterie optimal nutzen zu können.
