Akkus umfassend und kostengünstig überwachen
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Herkömmliche Kapazitätsmessung unmöglich
Die herkömmliche Methode, die Kapazität jeder Zelle durch die Messung des spezifischen Gewichts des Elektrolyts abzuschätzen, ist bei verschlossenen Blei- und Blei- Gel-Akkus nicht anwendbar. Um zu bestimmen, bis zu welchem Grad der Akkumulator ein kritisches System versorgen kann, gibt es nur eine sichere Methode: autonome Entladungstests des gesamten Akkus. Die meisten Systeme müssen während dieses Tests abgeschaltet werden, um eine mögliche Schädigung ihrer Last zu vermeiden. Damit kann aber die USV-Funktion für den Test- Zeitraum nicht mehr aufrechterhalten werden.
Um die Kosten und Ausfallzeiten solcher Tests zu vermeiden, wurden nicht-intrusive Methoden zur Dauerüberwachung entwickelt, mit denen sich die Kapazität im Betrieb ermitteln lässt. Die Systeme haben das Ziel, ausreichende Informationen über den Akkumulator zu liefern, um jede Änderung eines kritischen Parameters zu erkennen, bevor er sich als Fehler auswirkt – mit der Hoffnung, die Lebensdauer des Akkus zu verlängern und zugleich einem schwerwiegenden Fehler während eines Stromausfalls vorzubeugen.
Der heute am meisten überwachte Akku-Parameter ist die Klemmenspannung jeder Zelle oder jedes Monoblocks – ein Monoblock besteht aus zwei oder mehr Zellen im gleichen Gehäuse. Manche Hersteller überwachen zusätzlich die interne Zellenimpedanz – mit wechselndem Erfolg. Selbst die einfachsten Überwachungssysteme überwachen heute den Lade-/Entladestrom und die Umgebungstemperatur.
Die kontinuierliche Akku-Überwachung wurde schnell allgemein anerkannt, da sie die Wartungskosten wesentlich senkt und hilft, Totalausfälle zu vermeiden. Was fehlt, ist ein hochqualitatives, kostengünstiges Produkt, das sich für den durchschnittlichen Akku-Anwender eignet.
Das Sentinel-Modul von LEM liefert umfassende Messdaten und basiert auf einem SoC (System on a Chip), das von LEM entwickelt wurde. Der Baustein befindet sich auf einem Modul, das die Zellen- und Monoblock-Klemmenspannung, die Zelleninnentemperatur und -impedanz misst – und das zu Kosten, die für durchschnittliche Anwender erschwinglich sind.
Die Zellenspannung wird als eher unbedeutend angesehen, da die Ladespannung die Gesamtspannung vorschreibt. Die Zellen weichen nur dann von ihrer individuellen Nennspannung ab, wenn der Fehler weit fortgeschritten ist – voraussichtlich zu spät, um einen Ausfall zu verhindern. Die Überwachung der Zellenspannung ist vor allem bei der Entladung (Notstromerzeugung bei Netzausfall) oder bei einem Entladetest hilfreich. Zellen, die dabei die erforderlichen Spezifikationen nicht mehr erfüllen, lassen sich erkennen und austauschen.
Die Zelleninnentemperatur kann dagegen sehr aufschlussreich sein, da das thermische Durchgehen einen logarithmischen Verlauf hat und vor dem eigentlichen Auftreten durch Hochrechnung der einzelnen Zellentemperaturen erkennbar ist. Die einfache Zellenimpedanz ist ein weiterer wichtiger Parameter, der ebenfalls einen logarithmischen Verlauf aufweist (Bild 1).
Eine fehlerhafte Zelle kann 150 % bis 200 % ihres ursprünglichen Impedanzwerts aufweisen. Eine vollständig erschöpfte Zelle kann bei über 300 % des ursprünglichen Impedanzwerts einer neuen Zelle liegen. Zwischen Impedanz/ Leitfähigkeit/Widerstand und der Leistungsfähigkeit oder der Lebensdauer besteht kein direkter Zusammenhang. Dennoch liefert das Hochrechnen des Impedanzwerts über der Zeit gute Hinweise auf einen möglichen Ausfall und lässt sicherlich Zellen erkennen, die näher beobachtet werden müssen. Alle drei Parameter haben einen nahezu identischen Charakter und werden je nach Produkt von den unterschiedlichen Herstellern hervorgehoben.
Die Impedanzüberwachung erwies sich nicht, wie erhofft, als ideale Methode zur Fehlererkennung, und einige Systeme lieferten widersprüchliche Fehlermeldungen. LEM investierte viel Zeit in die Suche nach den Gründen der Fehlbarkeit von Messungen bei der Erkennung von Ausfällen und entwickelte eine zuverlässige Testmethode, die bis in die Ladungsschicht der Zellen reicht.
Wie in Bild 1 ersichtlich, lässt sich ein Fehler zu Beginn nicht einfach erkennen. Der Fehler kann unentdeckt bleiben, bis die Leistungsfähigkeit der Zelle erheblich beeinträchtigt ist. Vorteilhaft wäre es, wenn die nächste Generation kontinuierlicher Batterieüberwachungssysteme mehr Informationen – bereits weit vor der Verschlechterung des Zellenzustands – bereitstellen könnte, unabhängig davon, ob ein Fehler oder natürliche Umstände vorliegen. LEM hat an der Gewinnung komplexerer Daten aus der Zelle oder dem Monoblock gearbeitet und verfügt über verschiedene Patente auf dem Gebiet der Analyse von Zellenparametern. Die neuesten Entwicklungen fließen nun in die nächste Generation der Zellen-Schnittstellenmodule namens „Lifeguard“ ein.
- Akkus umfassend und kostengünstig überwachen
- Akkus umfassend und kostengünstig überwachen
- Akku-Überwachung kann mehr Informationen liefern
- Herkömmliche Kapazitätsmessung unmöglich
