Die Rolle der Batterie in der USV-Technik

In Würde altern

Mehr Haltbarkeit erreichen die Akkuhersteller durch relativ einfache Maßnahmen: So sorgen stärkere Bleiplatten mit mehr wandelbarem Material für lange Laufleistungen. Allerdings lassen sich die Platten nicht beliebig massiv herstellen. So genannte Röhrchen- oder Panzerplatten haben zwar eine enorme Lebensdauer, man bezahlt diesen Vorteil aber mit hohen Innenwiderständen und dadurch schlechterer Hochstromfähigkeit. Der Innenwiderstand ist aber ein kritischer Wert bei einer USV: Weil im Fehlerfall binnen kurzer Zeit unter Umständen die Maximallast mit Strom zu versorgen ist, fordern die USV-Entwickler eine möglichst gute Hochstromfähigkeit der Akkus. Die hängt neben den Platten auch von den Interzellverbindern innerhalb des Akkus ab.

Die Eurobat-Spezifikation darf man also in den allermeisten Fällen nicht bis zum letzten Monat ausreizen, denn wer kann schon die Temperatur im Inneren einer USV-Anlage durchgehend auf +20 °C einstellen. Labortests unter möglichst realen Bedingungen zeigten, dass ein High-Performance-Akku in der Regel sieben bis acht anstelle der vorgesehenen zehn bis zwölf Jahre durchhielt. Und noch einen Faktor darf man nicht außer Acht lassen: Leider kommen häufig Akkus auf den Markt, die der Hersteller entweder sehr optimistisch oder schlichtweg falsch deklariert hat. Diese oft aus chinesischer Produktion stammenden Akkus haben erheblich dünnere Plattenstärken als sie eigentlich aufweisen müssten. Sie halten im besten Fall fünf, meist aber nur drei Jahre lang durch. Dennoch: Wer die Anschaffung einer USV plant, sollte genau nachfragen, welche Klassifizierung die verwendeten Akkus haben und wie lange sie ihren Dienst verrichten werden.

Hegen und Pflegen

Dass ein verschlossener Bleiakku wartungsfrei ist, gilt nur für das Nachfüllen von Wasser und Säure. Der Akku muss permanent auf dem korrekten Ladestand gehalten und so schnell wie möglich nachgeladen werden. Dabei müssen die äußeren Bedingungen – vor allem die Temperatur – in die Ladeparameter einfließen, wie es bei den USV-Anlagen von Newave geschieht. Das Laden von Akkus ist eine Wissenschaft für sich: Kamen früher relativ simple U/IKennlinien zum Einsatz, sind heute prozessorgesteuerte Kennfelder die Regel, in die zahlreiche Eckdaten einfließen. Ebenfalls neu ist die Verwendung von gepulsten Ladespannungen und -strömen. Allerdings haben viele dieser Ladetechniken für USV-Systeme keine Relevanz, denn die Verfahren wurden entwickelt, um die Ladezeit zu reduzieren, oft um mehrere Größenordnungen. Das ist im Bereich akkubetriebener Werkzeuge oder bei Notebooks wichtig, wo oft langen Perioden des Akkubetriebs nur kurze Zeiten mit Netzversorgung gegenüberstehen.

Doch der übliche USV-Einsatzfall sieht eine praktisch durchgehend vorhandene Netzversorgung mit geringen Phasen des Akkubetriebs vor, hier ist es wichtiger, die Lebensdauer der Akkus zu verlängern als minimale Ladezeiten zu erreichen. Aber auch diese Anforderung stellt die Entwickler vor große Herausforderungen. In einem USV-System können Hunderte von Akkus verbaut sein, die im Prinzip alle am gleichen Laderegler hängen. Nun unterscheiden sich jedoch die Akkus in ihren Eckdaten, in der Regel nur geringfügig, manchmal allerdings drastisch. So können die Zeiten, bis ein Akku komplett aufgeladen ist, erheblich auseinanderklaffen. Ein Akku, der seine Endladung schneller erreicht als seine »Kollegen«, wird dadurch aber konstant überladen, weil der Laderegler zumindest für diesen Akku zu spät auf Erhaltungsladung schaltet. Schaltungstechnisch ist es aber sehr schwer, während des Betriebs den konkreten Ladezustand der Zellen im Akku zu ermitteln. Bei geschlossenen Typen geht das theoretisch über die Säuredichte, aber zum einen ist das nur bei einzelnen Akkus praktikabel, zum anderen nutzt die überwiegende Anzahl der USVs verschlossene Ausführungen.

Um den Ladezustand im laufenden Betrieb zu bestimmen, wurde in den letzten Jahren die Impedanz des Akkus herangezogen. Eine Schaltung maß die Impedanz aller Akkus, und so ermittelte ein Mikroprozessor die Gleichförmigkeit der Werte und die entsprechenden Abweichungen. Allerdings zeigte sich, dass diese elektrische Größe allein nicht immer zuverlässig Auskunft über den Ladezustand gab. Bis zu einem Kapazitätsverlust von 30% bis 35% gab die Impedanz allein keinen Hinweis auf den Defekt. Weil Akkus aber in der Regel bei 80% Nennkapazität ausgetauscht werden, war ein komplexeres Modell vonnöten.

1. Die Rolle der Batterie in der USV-Technik
2. Restwelligkeit begrenzen
3. In Würde altern