Das richtige Ladeverfahren

Ladetechnik von Bleiakkus

6. Dezember 2017, 15:47 Uhr | Von Raphael Eckert

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Ladeverfahren für den Bereitschaftsbetrieb

Ein Beispiel für eine typische Anwendung für einen Industrieakku im Bereitschaftsbetrieb ist eine Anlage zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV). Ein Bereitschaftsbetrieb ist dann gegeben, wenn der Akku nicht öfter und tiefer entladen wird als in der Tabelle dargestellt.

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Kennzeichen des Bereitschaftsbetriebs von Akkus ist, dass die Zellen nur selten und meist auch nur wenig entladen werden
Tabelle. Kennzeichen des Bereitschaftsbetriebs von Akkus ist, dass die Zellen nur selten und meist auch nur wenig entladen werden. Die typische Anwendung für den Bereitschaftsbetrieb ist eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). (Quelle: Yuasa)
© Yuasa-Battery

Außerdem liegt ein Bereitschaftsbetrieb vor, wenn zwischen aufeinanderfolgenden Entladungen im Schnitt mehr als drei Monate liegen und der Akku nach einer Entladung mindestens 72 h lang wieder aufgeladen wird.

Dasselbe gilt, wenn der Akku mehr als 99,9 % seiner Lebensdauer im Bereitschaftsbetrieb verbringt oder wenn der Akku niemals im teilentladenen Zustand belassen wird.

Befindet sich der Akku im Bereitschaftsbetrieb und wartet auf seinen Einsatz, wird er – je nach seiner Bauart – mit einer bestimmten Erhaltungsladung versorgt. Bei den Yuasa-Baureihen NP, NPL und SWL beträgt die hierfür vorgesehene Ladespannung beispielsweise 2,275 V/Zelle bei 20 °C. Innerhalb des Bereitschaftsbetriebs wird der Akku im 100-prozentigen Ladezustand mittels einer Erhaltungsladung gepflegt und kann so bei einem Ausfall der Versorgungsspannung die Last sofort unterstützen. Die Spannung zur Erhaltungsladung stellt den notwendigen Ladestrom sicher, der einer Selbstentladung entgegenwirkt.

Typischer Verlauf der Konstantstrom/Konstantspannungs-Lademethode mit einer Ladestromstärke von 0,1 C.
Bild 1. Typischer Verlauf der Konstantstrom/Konstantspannungs-Lademethode mit einer Ladestromstärke von 0,1 C.
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Beim typischen Verlauf der I/U-Ladung in Bild 1 ist gut zu erkennen, wie die Spannung auf 2,275 V pro Zelle ansteigt, der Ladestrom sodann auf wenige mA sinkt und die Spannung während der Erhaltungsladung konstant bleibt. 70–80 % der zu ladenden Kapazität sind mit dieser Lademethode relativ schnell erreicht, wogegen das vollständige Laden des Akkus doch eine ganze Weile dauert. Diese Lademethode ist für den Bleiakku ideal und sichert bei 20 °C Umgebungstemperatur die höchste Gebrauchsdauer nach der Eurobat-Richtlinie.

Zuweilen wird der Begriff Schnellladung verwendet, der suggeriert, dass ein Akku auch schneller als oben beschrieben geladen werden kann. Diese sogenannte Schnellladung arbeitet mit höherem Ladestrom, funktioniert aber nur bedingt und geht auf Dauer zu Lasten der Lebensdauer des Bleiakkus, weil die Plattenkorrosion beschleunigt wird. Schnelllademethoden sind daher nicht zu empfehlen; sie können bei falscher Anwendung sogar die Zelle zerstören.Zuweilen wird der Begriff Schnellladung verwendet, der suggeriert, dass ein Akku auch schneller als oben beschrieben geladen werden kann. Diese sogenannte Schnellladung arbeitet mit höherem Ladestrom, funktioniert aber nur bedingt und geht auf Dauer zu Lasten der Lebensdauer des Bleiakkus, weil die Plattenkorrosion beschleunigt wird. Schnelllademethoden sind daher nicht zu empfehlen; sie können bei falscher Anwendung sogar die Zelle zerstören.

Wird mit höherem Ladestrom geladen, z.B. 0,25 C, so verkürzt sich gegenüber dem Ladeverfahren mit 0,1 C (Bild 1) die Konstantstromladephase. Die Gesamtladezeit bleibt jedoch unverändert
Bild 2. Wird mit höherem Ladestrom geladen, z.B. 0,25 C, so verkürzt sich gegenüber dem Ladeverfahren mit 0,1 C (Bild 1) die Konstantstromladephase. Die Gesamtladezeit bleibt jedoch unverändert.
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Bild 2 zeigt, was passiert, wenn mit höherem Ladestrom geladen wird, mit 0,25 C anstelle von 0,1 C. Hier lässt sich gut erkennen, dass die Klemmenspannung deutlich schneller ansteigt und 60 % der zu ladenden Kapazität bereits nach kurzer Zeit erreicht ist. Um den Akku aber vollständig zu laden, benötigt es allerdings die gleiche Zeit wie bei der Ladung mit 0,1 C.

Mit noch höherer Ladestromstärke, z.B. 0,5 C, wird die Konstantstromladephase noch schneller beende
Bild 3. Mit noch höherer Ladestromstärke, z.B. 0,5 C, wird die Konstantstromladephase noch schneller beendet, aber auch hier bleibt die Zeitdauer bis zum Erreichen des Ladeendes unverändert.
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Wird der Ladestrom auf 0,5 C gesteigert (Bild 3), passiert folgendes: Die Spannungskurve steigt noch schneller an, 50 % der zu ladenden Kapazität sind sehr schnell erreicht. Am Ende dauert es jedoch genauso lange wie in Bild 1 und 2, um den Akku komplett zu laden.

Der Ladefortschritt lässt sich mit höherer Stromstärke während der Konstantstromladephase steigern, sodass der Wert von 80 % der ladbaren Kapazität schneller erreicht werden kann
Bild 4. Der Ladefortschritt lässt sich mit höherer Stromstärke während der Konstantstromladephase steigern, sodass der Wert von 80 % der ladbaren Kapazität schneller erreicht werden kann. Danach jedoch flachen die Kurven ab und bis zur vollständigen Ladung brauchen alle drei Lademethoden die gleiche Zeit.
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In Bild 4 wurden alle drei Ladeprofile übereinandergelegt, um dieses Verhalten zu verdeutlichen. 80 % der zu ladenden Kapazität wird mit steigendem Ladestrom schneller erreicht. Allerdings wirkt sich der steigende Ladestrom nicht beschleunigend auf die vollständige Ladung des Akkus aus. Unabhängig von der jeweiligen Ladestromstärke werden also immer mehr als 24 h benötigt, um den Akku vollständig zu laden.

Im Bereitschaftsbetrieb ist ein höherer Ladestrom als 0,1 C nicht zu empfehlen. Denn die Erhöhung des Ladestroms führt zwar dazu, dass eine bestimmte Ladekapazität schneller erreicht wird, geht aber zu Lasten der Lebensdauer des Akkus, da der Prozess der Plattenkorrosion durch den höheren Ladestrom deutlich beschleunigt wird.

 


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  2. Ladeverfahren für den Bereitschaftsbetrieb
  3. Ladeverfahren für den zyklischen Betrieb

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