Elektronik Kontor Messtechnik

In 15 Sekunden den Zustand der Batterie ermitteln

29.04.2009 | Autor / Redakteur: Michael Jäger / Ines Stotz

Mit der Verfügbarkeit der Batterie geht es um die Kerneigenschaft einer Netzersatzanlage — der Überbrückung von Stromausfällen. Um Veränderungen rechtzeitig — möglichst vor einem Ausfall — zu erkennen, lässt sich mit Hilfe der Leitfähigkeitsmessung schnell und sicher der aktuelle Zustand der Batterie erfassen. So sind Serviceeinsätze deutlich effektiver durchführbar. Denn Bleibatterien werden dann ausgetauscht, wenn es notwendig ist.

Von außen betrachtet stellen sich Batterien als starre und schwere Energiespeicher dar. Die Vorgänge im inneren sind aber enorm dynamisch und von vielen Einflussfaktoren wie Temperatur, Ladespannung, Restwelligkeit und anderen Faktoren, abhängig. Ungünstige Umgebungsbedingungen schlagen sich deutlich durch eine reduzierte Lebensdauer nieder. Gerade preiswerte Batterien sparen zunächst Investitionskosten, aber langfristig keine Wartungskosten, da eine Zustandsveränderung noch aufmerksamer erfasst werden muss. Nur so kann die Einsatzfähigkeit der Netzersatzanlage sichergestellt bleiben.

Die Beurteilung und Inspektion einer Notstromanlage, egal für welchen Einsatz, beinhaltet eine Vielzahl von Maßnahmen. Dazu gehört die optische Inspektion der Batteriegehäuse und Pole, der Anschlüsse und Verbinder, die Temperaturmessung, die Kontrolle der Ladeeinrichtung und die Kapazitätsprüfung um schwache und defekte Batterien zu erkennen.

Beispiel für den Aufwand eines Entladeaufbaus
Beispiel für den Aufwand eines Entladeaufbaus

Um den Zustand einer Batterie zuverlässig zu erfassen wird bislang häufig ein aufwändiger Kapazitätstest durchgeführt. Die tatsächliche, momentane Kapazität (von AGM- oder Gel-Batterien und auch Batterien mit flüssigem Elektrolyten) wird dabei durch die vollständige Entladung der Batterie bestimmt. Dies ist heute in vielen Fällen aus Kostengründen nicht mehr möglich und wird von den meisten Anwendern nur noch in reduzierter Form durchgeführt. Dabei sinkt die Zuverlässigkeit des Entladetests aber erheblich.

Die Spannungsmessung hat wenig Aussagekraft

Viele Servicetechniker haben sich als „Spannungsexperten“ entwickelt. Sie können durch Messung der Batteriespannung über einzelne Probleme der Batterie eine Aussage treffen. Aber die Spannungsmessung gibt bestenfalls zuverlässigen Aufschluss über den Ladezustand, aber nicht über die Restkapazität der Batterie! Erst recht ergibt die Spannungsmessung keine Aussage über die noch zu erwartende Lebensdauer. Eine geladene schlechte Batterie weist die gleiche Ruhespannung von ca. 2,09 V auf, wie eine geladene, gute Batterie.

Um eine Information über die momentane Kapazität zu erhalten muss ein Entladetest mit entsprechender Stromentnahme bis zum Erreichen der Grenzspannung von z.B. 1,8V/Zelle erfolgen.

Die Problematik der Entladetests

Schematische Darstellung der Entladekurve — Spannungslage einer Batterie bei Konstantstromentladung. Probleme der Batterie sind erst nach frühestens 20 bis 25 Prozent entnommener Restkapazität erkennbar
Schematische Darstellung der Entladekurve — Spannungslage einer Batterie bei Konstantstromentladung. Probleme der Batterie sind erst nach frühestens 20 bis 25 Prozent entnommener Restkapazität erkennbar

Es gibt bei allen Kapazitätstests (bei Teilentladung und vollständiger Entladung) zusätzlich zu Zeit- und Kostenaufwand noch ein weiteres Problem: Die nicht gegebene Rückwirkungsfreiheit.

Der Entladetest gibt nur Auskunft über die Batterie-Kapazität vor der Entladung. Der Kapazitätstest sagt nichts über den Zustand der Batterie nach der erneuten Aufladung. Der Eingriff durch die Entladung ist erheblich, da Stand-by-Batterien empfindlich auf Entladung reagieren. Es hat sich immer wieder gezeigt, dass problembehaftete Zellen/Blöcke nach Kapazitätstests und der folgenden Wiederaufladung ausfallen. Die Unsicherheit des Verfahrens ist groß, insbesondere dann, wenn nur Teilentladungen durchgeführt wurden und bestimmte Zellenfehler noch nicht auffällig wurden, oder keine Einzelzellenspannung gemessen wurde.

Leitwertmessung zur Bestimmung der Kapazität

Messprinzip der Leitfähigkeitsmessung: Der hier betrachtete Leitwert ist nicht der Kehrwert des ohmschen Widerstandes, sondern der durch Pulsströme bei 22,5 Hz gemessene komplexe Leitwert. Die Messwerte sind somit nicht vergleichbar mit Innenwiderstands-Messungen trivialer Messprinzipien
Messprinzip der Leitfähigkeitsmessung: Der hier betrachtete Leitwert ist nicht der Kehrwert des ohmschen Widerstandes, sondern der durch Pulsströme bei 22,5 Hz gemessene komplexe Leitwert. Die Messwerte sind somit nicht vergleichbar mit Innenwiderstands-Messungen trivialer Messprinzipien

Abhilfe liefert eine spezielle Messung des Innenwiderstands: Mit Hilfe der patentierten Leitwertmessung kann eine schnelle und zuverlässige Aussage über die Restkapazität und der Leistungsfähigkeit einer Batterie getroffen werden. Die Anzahl zeitaufwändiger Entladetests wird deutlich reduziert. Dadurch wird auch der Forderung nach Verringerung der Wartungskosten Rechnung getragen.

Der Leitfähigkeitstest ist ein indirektes Verfahren, um die Kapazität einer Zelle/eines Blocks zu beurteilen. Dabei ist nicht nur der absolute Wert der Leitfähigkeit maßgebend, sondern der auf den Referenzwert bezogene Leitwert und seine Veränderung über der Betriebszeit.

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