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Batterieüberwachung In 5 Sekunden den Zustand der Bleibatterie ermitteln

| Autor / Redakteur: Michael Jäger* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Bleibatterien erst dann austauschen, wenn es notwendig ist – das wünschen sich Servicetechniker, um ihre Serviceeinsätze deutlich effektiver durchführen zu können. Elektronik Kontor Messtechnik und Midtronics zeigen einen Weg auf, die bewährte Innenwiderstandsmessung von Bleibatterien auch für die Beurteilung von neuartigen Batteriespeichern zu nutzen.

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Anwender bekommen jetzt einen Messwert an die Hand, der schnell, mit geringem Aufwand und zuverlässig eine Aussage über die „Gesundheit“ der Batterie liefert.
Anwender bekommen jetzt einen Messwert an die Hand, der schnell, mit geringem Aufwand und zuverlässig eine Aussage über die „Gesundheit“ der Batterie liefert.
(Bild: Elektronik-Kontor Messtechnik)

Von außen betrachtet stellen sich Batterien als starre und schwere Energiespeicher dar. Die Vorgänge im Inneren sind aber enorm dynamisch und hängen von vielen Einflussfaktoren ab, unter anderem der Temperatur, der Ladespannung und der Restwelligkeit. Ungünstige Umgebungsbedingungen führen zu einer deutlich reduzierten Lebensdauer.

Preiswerte Batterien sparen zwar zunächst Investitionskosten, aber langfristig keine Wartungskosten, da man noch aufmerksamer auf Zustandsänderungen achten muss. Nur so kann die Einsatzfähigkeit der Netzersatz- und Energiespeicher-anlage sichergestellt bleiben.

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Zur Beurteilung und Inspektion einer Batterieanlage, egal für welchen Einsatz, gehört eine Vielzahl von Maßnahmen. Dazu zählen die optische Inspektion der Batteriegehäuse und Pole, der Anschlüsse und Verbinder, die Temperaturmessung, die Kontrolle der Ladeeinrichtung und Belüftungsanlage und die Kapazitätsprüfung bzw. eine Innenwiderstandsmessung, um schwache und defekte Batterien zu erkennen.

Um den Zustand einer Batterie zuverlässig zu erfassen wird ein aufwändiger Kapazitätstest durchgeführt. Die tatsächliche, momentane verfügbare Kapazität des Strangs wird dabei durch die vollständige Entladung 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 allein hat wenig Aussagekraft

Viele Servicetechniker haben sich zu „Spannungsexperten“ entwickelt. Sie glauben, durch Messung der Block-Spannung über einzelne Probleme der Batterie eine Aussage treffen zu können. Das funktioniert aber nur bei Batterien mit flüssigem Elektrolyten und genauer Säuredichtemessung. Die alleinige 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, möglichst konstanter, Stromentnahme bis zum Erreichen der Grenzspannung von z.B. 1,8V/Zelle erfolgen (abhängig vom Batterietyp und aus dem Datenblatt ersichtlich). Diese Entladeschlussspannung darf keinesfalls unterschritten werden, um eine Schädigung der Zelle zu vermeiden.

Die Problematik der Entladetests

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

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 Zelle getroffen werden (Einzelblock-messung). Die Anzahl zeit-aufwändiger 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.

(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 Innenwiderstandsmessungen des Herstellers.)

Messströme, Anregungsverlauf und Auswertungsfirmware wurden über lange Messreihen optimiert, um eine gute Korrelation zwischen Leitfähigkeit und der Batteriekapazität zu erhalten. Bei Anwendung dieses praktischen Messverfahrens und der Einhaltung einiger Rahmenbedingungen lässt ein über die Zeit abnehmender Leitwert auf eine abnehmende Kapazität schließen.

Besonders dann, wenn die Alterung auf Korrosion und Austrocknung beruht. Die Leitwert-messung ist somit ein vergleichendes Verfahren bei dem die Entwicklung des Leitwertes beobachtet wird. Nur durch dieses Verfahren ist es möglich, schnell und zuverlässig Informationen aus dem Inneren des einzelnen Blocks zu erhalten.

Anerkennung durch verschiedene Organisationen

Die technische Entwicklung der Leitwertmessung wird in über 150 Patenten beschrieben. Weltweit wird das Verfahren in erster Linie von Telekommunikationsunternehmen eingesetzt. Für die Umsetzung und praktische Anwendung wurde eine Vielzahl von Verfahrens-anweisungen von verschiedenen Unternehmen entwickelt. Das Verfahren wird in anerkannten, technischen Standards beschrieben.

Mit den Handtestern der Celltron-Reihe von Midtronics werden die oben genannten Anforderungen erfüllt. Während der Prüfung eines Strangs braucht das Gerät nicht weiter bedient zu werden. Alle Messwerte werden im Gerät gespeichert.

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