Microtex Neos Batterieladegerät
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Batterieladegerät - Laden einer Bleibatterie

Eine Batterie kann als ein elektrochemisches Gerät definiert werden, das chemische Energie innerhalb seiner aktiven Materialien in elektrische Energie umwandeln kann. Wenn die Reaktion, die zu einer solchen Umwandlung einer Energieform in eine andere führt, reversibel ist, handelt es sich um eine wiederaufladbare oder sekundäre Zelle oder Speicherzelle. Solche Zellen können nach jeder Entladung wiederholt aufgeladen werden, um die Richtung der Reaktion umzukehren. Damit eine Batterie ihre vorgesehene Lebensdauer erreichen kann, muss sie bei Bedarf ordnungsgemäß aufgeladen werden.

Die Zellen mit irreversiblen Reaktionen werden als Primärzellen bezeichnet.
Eine Blei-Säure-Batterie besteht aus positiven und negativen Elektroden, die durch Isolierfolien, so genannte Separatoren, voneinander getrennt sind. Als Elektrolyt wird eine verdünnte Lösung von Schwefelsäure verwendet. Das positive aktive Material ist Bleidioxid (PbO2) und das negative aktive Material ist Blei.
Bevor wir uns mit den Einzelheiten des Batterieladegeräts befassen, ist es notwendig, einige batteriebezogene Aspekte kurz zu erläutern.

Ampere ist die Einheit für Strom (der als kontinuierlicher Elektronenfluss definiert ist). Wenn sich ein Coulomb (oder eine Ampere-Sekunde) in einer Sekunde an einem Punkt vorbeibewegt, wird der Strom als 1 Ampere definiert.

DieSpannung ist die treibende Kraft, die die Elektronen in einem elektronischen Leiter zum Fließen bringt, und die Einheit ist Volt. Wenn 1 Ampere-Sekunde 1 Joule Energie hat, spricht man von einer elektrischen Potenzialdifferenz von 1 Volt.

Diese beiden Begriffe können mit dem oberirdischen Wassertank in einem Gebäude verglichen werden. Je größer die Höhe des Wassertanks ist, desto höher ist die Kraft, mit der das Wasser fließen wird. Je größer der Durchmesser der Leitung ist, die das Wasser vom Tank zum Verbraucher führt, desto größer ist auch die Wassermenge, die der Verbraucher erhält. Das im Rohr fließende Wasser kann mit der Fließgeschwindigkeit des Wassers verglichen werden.

DieAmperestunde (Ah ) ist die Strommenge, die sich aus der Stromstärke und der Zeit ergibt.
1 Ah = 1 A *1 Stunde.
Watt (W) ist eine Leistung, die sich aus Strom und Volt zusammensetzt. Die höheren Einheiten sind kW (= 1000 W).

Megawatt, MW (=1000 kW) und Giga-Watt, GW (eine Milliarde W (1.000.000.000 Watt).1 W = 1 A * 1 V= VA.

Energie (Wh) ist die in einer Zeiteinheit gelieferte Strommenge. Die höheren Einheiten sind kWh (= 1000 Wh)

Megawattstunde, MWh (= 1000 kWh) und Giga-Wattstunden, GWh (=(eine Milliarde Wh (1.000.000.000 Wattstunden).

GW-Einheiten werden für die Leistung von Großkraftwerken verwendet. GWh bezieht sich auf die Produktionskapazität großer Elektrofahrzeugbatterien und Batteriespeichersysteme mit großer Kapazität Wh = 1 W* 1 h = 1 Wh
In der Batteriesprache spricht man von einer Batterie mit 1200 Wh (oder 1,2 kWh), wenn ihre Spannung 12 und ihre Kapazität in Ah 100 beträgt.
12 V * 100 Ah = 1200 Wh oder 1,2 kWh.

Die pro Masseneinheit einer Batterie gelieferte Leistung wird als spezifische Leistung bezeichnet und die Einheit ist W pro kg.
SpezifischeLeistung = W/kg und kW/kg.
In ähnlicher Weise wird die pro Masseneinheit einer Batterie gelieferte Energie als spezifische Energie bezeichnet und die Einheit ist Wh pro kg.
Spezifische Energie = Wh / kg und kWh / kg. (Auch geschrieben als Wh kg-1)
In ähnlicher Weise wird die pro Volumeneinheit einer Batterie gelieferte Leistung als Leistungsdichte bezeichnet, und die Einheit ist W pro Liter.
Leistungsdichte = W/Liter und kW/Liter.
Die Energie, die pro Volumeneinheit einer Batterie geliefert wird, wird als Energiedichte bezeichnet und die Einheit ist Wh pro Liter.
1 W = 1 J pro Sekunde

Energiedichte = Wh/Liter und kWh/Liter. (Auch geschrieben als W L-1 oder W l-1)

Die Entlade-Lade-Reaktion einer Blei-Säure-Zelle ist

Pb (NP) + PbO2 (PP) + 2H2SO4 Entladung ⇔ Ladung PbSO4 (PP) + PbSO4 (NP) + 2H2O (bei PP)

Anmerkung: NP = negative Platte = Anode während der Entladung = Elektronendonator während der Entladung. PP = positive Platte = Kathode während der Entladung = Aufnahme von Elektronen während der Entladung

Bei einer Aufladung werden die Rollen der Elektroden vertauscht; die Anode verhält sich wie eine Kathode und umgekehrt. Der Elektronenakzeptor gibt nun Elektronen ab und der Donator nimmt sie auf.

Der Begriff thermodynamische freie Energie ist ein Maß für die Arbeit, die einem System entzogen werden kann. Im Falle der galvanischen Zelle wird die elektrische Arbeit durch die Bewegung geladener Teilchen aufgrund der chemischen Wechselwirkung zwischen den Reaktanten verrichtet, um das Ergebnis (Produkt) zu erzeugen.

Die Energie wird also in Form von Δ
G
, der Änderung der freien Gibb’schen Energie, die die maximale Menge an chemischer Energie darstellt, die aus den Energieumwandlungsprozessen entnommen werden kann.

Wenn
E
ist die EMK (elektromotorische Kraft oder Spannung oder Potenzial) der Zelle und der stattfindende Prozess (d. h., einer Entladung einer Blei-Säure-Zelle), ist mit einem Durchgang von
n
Faradays (
F
) pro Mol Reaktanten von einer Elektrode zur anderen, so ergibt sich die von der Zelle geleistete elektrische Arbeit als
nFE
. Der entsprechende Anstieg der freien Energie ist gleich der elektrischen Arbeit, die am System verrichtet wird. Folglich,

ΔG = nFE oder

ΔG = -nFE oder

-ΔG° = nFE°

(unter Standardbedingungen; E° bezieht sich auf das Standard-Elektrodenpotential oder die Standard-Zellspannung).

Gibbssche Gleichung

(Was versteht man unter Standardbedingungen: 25°C oder Celsius (298,1°K oder Kelvin), 1 bar Druck, und die Aktivität (die annähernd als Konzentrationswert angesehen werden kann) der reagierenden Spezies Pb2+ist 1).

Diese Gleichung wird als die
Gibbs-Gleichung.

DieGibbs-Gleichung verbindet die Zellspannung mit der Änderung der freien Energie (DG). Wenn die Reaktion spontan abläuft (z. B. Entladung einer Blei-Säure-Zelle), ist ΔG negativ (Energie wird freigesetzt) und die EMK positiv, d. h. eine Ladung von nF fließt spontan in die Richtung, die bei der Zellreaktion angenommen wird.

Ist ΔG hingegen positiv, ermöglicht es dem System, das Phänomen der Elektrolyse durchzuführen (z. B. während einer Ladung der Bleisäurezelle).

EMF einer Zelle

Die EMK der Zelle ist eine
intensive thermodynamische Eigenschaft
d. h. unabhängig von der Masse der Reaktanten und der Größe der Zelle. Die intensive Eigenschaft (im Gegensatz zur
extensive Eigenschaft
) hängt nicht von der Masse der Reaktanten und damit von der Größe der Batterie ab. Ob Sie nun ein paar Milligramm oder ein paar Kilogramm der Materialien haben, das System zeigt die gleiche Spannung an, und sie kann nicht durch eine Erhöhung der Masse des Materials erhöht werden. Das individuelle Elektrodenpotential ist eine inhärente elektrochemische Eigenschaft dieses Elektrodenmaterials, und man kann seinen Wert unter ähnlichen Bedingungen nicht ändern.

Beispiele für intensive Eigenschaften sind die Spannung der Elektroden und Zellen; andererseits ist die
extensive Eigenschaft
von der Menge des Stoffes ab, z. B. Masse, Volumen, Energie, Amperestunde und Wattstunde. So liefern 4,5 Gramm Bleidioxid-Aktivmaterial in einer Blei-Säure-Zelle theoretisch eine Amperestunde (Ah), bei 45 Gramm jedoch die zehnfache Ah-Zahl. Es handelt sich also um eine extensive Eigenschaft; das Elektrodenpotential ist in beiden Fällen gleich, nämlich 1,69 V. Ähnliche Argumente lassen sich für blei- und schwefelsäureaktive Materialien anführen.

Das Standard-Zellpotential (E°) ist mit der Standard-Änderung der freien Energie (DG°) wie oben angegeben verbunden.

Die EMK einer Blei-Säure-Zelle lässt sich mit folgender Formel bestimmen

ΣΔGº ƒ der Produkte – ΣΔGº ƒ der Reaktanten

Dabei bezieht sich ΔG°ƒ auf die freie Standardbildungsenergie der reagierenden Spezies.

Freie Standardbildungsenergie

Tabelle 1

Freie Standardbildungsenergie, ΔG°ƒ der an der Zellreaktion beteiligten chemischen Spezies

(Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, Appendix IV, S. 366.)

Reaktanten/Produkte Numerischer Wert (k cal mole-1 )
PbO2 -52.34
Pb 0
H2SO4 -177.34
PbSO4 -193.8
H2O -56.69

Die Gesamtreaktion wird wie folgt beschrieben

Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O E° = 2,04 V.

ΔG° = ΣΔGº ƒ der Produkte – ΣΔGº ƒ der Reaktanten

Durch Substitution der jeweiligen Werte von (die wir z. B. aus den Standardlehrbüchern [1. Hans Bode, Lead-Acid Batteries, John Wiley, New York, 1977, Appendix IV, S. 366]

= [2(-193.89) + 2(-56.69)] [0 (-52.34) + 2(-177.34)]

= -94,14 kcal mol

1

= -94,14 kcal mol

1 × 4,184 kJ mol

1 (zur Umrechnung von kcal in kJ mit 4,184 multiplizieren)

= -393,88 kJ pro Mol

E° = -ΔG°/nF

= (-393.88 × 1000)/2 × 96485

= 2,04 V für eine Blei-Säure-Zelle

Die Standardzellenspannung einer Bleisäurezelle beträgt 2,04 V

und die Gesamtreaktion einer Blei-Säure-Zelle wird wie folgt beschrieben:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 Entladung⇔Ladung PbSO4 (PP) + PbSO4 (NP) + 2H2O (bei PP)

Bevor wir uns mit den Einzelheiten des Ladens und Entladens einer Blei-Säure-Zelle beschäftigen, sollten wir einige Begriffe aus der Elektrochemie kennen.

Wir kennen bereits die Bedeutung von Standardkonditionen.

Wenn wir die Zellreaktion stören (egal ob in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung), befindet sich die Zelle in einem gestörten Zustand und nicht im Gleichgewicht.

Wenn ein elektrochemisches System gestört wird, kommt es immer zu einer Abweichung vom Standardpotential. Wenn also eine Blei-Säure-Zelle in die Entladungsrichtung gezwungen wird, sinkt die Zellenspannung um einen bestimmten Wert, der von der Höhe des Stroms abhängt. Je höher der aktuelle Wert ist, desto größer ist die Abweichung vom Standardwert.

Die Zellenspannung beträgt nun

EDisch = E° – δV.

Der Wert vonEDisch wird niedriger sein als der von E°.

Wird die Zelle dagegen in die umgekehrte Richtung gezwungen (d. h. im Lademodus), so steigt die Zellenspannung um einen bestimmten Wert, der wiederum von der Stromstärke abhängt.

ECh = E° + δV.

Der Wert von δV wird als
Überspannung oder Überpotential
und wird mit dem Symbol
Symbol η
.

Der Wert von δV ist bei einer Entladungsreaktion negativ und bei einer Ladungsreaktion positiv.

Dieses Phänomen der Abnahme oder Zunahme der Spannung der Zelle wird als
Polarisierung
und man sagt, dass die Elektroden sich in einem polarisierten Zustandbefinden .

Wir formulieren die Gleichungen also wie folgt um:

EDisch = E° – η.

ECh = E° + η.

Es zeigt sich also, dass bei einer Entladung

EDisch < E° und

Während einer Ladung

ECh > E°.

Was sind die Gründe für diese Abweichung der Spannung?

Für diese Abweichung gibt es mehrere Ursachen:

  1. Verlust aufgrund von Innenwiderständen (IR) (ηohmic)
  2. Aktivierungspolarisation aufgrund des Ladungstransfers an den beiden Elektroden während des Beginns des Prozesses ηt.
  3. Konzentrationspolarisation aufgrund der Verarmung des Elektrolyts und anderer beteiligter Arten (ηc).

Die Verluste aufgrund der IR-Polarisation können durch die Verwendung von Elektrodenstromabnehmern und Elektrolyten mit besseren Leitfähigkeiten gemildert werden. Ein Abscheider mit einem geringeren Widerstand ist ebenfalls hilfreich.

Die Aktivierungspolarisation hängt mit dem Transfer von Ladungsträgern über die Phasengrenzen der Elektrode zusammen, und dieser Prozess wird als Transferreaktion bezeichnet. Die durch Ladungsübertragungsreaktionen an den beiden Elektroden entstehende Überspannung kann bei Batterieelektroden durch eine kompatible poröse Struktur sehr stark reduziert werden. Letzteres vergrößert die tatsächliche innere Oberfläche (BET-Oberfläche, die die Bereiche der Poren, Risse und Spalten einschließt) im Gegensatz zur scheinbaren Oberfläche, die sich aus der Multiplikation der Abmessungen (Länge und Breite) ergibt und für die Reaktionen zur Verfügung steht.

Stromdichte

Dadurch verringert sich die Stromdichte (d. h. Ampere pro Quadratzentimeter). So führt eine Platte mit einer Gesamtporosität von 40 % zu höheren Verlusten aufgrund von Aktivierungspolarisation als eine Platte mit 50 % Porosität.

Konzentrationspolarisation (ηc) ist größer, wenn die Reaktionsprodukte (Bleisulfat und Wassermoleküle im Falle einer Bleisäurezelle) nicht von den Elektrodenoberflächen wegbewegt werden, um Platz für neue Reaktanten zu schaffen (z. B. Blei-Ionen von beiden Elektroden und Sulfat-Ionen aus dem Elektrolyten im Falle einer Bleisäurezelle). ηc gegen Ende einer Entladungsreaktion stärker ausgeprägt sein wird. Innerhalb einer Zelle erfolgt der Transport von Ionen durch Diffusion und Migration.

Die Diffusion wird durch Konzentrationsunterschiede verursacht, während die Migration durch die Kräfte des elektrischen Feldes verursacht wird.

Die Diffusion kann in der Masse des Elektrolyten oder im Separator stattfinden: Da die Ionen an einer Elektrode erzeugt und an der anderen Elektrode verbraucht werden, müssen sie sich zwischen den Elektroden bewegen.

Sie entsteht auch in den porösen Elektroden, wenn die elektrochemische Reaktion abläuft. Die Reaktionsprodukte können innerhalb der aktiven Masse durch Diffusion an ihren endgültigen Ort gelangen.

Der Anteil des Gesamtstroms, der von den einzelnen ionischen Spezies (geladenen Teilchen) durch Migration getragen wird, ist eine Funktion ihrer Übertragungszahl. In einem binären Elektrolyten, der in Kationen und Anionen dissoziiert ist, sind die Übertragungszahlen durch die Gleichung

ɩC + ɩA= 1,

wobei ɩC + ɩA die Transportzahl der Kationen und Anionen bezeichnen.

Die Übertragungszahlen hängen von der Konzentration der Ionen und von der Temperatur ab. In binären Salzlösungen liegen sie fast bei 0,5. Beide Ionenspezies haben also den gleichen Anteil an der Ionenleitfähigkeit.

Erhebliche Abweichungen treten bei starken Säuren und Laugen aufgrund der höheren Ionenbeweglichkeit von Protonen (H+) und Hydroxylionen (OH-) auf. Die Werte für den Batterieelektrolyten Schwefelsäure (dissoziiert in H+ und HSO2-4) und Kaliumhydroxid (dissoziiert in K+ und OH-) sind unten angegeben. 4

ιH+ = 0,9; ɩHSO4
2-
= 0,1; ιK+ = 0,22; ιOH-= 0,78

Die Übertragungszahl ist ein Maß dafür, wie stark die Konzentration des jeweiligen Ions durch die Migration aufgrund des Stromflusses beeinflusst wird. Ein kleinerer Wert deutet auf einen geringeren Einfluss auf die Migrationsprozesse hin, ein höherer Wert auf einen größeren Einfluss auf den Migrationsprozess.

2. D. Berndt, in: Handbuch Batterietechnik, Ed. H.A. Kiehne, Zweite Auflage, 2003, Marcel Dekker, Inc., New York, Tabelle 1.2.
3. J. S. Newman. Elektrochemische Systeme. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1991, S. 255.
4. S U Falk, A J Salkind. Alkalische Akkus. New York: John Wiley & Sons, 1969, S. 598

Um das zu verstehen, muss man wissen, wie die Entladungsreaktion abläuft. Sobald die Batteriepole mit dem Verbraucher verbunden sind, beginnen die Elektronen durch den externen Stromkreis von der negativen Platte zum positiven Pol zu fließen. Im Inneren der Zelle ist es die Aufgabe der geladenen Teilchen, für den Stromfluss zu sorgen. Die geladenen Teilchen sind Protonen (H+) und Bisulfat-Ionen (HSO¯4 ).

Bei einer Entladung bewegen sich negative HSO¯4-Ionen (in diesem Fall Bisulfat-Ionen aus dem Elektrolyten Schwefelsäure, die in H+ und HSO¯4 dissoziieren) in Richtung der negativen Platte. Diese negativen Ionen verbinden sich mit dem aktiven Material Pb, wodurch Bleisulfat, PbSO4, entsteht. Bei der Reaktion entsteht auch ein positiv geladenes Wasserstoffion (Proton), das wegwandert. Die beiden Elektronen, die durch die anodische Reaktion des bleihaltigen Aktivmaterials freigesetzt werden, gelangen über den externen Stromkreis zum positiven Pol.

Reaktion mit negativer Platte oder negativer Halbzelle: Pb + HSO¯4 ⇄ Pb2+ + SO42- +H+ + 2e- E°= -0,35 V

Die zweiwertigen Blei- und Sulfat-Ionen verbinden sich sofort zu Bleisulfat und lagern sich auf der negativen Platte als Bleisulfat ab.

Bis jetzt haben wir das Bild der negativen Plattenreaktionen gesehen.

Nun wollen wir sehen, was gleichzeitig auf der positiven Platte passiert.

Die Elektronen der negativen Platte reagieren, nachdem sie den positiven Pol erreicht haben, mit dem positiven aktiven Stoff PbO2 und bilden Bleisulfat und zwei Wassermoleküle.

Positive Plattenreaktion oder positive Halbzellenreaktion: PbO2 + 3H+ + HSO¯4 + 2e- ⇄ Pb2+ + SO4 2- + 2H2O E° = 1,69 V

Die zweiwertigen Blei-Ionen (Pb2+) und die Sulfat-Ionen ( ) verbinden sich sofort zu Bleisulfat und lagern sich auf der positiven Platte als Bleisulfat ab.

Mechanismus der Auflösung-Abscheidung oder Auflösung-Fällung

Diese Art der Reaktion, bei der sich das Blei und das Bleidioxid als Blei-Ionen auflösen und sich sofort als Bleisulfat an den jeweiligen Elektroden ablagern, erfolgt durch einen
Auflösungs-Abscheidungs- oder Auflösungs-Fällungs-Mechanismus.

Kombiniert man nun die beiden Halbzellenreaktionen, erhält man

Negative Platte oder negative Halbzellenreaktion: Pb + HSO¯4 ⇄ Pb2+ + SO42- +H+ + 2e-

Positive Platte oder positive Halbzellenreaktion: PbO2 + 3H+ + HSO¯4 + 2e- ⇄ Pb2+ + SO42- + 2H2O

Gesamtreaktion oder Gesamtreaktion: Pb + PbO2 + 2H2SO4 Entladung⇔Ladung 2PbSO4 + 2H2O

Diese Reaktionstheorie wurde 1881 von Gladstone und Tribe vorgeschlagen, aber die Bleisäurezelle wurde 1859 von Raymond Gaston Planté, einem französischen Physiker, erfunden.

J.H. Gladstone und A. Tribe, Chemistry of the Planté and Fauré Accumulators,
Natur
, 25 (1881) 221 & 461.

J.H. Gladstone und A. Tribe, Chemistry of the Planté and Fauré Accumulators, Nature, 26 (1882) 251, 342 & 602; 27 (1883) 583

Die Entladungsreaktion verläuft so lange, bis etwa die Hälfte der aktiven Materialien in Bleisulfat umgewandelt ist, wenn die Entladung langsam erfolgt, z. B. nach 20 oder 10 Stunden. Zu diesem Zeitpunkt hätte sich der Widerstand der aktiven Materialien auf einen solchen Wert erhöht, dass eine weitere Entladung zu einem sehr schnellen Abfall der Zellenspannung führen würde. Normalerweise darf die Zellspannung nicht unter 1,75 V pro Zelle sinken.

Tiefe Abflüsse von mehr als 80 % der Abflusstiefe (DOD) erschweren die anschließende Wiederanreicherung.

Sobald sich das Blei bei der Entladungsreaktion als Blei-Ionen löst, verbindet es sich mit den Sulfat-Ionen und lagert sich auf der negativen Platte ab. Die Blei-Ionen oder das Bleisulfat-Molekül entfernen sich nicht weit von der negativen Platte. Das liegt daran, dass die Löslichkeit von Bleisulfat in verdünnten Schwefelsäurelösungen sehr gering ist. Sie liegt in der Größenordnung von über 1 mg pro Liter, wobei die Abscheidung von zweiwertigen Blei-Ionen zu Bleisulfat an Orten mit hohen Elektrolytkonzentrationen schneller erfolgt. Mit fortschreitender Entladung steigt die Löslichkeit von Bleisulfat im Elektrolyten auf bis zu 4 mg pro Liter.

Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Säure durch die weitere Ableitung verdünnt wird und die Löslichkeit von Bleisulfat in solchen verdünnten Säuren höher ist (bis zu 4 mg pro Liter).
Das auf diese Weise abgelagerte Bleisulfat wächst weiter zu Kristallen unterschiedlicher Größe, sowohl an der Oberfläche als auch in Rissen und Spalten. . Der Film wird eine diskontinuierliche Struktur aufweisen. Während eines langsamen Entladungsprozesses hilft diese diskontinuierliche Form der Bleisulfatstruktur den inneren Teilen der aktiven Materialien, an der Reaktion teilzunehmen, da sie eine offene Struktur bietet, die den Eintritt von Ionen erleichtert. Daher kann der Entladungsprozess tief in das Innere der Platte vordringen.

Im Gegenteil, bei hohen Entladungsraten wird die Oberfläche durch das Entladungsprodukt PbSO4 blockiert, das eine durchgehende Struktur ohne Unterbrechung bildet. Dadurch werden weitere Reaktionen im Inneren der Platten behindert, und deshalb können wir die erwartete Kapazität bei höheren Entladungsraten nicht erreichen.

Aufladen von Blei-Säure-Batterien

Bei einer Aufladungsreaktion treten die umgekehrten Phänomene auf, der Stromfluss wird umgekehrt und die Oxidation erfolgt
an der positiven Elektrode und die Reduktion an der negativen Elektrode stattfindet.

Tabelle 2

Eigenschaften der beiden Elektroden beim Laden und Entladen

Elektrode Entladen Aufladen
Negative Platte Poröses (schwammiges) Blei
Anode
Gibt 2 Elektronen ab
Pb-2e- → Pb2+
Die Spannung nimmt ab (wird weniger positiv).
Umgewandelt in PbSO4
~ 40 % Pb + ~60% PbSO4
Kathode
Absorbiert 2 Elektronen
Pb2+ in PbSO4 nimmt 2 Elektronen auf
Die Spannung nimmt ab (wird negativer)
Zurückgewonnen zu Pb-Metall
H2, das beim Überladen entsteht
Positive Platte Poröses Bleidioxid
Kathode
Absorbiert 2 Elektronen
Pb4+ (aus PbO2) + 2e- → Pb2+
Die Spannung nimmt ab (wird weniger positiv).
Umgewandelt in PbSO4
~ 50 % PbO2 + ~50 % PbSO4
Anode
Setzt 2 Elektronen frei
Pb2+ in PbSO4 wird zu PbO2
Umgewandelt in PbO2
Spannung steigt
Bei Überladung entstandener O2

Abbildung 1
Änderung des Potentials einer Blei-Säure-Zelle während der Lade- und Entladevorgänge
Die Zellenspannung ist eine Kombination aus zwei Werten in jeder Phase des Betriebs einer galvanischen Zelle
So
Zellspannung = Potential der positiven Elektrode – Potential der negativen Elektrode
Deshalb
Leerlaufspannung oder Gleichgewichtsspannung der Bleisäurezelle = 1,69 – (-0,35) = 2,04 V
Am oder kurz vor dem Ende einer Entladung beträgt die Zellenspannung EDisch = 1,50 – (- 0,20) = 1,70 V
Am oder kurz vor dem Ende einer Ladung beträgt die Zellspannung ECh = 2,05 – (-0,65) = 2,70 V

Change-value-of-potential.jpg

Batterieladegerät - Ladekoeffizient

Wiederaufladbare Batterien müssen aufgeladen werden, um die bei der letzten Entladung verbrauchte Ah-Kapazität wiederzuerlangen.

Die Menge an Ah, die benötigt wird, um die Batterie auf den vorherigen Vollladezustand zu bringen, wird im Vergleich zur früheren Leistung um 10 bis 15 % höher sein. Dieses Verhältnis zwischen dem Ladungseingang und dem vorherigen Ausgang wird als Ladungskoeffizient bezeichnet

Ladekoeffizient = Eingangs-Ah / vorheriger Ausgangs-Ah = ~ 1,1 bis 1,2.

Das heißt, dass etwa 10 bis 20 % zusätzliche Ah zugeführt werden sollten, um die Sekundärreaktionen zu kompensieren, die durch die wasserspaltenden Überladungsreaktionen und die Netzkorrosionsreaktionen gebildet werden. Außerdem geht ein kleiner Teil durch den Innenwiderstand verloren.

Batterieladegerät - Ladeeffizienz von Bleibatterien

Wirkungsgrad in Amperestunden

(Amperestunden- oder coulombischer Wirkungsgrad und Energie- oder Wattstunden-Wirkungsgrad)

Aus den vorangegangenen Argumenten geht hervor, dass wir den Begriff der „Ladeeffizienz“ definieren müssen.

Wirkungsgrad in Amperestunden

Die indische Norm IS 1651 beschreibt das Prüfverfahren wie folgt:

  1. Eine vollständig geladene Batterie muss in zehn Stunden bis zu einer Endspannung von 1,85 Volt pro Zelle entladen werden.
  2. Die genaue Ah-Leistung soll berechnet werden.
  3. Die Batterie wird nun mit der gleichen Anzahl von Amperestunden bei gleichem Strom wieder aufgeladen.
  4. Die Batterie wird nun wie zuvor einer zweiten Entladung unterzogen.
  5. Der (coulombsche) Wirkungsgrad Ah= ηAh = während der zweiten Entladung abgegebene Ah / die eingegebenen Ah.

Energie- oder Wattstundeneffizienz

Der Wattstunden-Wirkungsgrad wird berechnet, indem der wie oben beschrieben ermittelte Amperestunden-Wirkungsgrad mit dem Verhältnis der durchschnittlichen Entlade- und Ladespannung multipliziert wird.

Energie- oder Wattstundenwirkungsgrad = ηWh = ηAh * (Mittlere Entladespannung / Mittlere Ladespannung)

Der Amperestunden-Wirkungsgrad (oder coulombische Wirkungsgrad) der Ladung einer Blei-Säure-Zelle bei einer Zufuhr von 100 % der vorherigen Entladung mit der gleichen Rate beträgt fast 95 %, und der Energie- oder Wattstunden-Wirkungsgrad liegt bei 85-90 %. In den indischen Normen (IS 1651) ist ebenfalls ein Mindestwirkungsgrad von 90 % pro Amperestunde und ein Mindestwirkungsgrad von 75 % pro Wattstunde festgelegt.

Die Ladeleistung wird durch die positive Platte und nicht durch die negative Platte begrenzt. Wenn etwa drei Viertel des Bleisulfats an der positiven Elektrode wieder in Bleidioxid umgewandelt worden sind und das Wasser nicht schnell genug in die poröse Struktur der Innenplatte diffundieren kann, finden Sekundärreaktionen wie die Entwicklung von Sauerstoff statt. Für eine gewisse Zeit verteilt sich der Ladestrom auf den primären Prozess der Umwandlung von PbSO4 in PbO2 und die sekundären Überladungsreaktionen. Wenn die Ladung lange genug andauert, so dass fast das gesamte Bleisulfat in Bleidioxid umgewandelt wurde, wird der gesamte Ladestrom für die Sekundärreaktionen verwendet.

Ladespannung eines Batterieladegerätes

Wie bereits erläutert

ECh > E°.

Wir müssen also eine etwas höhere Spannung anlegen, um diese Reaktion zu ermöglichen. Normalerweise ist ein gutes Ladegerät mit einer ausreichend hohen Ladespannung ausgestattet. Als Faustregel gilt, dass für eine 2-V-Zelle mindestens 3 V zur Verfügung gestellt werden müssen, damit die Zelle bei einer Spannung von 2,7 V pro Zelle ihre volle Ladung erreichen kann. Aber wir müssen die Verluste in den Kabeln usw. in Betracht ziehen.

Bei einer 12-V-Batterie sollte das Ladegerät also mindestens 18 bis 20 V liefern.

Wenn diese Spannung auf weniger als 15 V sinkt, kann die Batterie den vollen Ladezustand nicht erreichen.

Bei einer Aufladung: 2PbSO4 + 2H2O → PbO2 + Pb + 2H2SO4
Das Bleisulfat löst sich an beiden Elektroden in Form von Blei-Ionen auf und scheidet sich sofort als Blei an der negativen Platte und als PbO2 an der positiven Elektrode ab.

An der positiven Platte

PbSO4 + 2H2O → PbO2 + 4H+ +SO4 ²- + 2e-

Die Elektronen wandern zur negativen Platte, wo sie weiter reagieren.

An der negativen Platte

PbSO4 + 2e- → Pb +SO4 ²-

Da sich die Sulfat-Ionen auf beiden Platten vermehren, verbinden sie sich mit den Protonen zu Schwefelsäure, wodurch sich das spezifische Gewicht des Elektrolyten erhöht.

Batterie-Begasung

Bis jetzt haben wir nur die nützlichen Reaktionen während des Ladevorgangs gesehen. Aber es gibt einige Nebenreaktionen oder sekundäre Reaktionen, die in den Überladungsperioden auftreten. Die beiden wichtigsten Sekundär- oder Nebenreaktionen sind:

  1. Elektrolyse von Wasser und
  2. Korrosion von positiven Gittern

Diese Reaktionen können wie folgt dargestellt werden:

Wasserelektrolyse

2H2O →O2 ↑ + 2H2 ↑ (auf beiden Platten von überfluteten Blei-Säure-Elektrolyt-Zellen)

Sauerstoff aus der positiven Platte und Wasserstoff aus den negativen Platten entwickeln sich und werden durch die Entlüftungsöffnungen in die Atmosphäre entlassen.

In einer ventilgeregelten Bleibatterie (VRLA) entwickelt sich jedoch Sauerstoff, aber kein Wasserstoff. Der so entstandene Sauerstoff kann ebenfalls nicht entweichen, sondern diffundiert durch die Hohlräume im AGM-Separator und reagiert mit dem negativen Aktivmaterial, um Wassermoleküle zu regenerieren. Dies ist der Schritt, der es der VRLA-Zelle ermöglicht, ohne Nachfüllen von Wasser zu leben.

2H2O →O2 + 4H+ + 4e – Auf der positiven Platte von Starved-Elektrolyt- oder VRLA-Zellen

Korrosion von positiven Gittern in einer Bleibatterie

Bei beiden Arten von Blei-Säure-Zellen tritt positive Gitterkorrosion auf die gleiche Weise auf:

Gitterkorrosion: Pb + 2H2O → PbO2 + 4H+ + 4e-

Wird eine platinierte Platinelektrode als Kathode verwendet, so entsteht Wasserstoff fast bei der reversiblen

Wasserstoffpotenzial der Lösung. Bei anderen Elektroden, z. B. Blei, ist ein negativeres Potenzial erforderlich.

damit diese Reaktion stattfinden kann.

Bis die Zellenspannung einen Wert von 2,3 V erreicht, findet eine vernachlässigbare Gasung statt. Aber die Gasung beginnt bei 2,4 V pro Zelle. Bei einer Spannung von mehr als 2,4 V ist die Gasbildung stärker, so dass sich die Ladeeffizienz verringert. Bei 2,5 V ist die Gasbildung sehr stark, und die Temperatur des Batterieelektrolyts beginnt zu steigen. Jetzt gibt es genügend Gas, um den Elektrolyten zu bewegen, und das spezifische Gewicht beginnt sich anzugleichen. Wenn die Batterie im Leerlauf ist, ist das spezifische Gewicht des Elektrolyten unten etwas höher als oben. Dies wird noch verschlimmert, wenn die Zellen größer sind.

Die Blei-Säure-Batterie kann mit jeder Rate geladen werden, die nicht zu übermäßiger Gasbildung, hoher Temperatur und sehr hoher Spannung an den Klemmen führt. Eine vollständig entladene Batterie kann zu Beginn des Ladevorgangs eine hohe Ladungsrate aufnehmen, ohne dass es zu einer Gasbildung und einem nennenswerten Anstieg von Spannung und Temperatur kommt.

Zu einem bestimmten Zeitpunkt des Ladevorgangs, wenn fast das gesamte Bleisulfat in der positiven Platte in Bleidioxid umgewandelt wurde, überwiegen die Sekundärreaktionen. Dabei handelt es sich um die Reaktion der Wasserelektrolyse und die Korrosion des positiven Gitters, wie bereits erwähnt.

Diese positive Gitterkorrosion beginnt bereits in der Entstehungsphase (oder im Falle der Glasbildung) mit der ersten Ladung. Diese Korrosion ist der gefährlichste Aspekt für die Lebensdauer der Bleisäurebatterie. Da die Korrosion des positiven Gitters immer dann stattfindet, wenn die Zelle in den Überladungsbereich eintritt, wird ein Teil der Gitterstruktur in Bleidioxid umgewandelt, so dass das Gewicht des Gitters bei jeder Korrosionsperiode ein wenig abnimmt. Schließlich wird ein Stadium erreicht, in dem die Elektronen von den Reaktionsstellen auf den Gittern nicht mehr zur Stromschiene gelangen können, weil keine durchgehende Gitterstruktur vorhanden ist.

Dies hat zur Folge, dass ein Teil des aktiven Materials nicht mehr an der Energieerzeugung teilnehmen kann und die Kapazität abnimmt, was zum Ende der Lebensdauer der Batterie führt.

Die Hersteller von Blei-Säure-Zellen versuchen, dieses Problem durch die Zugabe von Legierungselementen zu entschärfen, die die Korrosionsbeständigkeit der Bleilegierungen erhöhen. Einige dieser Legierungsbestandteile sind Arsen (As) und Silber (Ag) in Bruchteilen von Prozent. In der Regel beträgt der As-Anteil etwa 0,2 % und der Ag-Anteil etwa 0,03 bis 0,05 % in den positiven Legierungen.

Batterieladegerät - Stromabnahme Bedeutung

Die Stromaufnahme wird durch die Konstruktion der Zelle bestimmt. Beispielsweise kann eine ähnliche Ah-Batterie, die mit einer größeren Anzahl von Platten zusammengesetzt ist (d. h. die Platten sind dünner), aufgrund der größeren Oberfläche einen höheren Ladestrom aufnehmen. Für detaillierte Verfahren zur Messung der Ladungseffizienzen der einzelnen Platten wird auf einen Artikel von K. Peters verwiesen. [8]

Die Ladungsaufnahmefähigkeit der negativen Platte ist größer als die der positiven Platte (siehe Abbildung 1), was vor allem auf ihre gröbere, offenere und porenreichere Struktur zurückzuführen ist, die eine Diffusion der Säure in das Innere der Platte leicht zulässt. Der Pluspol beginnt bei 70-80 % SOC überladen zu werden, was von verschiedenen Konstruktionsfaktoren abhängt. Einige innere parametrische Designfaktoren sind die Porenstruktur, die tatsächliche Oberfläche, usw. Weitere externe Parameter sind der Ladestrom in Ampere, die Temperatur des Elektrolyten usw.

Die Ladungsaufnahmefähigkeit der negativen Platte ist höher, und sie geht in der Überladungszone zu einem vergleichsweise späteren Zeitpunkt, 90% SOC [8. K. Peters, A.I. Harrison, W.H. Durant, Power Sources 2. Research and Development in Non-mechanical Electrochemical Power Sources, Pergamon Press, New York, USA, 1970, S. 1-16].

[9. A.M. Hardman, Journal of Power Sources Vol. 23, Jahr 1988, Seite, 128].

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Irgendwann beginnen jedoch an der negativen Elektrode Sekundärreaktionen, in erster Linie die Reduktion von Wasserstoffionen (Protonen) zu Wasserstoffgas durch einfachen Elektronentransfer (bei Potentialen, die weit unter -350 mV liegen, dem reversiblen Potential der negativen Platte, E°-Wert), bei etwa -0,6 bis 0,95 V:

2H+ + 2e- →H2

Eine dieser wichtigen Verunreinigungen, die sich auf der negativen Platte ansammelt, ist Antimon (Sb), das sich aufgrund des Phänomens der Antimonwanderung in Zellen mit einem relativ hohen Antimongehalt in den Gittern ablagert. Obwohl Antimon ein wesentlicher Bestandteil der Gitterlegierung für die meisten Blei-Säure-Zellen ist, hat es negative Auswirkungen auf die Leistung der Zelle.

Während der Korrosionsphase des Ladevorgangs (gegen Ende des Ladevorgangs eines jeden Zyklus) wird das positive Gitter anodisch angegriffen und Antimon geht in Form von Sb5+-Ionen in die Lösung über, von denen ein Teil vom positiven aktiven Material absorbiert wird, wo es die Selbstentladung aufgrund der lokalen Zellbildung fördert. Der Rest des auf diese Weise gelösten Antimons lagert sich als Sb3+ auf der Kathodenoberfläche (der negativen Plattenoberfläche) ab („Antimonmigration“) und verursacht aufgrund des im Vergleich zu Blei niedrigeren Wasserstoffüberpotentials eine vorzeitige Wasserstoffentwicklung. Später, während der umfangreichen Gasentwicklung, kann das Antimon unter günstigen Bedingungen bis zu einem gewissen Grad als Stibingas (SbH3) freigesetzt werden, wenn es sich mit Protonen verbindet.

Unter günstigen Bedingungen kann es auch zu einer ähnlichen Reaktion mit Arsen (As) kommen, wobei Arsin (AsH3), ein giftiges Gas, freigesetzt wird. Daher wird dieser Legierungsbestandteil natürlich vermieden, wenn die Zellen in einer geschlossenen Umgebung, z. B. in einem U-Boot, eingesetzt werden.

Thermodynamisch gesehen findet diese Reaktion bei einem niedrigeren Potenzial als die primäre Aufladung statt, aber wie bei der Sauerstofferzeugung an der positiven Elektrode ist das Überpotenzial für die Wasserstofferzeugung an der Bleielektrode relativ groß (etwa -0,650 V), so dass die Aufladung weitgehend abgeschlossen sein kann, bevor die Wasserstoffentwicklung vollständig beginnt.

Diese Gase werden durch die Entlüftungsöffnungen aus der Zelle abgeleitet. Beide Platten sind von Verunreinigungseffekten auf die Überspannung betroffen, und daher ist eine vollkommen effiziente Aufladung beider Platten nicht möglich. Kombiniert man zum Beispiel das Reaktionspotenzial der Sauerstoffentwicklung mit dem der Wasserstoffentwicklung, so ergibt sich

1,95 + (-0,95) = 2,9 V bei reichlicher Gasentwicklung.

Ein weiterer Punkt ist, dass sich nach den grundlegenden Gesetzen Wasser bei 1,23 V zersetzen und sich an einer positiven Elektrode bei diesem Potenzial Sauerstoff bilden sollte. In einer praktischen Zelle ist dies jedoch nicht der Fall. In diesem Fall stellt sich die Frage nach der Stabilität der Bleisäurezelle selbst. Das positive Standard-Plattenpotential (E° = 1,69 V) liegt etwa 0,46 V über der Spannung, bei der sich Wasser zersetzen sollte (1,23 V). Der Grund dafür ist wiederum Überspannung. Das heißt, die Spannung für die Sauerstoffentwicklung an Bleidioxid in schwefelsaurer Lösung liegt weit über dem E°-Wert der positiven Platte bei 1,95 V.

Die Reaktion der Sauerstoffentwicklung an Bleidioxid in schwefelsaurer Lösung wird also gehemmt, da sie 0,26 V (1,95-1,69 = 0,26) über dem E°-Wert der positiven Platte und etwa 0,72 V über dem Wasserzersetzungspotenzial (1,95-1,23 = 0,72 V) liegt, so dass sich der Sauerstoff erst dann entwickelt, wenn der Überspannungswert in einer streng reinen Lösung erreicht ist.

Auch die Entwicklung von Wasserstoff an Blei in schwefelsaurer Lösung wird durch das Wasserstoffüberpotential an Blei stark gehemmt. Dieser Überspannungswert ist etwa 0,6 V negativer und liegt unter dem Standardelektrodenpotential von Blei in schwefelsaurer Lösung, E° = -0,35 V. Daher wird die Wasserstoffentwicklungsreaktion die volle Ladung der negativen Platte nicht behindern, bis der Elektrodenwert -0,95 V in einer streng reinen Lösung erreicht. Dies ist der Grund, warum die negative Platte einen besseren Ladungswirkungsgrad hat als die positive Platte.

In einer praktischen Zelle wird dieses Stadium jedoch weit vor dieser Spannung erreicht. In der Tat werden diese 2,9 V in einer praktischen Zelle überhaupt nicht erreicht, da die Reaktionen aufgrund von Verunreinigungen überwiegen und somit die volle Gasentwicklung pro Volumen (H2:O2 = 2:1) wird bei etwa 2,6 V erreicht. Wenn die eingeprägte Ladespannung jedoch zu hoch ist, kann dieser Wert von 2,9 V erreicht werden, insbesondere können Sb-freie Legierungsbatterien einen Wert von 2,8 V erreichen, und bei Antimonzellen wird der Wert um 0,2 V niedriger sein, d. h. 2,6 V betragen.

Wenn der Zyklus weiter fortschreitet, wird der Gasungswert im Fall der Antimonialzellen sehr stark reduziert, während die anderen Zellen fast frei von diesem Effekt sind. Dieser drastische Rückgang ist auf das bereits erwähnte Phänomen der „Antimonmigration“ zurückzuführen.

Natürlich steigt der Spannungsunterschied zwischen den neuen und den getesteten Batterien von 250 mV auf 400 mV. Dies führt dazu, dass die aktiven Materialien keine Ladung aufnehmen können und fast der gesamte Strom Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Abbildung 3 veranschaulicht diesen Aspekt [10. Hans Tuphorn, Kapitel 17, Abbildung 17.2 in Battery Technology Handbook, Ed. H.A. Kiehne, Zweite Auflage, 2003, Marcel Dekker, Inc., New York.]

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Wie funktioniert ein 12-V-Batterieladegerät?

Zum Laden einer Batterie wird die positive Ausgangsleitung mit dem Pluspol der Batterie verbunden und die negative mit dem Minuspol. Das Ladegerät wird dann auf geeignete Weise an das Wechselstromnetz angeschlossen.

Der Wechselstromeingang wird durch eine Gleichrichterschaltung in Gleichstrom umgewandelt, die über einen Abwärtstransformator verfügt, um die erforderliche Spannung zu erzeugen. Ein Gleichrichter wandelt den bidirektionalen Wechselstromfluss (AC) in einen unidirektionalen Fluss um. Dadurch wird eine konstante Polarität an der Last aufrechterhalten. Eine Brückengleichrichterkonfiguration wird verwendet, um die herabgesetzte niedrige Wechselspannung in Gleichstrom umzuwandeln, der durch einen hochwertigen Elektrolytkondensator (Filterschaltung) weiter geglättet wird.

Dieser gefilterte Gleichstrom wird in eine elektronische Schaltung eingespeist, die die Spannung auf ein konstantes Niveau regelt und an die zu ladende Batterie angelegt wird,

Das Ladegerät hat Anzeigen für Strom (Amperemeter), Spannung (Voltmeter) und in besonderen Fällen auch einen Timer und einen Amperestundenzähler.

Der Akku wird gemäß den Anweisungen des Herstellers geladen.

Verfahren zum Laden der Batterie - Batterieladegerät

Die zu ladende Batterie ist außen gründlich zu reinigen, und die Pole sind nach Entfernung etwaiger Korrosionsprodukte mit einer dünnen Schicht weißer Vaseline zu versehen. Auch der Elektrolytgehalt wird überprüft. Ein Nachfüllen ist zu diesem Zeitpunkt nicht erforderlich, es sei denn, der Füllstand liegt unter der Höhe der Abscheider.

Das für das Laden der Batterie vorgesehene Ladegerät muss über angemessene Spezifikationen wie Spannung und Stromstärke verfügen. Eine 12-V-Batterie benötigt beispielsweise eine Ausgangsspannung von mindestens 18 V. Der erforderliche Strom hängt von der Kapazität der Batterie und von der Zeit ab, in der die Batterie geladen werden muss. Normalerweise wird eine Batterie mit einem Zehntel Ampere der Ah-Kapazität der Batterie geladen. Eine 100-Ah-Batterie benötigt also mindestens 10 Ampere Leistung für eine normale Ladung. Wenn es schnell geladen werden soll, sind 15 Ampere Leistung erforderlich.

Für eine vollständig entladene Batterie ist ein Input von etwa 110 % der Kapazität erforderlich. Aber wenn die Batterie bereits teilweise geladen ist, sollten wir den SOC kennen. In jedem Fall sind die Spannung und das spezifische Gewicht die beiden wichtigen Parameter, die zur Bestimmung des Ladezustands überwacht werden müssen. Der Wert des spezifischen Gewichts sollte auf dem Etikett der Batterie abgelesen werden. Eine voll aufgeladene Batterie erreicht normalerweise 16,5 V und mehr, wenn sie in gutem Zustand ist. Wenn es sich um eine ältere Batterie handelt, kann diese Spannung nicht ohne weiteres erreicht werden.

Dies liegt vor allem an den Sekundärreaktionen wie der Gasentwicklung aufgrund der Elektrolyse des Wassers im Elektrolyten und den Erwärmungseffekten aufgrund der bereits aufgebauten Widerstände durch das angesammelte Bleisulfat.

Die Batterie wird auf ein isolierendes Material wie eine Gummiplatte oder eine Holzbank gelegt. Das Ladekabel sollte eine ausreichende Strombelastbarkeit aufweisen. Normalerweise kann ein 1 mm dicker quadratischer Kupferdraht 3 Ampere Gleichstrom (DC) sicher übertragen. Nachdem Sie sich vergewissert haben, dass das Ladegerät ausgeschaltet ist, werden die Kabel des Ladegeräts an die entsprechenden Klemmen angeschlossen, d. h. Plus an Plus und Minus an Minus. Die Spannung, das spezifische Gewicht und die Temperatur werden in einem Protokollblatt festgehalten, dessen Muster unten abgebildet ist:

Vorlage für Batterieladeprotokoll

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Die Messwerte werden stündlich aufgezeichnet.

Die Cadmiumwerte zeigen an, ob eine bestimmte Platte voll aufgeladen ist oder nicht. Die Cadmium-Referenzelektrode ist ein isolierter Cadmiumstab, an dessen oberem Ende ein Kupferdraht angelötet ist. Das untere Ende wird in den Elektrolyt getaucht, so dass es gerade die Flüssigkeit berührt und nicht mit den Platten oder anderen Bleiteilen im Inneren in Kontakt kommt.

Bei einer voll aufgeladenen positiven Platte liegt der Cadmiumwert bei 2,4 V und mehr, bei einer negativen Platte bei minus 0,2 V und weniger.

Tabelle 4

Reaktionen in einer Blei-Säure-Zelle und die entsprechenden Cadmium-Potentialwerte

Kadmium-Potenzial-Messwerte

Reaktionen Potenzielle Werte Cadmium-Messwerte
Sauerstoffentwicklungspotenzial 2 H2O → O2 + 4 H+ + 4e- 1,95 bis 2,00 V 2.00 - (-0.4) = 2.4 V
Standard-Elektrodenpotential der positiven Platte PbO2/PbSO4/H2SO4 1.69 V [1.69 - (-0.4) = 2.09 V]
Ende der Entladung der positiven Platte 1,40 bis 1,5 V 1.40 - (-0.4) = 1.8 V
1.50 - (-0.4) = 1.9 V
Standard-Wasserstoff-Elektrodenpotential (SHE) 2H+ + 2e- → H2 0.00 V 0.00 V
Ende der Entladung der negativen Platte -0,15, -0,20, -0,25 V (für unterschiedliche Stromdichten) -0.15 - (-0.4) = 0.25 V -0.20 - (-0.4) = 0.20 V -0.25 - (-0.4) = 0.15 V
Standard-Elektrodenpotential der negativen Platte Pb/PbSO4/H2SO4 -0.35 V [-0.35 - (-0.4) = 0.05 V]
Cadmium-Referenzelektrode E°-Wert Cd/Cd2+ -0.40 V -0.40 V
Wasserstoffentwicklungspotenzial- 2H+ + 2e- →H2 (Für eine kommerzielle Zelle) -0.60 V -0.60 - (-0.4) = -0.20
Wasserstoffentwicklungspotenzial 2H+ + 2e- →H2 Für eine reine Versuchszelle -0.95 V -0.95 - (-0.4) = -0.55

Funktionsprinzip eines Batterieladegeräts

Am Ende des Ladevorgangs kann eine 12-V-Batterie eine Klemmenspannung von 16,5 und mehr erreichen. Nachdem die Klemmenspannung eine Stunde lang auf diesem Niveau gehalten wurde, kann der Ladevorgang beendet werden. Wenn sich die Batterie dem 16. 0 V, kann bei Bedarf zugelassenes Wasser hinzugefügt werden.

Gegen Ende des Ladevorgangs ist eine starke Gasbildung in der Batterie zu beobachten. Es dürfen keine offenen Flammen in die Nähe des Laderaums gebracht werden. Die Gase entwickeln sich im Verhältnis ihrer Kombination, d. h. 2 Teile Wasserstoff und 1 Teil Sauerstoff. Wenn sich diese Gase im Ladebereich ohne angemessene Belüftung ansammeln, besteht die Gefahr, dass ein Funke oder eine offene Flamme die Gase entzündet und sie sich mit explosiver Gewalt verbinden, wodurch die Batterie und ihre Umgebung beschädigt und auch Personen in der Nähe verletzt werden.

Der untere Grenzwert für die Explosionsfähigkeit von Wasserstoff in Luft liegt bei 4,1 %, aber aus Sicherheitsgründen sollte Wasserstoff nicht mehr als 2 Volumenprozent betragen. Die Obergrenze liegt bei 74 %. Eine schwere Explosion erfolgt mit Gewalt, wenn das Gemisch ein stöchiometrisches Verhältnis dieser Gase enthält (2 Teile Wasserstoff zu 1 Teil Sauerstoff). Dieser Zustand wird in einer überladenen Batterie erreicht, deren Entlüftungsstopfen fest mit dem Deckel verschraubt sind. Daher ist es ratsam, die Entlüftungsstopfen locker über den Entlüftungslöchern zu halten und nicht fest zu verschrauben.

Verschiedene Methoden zum Laden von Batterien und verschiedene Arten von Batterieladegeräten

Obwohl es verschiedene Methoden zum Aufladen von Blei-Säure-Zellen gibt, haben alle ein gemeinsames Ziel, nämlich die Umwandlung der Reaktionsprodukte, nämlich Bleisulfat auf beiden Platten, in die jeweiligen aktiven Materialien, PbO2 auf der positiven Elektrode und Pb auf der negativen Elektrode.

2 PbSO4 + 2H2O→ PbO2 + Pb + 2H2SO4

Bei den Gebührenregelungen gibt es eine Reihe von Varianten. Bei all diesen Methoden werden jedoch nur zwei Grundprinzipien angewandt: Konstantstrom- und Konstantspannungsladeverfahren. Die verschiedenen verfügbaren Methoden kombinieren diese beiden Prinzipien, um ihre Ziele zu erreichen.

Die Wahl der geeigneten Aufladungsmethode hängt von der Art, der Konstruktion und den Betriebsbedingungen sowie von der für die Aufladung zur Verfügung stehenden Zeit ab. Alle diese Ladeverfahren verwenden viele Methoden, um den Ladevorgang zu kontrollieren und abzuschließen.

Diese Methoden können wie folgt unterteilt werden:

Tabelle 5

Klassifizierung der Methoden der verschiedenen Batterieladegeräte & Batterielademethoden

Verschiedene Batterielademethoden

Auf Konstantstrom basierende Methoden (CC) Konstantspannungsbasierte Methoden (CV oder CP) Kombinierte Methoden Kegelförmige Aufladung Besondere Methoden
Einstufige CC-Lademethode Methode der konstanten Spannung CC-CV-Verfahren Einstufiges Kegelaufladeverfahren 1. Anfangsladung
2. Ausgleichsabgabe
3. Opportunitätskosten
4. Gasgesteuerte Aufladung
5. Erhaltungsladung
6. Boost-Ladung
7. Impulsladung
8. Schnell- oder Schnellladung
Zweistufiges CC-Ladeverfahren Strombegrenzte oder modifizierte CV-Methode Zweistufiges Kegelladeverfahren

Einstufiges Konstantstrom-Ladeverfahren (CC-Verfahren) Batterieladegerät

Wenn das Aufladen in kurzer Zeit abgeschlossen sein muss und der Benutzer den Wert in Ah wissen möchte, kann die Konstantstrom-Lademethode verwendet werden. Das Laden mit konstantem Strom wird bevorzugt, wenn die vorherige Leistung bekannt ist, so dass eine Überladung von 5-10 % wirksam sein kann, um die Batterie wieder auf 100 % SOC zu bringen. Dadurch wird auch sichergestellt, dass der richtige Input gegeben wird, so dass die Lebensdauer der Batterie nicht durch eine unangemessene Überladung beeinträchtigt wird. Eine normale Aufladezeit für diese Methode beträgt 15 bis 20 Stunden.

Bei dieser Methode wird der Strom während der gesamten Ladezeit konstant gehalten.

Empfohlen wird ein Ladestrom von 5 bis 10 % der 20-Stunden-Kapazität.

Um den Anstieg der Gegen-EMK der Batterie während des Ladevorgangs zu kompensieren, muss der Ladestrom konstant gehalten werden, indem entweder der verwendete Serienwiderstand verändert oder die Transformatorspannung erhöht wird. Normalerweise wird der Serienwiderstand variiert, um den Strom konstant zu halten.

Diese Methode ist die einfachste und kostengünstigste Art der Aufladung. Sie hat jedoch den Nachteil einer geringeren Ladeeffizienz. Das liegt zum einen daran, dass ein Teil der Energie im Widerstand verloren geht, und zum anderen an dem Strom, der für die Spaltung des Wassers verwendet wird, sobald die Batterie 2,5 V pro Zelle erreicht. Die Batterie fängt an zu gasen, wenn sie auf etwa 70 bis 75 % aufgeladen ist. Diese Art des Ladens führt immer zu einer leichten Überladung und einer starken Gasbildung, besonders am Ende des Ladevorgangs.

Ein verallgemeinertes Bild für die Konstantstrom-Lademethode ist in Abbildung 5 dargestellt. Die Ladekennlinien sind in Abbildung 6dargestellt.

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Zweistufiges Konstantstrom-Ladeverfahren Batterieladegerät

Bei der zweistufigen Konstantstrom-Lademethode werden zwei Ladegeschwindigkeiten, die Start- und die Endgeschwindigkeit, verwendet. Der Endsatz beträgt normalerweise die Hälfte des Anfangssatzes. Der Schlichtungsvorgang wird eingeleitet, wenn die Batterie beginnt, Gase zu entwickeln. Dies ist im Allgemeinen eine bevorzugte Methode für das Laden von Batterien auf dem Prüfstand. Die Ladekennlinie ist in Abbildung 7 dargestellt [11. P G Balakrishnan, Bleiakkumulatoren, Scitech Publications (India) Pvt. Ltd, Chennai, 2011, Seite 12.8].

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Konstantspannungs- oder Potenzialladeverfahren Batterieladegerät

Bei der Methode des Ladens mit konstanter Spannung oder konstantem Potenzial (CV oder CP) wird eine Quellenspannung verwendet, die während der gesamten Ladezeit auf einem konstanten Niveau gehalten wird. Normalerweise liegt diese Spannung zwischen 2,25 und 2,4 V pro Zelle.

Diese Methode ist die empfohlene Methode zum Laden von ventilgeregelten Bleisäurezellen und -batterien. Beim Laden einer VRLA-Batterie mit der CV-Methode muss man sich keine Gedanken über die Entladetiefe (DOD) der vorherigen Entladung machen. Die VRLA-Batterien können ohne nachteilige Auswirkungen mit der vom Hersteller empfohlenen CV-Ladespannung geladen werden. Fast alle VRLAB-Hersteller empfehlen einen Anlaufstrom von 0,25 bis 0,30 C-Ampere.

Das heißt, für eine 100-Ah-Batterie kann ein Anfangsstrom von 25 bis 30 Ampere gewählt werden. Der höhere Strom wird zum Laden von tiefentladenen Batterien verwendet, während der niedrigere Strom für eine normal entladene Batterie verwendet wird. Eine niedrigere Ladespannung hat zur Folge, dass der Temperaturanstieg geringer ist als bei einer Batterie, die mit einem höheren Strom geladen wird, aber die Zeit für eine vollständige Ladung ist länger.

Am Ende des Ladevorgangs erreicht die Batteriespannung die gleiche Höhe wie die eingeprägte Spannung und der Ladestrom sinkt auf einen sehr niedrigen Wert. Im Allgemeinen kann der Strom am Ende einen Wert von 2 bis 4 mA pro Ah der Batteriekapazität erreichen. Bei 2,25 bis 2,3 V pro Zelle wird in ordnungsgemäß hergestellten Batterien keine Gasentwicklung beobachtet. Bei 2,4 V pro Zelle ist jedoch eine Gasbildung zu beobachten. Das Gasvolumen, das sich bei 2,4 V pro Zelle entwickelt, beträgt etwa 1000 ml in 40-50 Minuten für 6V/1500 Ah VRLAB

Gemäß Klausel 6.1.a. der japanischen Industrienorm JIS 8702-1:1998 beträgt die Ladedauer etwa 16 Stunden oder bis sich der Strom innerhalb von zwei aufeinanderfolgenden Stunden um nicht mehr als 10 % des 20-Stunden-Stroms (I20) Ampere ändert [JIS 8702-1:1998]. Wenn zum Beispiel die 20-Stunden-Kapazität einer Batterie (unabhängig von ihrer Spannung) 60 Ah beträgt20, dann wäre die Ladung abgeschlossen, wenn sich der Strom nicht um mehr als 300 mA ändert (d. h. I20 = 60 Ah /20 A = 3 A. Daher sind 0,1 von I20 = 0.3A)

Die Einzelheiten der CP-Ladung der VR-Batterien sind in den Abbildungendargestellt

Die Ladeeffizienz ist besser als bei der Konstantstrommethode. Der Nachteil dieser Methode ist, dass sie eine stabilisierte Spannung bei einem hohen Stromverbrauch erfordert, was kostspielig ist. Diese Methode wird für den Float-Betrieb der stationären Zellen für Telekommunikations- und USV-Anwendungen verwendet.

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Modifizierte Konstantpotentialladung - Batterieladegerät

In industriellen Anwendungen wird eine solche Methode verwendet, wenn der Ladekreis ein integraler Bestandteil des Systems ist. Beispiele sind Automobile, UPS usw. Die Schaltung enthält einen Serienwiderstand zur Strombegrenzung, dessen Wert so lange beibehalten wird, bis eine voreingestellte Spannung erreicht ist. Danach wird die Spannung so lange konstant gehalten, bis die Batterie ihre Aufgabe zur Versorgung mit Anlaufstrom, Notstrom usw. erfüllen muss.

Die Wahl des festen Serienwiderstandes hängt von der Anzahl der Zellen in den Batterien und deren Amperestundenkapazität sowie von der verfügbaren Ladedauer ab. Die angelegte Spannung wird konstant bei etwa 2,6 bis 2,65 Volt pro Zelle gehalten.

Mit fortschreitendem Ladevorgang sinkt der Ladestrom von einem Anfangswert aus. Wenn die Spannung allmählich auf 2,35 bis 2,40 Volt pro Zelle ansteigt, neigt die Gasspannung dazu, schnell anzusteigen, und der Ladestrom fällt daher schneller.

Die modifizierte Konstantpotential-Ladung ist bei Deep-Cycling-Batterien wie z. B. Traktionsbatterien üblich. In den Fabriken wird in der Regel ein festes Entlade-Lade-Zeit-Profil verwendet, z. B. ein 6-stündiger Betrieb des Gabelstaplers bis zu einer Entladetiefe (DOD) von 80 % und eine Wiederaufladung von 8 Stunden. Das Ladegerät ist auf die Gasungsspannung eingestellt und der Anlaufstrom ist auf 15 bis 20 A pro 100 Ah begrenzt. Der Strom beginnt sich bei konstanter Spannung auf die Endrate von 4,5 bis 5 A pro 100 Ah zu verjüngen, die dann bis zum Ende des Ladevorgangs beibehalten wird. Die Gesamtladezeit wird über einen Timer gesteuert.

Es gibt Batterieladegeräte, die die Möglichkeit bieten, die Batterien auch nach Abschluss des Ladevorgangs angeschlossen zu lassen, um die Batterien im vollgeladenen Zustand zu halten. Dies wird dadurch erreicht, dass alle 6 Stunden eine kurze Auffrischungsladung erfolgt, um den Zustand zu erhalten.

Die Einzelheiten sind in Abbildung 12dargestellt [12. Special Issue on Lead-Acid Batteries, J. Power Sources 2(1) (1977/1978) 96-98]

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Kombinationsverfahren (CC-CV-Verfahren) - Batterieladegerät

Bei dieser Methode werden Konstantstrom- und Konstantpotentialladung miteinander kombiniert. Diese Methode wird auch als (IU) (I für Strom und U für Spannung) Lademethode bezeichnet. In der Anfangsphase des Ladevorgangs wird die Batterie mit konstantem Strom geladen, bis sie die Gasungsspannung erreicht hat, und dann in den Modus mit konstantem Potenzial umgeschaltet. Bei dieser Methode entfällt die nachteilige Wirkung der Konstantstrom-Lademethode am Ende des Ladevorgangs.

Die Ladekennlinien dieser Methode sind in Abbildung 11 rechtsdargestellt .

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Kegelladung - Batterieladegerät

Die Bedeutung von Taper ist ein Gefälle. Wie die Bezeichnung schon sagt, wird der Strom von einem höheren auf einen niedrigeren Wert reduziert, indem die Anfangsladespannung auf etwa 2,1 V pro Zelle festgelegt und bei 2,6 V pro Zelle beendet wird. Das Verhältnis der Stromwerte bei diesen Spannungen wird als Kegelwert bezeichnet.

So wird ein Ladegerät mit einer Ausgangsleistung von 50 A bei 2,1 V pro Zelle und 25 A bei 2,6 V pro Zelle mit einer Kegelcharakteristik von 2:l beschrieben.

Es gibt die einstufige und die zweistufige Kegelaufladung

Einstufige Konusladung - Batterieladegerät

Bei dieser Art des Ladens geht der Strom von einem höheren Anfangswert zu einem niedrigeren Endwert über, der in der Regel etwa 4 bis 5 % der 20-Stunden-Kapazität der Batterie beträgt. Die Begasung ist ein notwendiges Phänomen, da sie dazu beiträgt, das Dichtegefälle des Elektrolyten auszugleichen. d. h., sie neutralisiert das Phänomen der Schichtung. Daher wird die Schlichtungsrate auf einen ausreichend hohen Wert festgelegt, um diesen Prozess zu ermöglichen und gleichzeitig die positiven Gitter nicht übermäßig zu korrodieren. Hier wird die Ausgangsspannung des Ladegeräts zunächst auf etwa 2,7 Volt pro Zelle eingestellt und am Ende der Ladezeit auf etwa 2,1 bis 2,2 Volt pro Zelle gesenkt.

Der Ladestrom wird langsam abgesenkt, bis die Gasungsspannung (etwa 2,4 V pro Zelle) erreicht ist (SOC = 75 bis 80 %), und nimmt danach schneller ab. Normalerweise ist das Kegelverhältnis auf 2:1 oder 1,7:1 festgelegt. Die Dauer der Aufladung beträgt etwa 12 Stunden. Die Ladedauer nach Erreichen der Gasungsspannung wird durch den Einbau eines Zeitgebers gesteuert, der bei Erreichen der Gasungsspannung in Betrieb geht.

Die Ladezeit kann auf 8 bis 10 Stunden verkürzt werden, aber der Anlaufstrom muss erhöht werden, was nicht ohne Berücksichtigung der wirtschaftlichen Aspekte und der Erschwinglichkeit für den Verbraucher möglich ist.

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Die Ladekennlinien der einstufigen Konusladung sind in Abbildung 12dargestellt

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Zweistufige Konusladung - Batterieladegerät

Diese Lademethode ähnelt der einstufigen Konusladung, mit dem Unterschied, dass die Gesamtladezeit auf etwa 8 bis 10 Stunden verkürzt wird. Da die Batterie in der Lage ist, eine schnellere Ladung aufzunehmen, wenn sie tief entladen ist, wird im ersten Schritt ein hoher Strom verwendet, bis die Batterie die Gasungsphase erreicht. Etwa 70 bis 80 % der in die Batterie zurückzuführenden Amperestunden werden in der ersten Stufe schneller an die Batterie abgegeben und die restlichen Amperestunden werden in der zweiten Stufe eingespeist.

Die Ladecharakteristik einer 12V, 500 Ah-Batterie durch einstufiges Konusladen ist in Abbildung 13dargestellt.

Das Kegelladeverfahren wird vor allem zum Laden von Antriebsbatterien verwendet, die normalerweise tief entladen sind. Flottenbetreiber von Elektrofahrzeugen, z. B. Post- oder Milchlieferwagen, benötigen hochentwickelte Batterieladegeräte, um die bestmögliche Leistung der Batterien zu erzielen und die hohen Investitionen zu schützen.

Erstes Entgelt

Eine neue Blei-Säure-Batterie muss aktiviert werden, und dieser Vorgang des ersten Aufladens wird als Erstaufladung bezeichnet. Die Batterie wird mit der erforderlichen Menge an Elektrolyt gefüllt und vollständig aufgeladen, bevor sie zum Versand gebracht wird. Normalerweise wird diese erste Ladung mit der Konstantstrom-Lademethode bei niedrigem Strom über einen langen Zeitraum durchgeführt, bis die Batterie eine Spannung von 16,5 V oder mehr erreicht hat, um vollständig geladen zu sein.

Heutzutage ist dieses Verfahren überflüssig geworden, da es bereits werkseitig geladene Batterien gibt, die sofort einsatzbereit sind, oder trocken geladene Batterien, die nur noch mit Elektrolyt gefüllt werden müssen.

Ausgleichsabgabe

Ladungsausgleich Die Unterschiede von Zelle zu Zelle sind eine Tatsache, die man akzeptieren muss. Keine zwei Zellen können in allen Aspekten gleich sein. Unterschiede im Gewicht des aktiven Materials, geringfügige Schwankungen im spezifischen Gewicht des Elektrolyten, Porosität der Elektroden usw. sind einige der Unterschiede. Aus diesen Gründen hat jede Zelle in einer Batterie ihre eigenen Eigenschaften; jede benötigt eine etwas andere Ladungsmenge. Ein gelegentlicher Ladeausgleich beugt dem Ende der Lebensdauer des Akkus vor. 12-V-Autobatterien werden mit 14,4 V betrieben. Eine voll aufgeladene Batterie benötigt eine Spannung von 16,5 V, die im Betrieb an Bord des Fahrzeugs nie erreicht wird.

Um die Lebensdauer einer Autobatterie zu verlängern, ist daher eine Ausgleichsladung (auch Bankladung genannt) erforderlich. So kann eine Batterie, die alle sechs Monate auf dem Prüfstand aufgeladen wird, mindestens 10-12 Monate länger leben als Batterien, die nicht auf dem Prüfstand aufgeladen werden. Häufigkeit und Umfang der Ausgleichsladungen sollten mit dem Batteriehersteller abgesprochen werden. Bei vorprogrammierten Ladegeräten ist manchmal eine „Ausgleichsladung“ über einen Schalter verfügbar, der einen kontinuierlichen niedrigen Strom liefert, um die Spannung und die relative Dichte des Elektrolyts der Zellen zu stabilisieren.

Auch die Batterien der USV-Notstromversorgung und die Batterien von Gabelstaplern benötigen solche Ausgleichsladungen. Eine Batterie, die in einem Wechselrichter verwendet wird, wird nur bis zu 13,8 bis 14,4 V geladen. Wie bereits erwähnt, reicht dies nicht aus, um das Ungleichgewicht zwischen den Zellen in einer Batterie auszugleichen. Diese Batterien halten länger, wenn sie regelmäßig mit Ausgleichsladungen versorgt werden.

Die Batterien müssen alle sechs Monate mit einer Ausgleichsladung versehen werden. Traktionsbatterien, die in Gabelstaplerbatterien verwendet werden, sollten jedoch nach jedem sechsten oder elften Zyklus eine Ausgleichsladung erhalten, je nachdem, ob es sich um neue oder ältere Batterien handelt. Neuere Batterien können alle 11 Zyklen und ältere Batterien alle6 Zyklen eine Ausgleichsladung erhalten. Wenn die Batterien regelmäßig täglich voll geladen werden, kann die Häufigkeit der Ausgleichsladungen auf den10. und20. Zyklus reduziert werden. Eine Ausgleichsladung ist zu beenden, wenn die Zellen über einen Zeitraum von 2 bis 3 Stunden keinen weiteren Anstieg der Spannung und der spezifischen Dichte aufweisen.

Lesen Sie einen ausführlichen Artikel über
Ausgleichsabgabe hier.

Opportunitätskosten

Wenn ein Elektrofahrzeug im Gelände oder auf der Straße intensiv betrieben wird, kann das Anschließen an ein Ladegerät während der Pausen und anderen kurzen Ruhezeiten ebenfalls dazu beitragen, die effektive Arbeitszeit des Fahrzeugs zu verlängern und somit die Ausfallzeiten des Elektrofahrzeugs zu verringern. Gelegenheitsladung ist die Bezeichnung für eine solche Teilaufladung während der Mittagspause oder der Ruhezeit.

Derartige Gelegenheitsladungen verkürzen die Lebensdauer der Batterien. Die Batterie zählt eine solche Ladung und anschließende Entladung als einen flachen Zyklus. Opportunitätskosten sollten so weit wie möglich vermieden werden. Die normale Ladung liefert 15 bis 20 A pro 100Ah Kapazität, während die Gelegenheitsladung etwas höhere Ströme von 25 A pro 100Ah Kapazität liefert. Dies führt zu einer höheren Temperatur und beschleunigt die Korrosion der positiven Gitter. Und damit wird die Lebensdauer verkürzt.

Gasgesteuerte Aufladung

Die Wärmeleitfähigkeit des entstehenden Wasserstoffgases wird zur Überwachung des Ladestroms genutzt. Wasserstoffgas, ein sehr gutes Kühlmittel, wird zur Kühlung eines erhitzten Elements verwendet. Die Widerstandsänderung des Heizelements wird zur Regulierung des Stroms verwendet. Zur Regelung des Stroms kann auch ein Thermistor verwendet werden. Manchmal wird der Heizeffekt, der durch die Rekombination von Wasserstoff- und Sauerstoffgas entsteht, das sich in der Zelle über einem geeigneten Katalysator bildet, genutzt, um einen Wärmeschalter zu betätigen, der den Strom reguliert.

Erhaltungsladung

Bei einer kontinuierlichen Ladung gleicht das Ladegerät die Verluste aus, die durch Selbstentladung und intermittierende Entladung entstehen. Eine Erhaltungsladung gleicht die Selbstentladung aus. Die beiden Betriebsarten sind durch konstante Klemmenspannungen gekennzeichnet:

Erhaltungsladung 2,20 bis 2,25 V pro Zelle

Kontinuierliche Ladung 2,25 bis 2,35 V pro Zelle

Je nach Alter und Zustand der Batterie kann während der Erhaltungsladung (Erhaltungsladung) eine Stromdichte von 40 bis 100 mA/100 Ah Nennkapazität erforderlich sein.

Der Dauerladestrom hängt in hohem Maße vom Lastprofil ab. Akkus mit Erhaltungsladung müssen nach jedem Stromausfall wieder aufgeladen werden. Das Gleiche gilt für Batterien, die nach ungeplanten Belastungen kontinuierlich geladen werden.

Aufladung verstärken

Auf die Boost-Ladung wird zurückgegriffen, wenn eine entladene Batterie in einem Notfall verwendet werden muss, wenn keine andere Batterie zur Verfügung steht und der SOC-Wert für die Notfallarbeit nicht ausreicht. So kann eine Bleibatterie je nach der verfügbaren Zeit und dem SOC-Wert der Batterie mit hohen Strömen geladen werden. Da es heutzutage Schnellladegeräte gibt, ist das Schnellladen heute ein gängiges Verfahren. Normalerweise beginnen solche Boost-Ladegeräte mit 100 A und verjüngen sich auf 80 A. Das Wichtigste ist, dass die Temperatur nicht über 48-50oC steigen darf.

Impulsladung

Was ist Impulsstromladung?

Die Aufladung erfolgt für eine sehr kurze Dauer, d. h. die aktuelle Einschaltzeit in Millisekunden (ms), und es folgt eine Leerlaufzeit (Ausschaltzeit in ms). Manchmal kann der Impulsladung auch eine Entladung vorausgehen.

Für die Schnellladung von Blei-Säure-Zellen in Kraftfahrzeugen wurde eine Impulsstromtechnik eingesetzt. Die folgenden Schlussfolgerungen wurden gezogen:

  • Die Technik des gepulsten Stroms kann sehr vorteilhafte Wirkungen entfalten.
  • Es verbessert die Aufladegeschwindigkeit.
  • Sie wirkt sich positiv auf die Lebensdauer von Blei-Säure-Batterien aus, insbesondere wenn eine Einschaltdauer von mehr als 100 ms verwendet wird.
  • Außerdem kann diese Technik auch Zellen verjüngen, die mit Konstantstrom geladen wurden.
  • Die Aufladezeit kann um eine Größenordnung reduziert werden, d. h. von ~10 Stunden auf ~1 Stunde.
  • Die Lebensdauer kann um das Drei- bis Vierfache erhöht werden.
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  • Die Anwendung von gepulstem Strom auf eine zyklische Batterie (Kapazität = 80 % Ausgangswert) kann eine Erholung der Batteriekapazität bewirken.
  • Ein vorzeitiger Kapazitätsverlust tritt sowohl bei Pb-Sb- als auch bei Pb-Ca-Sn-Zellen bei hohen Entladeraten mit konstantem Ladestrom auf.

Weitere Einzelheiten sind in dem oben genannten Artikel von Lam und anderen zu finden.

U-Boot-Zellen waren Gegenstand der Impulsladung [14. Melvyn James, Jock Grummett, Martin Rowan und Jeremy Newman, Journal of Power Sources 162 (2006) 878-883 879]. Die Autoren sind zu dem Schluss gekommen, dass

  1. Die Kapazität kann durch Impulsladung verbessert werden. Diese Kapazitätsverbesserung

war bei neueren, relativ neuen Zellen dramatisch. Bei älteren Zellen (4-5 Jahre alt) waren jedoch 15 oder mehr Impulsladezyklen erforderlich, bevor eine Kapazitätsverbesserung erreicht wurde.

  • Die älteren Zellen hatten eine starke Sulfatierung erlitten, die mehr Zyklen zum Abbau benötigt.
  • Eine gewisse Sulfatierung ist nicht rückgängig zu machen.
  • Die Verwendung der Impulsladung deutete auch darauf hin, dass die Begasungsladung erheblich reduziert werden konnte.
  • Die Gasentwicklung nimmt mit steigender Pulsfrequenz ab. Dies ist noch ausgeprägter bei der Sauerstoffentwicklung, die ein wichtiger Faktor für U-Boot-Batterien ist, die unter Korrosion der positiven Platte leiden, da sich bei der Gasladung Sauerstoff aus der positiven Platte entwickelt.
  • Nach der Anwendung der Impulsladung auf eine Zelle bleiben die vorteilhaften Wirkungen erhalten, auch wenn die konventionellen Ladevorgänge wieder aufgenommen werden.

Typische Impulsladeprogramme sind unten dargestellt:

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Die Anwendung der Impulsladung kann dazu beitragen, dass sich mit der Zeit keine Sulfatierung bildet. Bei ordnungsgemäßer Ladung und Wartung kann die Sulfatierung in den Zellen möglicherweise verringert werden, wenn von Anfang an eine Impulsladung durchgeführt wird. Eine bereits eingetretene Sulfatierung kann mit dieser Methode nicht mehr rückgängig gemacht werden. Wenn die Zellen ständig ausgeglichen oder überladen werden, schädigt dies die Zellen und verringert ihre Kapazität und Lebensdauer. Microtex empfiehlt, das spezifische Gewicht Ihrer Batterien regelmäßig zu testen, um herauszufinden, wie lange sie halten, um schwache oder ausfallende Zellen zu identifizieren und um ihren Ladezustand zu überprüfen. Im Falle einer Sulfatierung oder eines Ungleichgewichts der Ladung können die folgenden Schritte durchgeführt werden.

Schnell- oder Schnellladegerät - Batterieladegerät

Vor fünfundzwanzig Jahren glaubte man, dass Blei-Säure-Batterien nicht mit hoher Geschwindigkeit geladen werden sollten, da das positive aktive Material irreparabel beschädigt würde. Man ging davon aus, dass schnelles Laden zu übermäßiger Netzkorrosion und Gasbildung führen würde, was einen frühzeitigen und schnellen Ausfall der VRLA-Batterien zur Folge hätte.

Die Schnellladung ist nicht nur zeit- und energiesparend, sondern verhindert auch die Gasbildung und reduziert den Wartungsaufwand. Die Schnellladung wurde erstmals 1972 von Kordesch für verschlossene Ni-Cd-Zellen vorgeschlagen [17. K. Kordesch, J. Electrochem. Soc., 113 (1972) 1053] und später, 1993, von Norvik Technologies in Kanada für VRLA-Batterien entwickelt.

Ihr Minitcharger™ bewies, dass tiefentladene Ni-Cd-Batterien in 5 bis 10 Minuten wieder aufgeladen werden können [18. J.K. Nor, U.S. Patent 5,202,617(1993)].

In der ersten Hälfte der 1990er Jahre entwickelten Valeriote, Nor und Ettel von Cominco, Kanada, diese Technologie zu herkömmlichen Blei-Säure-Batterien weiter [19. E.M. Valeriote, J. Nor, V.A. Ettel, Proc. Fifth International Lead-Acid Battery Seminar, Vienna, VA, USA, 17-19 April 1991, pp 93-122]. Im Jahr 1994 wiesen Valeriote, Chang und Jochim nach, dass das Verfahren auch für VRLA-Batterien mit dünnen Platten geeignet ist [M. Valeriote, T.G. Chang, D.M. Jochim, Proc. of the9th Annual Battery Conference on Applications and Advances, Long Beach, CA, USA, Januar 1994, S. 33-38].

Seit Anfang der neunziger Jahre wird diese Technik bei allen Arten von Antriebsbatterien eingesetzt [20. K. Nor und J.L. Vogt, Proc. 13th Annual Battery Conference on Application and Advances,13 . bis 16. Januar 1998, Long Beach, CA, 191-197].

Die Auswirkungen einer sehr schnellen Ladung auf die folgenden zwei Typen von Deep-Cycling-Blei-Säure-Hybridbatterien wurden 1994 mit einem MinitchargerÔ (Norvik Traction Inc., Kanada) untersucht [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote und D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

  • Geflutete Hybridbatterien (in dieser Arbeit als „AP“ bezeichnet) hatten positive Gitter aus einer 4,7 %igen Antimonlegierung und negative Gitter des expandierten Typs aus einer Legierung mit hohem Kalziumgehalt und niedrigem Zinngehalt (Pb- 0,1 Gew.-% Ca-0,3 Gew.-% Sn). Das Gewicht der PAM betrug ca. 800 g, das der NAM ca. 540 g in jeder Zelle. Es handelte sich um einen Tiefentladungstyp mit einer Kapazität von 80 Ah20, 54,4 Ah5 und 50,9 Ah3)
  • Ventilgesteuerte Batterien mit durch Schwerkraft gegossenen positiven Gittern wurden aus einer Legierung mit niedrigem Antimongehalt (Pb -1,5 Gew.-% Sb-0,3 Gew.-% Sn) hergestellt (diese Batterie wird in dieser Arbeit als „ST“-Batterie bezeichnet). Die Konfiguration war 5P + 6N. Die negativen Gitter wurden aus einer Pb-O,12 Gew.%Ca-O.4wt.%gegossen. Diese Batterien waren für Deep-Cycling-Anwendungen gedacht. Die Kapazitäten der Batterien betrugen 54,5 Ah5 und 52,5 Ah3

Es wurde festgestellt, dass sowohl eine 5-min/50%ige als auch eine 15-min/80%ige Wiederaufladung bei einer gefluteten Batterie mit einem recht akzeptablen Temperaturanstieg erreicht werden kann. Nach einer Entladetiefe von 80 % war die vorherrschende Wärmequelle während der ersten 40 % der Ladung die ohmsche, die bei sehr hohen Raten von 300 A (5 bis 6C3-Ampere ) zurückgegeben wurde. Die Temperaturen waren innerhalb der Batterie ungleichmäßig verteilt. Danach gewann die nicht-ohmische Polarisierung zunehmend an Bedeutung. Für die hybride Rekombinationsbatterie ist der Sauerstoffkreislauf eine wesentliche Wärmequelle in den späteren Phasen der Ladung, insbesondere im Vergleich zu früheren, untersuchten Batterien ohne Antimon [21 T.G. Chang, E.M. Valeriote und D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Schnellladung von Flut- und VRLA-Batterien

Tabelle 6.

[21. T.G. Chang, E.M. Valeriote und D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Geflutete Batterie Ventilgeregelte Batterie
5-min/50%-Aufladung und 15-min/80%-Aufladung Ja Ja
Temperaturanstieg Annehmbar Annehmbar
Quelle der Wärme Ohmisch (bis zu 40 % der Ladung) Der Sauerstoffkreislauf ist eine wesentliche Wärmequelle in den späteren Phasen des Ladevorgangs
Aufladen mit einer konstanten widerstandsfreien Spannung von 2,45 V/Zelle (14,7 V/Batterie) geladen mit einer konstanten widerstandsfreien Spannung von 2,45 V/Zelle (14,7 V/Batterie) geladen
Aktuell 250 bis 300 A (5 bis 6 C3-Ampere) 250 bis 300 A (5 bis 6 C3-Ampere)
In den ersten 3 Minuten 1 V höher als VRB
Stromreduzierung Beginnt nach 3 Minuten Ladezeit vom 300-A-Niveau abzufallen Beginnt nach 3 Minuten Ladezeit vom 300-A-Niveau abzufallen
Temperatur Höhere ohmsche Erwärmung und viel schnellerer Temperaturanstieg; begann nach 4 Minuten zu sinken Die Stromstärke begann erst nach 4 Minuten zu sinken und war während der gesamten restlichen Ladezeit höher als die des gefluteten Typs.
Wenn der Strom für die VR-Batterie sank, stieg die Temperatur schneller an. Nach 6 Minuten stieg die Temperatur zwar immer noch an, aber die Steigerungsrate begann zu sinken. Erst nach etwa 20 Minuten Ladezeit begann die Temperatur langsam zu sinken; bei gleichbleibender widerstandsfreier Spannung nahm die VR-Batterie einen höheren Strom auf, was noch mehr Wärme erzeugte. Die für den Sauerstoffkreislauf aufgewendete Energie wird vollständig (100 %) in Wärme umgewandelt, im Vergleich zu etwa 40 % bei der reinen Wasserzersetzung.

Abbildung 17. Aufladen: Vref=2,45 V/Zelle; Stromstärke, I, =3OO A max; DOD = 80%. [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote und D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175].

Vergleich der Schnellladung von Flut- und VRLA-Batterien.

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Tabelle 7. Batterielebensdauer mit MinitCharger®

[22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, und D.M. Jochim, Proc. 13
th
Jährliche Batteriekonferenz über Anwendungand Advances, January 13-16, 1998, Long Beach, CA, 173-178].

Akku-Typ Lebensdauer der Batterie im Zyklus
Konventionelles Batterieladegerät MinitCharger®. Quelle
Ni-Cd-Zellen, Typ A 500 1400 INCO(1989)
Ni-Cd-Zellen, Typ B 450 1900 INCO(1996)
Ni-MH-Zellen, Typ A 400 1600 INCO (1996)
Ni-MH-Zellen, Typ B 1500 Über 4000 INCO (1996)
Blei-Säure-Traktionsbatterie, Typ VRLA 250 1500 COMINCO (1997)

Auch Chang und Jochim haben ähnliche Ergebnisse erzielt. Sie unterzogen 12V-VRLA-Batterien (spiralgewickelter Typ) konventionellen Lade- und Schnellladezyklustests [21. T.G. Chang, E.M. Valeriote und D.M. Jochim, J. Power Sources 48 (1994) 163-175. 23. Chang, T.G., Jochim, D.M., J. Power Sources, 91 (2000) 177-192]. Die Zyklenlebensdauer betrug 250 Zyklen für den konventionellen Ladebetrieb und 1000 Zyklen für den Schnellladebetrieb.

Die sehr schnelle Aufladung hat sich als sehr erfolgreich erwiesen und zu einer höheren Lebensdauer geführt. Eine Umfrage hat ergeben, dass das Cominco Research Team [ 22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, und D.M. Jochim, Proc. 13th Annual Battery Conference on Application and Advances, January 13-16, 1998, Long Beach, CA, 173-178.] führte eine Untersuchung durch und das Team fand heraus, dass dreißig handelsübliche Sorten von Bleibatterien in 5 Minuten zu 50 %, in 15 Minuten zu 80 % und in 30 Minuten zu 100 % aufgeladen werden können. In dieser Hinsicht ist die Leistung von VRLAB besser als die von gefluteten SLI-Batterien.

Herkömmlich positiv geladene aktive Materialien zeichnen sich durch größere Partikel und zahlreiche große Poren aus. In den schnell geladenen Platten wurden keine großen Partikel, Poren oder Hohlräume beobachtet. Die konventionell geladenen Platten wiesen eine PAM-Oberfläche von 2m2/g auf, während die mit hohem Strom geladenen Platten selbst nach 900 Zyklen einen Oberflächenwert von 3m2/g aufwiesen [22. K. Tomantschger, E.V. Valeriote, J.S. Klarchuk, T.G. Chang, M.J. Dewar, V. Ferrone, and D.M. Jochim, Proc. 13th Annual Battery Conference on Application and Advances,13 . bis 16. Januar 1998, Long Beach, CA, 173-178].

Im letzteren Fall dehnte sich der PAM nur langsam aus, so dass weniger Druck auf den Separator und die Negativplatte ausgeübt wurde, was das Risiko von Kurzschlüssen in den Separatoren und die Verdichtung des NAM reduzierte. Der dramatische Effekt der Schnellladung besteht darin, dass bei einem Lebenszyklustest mit 12V/50Ah spiralförmig gewickelten VR LAB (bei einer Testdauer von 10 Stunden und 15 Minuten) die konventionell geladenen Batterien nur 250 Zyklen (bis zu 80 % der Anfangskapazität) erreichen konnten, während die schnell geladenen Batterien etwa viermal so viele Zyklen erreichen konnten.

SEM-Bilder von PAM und NAM von konventionellen und schnell geladenen Platten

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Ein ähnliches Ergebnis wurde in den Arbeiten von P. T. Moseley erzielt [Journal of Power Sources 73 _1998. 122-126] ALABC-CSIRO Project No. AMC-009). Beim Aufladen von VRLA-Batterien mit hoher Rate wird das positive aktive Material in einer Form mit großer Oberfläche wiederhergestellt, die durch eine nadelförmige Form gekennzeichnet ist, und wenn die Batterie mit niedrigeren Raten aufgeladen wird, bildet das positive aktive Material größere Partikel.

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Diagramm des Batterieladegeräts

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Wie lange kann man ein Ladegerät an einer Batterie lassen?

Dies hängt von zwei Faktoren ab:

  1. Ob das Ladegerät unter Strom steht oder nicht?
  2. Gibt es eine Möglichkeit, das Ladegerät intermittierend aufzuladen?

Wenn das Ladegerät ausgeschaltet ist, schadet es wahrscheinlich nicht, die Batterie am Ladegerät angeschlossen zu lassen, vorausgesetzt, es liegt keine Fehlfunktion eines Teils der Ladung vor, wie z. B. ein falscher Anschluss der Wechselstromkabel, die zu den Ladegeräten führen.

Wenn das Ladegerät eingeschaltet ist, sollte die Batterie jedoch vorzugsweise abgeklemmt werden, damit die schädlichen Auswirkungen einer Überladung die Lebensdauer der Batterie nicht verkürzen.

Falls das Ladegerät eine Möglichkeit zur intermittierenden Auffrischung der Ladung bietet, kann man die Batterie am Ladegerät angeschlossen lassen. Dies hilft, die Batterie in einem vollständig geladenen Zustand zu halten und kann jederzeit verwendet werden, wenn die Batterie benötigt wird.

Wie funktioniert ein Ladegerät für Autobatterien?

Das elektrische System eines Kraftfahrzeugs besteht aus den folgenden Komponenten:

Das Start-, Beleuchtungs- und Zündsystem (SLI-System) umfasst sowohl mechanische als auch elektrische Komponenten/Ausrüstungen, die zusammenarbeiten, um den Motor zu starten und das Fahrzeug in Betrieb zu halten.

Die wichtigsten Komponenten sind:

  1. Zündschalter
  2. Die Batterie von 12V oder 24 V.
  3. Gleichstrom-Anlasser (oder Anlasser) mit hohem Drehmoment und zugehörigen Komponenten
  4. Lichtmaschinen-Gleichrichter-Anordnung
  5. Spannungssteuerungen oder -regler (Aus- und Einschaltrelais)

Wenn der Fahrer den Zündschalter einschaltet, fließt über einen Steuerkreis Starkstrom von der Batterie zum Anlasser, der die Räder drehen kann und so das Fahrzeug in Bewegung setzt.

Der Zweck eines Anlassers ist es, dem Motor zu helfen, eine gewisse Drehzahl zu erreichen, damit er arbeiten kann. Der Anlasser hilft also dem Motor, die für den Betrieb des Fahrzeugs vorgesehene Drehzahl zu erreichen. Danach ist der Anlasser nicht mehr nützlich und schaltet sich aus.

In automatischen Batterieladegeräten ist ein Spannungssensor eingebaut, der die Spannung der zu ladenden Batterie misst. Das Ladegerät schaltet sich automatisch aus, wenn die Batteriespannung den gewünschten optimalen Wert erreicht.

Der Strom fließt über ein einziges Kabel vom Pluspol der Batterie zu dem zu versorgenden Bauteil und über die Metallkarosserie des Fahrzeugs (die zur Erde wird, der Minuspol der Batterie ist mit der Karosserie verbunden) zurück zur Batterie. Die Karosserie ist über ein dickes Kabel mit dem Massepol (Minuspol) der Batterie verbunden.

Der von der Batterie an den Anlasser gelieferte Strom beträgt das 3- bis 4-fache der Kapazität der Batterie (150 bis 400 Ampere). Das heißt, die Batterie liefert einen Strom von 3C bis 4C Ampere an den Anlasser. Daher sollte das Kabel, das diesen Strom führt, so ausgelegt sein, dass der Spannungsabfall so gering wie möglich ist. Die beiden Hauptfunktionen der Kfz-Zündanlage sind die Erzeugung einer ausreichenden Spannung, damit sie problemlos einen Funken für die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs erzeugen kann, und zweitens die Kontrolle über den Zeitpunkt des Funkens und dessen Übertragung auf den entsprechenden Zylinder. Eine typische Automobilzündanlage erzeugt eine Spannung zwischen 20000 und 50000 Volt aus einer 12-Volt-Quelle.

Die Größe der Batterie hängt von der Kapazität des Fahrzeugs ab. So wird für einen Kleinwagen wie den Maruti 800 oder Alto eine 12 V/33 Ah-Batterie verwendet, während für einen Tata- oder Benz-Lkw eine 12 V- oder 24 V/180 Ah-Batterie eingesetzt wird.

Ein Kfz-Ladesystem erzeugt im Allgemeinen eine Spannung zwischen 13,5 und 14,4 Volt, wenn der Motor in Betrieb ist. Es erzeugt elektrischen Strom für den Betrieb der Fahrzeugbeleuchtung, der Musikanlage, der Heizung und des elektrischen Systems des Motors. Vor langer Zeit wurden Gleichstromgeneratoren in Automobilen eingesetzt. Anfang der 60er Jahre ersetzte das Generator-Gleichrichter-System den Gleichstromgenerator aufgrund seiner Vorteile gegenüber dem anderen System. Aber mit den Fortschritten in der Elektrik und Elektronik verwenden alle Autos eine Lichtmaschinen-Gleichrichter-Anordnung (Wechselstrom wird erzeugt und in Gleichstrom umgewandelt).

Bei Fremdzündungsmotoren ist eine Vorrichtung erforderlich, um das komprimierte Luft-Kraftstoff-Gemisch am Ende des Verdichtungstakts zu zünden. Die Zündanlage erfüllt diese Anforderung. Es ist ein Teil des elektrischen Systems, das den elektrischen Strom mit der erforderlichen Spannung zur Zündkerze leitet, die zum richtigen Zeitpunkt einen Funken erzeugt. Sie besteht aus einer Batterie, einem Schalter, einer Verteiler-Zündspule, Zündkerzen und der erforderlichen Verkabelung.

Ein Selbstzündungsmotor, d.h. ein Dieselmotor, benötigt kein Zündsystem, da die Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs erfolgt, wenn der Diesel bei hoher Temperatur am Ende des Verdichtungstakts in die verdichtete Luft eingespritzt wird.

Um zu verhindern, dass sich die Batterie entlädt, verwenden die Hersteller einen Spannungsregler / Cut-Out. Er verbindet/trennt den Generator mit der Batterie.

Wenn die Generatorleistung niedriger ist als die Batteriespannung, trennt es den Generator von der Batterie. Ist die Leistung hingegen höher, wird der Generator wieder mit der Batterie verbunden. Dadurch wird verhindert, dass sich die Batterie bei niedrigen Motordrehzahlen entlädt. Wenn die Klemmenspannung der Batterie etwa 14,0 bis 14,4 V erreicht, trennt das Abschaltrelais die Batterie vom Ladestromkreis.

Kann ich das Auto mit angeschlossenem Batterieladegerät starten?

Wenn das Fahrzeug mit der vorhandenen Batterie nicht gestartet werden kann, kann eine geeignete Gleichspannung von einem Ladegerät geliefert werden, indem die Ladekabel so angeschlossen werden, als wären sie die Pole einer anderen ähnlichen Batterie. Das ist so, als würde man ein Fahrzeug per Starthilfe anlassen. Vor der Durchführung dieser Arbeiten sollten angemessene Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Die Hilfe eines Fachmanns muss in Anspruch genommen werden.

Welches sind die besten Ladegeräte für die jeweilige Anwendung?

Wechselrichter-Batterieladegerät

Wechselrichter sind elektrische/elektronische Geräte, die den Gleichstrom aus Batterien in Wechselstrom umwandeln, um den Bedarf von Haushalten oder kleinen Betrieben zu decken. Der Gleichrichter hat die umgekehrte Funktion. Das heißt, der Gleichrichter wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um. Gleichstrom ist die Art von elektrischem Strom, die zum Laden der Batterie und zum Betrieb einiger Geräte benötigt wird.

Heim-Wechselrichter verfügen normalerweise über eine oder zwei 12-V-Batterien, je nach Strombedarf der einzelnen Häuser.

Die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) ist ein ähnliches Gerät, aber die Zeitverzögerung zwischen dem Ausfall der Netzspannung und der Wiederaufnahme durch die USV ist unmittelbar (Nullzeitverzögerung), während die Zeitverzögerung bei einem Wechselrichter 10-20 Millisekunden beträgt. In einigen Produktionsbetrieben und Banken führt diese Verzögerung zu großen Verlusten und Verlegenheit bei den Kunden und Bankern. Bei einem Desktop-Computer zu Hause zum Beispiel fällt der Bildschirm aus, wenn er an einen Wechselrichter angeschlossen ist, während man bei einer USV den Stromausfall nicht spürt.

Wenn die Batterien mit einer Spannung von mehr als 14,4 V pro 12-V-Batterie aufgeladen werden, entstehen bekanntlich unangenehme, übel riechende Dämpfe und ein unerwünschter Geruch nach faulen Eiern, abgesehen von der Bildung von Korrosionsprodukten um die Pole und Anschlüsse, Daher dürfen diese Batterien keine Ladespannung von mehr als ca. 14,0 V erreichen; der bevorzugte Einstellwert ist 13,8 V. Durch die geringere Ladespannung wird auch der Wasserverlust durch Elektrolyse verringert, was zu langen Intervallen zwischen zwei Nachfüllungen mit zugelassenem Wasser führt. Und eine Vollwellengleichrichtung mit Filtern ist eine gute Ergänzung.

Batterieladegerät für Autos

Die Aufladung der SLI-Bordbatterie erfolgt über das Bordnetz. Wie bei der modifizierten Ladung mit konstantem Potenzial beschrieben, ist das System mit einem Widerstand in Reihe geschaltet, um den anfänglichen Stoßstrom innerhalb der zulässigen Grenze zu halten. Die maximale Ladespannung beträgt 14,0 bis 14,4 V für eine 12-V-Batterie. Die SLI-Batterie ist eine Batterie mit geringem Ladezyklus, die immer dann aufgeladen wird, wenn die Spannung auf ein bestimmtes Niveau sinkt.

Zum Laden wird die Batterie über eine elektronische Vorrichtung, die Diode, mit dem Stator der Lichtmaschine verbunden, die einen Stromfluss nur in eine Richtung zulässt, d. h. vom Stator zur Batterie und nicht in die umgekehrte Richtung, wenn die Lichtmaschine im Leerlauf ist.

Dadurch wird eine ungewollte Entladung des Akkupacks verhindert.

Das Trennrelais fungiert als Stromkreisunterbrecher zwischen dem Ladesystem und der Batterie, wenn die Lichtmaschine keinen Strom erzeugt. Sie verhindert die Entladung der Batterie, wenn der Generator nicht oder mit sehr niedriger Drehzahl läuft.

Die regelmäßige Zugabe von Wasser ist bei früheren Versionen von Batterien eine Wartungsanforderung. Moderne Batterien haben jedoch niedrige Gasungswerte, und die Zugabe von Wasser ist fast überflüssig, höchstens einmal in 12 bis 18 Monaten.

Batterieladegerät für stationäre Anwendungen

Eine stationäre Batterie ist die Quelle für die Notstromversorgung in verschiedenen Anlagen, in denen eine Unterbrechung der Stromversorgung, selbst für den Bruchteil einer Sekunde, nicht toleriert werden kann. Große Batterieanlagen, die nur für eine sehr kurze Zeit zur Stromversorgung herangezogen werden, werden als stationäre oder Standby- oder Notstromversorgung bezeichnet. Sie werden in Versorgungsunternehmen, Schaltanlagen und anderen industriellen Umgebungen eingesetzt. Solche Batterien werden verwendet, um für die erste Zeit Strom zu liefern, bis sie einen Generator starten können, damit dieser die Funktion übernehmen kann.

Obwohl es verschiedene Arten von Blei-Säure-Batterien (Flachplattenbatterien, Planté-Batterien, konische Plattenbatterien usw.) und Nickel-Cadmium-Batterien (Ni-Cd) für diese Anwendung gibt, bevorzugen die meisten Nutzer für diesen Zweck überflutete stationäre Rohrbatterien, insbesondere den Typ OPzS.

Das wichtigste Merkmal einer stationären Batteriebank ist die sofortige Bereitstellung von Batteriestrom im Falle eines normalen Netzausfalls. Aus diesem Grund muss die Batterie immer in einem betriebsbereiten, voll geladenen Zustand sein. Daher gewinnt das Ladesystem an Bedeutung. Seine Verlässlichkeit ist sehr wichtig.

Diese Batterien werden durch Erhaltungsladung mit konstantem Potential geladen. Es gibt sie in den Spannungsgruppen 24, 48, 72, 120 und 130 V. Die Kapazität kann von 40 Ah bis zu einigen tausend Amperestunden reichen.

6 bis 50 Ampere DC. Eingebaut sind Alarme für hohe Gleichspannung, niedrige Gleichspannung, positive und negative Erdungsfehler und das Ende der Entladung. Das industrielle Batterieladegerät verfügt über digitale Bedienelemente und ein LCD-Display. Eine Reihe von Sicherheitsmerkmalen, wie z. B. Drahtschutz an allen Feldklemmen und vollständiger Schutz des AC-Eingangs und DC-Ausgangs, sind enthalten.

Einfache Richtlinien für den Kauf eines Batterieladegeräts

Im Folgenden finden Sie Richtlinien für die Auswahl eines Batterieladegeräts:

  • Kennen Sie die Spannung der zu ladenden Batterie. Bei einer Blei-Säure-Zelle sind für jede Zelle 3 Volt für eine zufriedenstellende und normale Aufladung erforderlich. Kaufen Sie also für eine 12-V-Batterie ein Ladegerät mit 20 V Gleichstromausgang an den Klemmen.
  • Zu den Ampere-Angaben (d. h. Stromstärke): Entnehmen Sie dem Batterieetikett die Kapazität der Batterie. Beträgt die Kapazität 100 Ah bei einer 10-Stunden-Rate, so ist eine Stromabgabe von 10 % ausreichend. Daher wird ein 10-A-Ladegerät empfohlen. Sie können sich aber auch für ein 15-A-Ladegerät entscheiden; dann sind die Kosten allerdings höher. Der Vorteil ist, dass die Batterie in kürzerer Zeit aufgeladen werden kann. Die Batterien können in der Anfangsphase höhere Ströme aufnehmen. Sie können also die ersten 50 % des Stroms mit 15 A aufladen und dann den Strom auf normale 10 %. reduzieren %.
  • Das Ladegerät kann mit einem digitalen oder analogen Volt- und Strommessgerät ausgestattet sein. Eine zusätzliche Einrichtung wäre ein digitaler Ah-Zähler. Außerdem kann ein Verpolungsschutz hinzugefügt werden. Dadurch werden sowohl die Batterie als auch das Ladegerät geschützt.
  • Ein Vollwellengleichrichter mit Filtern ist gut geeignet, um eine längere Lebensdauer der Batterien zu erreichen. Ein solches Ladegerät erzeugt eine geringe Wechselstromwelligkeit, so dass die Korrosion der positiven Gitter und der Temperaturanstieg des Elektrolyten während des Ladevorgangs geringer ausfallen.
  • Zusammenfassend lässt sich sagen, dass für eine 12-V/100-Ah-Batterie ein Ladegerät mit 20 V/10 Ampere, digitalen Messgeräten und Filtern mit Vollwellengleichrichtung und Verpolungsschutz eine gute Wahl ist.

Batterieladegerät für Züge

[Referenzen: Handbuch über 25 kW/4,5kW elektronische Gleichrichter- und Reglereinheit (ERRU) von SG TL &AC coaches,) September 2019. „General Services: Train Lighting“, von Institution of Railway Electrical Engineers (IREE), Government of India, Ministry of Railways, Sept. 2010].

Überall wird Strom benötigt, und Eisenbahnwagen sind keine Ausnahme für den Betrieb von Licht und Ventilatoren. Für klimatisierte Reisebusse wird eine beträchtliche Menge an Strom für den Betrieb der im Bus eingebauten Klimaanlagen benötigt.

Eine der herkömmlichen Methoden zur Stromerzeugung ist die Verwendung von Generatoren, die von den Achsen der Eisenbahnwagen angetrieben werden, mit einer parallel geschalteten Batterie mit ausreichender Amperestunden-Kapazität, um den Wagen bei Unterspannung mit Strom zu versorgen. Diese Art von Coaches werden als „Self-Generating (SG)“ Coaches bezeichnet.

In diesen SG-Wagen werden zunächst magnetische, verstärkergesteuerte Gleichrichter- und Reglereinheiten (RRUs) eingesetzt, um den Wechselstrom des Generators in Gleichstrom umzuwandeln und die durch die Regelung des Feldstroms des Generators erzeugte Gleichspannung zu regulieren/steuern. Dies verhindert auch den Rückfluss von Strom von der Batterie zur Lichtmaschine in Zeiten, in denen keine Stromerzeugung stattfindet.

Dieser gleichgerichtete und geregelte Gleichstrom wird zum Betrieb der verschiedenen elektrischen Geräte und Zubehörteile im Bus und zum Laden der Batterien verwendet.

Blei-Säure-Batterien von 110 V / 120 Ah10 Kapazität sind aus 3-Zellen-Blockeinheiten in den Breitspurwagen (B.G.) in Unterstellkästen angeordnet. Vier Notstromanschlusskästen für B.G.-Wagen und einer für M.G.-Wagen sind an jeder Stirnwand vorgesehen, um den Wagen mit dem benachbarten Wagen zu verbinden, damit er bei einem Ausfall der Stromerzeugung Strom erhält.

Auf jeder Seite des Untergestells befindet sich mittig ein Notstromanschlusskasten, der das Aufladen der Batterie von einer externen Quelle ermöglicht. (z. B. wenn der Zug auf dem Bahnsteig eines Eisenbahnknotens stillsteht). Für BG AC-Reisebusse werden 18 kW / 25 kW bürstenlose Generatoren verwendet. Zwei solcher Generatoren werden in AC-2 Tier /AC-3 Tier / Chair Cars verwendet und nur ein Generator wird im First AC Coach verwendet. Batterien mit einer Kapazität von 800 / 1100 Ah bei einer Nennleistung von 10 Stunden werden in I AC / AC-2 Tier / AC-3 Tier/Sesselwagen von B.G. Coaches verwendet.

Obwohl der erste Zug in Indien am16. April 1883 mit 400 Personen 34 km von Bori Bunder (heute in Mumbai CST umbenannt) nach Thane fuhr, leistete das Zugbeleuchtungssystem (TL) durch einen achsgetriebenen Dynamo Pionierarbeit bei M/s. J. Stone & Co. kam erst 1930 zu den Indischen Eisenbahnen. Dynamos / bürstenlose Generatoren, die über Flach-/Keilriemen von der Achse angetrieben werden, versorgen die Last, wenn der Zug in Bewegung ist, und laden die Batterien. Die Batterien versorgen die Last, wenn der Zug auf den Bahnsteigen und anderswo stillsteht.

Folgende Systeme für die Zugbeleuchtung sind derzeit im Einsatz

1) Achsengetriebenes System, das mit 110 V Gleichstrom betrieben wird.

2) Mid on Generation mit 415 V, 3 Phase Generation AC 110 V Nutzung.

3) End on generation mit 3 Phasen 415 V Erzeugung und AC 110 V Nutzung

4) End on Generation mit 3 Phasen 750 V Erzeugung und AC 110 V Nutzung

Alle Busse, die gebaut werden, sind nur mit einem 110-Volt-System ausgestattet. Die mit 24-V-Systemen betriebenen Busse wurden bereits auf ein 110-V-System umgestellt.

Die Standard-Nennwerte an den Gleichstrom-Ausgangsklemmen der ERRU für verschiedene Nennleistungen des Generators sind unten angegeben:

(i) 25 kW, 130V, 193A

(ii) 4,5 kW 128,5V 35A

ERRU wird im Untergestell des Busses montiert und ist für den Betrieb in einem Temperaturbereich von -5 bis 55 Grad Celsius und 98 % relativer Luftfeuchtigkeit ausgelegt. Er ist auch für den Einsatz in stark staubigen Umgebungen ausgelegt und widersteht Erschütterungen und Rangierstößen.

Die Kraftübertragung erfolgt über Keilriemen. Insgesamt 12 Stück (6 auf jeder Seite) und 4 Stück (nur eine Seite) (nur eine Seite) der Baugröße C-122 sind an AC- bzw. TL-Generatoren vorgesehen. Die Drehzahl der Lichtmaschine variiert zwischen 0 und 2500 U/min. Der Raddurchmesser des Wagens beträgt 915 mm im Neuzustand und 813 mm im verschlissenen Zustand. Der neue Raddurchmesser ist bei der Berechnung der Zuggeschwindigkeit in km/h zu berücksichtigen, die der Einschaltdrehzahl und der Mindestdrehzahl bei voller Leistung (MFO) des Generators entspricht.

Die Leistungsmerkmale der elektronischen Gleichrichter- und Reglereinheit (ERRU) (sowohl 25 kW als auch 4,5 kW) sind nachstehend aufgeführt:

Die Gleichstrom-Ausgangsspannung im Leerlauf beträgt maximal 135 V und kann auf 128 ± 0,5 V, 97 A (für 1100 und 650 Ah Batterien) und 128 ± 0,5, 19 A für 120-Ah-Batterien ) bei 1500 U/min (in der Mitte zwischen Mindest- und Höchstgeschwindigkeit), Spannungsregelung ± 2 %, Wirkungsgrad 95 % (Minimum). Die Spannungswelligkeit wird innerhalb von 2 %.gehalten %. Die Lastschwankung beträgt 10 A bis 193 A bei Drehzahlen von 400 U/min bis 2500 U/min (für Batterien mit 1100 und 650 Ah) und 350 U/min bis 2500 U/min (Batterien mit 120 Ah).

Bei den Batterien mit höherer Kapazität beträgt die Spannung bei 15% Überlast 120 V (Minimum) bei 222 A, der Strom ist auf 230 A (Maximum) begrenzt. Für eine 120-Ah-Batterie wird die Spannung bei einer Überlast von 40 A auf 115 V (Minimum) eingestellt.

Der Batterieladestrom ist auf 220 A für eine 1100 Ah Batterie, 130 A für eine 650 Ah Batterie und 24 A für eine 120 Ah Batterie begrenzt (maximal). Die letzten beiden Parameter können sowohl über den Universal Voltage Controller (UVC) als auch über das Coach Indication Panel (CIP) eingestellt werden.

Bei der 4,5 kW EERU beträgt die Lastschwankung 1 A bis 37,5 A bei 350 U/min bis 2500 U/min. Die Spannung bei einer Überlast von 40 A beträgt 115 V (Minimum), der Strom ist auf 43 A (Maximum) begrenzt.

Wir sehen, dass der Ladestrom 1100/220 = 5; 650/130= 5 und 120/24 = 5 beträgt. Das heißt, der Ladestrom ist für alle diese Batterien auf C/5 Ampere begrenzt, die maximale Spannung beträgt 128 V (d. h. 16 % über dem OCV der Batteriebank).

Für weitere Details zu den Blockdiagrammen für den Gesamtwagen, die Verdrahtung wird wie das folgende Diagramm und das Blockdiagramm der Lichtmaschine-ERRU-System, kann der Link unten angegeben werden:

Ladegerät für Traktionsbatterien

Die Leistung und Lebensdauer von Gabelstaplerbatterien wird durch das Ladegerät und die angewandte Lademethode beeinflusst. Das Batterieladegerät für Gabelstapler sollte entsprechend der Spannung und der Ah der Batterien ausgewählt werden.

Ein gutes Gabelstapler-Batterieladegerät

    • Sollte den Temperaturanstieg beim Laden begrenzen
    • Ohne unzulässige Überladung muss das Ladegerät die Stromzufuhr zur Batterie zum richtigen Zeitpunkt unterbrechen.
    • Sollte über eine Ausgleichsladung verfügen (d. h. Aufladen mit höheren Strömen).
    • Für gefährliche Situationen ist eine automatische Abschaltvorrichtung vorzusehen.
    • Sollte über einen Mikroprozessor oder einen PC programmierbar sein.
    • In einigen Ladegeräten ist auch eine Luftumwälzung über dünne Luftleitungen in den Zellen vorgesehen.

Der Ladespannungsbereich reicht von 24 V bis 96 V.

Die Stromstärke hängt von der Kapazität der Batterie ab, die von 250 Ah bis 4000 Ah reicht.

Verfahren zum Laden von Antriebsbatterien

Einstufiges Taper-Laden: Das Ladegerät beginnt seine Arbeit mit etwa 16A/100Ah und der Strom wird mit steigender Zellenspannung reduziert. Wenn die Zellenspannung 2,4 V/Zelle erreicht, sinkt der Strom auf 8 A/100 Ah und erreicht dann die Endrate von 3 bis 4 A/100 Ah. Der Ladevorgang wird durch eine Zeitschaltuhr abgeschaltet. Für 80 % entladene Batterien ohne Luftumwälzung kann es etwa 11 bis 13 Stunden (Ah-Eingangsfaktor 1,20) dauern.

Der Unterschied in der Ladezeit ist auf die Variation des Anlaufstroms zurückzuführen, d. h. wenn der Anlaufstrom 16 A/100 Ah beträgt, ist die Dauer geringer, und wenn er 12 A/100 Ah beträgt, ist die Dauer länger. Mit der Luftumwälzungsanlage verkürzt sich die Dauer auf 9 bis 11 Stunden (Ah-Input-Faktor 1,10).

Zweistufige Konusladung (Modus CC-CV-CC): Dies ist eine Verbesserung gegenüber der früheren Methode. Das Ladegerät startet mit einem höheren Strom von 32 A / 100 Ah. Wenn die Zellenspannung 2,4 V pro Zelle erreicht, schaltet das Ladegerät automatisch in den Verjüngungsmodus um, und der Strom wird weiter verjüngt, bis 2,6 V pro Zelle erreicht sind und der Strom auf eine Endrate von 3 bis 4 A/100 Ah ansteigt und für 3 bis 4 Stunden anhält. Bei 80 % entladenen Batterien kann es ohne Luftumwälzung etwa 8 bis 9 Stunden dauern (Ah-Eingangsfaktor 1,20). Mit der Luftumwälzungsanlage verkürzt sich die Dauer auf 7 bis 8 Stunden (Ah-Input-Faktor 1,10).

Aufladen von gelierten VRLA-Batterien: (CC-CV-CC-Modus):

Das Ladegerät startet mit einem Strom von 15 A / 100 Ah. Wenn die Zellenspannung 2,35 V pro Zelle erreicht, schaltet das Ladegerät automatisch in den Taper-Modus und das Ladegerät geht bei gleicher Spannung in den CV-Modus. Dies dauert maximal 12 Stunden. Die CV-Stufe wird konstant gehalten, solange der Ladestrom auf einen begrenzten Wert von 1,4 A/ 100 Ah sinkt. Die zweite Phase kann einige Stunden dauern, maximal 4 Stunden. Diese Dauer hängt von der Dauer der ersten Phase ab.

Hochfrequenz-Batterieladegerät für Gabelstapler

Bei den vorhandenen Ladegeräten gibt es im Allgemeinen zwei Typen: ferro-resonante und siliziumgesteuerte Gleichrichter (SCR). Sie sind zwar preiswerter, aber auch weniger effizient.
Batterieladegeräte mit Hochfrequenz-Schaltnetzteilen, z. B. MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor), arbeiten mit Frequenzen, die weit über den Netzfrequenzen liegen (einige kHz bis einige hundert kHz). Im Gegensatz dazu können MOSFETs und IGBTs mit ihrer vollständigen Ein- und Ausschaltfähigkeit zu jedem Zeitpunkt präzise gesteuert werden, damit ein Ladegerät die gewünschte Leistung erbringen kann. SCRs sind halbgesteuerte Geräte mit einer unkontrollierbaren Abschaltung.

HF-Ladegeräte arbeiten als Schaltnetzteile, das heißt, sie schalten die elektronischen Schalter bei hohen Frequenzen (50-170 kHz) ein und aus.

Zu den Vorteilen dieser HF-Technologie gehören:

Hochfrequenz-Batterieladegerät
Bis zu 170 kHz Hochfrequenz Die Verluste aus der Umwandlung sind geringer
Verbesserte Ladeeffizienz (87 bis 95%) Geringere Energiekosten (bis zu 20 %) aufgrund von Energieeinsparungen
Reduzierter AC-Ripplestrom Längere Lebensdauer aufgrund des geringeren Temperaturanstiegs. Geringere Wartungskosten durch geringeren Wasserverlust
Sie ist universell anpassbar Flut-, AGM- und Gel-Batterien können alle ohne Über- oder Unterladung geladen werden.
Kleinere Größe, geringeres Gewicht und mehr Platzersparnis Es hat einen kleineren Fußraum und kann leicht an Bord montiert werden.
Solche Ladegeräte gibt es in verschiedenen Baureihen von Ladegeräten für 24-V- bis 80-V-Batterien mit einem Ladestrom von 40 bis 300 A.

Batterieladegerät für Batterieanwendungen im Untertagebau

Bei den Batterien für den Untertagebau handelt es sich hauptsächlich um Deep-Cycle-Blei-Säure-Batterien. Die typische Spannung liegt zwischen 48 und 440 V, die Kapazität zwischen 700 Ah und 1550 Ah.

Das Aufladen dieser Batterien ist ähnlich wie das Aufladen von Antriebsbatterien. Die Batterien werden geladen bei
2,6 V mit einem Strom von zunächst 21 A, dann 17 A pro 100 Ah und schließlich 4,5 A pro 100 Ah als Schlussrate. Der Ladevorgang kann in 6 bis 8 Stunden abgeschlossen werden.

Die Batterien entsprechen der IS 5154:2013 Teil 1 (IEC 60254-2006)

Marine-Batterieladegerät

Batterien für Schiffsanwendungen können in zwei Typen unterteilt werden. Starterbatterien haben dünnere Platten und sind in der Lage, für kurze Zeit große Mengen Strom zu liefern. Der andere Typ ist eine Deep-Cycle-Batterie, die für andere Schiffsanwendungen wie elektronisches Zubehör, einen Trolling-Motor und elektrische und elektronische Geräte an Bord verwendet wird. Darüber hinaus können Dual-Function-Batterien sowohl als SLI-Batterien als auch als Deep-Cycle-Batterien eingesetzt werden. Für bestimmte Batterien werden spezielle Ladegeräte verwendet. Der CC-CV-Modus sollte bei VR-Blei-Säure-Batterien verwendet werden.

Es gibt auch Ladegeräte, die bis zu vier Batterien gleichzeitig laden können. Es können alle Arten von Schiffsbatterien, VR-Batterien (sowohl AGM- als auch Gelbatterien) sowie wartungsarme Flutbatterien geladen werden.

Da Batterien und Ladegeräte in Booten verwendet werden, sollten sie trocken bleiben und ausreichend belüftet sein. Sie sollten außerdem wasserdicht, stoßfest und vibrationsbeständig sein und bei Bedarf vollständig versiegelt werden. Außerdem sollten Sie darauf achten, dass die Ladegeräte über einen Verpolungsschutz und eine funkensichere Funktion verfügen.

Batterieladegerät für Solaranwendungen

Aufgrund von Schwankungen der Sonneneinstrahlung schwankt die Leistung der SPV-Paneele. Daher wird ein digitaler Maximum Power Point Tracker (MPPT) zwischen das SPV-Panel und die Batterie geschaltet, um einen sorgenfreien Ladevorgang zu gewährleisten. Ein MPPT ist ein elektronischer DC/DC-Wandler, der die Abstimmung zwischen der Solaranlage (PV-Paneele) und der Batteriebank optimiert. Es erfasst den Gleichstromausgang der Solarmodule, wandelt ihn in hochfrequenten Wechselstrom um und regelt dann auf eine andere Gleichspannung und einen anderen Strom herunter, um den Strombedarf der Batterien exakt zu decken. Die Vorteile einer MPPT-Anlage werden im Folgenden erläutert.

Die meisten PV-Paneele sind für eine Ausgangsspannung von 16 bis 18 Volt ausgelegt, obwohl die Nennspannung der SPV-Paneele 12 V beträgt. Eine nominale 12-V-Batterie kann jedoch je nach Ladezustand (SOC) einen tatsächlichen Spannungsbereich von 11,5 bis 12,5 V (OCV) aufweisen. Unter Ladebedingungen muss eine zusätzliche Spannungskomponente an die Batterie geliefert werden. Bei normalen Ladereglern wird die vom SPV-Panel erzeugte zusätzliche Leistung als Wärme abgeleitet, während ein MPPT den Batteriebedarf erkennt und eine höhere Leistung abgibt, wenn das SPV-Panel eine höhere Leistung erzeugt. Durch den Einsatz eines MPPT werden somit Verluste, Unter- und Überladungen vermieden.

Die Temperatur beeinflusst die Leistung des SPV-Panels. Wenn die Temperatur steigt, sinkt der Wirkungsgrad des SPV-Panels. (Hinweis: Wenn SPV-Panels einer höheren Temperatur ausgesetzt werden, steigt der vom SPV-Panel erzeugte Strom, während die Spannung sinkt. Da der Spannungsabfall schneller erfolgt als der Stromanstieg, sinkt der Wirkungsgrad des SPV-Panels). Im Gegenteil, bei niedrigeren Temperaturen steigt der Wirkungsgrad. Bei Temperaturen unter 25 °C (der Temperatur der Standardtestbedingungen(STC)) steigt der Wirkungsgrad. Aber die Effizienz wird sich auf lange Sicht ausgleichen.

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