Für die Eiligen Leser
Wir unterscheiden zwei Betriebszustände:
Das zyklische Laden bei dem abwechselnd Energie aus der Batterie entnommen und dann wieder „aufgefüllt wird und das Erhaltungsladen bei dem ein Ladezustand erhalten wird und fast kein Strom fliesst wenn die Batterie OK ist.
In der Praxis sind das bei den meisten Motorrädern Mopped Sommer- bzw. Winterbetrieb. Im Sommer wechseln sich quasi Anlasser und LiMa zyklisch ab, im Winter will man die Batterie „voll“ halten. Im Sommer wird die Batterie, dank potenter LiMa, mit bis zu 40A geladen, im Winter kümmern sich oft, teilweise unsinnige oder sogar schädliche Ladegeräte um die Batterie. Für alle die es nicht wissen: Der Regler kümmert sich um eine konstante Bordspannung und hat weiter nichts mit der Ladetätigkeit zu tun! Eine Strombegrenzung gibt es in KFZs bewusst nicht!
Fazit:
Zum Laden, weil der Akku leer ist und man fahren möchte, begrenzt man die Spannung auf 14,4 V und lädt was das „Haushaltsladegerät“ hergibt --- so wie es auch die Lichtmaschine macht. Bei 364 mal Stress pro Jahr macht das 365-te Mal auch nichts aus.
Zum Erhaltungsladen die Spannung auf 13,7 V begrenzen, anklemmen, vergessen und gut is’.
Ausführlich
Nachdem Informationen über sagenhafte Ladegeräte und deren Zuordnung zu diversen Batterietypen existieren habe ich mich bemüht anhand der Handbücher einiger Batteriehersteller die Fakten zusammenzusuchen.
PANASONIC, FIAMM, YUASA und HAWKER haben auf Anfrage schnell und unkompliziert gehandelt und jeweils *.pdfs geliefert, andere haben nicht mal reagiert.
Die Informationen in den Handbüchern von PANASONIC, FIAMM und YUASA sind bis auf marginale Abweichungen identisch, so dass ich diese zum Begriff „Blei-Akku“ zusammengefasst habe.
Empfehlenswert ist es sich vorher über „Kenn- und Leistungsdaten“ zu informieren (Link s.u.)
Vorab:
Gigantische Unterschiede zwischen dem Ladeverhalten und den Anforderungen dazu bestehen unter den einzelnen Batterietypen nicht. Der Link „Unterschiede zwischen Normal-, Gel-, AGM- und Reinblei“ nennt die wesentlichen Dinge.
Für alle Typen sind relativ einfache, aber spannungsstabilisierte Ladegeräte geeignet. Das ist heutzutage der Standard!
Begriffe:
Hier nur ein verkürzter Auszug aus „Akku Kenn- und Leistungsdaten“ (Link).
Batterie oder Akku
Beide Bezeichnungen sind in unserem Fall korrekt. Eine Batterie ist definiert durch das Zusammenschalten mehrerer Zellen. Ob das galvanische Zellen (= Primärzelle = „Taschenlampenbatterie“) oder Akkumulatoren = Sekundärzelle = „Sammler“) sind, ist egal.
„Richtig korrekt“ :-) wäre also „KFZ-Akkumulatorbatterie“.
Spannung
Um nicht immer zuerst angeben zu müssen welche Nennspannung eine Batterie hat, ist oft die Einheit Vpc (Volt per cell; Volt pro Zelle) angegeben. Eine Zelle hat 2V Nennspannung. Für einer Batterie mit Nennspannung 12V ist also dieser Wert mit 6 zu multiplizieren.
Strom
Viele Angaben zu den Strömen von und zu Batterien sind abhängig von deren Nennkapazität.
Um nicht immer zuerst eine Nennkapazität angeben zu müssen werden Ströme in CA anstatt A angegeben weil man da verallgemeinern kann. Will man z.B. eine Batterie mit einem Strom laden der 10% des Wertes ihrer Nennkapazität entspricht wird das einfach mit 0,1CA angegeben. Bei 19Ah sind das z.B. 1,9A, bei 44Ah dann 4,4 A.
Entladen
Bezeichnet jegliche Kapazitäts-/ Energieentnahme. Eine Zelle ist als entladen definiert wenn (nur!) 80% der Nennkapazität(!) entnommen wurden. Vpc liegt dann bei 1,95 V (12V Batterie: 11,7 V)
Tiefentladung
Tiefentladung bedeutet Entladung nur bis DOD!
Entladen „bis sich nix mehr rührt“ (das Licht den Winter über angelassen) bedeutet in der Regel Batterieexitus.
DOD
Depth of Discarge. Maximale zulässige Entladung. Hier besteht die Chance, dass sich die Batterie erholt. Bei Bleiakkus eine Spannung von 1,0 V / Zelle (6,0V!) bei mehr als 3°C.
Kapazität
Definiert als diejenige Energiemenge die unter definierten Bedingungen entnommen bzw. entnommen werden kann.
Lebensdauer:
Als Ende der Lebensdauer ist definiert, wenn die Batterie unter sonst gleichen Bedingungen nur noch 67% ihrer Nenn-Kapazität hat. Diese ist meist durch die Anzahl der möglichen Ladezyklen gegeben.
Ladezyklen
Ein Ladezyklus ist von einem Laden über eine Entladung bis zum nächsten Laden. Im automotive Fall (Gebrauch im KFZ) also jeweils etwa von Startvorgang zu Startvorgang! Die Lebensdauer von Batterien die ständig mit 80 % ihrer Nennkapazität genutzt werden (also bis etwa 1,95 V/Zelle) betrachtet man mit Faktor 1. Die Anzahl der Ladezyklen ist eine (selten veröffentlichte) Kenngrösse einer Batterie.
Ladekurve
Bleiakkus müssen NICHT nach oder mit bestimmten SOLL-Ladekurven geladen werden. U.U. erfordert die dusselige „Bordelektronik“ der R1200xx mit ZFE irgendwelche Kurven, was aber nichts mit dem Akku zu tun hat.
Die Messung von Strom und Spannung während des Ladens ergibt natürlich „irgendwelche“ Kurven. Diese sind abhängig vom jeweiligen Akku und Ladegerät.
Temperatur
Als Temperatur gilt generell die Temperatur der Batterie, nicht diejenige der Umgebung!
Je höher die Temperatur ist, desto kürzer hält das Teil. +20…+25°C >> optimale Eigenschaften. Klingt kompliziert weil auch zu beachten ist, dass die Kapazität einer Batterie mit abnehmender Temperatur sinkt, ist aber wie beim Menschen: Batterien mögen weder frieren noch schwitzen.
Selbstentladung
Je höher die Temperatur umso höher die Selbstentladung (Quelle: FIAMM). Grössenordnung bei "normalen“ Bleibatterien, egal welcher Bauart (flüssig, GEL, AGM, etc.): 0,06% bei 10°C, 2% bei 60°C, tendenziell bei den "flüssigen" eher am oberen Ende der Spanne.
Bis hierher die Begriffe in Kurzform. Zu diesen und weiteren Daten gibt’s den Link „Kenn- und Leistungsdaten“
Laden
Ob mit einer Lichtmaschine (Generator) oder einem Ladegerät geladen wird ist in erster Näherung vollkommen egal. Beides sind Strom-/ Spannungsquellen. Technisch gesehen ist es ein Potentialausgleich innerhalb eines Systems der durch den Partner mit niedrigerem Potential („Voltzahl“) und die Innenwiderstände bestimmt wird.
Ladegeräte „pressen“ keine Ladung in eine Batterie, sondern sie stellen Energie bereit und die Batterie „saugt“ sie ein.
Dass die Ladespannung höher sein muss als die Batterienennspannung ist bekannt? Eine entladene Batterie (deren Spannung ja geringer als ihre Nennspannung ist!) reagiert zwar auch bei Nennspannung, doch der Effekt ist nur kurz und auch gering.
Praktisch jeder Hersteller nennt leicht unterschiedliche Daten als optimal für den Ladevorgang seiner Produkte oder gibt sie bei anderen Randbedingungen an (Temperatur etc.).
Berücksichtigt man, dass Physik und Chemie für alle Beteiligten identisch sind und lediglich von unterschiedlichen Randbedingungen (Temperatur, etc.) ausgegangen werden kann, müssen die Bedingungen für „Blei-Akkus“ identisch sein. Sonst müsste man für die XY Batterie des Typs 0815, BJ 2009, Charge 4711 ein anderes Ladegerät verwenden als für die Charge 4712 und, ganz wichtig, es dürften bei der Batterieproduktion keinerlei Toleranzen vorkommen.
Was passiert beim Laden?
Die folgende Beschreibung ist weder physikalisch noch chemisch exakt und soll nur anschaulich das Prinzip darstellen.
Die Elektrodenplatten eines Akkus sind porös und man kann man sie sich als 3-dimensionale Gitter aus zusammengeklebten Materialpartikeln aus Blei vorstellen.
Die „Hohlräume“ einer dieser Platten sind mit Elektronen gefüllt und diese sollen, vereinfacht gesagt, durch den Ladevorgang zur anderen Elektrode befördert werden. Dazu müssen sie sich aus ihrem Elektrodengitter schlängeln.
Dass sich die Platten dabei auch chemisch verändern und Schwefelsäure als Elektrolyten brauchen unterschlage ich bei der folgenden Schilderung. Ebenso werden Begriffe wie Anode, Kathode, technische und physikalische Stromrichtung vermieden.
Die Grafik rechts zeigt den Ablauf bei Blei-Säure-Batterien in Flüssig-, Gel- oder AGM-Ausführung. Ausserdem ist die Abhängigkeit einiger Grössen voneinander dargestellt.
Legt man mit Ladespannung an, möchten Elektronen zur anderen Elektrode. Wollen viele Elektronen gleichzeitig durch eine kleine Gitteröffnung gibt es einen Stau, die Batterie wird warm. Wird dennoch gedrängelt, kann es auch sein, dass eine kleine Öffnung vergrössert und ein paar Materialpartikel aus der Platte gebrochen werden.
Schnelladen
Lädt man mit höherer Spannung („Schnelladen“), so bewegen sich die Elektronen wegen der höheren Potentialdifferenz schneller, die „Sprungbretter“ an der Oberfläche werden schneller frei und die Elektronen aus dem Gitterinneren könn(t)en schneller nachrücken. Allerdings sind die jetzt etwas hektisch und schlängeln sich nicht mehr „sauber“ durch das Gitter, sondern versuchen geradlinig durchzukommen. Das klappt nicht immer und so passiert vermehrt das was auch beim Gedränge der vielen Elektronen geschieht. Die Elektronen kollidieren mit dem Gitter, die Batterie wird warm (wärmer) und mehr Partikel werden herausgebrochen.
Die herausgebrochenen Partikel sinken zu Boden. Wenn dieser „Bleischlamm“ hoch genug ist gibt es einen Plattenschluss (Exitus der Batterie). Deshalb kann man grosse Batterien (z.B. für Flurförderfahrzeuge) zerlegen und reinigen!
Können die Elektronen nicht schnell genug „wegschwimmen“ oder sind keine mehr da (Batterie voll geladen) weiss die Batterie nicht was sie mit der anliegenden "höheren" Spannung anfangen soll. Daher geht sie dazu über das Wasser im Elektrolyten in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen, die Batterie gast.
Gasen ist ein Zeichen dafür, dass die Batterie mit der zugeführten Energie überfordert ist.
Ladestrom
Sowohl der Lade-wie auch der Entladestrom sind abhängig von Batteriespannung und Batterieinnenwiderstand. Vorstellen kann man sich das als würden „alle „ Elektronen gleichzeitig „losrennen“. Sie knallen zwar nicht mit grosser Geschwindigkeit gegen die Gitter aber die schiere Menge verursacht ein Gedränge und auch hier bröseln die Platten.
Die rechnerisch möglichen Ströme würden demnach die meisten Batterietypen mechanisch zerstören. Deshalb sind von den Herstellern normalerweise maximale Ströme für das Laden und Entladen angegeben.
Ladeströme sind abhängig von der jeweiligen Betriebsart zu betrachten (s.u.)
Die Ladegeschwindigkeit hängt also von der Höhe der Ladespannung (eigentlich der Spannungsdifferenz), dem Ladestrom und der Batteriegrösse ab.
Festgelegter Elektrolyt
Bei GEL, AGM und ähnlichen Batterietypen (kurz VLRA) unterstützt der eingedickte Elektrolyt die Bleipartikel an ihren Positionen zu bleiben und weniger leicht „abzubröseln“. Dies ist der einzige Grund weshalb Spannungen und Ströme etwas höher sein KÖNNEN (aber keineswegs müssen!).
Ladekurve
Bleiakkus müssen NICHT nach bestimmten SOLL-Ladekurven geladen werden. Allerdings lassen sich aufgrund von Strombegrenzung und Ladezustand IST-Kurven ermitteln.
U.U. erfordert die dusselige „Bordelektronik“ der R1200xx Impulsspitzen, was aber nichts mit dem Akku zu tun hat.
Siehe unten
Einige Voraussetzungen
Leider gibt es keine Vorschrift welche Messbedingungen zu den freiwilligen Herstellerangaben zu berücksichtigen sind. (Ausnahme: Anforderungen nach MIL-Standard). Bei allen Werten ist z.B. die Batterietemperatur zu berücksichtigen. Sie wird meist verschwiegen und veröffentlichte Werte sind nicht unbedingt auf gleiche Temperaturen bezogen sondern eben „hübsch“ angegeben.
Die Angaben zum Akku, z.B. 12V für die Nennspannung und 20Ah für die Nennkapazität sind allgemein bekannt. Manchmal gibt es noch eine Angabe wie etwa 400A Spitzenstrom. Diese dient als ungefährer Hinweis welchen maximalen Strom man dieser Batterie entnehmen darf ohne dass sie Schaden nimmt. Praktisch sind diese Angaben mit Vorsicht zu geniessen solange nicht die Norm genannt ist nach der diese Angaben erfolgen. Batteriehersteller neigen zum Schönen! Anschaulich betrachtet ist die als Beispiel dienende Motorradbatterie nicht unbedingt geeignet den Anlass- und Vorglühstrom eines 3-l-Diesels verkraften zu können.
Weitaus interessanter wäre die Angabe des Innenwiderstand einer 12V/20Ah Batterie der bei etwa 0,0075 Ohm (7,5 Milliohm) liegt (je höher die Kapazität die Batterie, desto kleiner der Widerstand).
Bekannt ist vielleicht noch, dass die per Definition maximal nutzbare Kapazität bereits bei 1,92 V pro Zelle (11,5V) entnommen ist, und die Spannung einer maximal entladenen Batterie (=DOD) bei nur noch 1,74V (10,5V) statt ca. 2,13V (12,8V) liegt.
Natürlich gibt es auch Batterien die noch weiter entladen sind doch sind diese normalerweise ein Fall für den Recyclinghof.
Will man eine Batterie nach DIN „ganz voll“ laden, benötigt man eine Spannung die etwas höher ist als die zu erreichende Spannung. Im Fall einer normalen Blei-Säurebatterie (wie oben definiert) sind das ca. 0,27V / Zelle mehr als die zu erreichende Spannung, also bei 12V Nennspannung (tatsächlich ca. 12,8 V) eine Ladespannung von etwa 13,8 V.
Achtung bitte beachten!
Wenn gemessen wird, dann bitte zwischen einer Messung an der „nackten“ Batterie und Messungen während des Ladevorgangs unterscheiden. Die „nackte“ Spannung einer gesunden Batterie liegt zwischen 11,5 und 12,7 V (auch temperaturabhängig!). Wird mit einer bestimmten Spannung geladen so misst man natürlich diese Ladespannung. Trennt man die Batterie vom Ladegerät so misst man an ihr zuerst weiterhin die Ladespannung, kann aber zusehen(!) wie der Wert sinkt und sich bei einer vollen Batterie bei ca. 12,7 V einpegelt.
Nachdem sich die ganzen Werte nicht linear UND temperaturabhängig verhalten, und auch z.B. der Innenwiderstand nur ein typischer Wert ist der vom tatsächlichen abweichen kann, sind die Messwerte je nach Akku und Ladegerät unterschiedlich.
Interessant ist das generelle Verhalten!
Betriebsarten
Generell lassen sich zwei Batteriebetriebsarten unterscheiden:
Der zyklische Betrieb und
Der Floatbetrieb
Zyklischer Betrieb
1 Laden
Einer heftigen Kapazitätsentnahme (Anlassen, ABS-Einsatz) folgt ein Ladevorgang bei dem der „Verlust“ (möglichst schnell) „aufgefüllt“ werden soll.
Wenn Mutti im Winter morgens die Kinder in den Kindergarten fährt, dann zur Post, zu EDEKA und zum Friseur, dann will sie zum Schluss dort auch wieder nach Hause kommen. Das alles mit Licht, Nebelscheinwerfern, Heckscheibenheizung, voll pustendem Gebläse, Radio und Scheibenwischern. Springt der Karren nicht an akzeptiert sie als Argument „zu viel Verbrauch bei zu wenig Ladung“ nur widerwillig und ist auch nicht erfreut wenn ein Fachmann ihr sagt, dass sie bei ihrem Fahrverhalten nachts ein Ladegerät anklemmen sollte. Erstens war die Karre teuer und zweitens ist das „Anklemmen“ arg technisch. Entgegen verbreiteter Meinungen hilft da auch keine grössere Batterie.
Analog dazu lässt sich das Problem „Gehalt (dauerhaft) niedriger als Ausgaben“ weder durch eine grössere Geldbörse noch durch Kredite beheben.
Die Batterie muss also möglichst schnell geladen werden, egal ob sie das schmerzt oder nicht.
Der zyklische Betrieb ist also der Normalfall wenn die Dinger im Fahrzeug eingebaut sind oder wenn eine „leere“ Batterie aufgeladen werden soll.
Moderne Drehstrom- LiMas liefern ab einer bestimmten (recht niedrigen) Drehzahl eine konstante, elektronisch geregelte Ladespannung zwischen 14,3 und 14,6V. Ihr maximaler Strom hängt von ihrer Nennleistung ab (R1150: 10/50A bei 1000/4000U/min).
Messungen an den Lichtmaschinen einiger Fahrzeuge haben ergeben, dass die IST-Ladespannung offenbar zwischen 13,85 V (BMW 1150 GSA(EZ 03); BMW M3(EZ04)), ~14,0 V MB230(EZ03), Renault Laguna; Toyota) und 14,4 V liegt (Golf4TDI, BMW1100GS). Meine Nachbarn halten mich jetzt(?) für bescheuert.
Alle Batterietypen müssen sich mit der Spannung und dem (hohen) Ladestrom abfinden den die jeweilige LiMa liefert. Der Ladestrom ist abhängig von der Spannungsdifferenz LiMa / Batterie, und dem Innenwiderstand der Batterie. Die Batteriespannung und auch deren Widerstand sind wiederum ist abhängig von deren Ladezustand (voll / leer; 12,8 /11,5 V; 0,008 / 0,016 Ohm).
Lässt man einige Kleinigkeiten unberücksichtigt, verhält sich ein Akku gegenüber einem Ladegerät ähnlich wie ein Widerstand. Seine Spannung bei, gemäss Definition, nutzbarer Kapazität = 0 liegt bei 11,50 V, die Ladespannung des Ladegerätes bei 13,8V. Die physikalisch notwendige „Überspannung“ liegt bei 1,62 V. Folglich beträgt die wirksame Spannung (13,80-1,62 -11,50)V =0,68 V.
Nachdem gilt I = U/R würde der Akku 0,68 / 0,0075 Ohm = 91 A ziehen! Das ist kein Schreibfehler! Allerdings ist ein Akku ein bisschen doof und weiss nicht, dass ihm das auf Dauer nicht bekommt. Das sind die Werte die die Batterien ziehen würden wenn die LiMas / Ladegeräte dazu in der Lage wären! Allerdings sinkt dieser heftige Strom schnell, da die Spannungsdifferenz bei zunehmender Ladung kleiner wird!
Übliche KFZ-Ladegeräte „können" nur etwa 6A oder der Ladestrom ist z.B. auf 5 A (=0,25 CA bezogen auf 20Ah) begrenzt wenn nicht mit der LiMa geladen wird.
Wie wird der Strom beim Ladegerät begrenzt:
Weil das ohmsche Gesetz natürlich nicht ausser Kraft ist, der Innenwiderstand des Akkus nicht beeinflusst werden kann, das moderne Ladegerät geschützt wird, bleibt dafür nur eine Lösung: Die Differenz-Spannung muss gesenkt werden. In diesem Fall (U = R*I) auf (0,0075*5)V = 0,038V. gemessen werden kann demnach (11,50 + 1,68 + 0,038)V = 13,22 V. Wer es nicht glaubt kann es messen!
In den Grafiken sind die Werte standardisiert, d.h.z.B. der Strom als Teil der Batterienennkapazität, die Spannung pro Zelle angegeben! Im ersten Zeitbereich bleibt der Ladestrom konstant, die zuerst reduzierte Lade- und somit die Akkuspannung steigt von ca.12,6 V bis zur konstanten Nennladespannung von 13,8 V!
Kurz nach diesem Punkt beginnt der Ladestrom zu sinken. D.h. die Akkuspannung / geladene Kapazität ist bereits so hoch, dass Spannung und Innenwiderstand des Akkus den gezogenen(!) Ladestrom begrenzen. Die gezogene Lademenge (Kapazität) sinkt ab. Nach ca. 8,5h ist der Akku zu, gemäss Definition, 100% geladen.
In der Praxis spielen die sonstigen eingeschalteten Verbrauchern (Licht, Heizgriffe, etc.) eine zusätzlich begrenzende Rolle.
1.1 Ist eine konventionelle Batterie schwach („verbraucht“/alt), ist ihre Spannung niedrig, die Differenz somit hoch. So knallt die LiMa mit hohem Strom rein ohne sich um 10% Ladestrom oder Ähnliches zu kümmern. Da wird die Batterie „schon mal etwas“ gestresst.
1.2 Für die HAWKER zeigt die Grafik, dass bei Ladung mit einem Ladestrom von 80% des Wertes der Nennkapazität eine zu 100% entladene Batterie in 57 Minuten zu 80% geladen ist. Verdoppelt man den Ladestrom, verkürzt sich die Ladezeit auf nur 28 Minuten
Mit einem geeigneten Ladegerät (nicht notwendig und auch nicht bezahlbar; es müsste bereits für die PC680 einen Ladestrom von 60A erreichen!) lassen sich HAWKER Batterien in weniger als 20 Minuten auf mehr als 95% ihrer Nennkapazität laden. Das ist sogar vergleichbar mit den Schnellladeeigenschaften von NiCd Produkten. Als Vergleich sind die Ladezeiten von FIAMM dargestellt.
Für Reinbleibatterien ist keinerlei Ladestrombegrenzung erforderlich (siehe Link „Akku Eigenschaften der Reinblei-Akkus“)
2. Schnelladen
Weil es ja schnell gehen soll lädt man nicht mit den idealen 13,x V sondern nimmt die bereits erwähnten 14,x V (=Schnelladen).
Was passiert wenn man bei sonst gleichen Bedingungen die Ladespannung erhöht?
Nicht wirklich viel! Solange der Ladestrom begrenzt ist geschieht gar nichts. Auch der Punkt an dem die erhöhte Ladespannung von 14,5 V (die Spannungskurve steigt bis 2,4V anstatt nur 2,3 V) erreicht ist verschiebt sich nicht grossartig.
Dann sinkt die Ladestromkurve weniger steil ab und die 100% (Nenn-)Kapazität sind ca. 2 h schneller erreicht.
Nach dieser Phase beginnt das Theater. Ein stockvoller Akku hat 12,8V und wird jetzt im vollen Zustand mit knapp 2V Überspannung traktiert. Die Physik greift, die Überspannung spaltet Wasser in H2 und O, der Akku gast!
Ein AGM oder GEL Akku kompensiert das grösstenteils dadurch, dass der festgelegte Elektrolyt die Gase am Blubbern hindert und diese aus Langeweile zu Wasser rekombinieren. Dennoch ist es sinnloser Stress. Sogenannte intelligente Ladegeräte erkennen auch das und schalten zurück auf 13,8V. Doch ist die sagenhafte“ Zeitersparnis den Aufwand wert?
Erneutes Messen:
Direkt nachdem das Ladegerät abgeklemmt ist kann man an der Batterie eine relativ hohe Spannung messen. 20 min später ist sie deutlich niedriger und nach 2 h bleibt sie im Wesentlichen konstant. In dieser Zeit „verschwindet“ all die Zusatzenergie die der Akku scheinbar(!) über seine Nennkapazität hinaus aufgenommen hat!
Schnelladen hat Vorteile.
2.1 Die Ladung kommt schneller in Gang
2.2 es wird mehr Energie in gleicher Zeit hineingejagt, also z.B. wird die bei einem Startvorgang verbrauchte Energie schneller ersetzt.
2.3 Die Bleibatterie wird dabei zuerst kaum mehr belastet weil ohnehin (eigentlich zu) hoher Strom fliesst und sie das bisschen mehr Spannung vergleichsweise wenig stört.
… aber auch Nachteile
2.4 Durch den hohen „Ladedruck“(Spannung) werden leicht Partikel aus den Platten gelöst (Bleischlammbildung).
2.5 HAWKER Batterien dürfen der nicht länger als 24 Stunden konventionell „schnellgeladen“ werden.
2.6 Die Batterien sind irgendwann voll (13,9V), aber es stehen noch immer die 14,x V an
2.6.1 Die konventionelle Bleibatterie mault "alles Deppen! Nehmt doch die Drecksüberspannung weg, ich bin doch voll" und beginnt aus Verzweiflung ihr Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu zerlegen und es blubbert.
2.6.2 Die Gel und AGM Ausführungen meinen dann zu den entstandenen Gasen "nix ihr bleibt da!" und lassen die Blasen nur sehr langsam durch ihre eingedickten Suppen steigen. Die Gase denken "Mist, nix mit Freiheit, da können wir uns ja auch wieder zu Wasser verbinden" (=“rekombinieren“i). Allerdings wird die Batterie warm und das ist auch nicht so gut.
2.6.3 Die HAWKER denkt ganz ähnlich, zerlegt weniger Wasser aber brütet beleidigt vor sich hin und fragt sich „weshalb gibt man mir nicht einfach mehr Strom gibt wenn es schneller gehen soll, sondern ärgert mich mit hoher Spannung“?
3. Bei den alten Gleichstrom- LiMas besteht das Problem, dass sie relativ hohe Drehzahlen brauchten bis sie die notwendige Ladespannung erreichen, sind bei entsprechend "höheren mechanischen" Übersetzungen dann aber "oben raus" überfordert (aufgedröselte Wicklungen).
Also bekamen sie die Batterien nicht vernünftig voll. Da hat man die Regler "höher gestellt" und einfach mit höheren Spannungen geladen. Das war gottlob meist reine Theorie! "Unten" fing die LiMa eher an zu laden, die (zu) hohen Spannungen wurden ohnehin selten erreicht weil ein 2V nun mal nicht ewig Vollgas lief und die Gleichstrom- LiMa ihre max. Spannung bei (im Vgl. zur Drehstrommaschine) sehr hohen Drehzahlen erreicht. Zudem waren es „dicke“ Batterien die man schlecht überladen konnte. 10% von 30 Ah sind nur mal mehr als 10% von 13 Ah. Zumal wenn die Lima nicht so leistungsfähig war!
Die Regler der 2V sind also auf deren lahme LiMas abgestimmt und liefern auch mal 15 V und mehr.
Da erwischen sie die eine Reinbleibatterie (HAWKER) am wunden Punkt!
Für den zyklischen Gebrauch sollte die Ladespannung bei 25ºC etwa 14,4V bis max. 15,0V betragen.
4. Alle Batterien mögen keine Überspannung doch haben sie unterschiedliche Verträglichkeiten.
Auch hängen die optimalen Ladespannungen von der Temperatur des Elektrolyten ab
In beiden Batteriebetriebsarten kann mit einem Faktor zur Temperaturkompensation der Ladespannung pro Zelle und ºC Abweichung von 25ºC gerechnet werden (machen aber weder die LiMa noch irgendwelche „Amateurladegeräte“!). Für Reinblei gilt ein Wert von ±24 mV, für „Blei-Akkus“ ±18 mV. Je höher die Batterietemperatur desto geringer muss die Ladespannung sein und umgekehrt.
Wenn Ladegeräte mit Spannungen ausserhalb der genannten Grenzen verwendet werden kann es sein, dass die Batterien nicht ihre maximale (Lade-) Zyklen erreichen.
Die Grafik zeigt wie sich die Batterie in Abhängigkeit von Zeit und unterschiedlichen Ladeströmen (CA) füllt und dass man zum schnellen Laden einer HAWKER nicht „schnelladen“ muss, sondern lediglich einen ordentlichen Strom anzulegen braucht.
Erhaltungsladen (Floatbetrieb)
Der Normalfall bei Stützbatterien. Sie werden konstant „bei Laune“ gehalten um, wenn der Netzstrom mal kurz ausfällt einen Notbetrieb aufrecht zu erhalten. „Dicke“ Ausführungen halten z.B. den PC praktisch unbemerkt am Laufen, schlankere fahren ihn kontrolliert in den Ruhezustand.
Als Floatbetrieb kann auch betrachtet werden wenn die Ladung einer Fahrzeugbatterie über längere Zeit „nur erhalten“ wird, also z.B. bei einer Standzeit im Winterhalbjahr.
Er wird oft unterschätzt bzw. überhaupt nicht verstanden. „Man hat ja ein Fahrzeug“. Steht es länger und soll die Batterie lediglich erhalten werden ist es allerdings ein „Standzeug“ und seine Batterie ist im Floatbetrieb zu betrachten.
Dieser ist vergleichsweise einfach zu bewerkstelligen und es bedarf auch hier keiner Spezialladegeräte.
Bei 25 °C ist die Ladespannung zwischen 13,6 und 13,8V ideal. Da braucht’ s kein „Jogging“ oder irgendwelche „Spezialkurven“ sondern einfach nur eine konstante Spannung (s.o. „Ladekurven“). Ist die Batterie erst einmal voll geladen ist nicht mal eine Ladestrombegrenzung notwendig. Die Spannungsdifferenz ist so klein, dass einfach nicht zu viel Strom fliesst und die Spannung ist so gewählt, dass es nicht blubbert, also auch kein Wasser gespalten wird. Sozusagen der Idealfall des Ladens. Die Hersteller rechnen genau wie oben:
Anfänglicher Ladestrom =(13,5 – 12,00) V / 0,016R = 94A (viel Spannungsdifferenz / hoher Innenwiderstand)
End- Ladestrom = (13,5 – 13,495) V / 0,008R= 0,6A (wenig Spannungsdifferenz / kleiner Innenwiderstand). Sieht doch wesentlich freundlicher aus!
Temperaturgang
Im Gegensatz zum zyklischen Betrieb hat beim Floatbetrieb die Temperatur wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer.
Pro 8°C über 25°C halbiert sich die Nennlebensdauer von VRLA (Valve-Regulated-Lead-Acid) Batterien. In anderen Worten: Eine Batterie die für 10 Jahre bei 25°C ausgelegt ist, lebt bei 33°C nur 5 Jahre. Darüber hinaus halbiert sich die Lebensdauer auch pro 100mV über der optimalen Ladespannung. Im Klartext heisst das: Man bleibt am besten etwas unter der empfohlenen maximalen Ladespannung. Dabei wird zwar nicht „ganz voll“ geladen, doch die Lebensdauer nicht geschmälert.
Das ist zwar beim zyklischen Betrieb nicht anders, doch da ist der Temperaturgang nicht der für die Lebensdauer entscheidende Faktor.
Was heisst eigentlich „voll geladen“
Voll ist der Zustand bei dem die Batterie ihre angegebene Nennkapazität hat.
Eine mit 14,x Volt schnellgeladene Batterie wird noch etwas „voller“ (bis ca.120% Nennkapazität), doch wozu?
Allerdings klappt das, und das verschweigen die Anbieter, nur vorübergehend. Wie bei einer Badewanne die man mit kräftigem Strahl bis zum Rand vollbekommt. Dann läuft dieser Überschuss ("14,3V") ziemlich schnell durch den Überlauf ab. Der Pegel unterhalb hält sich und verdunstet nur langsam mit der Zeit (analog zur Selbstentladung).
Der Stress den die Batterie dabei hat ist im Fahrbetrieb aus den oben erwähnten Gründen sinnvoll bzw. wird in Kauf genommen. Doch beim Erhalten ist es kontraproduktiv.
Bei einer intakten Batterie ist der Ladezustand an der Zellenspannung oder, bei „alten“ Ausführungen, an der Säuredichte zu erkennen.
Tiefentladung
Bei wiederholter Tiefentladung der HAWKER sollte der Ladestrom nicht unter dem Wert der Nennkapazität liegen. Als Beispiel: Ist für eine PC545 die Nennkapazität von 13Ah angegeben, sollte der Ladestrom nicht geringer als 13 A sein.
Ist eine HAWKER so tief entladen, dass sie mit einem normalen Ladegerät nicht mehr geladen wird, könnte die wie folgt beschriebene Methode helfen
1. Batterie auf Raumtemperatur (25°C) bringen
2. Leerlaufspannung messen. Wenn etwa 2 Vpc weiter mit Punkt 3, andernfalls Batterie ersetzen.
3. Batterie 24 Std mit 0,05CA laden. Das Ladegerät sollte 6 Vpc(!) schaffen!. Die Batterietemperatur überwachen. Bei mehr als 20°C Temperaturanstieg den Vorgang abbrechen.
4. Die Batterie mindestens 1 h abgeklemmt ruhen lassen
5. Kapazitätstest durchführen und die erbrachten Ah aufzeichnen. Je länger der Test desto aussagekräftiger ist das Ergebnis..
6. Punkte 3. bis 5. wiederholen. Wenn die erneut ermittelte Kapazität höher ist als beim ersten Durchgang weiter mit 7. sonst Batterie ersetzen
7. Punkte 3. bis 5. wiederholen. Wenn die erneut ermittelte Kapazität gleich oder höher ist als beim ersten Durchgang weiter mit 8. Ist sie niedriger dann Batterie ersetzen
8. Batterie laden und weiterverwenden
Mein persönliches Fazit:
Wir betreiben unsere Moppedbatterien in unterschiedlichen Zuständen
Während der Saison ist es ein Zyklusbetrieb bei dem sich heftige Entlade- und Ladevorgänge abwechseln.
Im Winter ist es ein Floatbetrieb bei dem die Batterie "nichts tut also nur "bei Laune" gehalten werden "muss".
Die entsprechenden Erklärungen sind im vorstehenden Text
Will ich beispielweise im Winter meine Batterie „bei Laune“ halten, so klemme ich ein Ladegerät mit einer konstanten Spannung von etwa 2,27Vpc (13,6V) an. Sobald die Batterie geladen ist, sind Batterie- und Ladespannung praktisch identisch und der Strom wird praktisch „Null“ sein ohne dass ich mich darum kümmern muss. Im Frühjahr habe ich eine fast voll geladene Batterie.
Hat irgendein Verbraucher meine Batterie überraschend geleert und ich will das Ding möglichst schnell „startklar“ haben, nehme ich Starthilfe von irgendeinem anderen KFZ in Anspruch.
Muss es nicht „möglichst schnell“ sein, verwende ich wieder mein bereits oben erwähntes Ladegerät und lasse es über Nacht dran.
Ein ganz einfaches, spannungsstabilisiertes, vollkommen ausreichendes Ladegerät ist unter Link "Batterie mit dem Laptop laden" beschrieben.
Links
Akku: Eigenschaften der Reinblei-Akkus
Akku: Kenn- und Leistungsdaten
Akku: Unterschied zwischen HAWKER Genesis und HAWKER Odyssey
Akku: laden
Akku: Vergleich von Normal-, Gel-, AGM- und Reinblei
Akku: Ladegerät mit/ohne Kennlinie
Akku: Testberichte