Edi- Röhren- Akkulade- und Regeneriergerät- Teil 12- Bleiakku- Grundlagen

Edi- Röhren- Akkulade- und Regeneriergerät- Teil 12- Bleiakku -Grundlagen

Wozu Theorie ?

Ich bin während der Arbeiten am Röhren- Lade- und Regeneriergerät etwas in die Theorie des Bleiakkus eingestiegen, um eine brauchbare Ladestrategie zu finden.

Vorrang hat erst einmal die "Anladung" der Akkus, danach folgt die Regenerierung mit der asymmetrischen Wechselstromlade- Röhrenschaltung.
Danach folgt die normale Verwendung der Akkus, in diesem Falle die Strombereitstellung, ähnlich einer USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung, üblich für OP- Säle von Krankenhäusern, Rechnern).
Bei Bedarf normale Ladevorgänge durchgeführt.

Achtung ! in meinem Fall geht es um Stationär-/ Solar- Akkus.
Über Zyklen mache ich mir darum KEINE Gedanken, denn... eigentlich haben Solar- bzw. Stationär- Akkus keine !!!

1 Zyklus = Ladung auf max. Ladeschlußspannung, Entladung auf minimale Entladespannung.

Jeder Zyklus knapst der Batterie einige Stunden Lebenszeit ab.

Darum ist ein voller Zyklus -gerade bei der Regenerierung- zu vermeiden !
Die Regenerierung soll ja dem Akku seine Lebensfähigkeit wiedergeben.
Die Entladeströme der stationären Batterien sind ja aus diesem Grunde extrem niedrig angesetzt. (1% der Nennkapazität !)

Die vom Hersteller angegebene Entladeschlußspannung sollte nach Möglichkeit niemals erreicht werden.

Ich werde den Entladstrom wohl überschreiten, aber nach Möglichkeit max. 5% der Nennkapazität.

Jetzt zu Akku- Grundlagen

Eine sehr ausführliche Grundlagenbeschreibung (Auszug aus D. Werner: Der Bleiakku)

Ausschnitte aus D. Werner: Der Bleiakku
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----------Zyklen---------- ...
Ein Zyklus ist das vollständige Entladen und Laden unter Einhaltung der Herstellerangaben.
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Ein Starterakku wird etwa 100 komplette Zyklen erreichen. Im KFZ werden unter normalen Bedingungen immer nur Bruchteile der Kapazität entnommen und gleich wieder nachgeladen. Addiert man diese Minizyklen, dann wird man auf ca. 100 komplette Zyklen und auf eine Lebensdauer von 3 - 5 Jahre kommen.

----------Kapazität----------
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Achtung: Wird der Akku immer bis zu der vom Hersteller angegeben rnax. Entladeschlussspannung entladen, dann verliert er auch an Kapazität und damit an Zyklen.
Einige Hersteller geben die Normalentladung mit ca. 70% und die Reserveentladung mit ca. 30% an. Entlädt man den Akku nur zu 70% , dann erreicht man erst die von den Herstellern angegeben Zyklen. Um die Anzahl der Zyklen in den Prospekten zu erhöhen und zu verschönern verschweigt man das leider.
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-----------Entladeschlussspannung----------
...
Leider macht der Hersteller keine Angaben zu den zu erwartenden Zyklen für alle Entladebereiche. Es steht aber fest, je tiefer der Akku bis zur Entladeschlussspannung entladen wird, je mehr Zyklen verliert er. So nennt z.B. ein anderer Hersteller für seine Vliesakkus bei Entladungen bis zur Entladeschlussspannung ca. 200 Zyklen, bei 50%igen Entladungen ca. 400 Zyklen und bei 30%igen Entladung ca. 1000 Zyklen.
...

----------Solarakku----------

Beim Solarakku ist die Nennkapazität für eine 100stündige Entladung festgelegt. Er kann 100 Stunden lang 1/100 seiner Nennkapazitat als Entladestrom liefern. Beim 60 Ah Solarakku ist der Entladestrom 60 Ah : 100 Stunden = 0,6 A.

----------Entladen vor dem Laden----------

Der Akku darf niemals vor dem Laden entladen werden. Das ist wieder ein ganzer Zyklus, der zur Alterung führt. Sofort, auch nach dem geringsten Teilentladen, muss der Akku wieder aufgeladen werden. Niemals einen teilentladenen Akku ohne Aufladen beim nächsten Einsatz verwenden, auch nicht wenn man meint der Akku sei noch so gut wie voll. Dadurch verliert der Akku an Kapazität.

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Es gibt die Grundlagen- Literatur, recht allgemein, meist nur auf die alten Starter- Nass- Zellen bezogen, modernere, die auch Solar/ Stationär- Akkus behandeln, aber ebenfalls recht allgemein, und dann noch die Hersteller- Angaben/ -Empfehlungen.
(In den Grundlagentexten stehen meist Allgemein- Angaben von... bis...., in den Herstellerangaben nur 1 konkrete Angabe).

Es gelten immer die Hersteller- Angaben !!!

Letztere sind -so vorhanden- ausschlaggebend, weil: Möglich daß die Plattenform anders ist, eine andere Oberflächenbeschaffenheit realisiert wurde, spezielle Beimischungen zum Plattenmaterial verwendet wurden... sonstwas.
Dies bedingt dann andere Spannungen und Ströme.

OPsz bedeutet keinen Standard für Stationär/ Solar- Akkus. Die gibt es von verschiedenen Herstellern, und da differieren die empfohlenen Werte.
Die BAE- OPsz- Akkus können laut Hersteller echt viel ab, z. B. gibt es keine Strombegrenzung. Andere Hersteller sind da wesentlich vorsichtiger, die von mir aufgeführten Vergleichsdaten.

Es ist so, als ob man für eine Schaltung eine Triode benötigt.
Trioden gibt es viele... aber jede hat IHRE eigenen Werte.
Ich muß also diejenige Triode suchen, die passende Werte für meine Anwendung hat.
Identifiziert wird ein Bauelement aber ausschließlich durch... eine Kennlinie ! Andere Kennlinie = anderes Bauelement. Punkt.
Wichtig zu wissen- es gibt ja Hersteller, die heute antike Röhren nachfummeln, die alten Bezeichnungen verwenden... aber die historischen Kennlinien gar nicht realisieren können.

Und genauso ist es für Akkus, jeder Akkutyp hat eine eigene Lade- und Entlade- Kennlinie.
Ichn fand in "Bob York: Lead acid batteries" eine solche.
Ich habe die mal ausgeschnitten und farbig verändert- sie zeigt genau die in den Grundlagen beschriebenen Eigenschaften.
Gilt für einen 12 V 7,5 Ah "Yuasa", aber das ist nebensächlich.

Man sehe die Entladung: nehmen wir als minimale Entladespannung 11,5 V (weil es im Diagramm so schön paßt), Entladung mit 1/10 Nennkapazität ( = 0,75 A) als Entladestrom -> 8 Stunden ist dieser Strom entnehmbar. So kenne ich das auch, mit 8 Stunden, heute wird meist 10 Stunden angegeben, ich denke, das Manuskript ist etwas älter. Ein anderes, aber sehr altes Manuskript ("Lehrbrief für Ladewarte", DDR, Grubenlampenwerk Zwickau) gibt eine höhere Lade- als Entladezeit an.
Bei 1 x Nennkap. = 7,5 A) ist dann aber nicht nach 1 Stunde Schluß, sondern früher, schon nach 20 Minuten.
Das ist normal- je höher der Entladestrom, desto kürzer wird die Zeitspanne, die der Strom gezogen werden kann.

Wikipedia: Peukert- Gleichung/ Peukerts Gesetz
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Die Peukert-Gleichung (benannt nach Wilhelm Peukert, der sie 1897 nach Versuchen an Bleiakkumulatoren aufstellte) beschreibt das Speichervermögen von Primär- oder Sekundärzellen (bzw. Batterien aus ihnen) in Abhängigkeit vom Entladestrom: je höher der Entladestrom (Entladung pro Zeiteinheit; engl. discharge rate), desto weniger elektrische Energie (Kapazität der Zelle, engl. capacity, mal ihre Spannung) kann entnommen werden. Dieser Effekt wird auch Peukert-Effekt oder englisch rate-capacity effect genannt.
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Beispiel- Diagramm aus Bob York: Lead acid batteries
Deulich zu sehen: 8 Stunden kann man 0,75 A entnehmen, aber 7,5 A nur 20 Minuten.

Die Kennlinie entspricht genau dem, was ich über Akkus lernte.

Die Unterschiede sind also tatsächlich vorhandene Unterschiede, weil anderer Hersteller, andere Batterietype, anderes Baujahr/ Charge einer Type, usw.

Für eine absolut korrekte Dimensionierung einer Anlage ist also das nötig, was kaum zu bekommen ist, weil es die Hersteller ungern publik machen-  die Lade/ Entladekurve vom Hersteller, aus dieser läßt sich genau ableiten, wie man eine bestimmte Batterie(n) anwenden kann.
NICHTS ANDERES IST MAßGEBEND !!!

Die Spannungsangaben sind nur Punkte, die auf den Kurvenschnittpunkten liegen, eine komplette Kurve bilden die nicht ab, aber nur diese zeigt das Verhalten Ihrer Energiespeicher, und läßt ein Urteil über die Eignung zu.

Außerdem kann eine Messung mehrerer, möglichst weit voneinander entfernter Punkte, eine Einordnung des zeichenbaren Kurventeils im Diagramm, auf oder zwischen den Kurven, ermöglichen- und damit ist eine Beurteilung des Akkus möglich. Genau das tun die wenigen Akku- Kapazitätsmeßgeräte, die nehmen ja nicht das gesamte Diagramm auf.
Anders ist eine brauchbare Akku- Kapazitätsmessung nicht möglich.

Die Grundlagentexte stimmen weitgehend überein- ich fand in 5 Grundlagen- Ausarbeitungen keine wesentlichen Differenzen.

Im Zweifelsfall, wenn keine ausreichenden Herstellerdaten zu bekommen sind, kann man die Daten in den Grundlagentexten nehmen.
Wie gesagt- diese stimmen weitgehend überein, und sind schlüssig.
Aber sie sind nicht in Stein gemeißelt- jeder kann unter Inkaufnahme derVerkürzung der Lebenserwartung die Werte überschreiten.
Ich würde immer diese Daten nehmen, und nicht die Einflüsterungen von Nicht- Profis.

Voll oder leer ?

Eine wichtige Grundlage ist die Bestimmung, wann ein Akku voll oder leer ist.
Voll ist ein Akku grundsätzlich beim Erreichen der (vom Hersteller bestimmten) Ladeendspannung. Punkt.

Auf der nächsten Seite stelle ich dazu einige Herstellerangaben dar, und werde diese auswerten.