Temperatureinfluss: Kolumne, Teil 6

Batterien und ihre industrielle Anwendung:


Wenn es um die sichere Energieversorgung ohne vorhandenen Netzanschluss sowie auch bei Netzausfall oder kurzen Netzunterbrechungen geht, kommt man an dem Thema Batterie nicht vorbei. In der Kolumne haben wir uns mit den technischen Angaben auf Batterien beschäftigt. Diesmal wollen wir uns dem Einfluss der Temperatur auf Batterien zuwenden.

 

Das für den Anwender wichtigste Kriterium einer Batterie ist die Kapazität. Diese gibt an, wie viel Strom in einer Batterie gespeichert ist. Die Batteriekapazität wird in Ah (Ampere-Stunden) angegeben und bedeutet, dass zum Beispiel aus einer 100 Ah Batterie 10 Stunden lang ein Strom von 10 Ampere entnommen werden kann (10 A x 10 h = 100 Ah).
Die Formel Strom x Zeit ist aber nicht für jede Temperatur anwendbar, sondern stimmt nur für die vom Hersteller angegebene Temperatur. Diese Bezugstemperatur ist im Allgemeinen 20 °C.
Da Batterien chemische Systeme sind, spielen die chemischen Vorgänge in einer Batterie eine wichtige Rolle. Diese haben Einfluss auf:
• entnehmbare Kapazität: Jedes chemische System ist temperaturabhängig. Bei niedrigen Temperaturen laufen alle chemischen Vorgänge langsamer ab. Bei der Entladung einer Batterie wird Blei in Bleisulfat (PbSO4) umgewandelt, wobei die Menge des umgewandelten Bleis proportional zur entnehmbaren Kapazität ist. Diese Reaktion ist auch von der Batterietemperatur abhängig. Wenn man eine Batterie bei niedrigeren Temperaturen entlädt, kann auch nur weniger Kapazität entnommen werden als bei 20 °C. Ein typisches Verhalten sehen Sie in der Grafik.
Auf der X-Achse ist die Batterietemperatur angegeben. Auf der Y-Achse ist die entnehmbare Kapazität in % angegeben. Beispiel: Bei einer Entladung mit 1 x I20 (5 A bei einer 100 Ah-Batterie) kann man bei 20 °C 100% der Kapazität entnehmen, bei gleichem Entladestrom kann man bei –20 °C nur 70% der Batteriekapazität entnehmen. Bei einer Entladung mit 20 x I20 (100 A bei einer 100 Ah-Batterie) kann man bei –20 °C sogar nur 30% der Batteriekapazität entnehmen. Dieser Effekt ist bei der Dimensionierung einer Batterieanlage unbedingt zu berücksichtigen und eine Batterie mit entsprechend höherer Kapazität zu wählen.
• Gefrierbereich des Elektrolyten: Wie bereits mehrfach erwähnt, wird bei der Entladung einer Batterie das Blei in den Platten zu Bleisulfat (PbSO4) umgewandelt. Das dazu benötigte SO4 wird dem Schwefelsäure-Elektrolyten entzogen. Dieser wird daher immer wässriger und kann je nach Konzentration einfrieren. Je mehr eine Batterie entladen ist, desto wässriger ist der Elektrolyt und friert daher bereits bei –10 °C ein. Auch dieser Effekt ist bei der Dimensionierung Ihrer Batterieanlage unbedingt zu berücksichtigen. Wenn Batterien bei sehr niedrigen Temperaturen betrieben werden sollen, ist wiederum eine Batterie mit entsprechend höherer Kapazität zu wählen, damit diese nicht zu tief entladen wird und die Elektrolytkonzentration nicht in den Gefrierbereich absinkt.
Close Here Auf der X-Achse ist die Lagerzeit angegeben in der sich eine Gel-Batterie auf 50% selbst entlädt. Auf der Y-Achse ist die verfügbare Kapazität in % angegeben. Beispiel: Eine Gel-Batterie kann man bei 20 °C Umgebungstemperatur 24 Monate lagern, ohne dass diese dauerhaft geschädigt wird. Bei 30 °C ist das nur mehr die 1/2 Zeit und bei 40 °C nur mehr 1/4 der Zeit möglich. Dieses Verhältnis gilt natürlich auch für die anderen Batteriesysteme (AGM-Batterien: 20 °C – 8 Monate, 30 °C – 4 Monate und 40 °C – 2 Monate).• Lagerzeit in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur: Jedes Batteriesystem hat eine gewisse Selbstentladung, hervorgerufen durch interne Verluste. Dies bedeutet, dass selbst eine nicht angeschlossene Batterie mit der Zeit ihre Kapazität verliert. Diese Selbstentladung ist sehr stark vom Batteriesystem (Lithium-Batterien, Blei-Säure…) und der Technologie (GEL, AGM, oder Classic) abhängig. Allen Systemen ist aber gemeinsam, dass sich bei höheren Temperaturen die Lagerzeit verringert. Batterien mit flüssigem Elektrolyt sind im Allgemeinen 3–4 Monate lagerfähig, AGM-Systeme 6–8 Monate und Gel-Batterien 24 Monate bei 20 °C lagerfähig.


Im nächsten Beitrag wollen wir uns der Zyklenfestigkeit von Batterien widmen.