Wie müssen Batterien gelagert werden?

Batterien sind verderbliche Güter, deren Zerfall beim Verlassen des Fabrikationsprozesses beginnt. Durch einfache, vorbeugende Massnahmen kann der Benutzer jedoch den Alterungsprozess verlangsamen. Dieser Artikel vermittelt einige Richtlinien, wie der mit der Alterung verbundene Kapazitätsverlust reduziert werden kann, und wie neue und gelagerte Batterien formatiert resp. vorbereitet werden sollten.

Die empfohlene Lagertemperatur für die meisten Batterien ist 15°C. Während Bleisäure-Batterien immer voll aufgeladen sein müssen, sollten auf Nickel und Lithium basierende Batterien bei einem 40% Ladezustand (SoC) gelagert werden. Dieser Ladezustand reduziert am meisten den mit der Alterung verbundenen Kapazitätsverlust, und hält die Batterie trotzdem in einem funktionstüchtigen Zustand. Figur 1 zeigt die wiederherstellbare Kapazität über ein Jahr, in Anhängigkeit von verschiedenen Lagertemperaturen und Ladezuständen.


Figur 1: Nichtwiederherstellbarer Kapazitätsverlust von auf Lithium und Nickel basierenden Batterien nach Lagerung.
Hohe Ladezustände und erhöhte Temperaturen beschleunigen den Kapazitätsverlust.

In der Familie der Lithium-Ion Batterien bietet Kobalt einen kleinen Vorteil gegenüber Magnesium (Spinel) in Bezug auf höhere Lagertemperaturen. Auch bei auf Nickel basierenden Batterien wirken sich höhere Lagertemperaturen negativ aus, aber in einem kleineren Masse als bei Lithium-Ion.

Die meisten heutigen Laptop-Computer werden mit Lithium-Ion-Batterien betrieben. Während des Betriebes steigt die Temperatur im Batteriefach eines Laptops auf ca. 45°C. Die Verbindung eines hohen Ladezustandes und der erhöhten Umgebungstemperatur wirkt sich nachteilig auf die Batterie aus. Dies erklärt die verhältnismässige kurze Lebenserwartung von vielen Laptop-Batterien.

Versiegelte Bleisäure-Batterien können bis zu 2 Jahren gelagert werden. Eine regelmässige Aufladung, auch mit 'Refresh'/Auffrischungs-Ladung bezeichnet, ist nötig, um zu verhindern, dass die Zellenspannung unterhalb 2.10V fällt (Gewisse Bleisäure-Batterien gestatten etwas tiefere Spannungspegel). Ungenügende Ladung führt zu Sulfatierung, einen Oxydationsbelag auf der negativen Platte, welcher den Stromfluss bei Ladung und Entladung behindert. Eine Vollladung und/oder eine Regeneration können manchmal in einem frühen Stadium den Kapazitätsverlust korrigieren.

Formatieren von neuen Batterien

Die Hersteller empfehlen eine Langsamladung von Batterien auf Nickelbasis während 24 Std. für fabrikneue Batterien und solche, die lange gelagert wurden. Eine solche Wartung bringt alle Zellen auf einen identischen Ladezustand und verteilt den Elektrolyt wiederum auf die trockenen Stellen, die durch die Gravitation des Elektrolyt entstanden sind. Es ist ratsam, vor Gebrauch der Batterie die Kapazität mit einem Batterie-Analyser zu überprüfen. Dies ist speziell wichtig bei kritischen Anwendungen.

Zyklisches Formatieren wird empfohlen, um einen Kapazitätsverlust zu kompensieren, der bei Batterien auf Nickelbasis nach einer Lagerung von 6 Monaten und mehr auftreten kann. Dies wird erreicht durch eine Langsamladung, gefolgt von einem oder mehreren Entlade/Lade-Zyklen. Die Wiederherstellungsrate wird bestimmt durch die Umstände, unter denen die Batterie eingelagert war. Je länger die Lagerung und je höher die Lagertemperatur war, umso mehr Zyklen sind nötig. Das Programm Prime des Batterie-Analysers von Cadex führt automatisch die nötige Anzahl Zyklen durch, um die maximale Kapazität zu erreichen.

Batterien auf Nickelbasis sind nicht immer voll formatiert, wenn sie die Fabrik verlassen. Die Durchführung vom mehreren Lade/Entlade-Zyklen, entweder im normalen Gebrauch oder mit Hilfe eines Batterie-Analysers, vervollständigt die Formatierung. Die benötigte Anzahl Zyklen zur Erreichung der maximalen Kapazität ist verschieden, je nach Zellenhersteller. Qualitätszellen erreichen die Spezifikationen nach 5 bis 7 Zyklen. Eine ungenügende Formatierung kann 50 oder mehr Zyklen benötigen, bis ein annehmbarer Kapazitätspegel erreicht wird.

Was ist der Unterschied zwischen 'priming/vorbereiten' und 'forming/formatieren'? Für den Benutzer bedeuten beide Bezeichnungen, dass ungenügende Kapazität festgestellt wurde. Der Unterschied kann so erklärt werden, dass die Formatierung nur einmal, wenn die Batterie fabrikneu ist, durchgeführt werden muss, während das Vorbereiten mehrmals erfolgen sollte, und zwar jedes Mal nach einer längeren Einlagerung der Batterie.

Lithium-Ion-Batterien geben bereits nach der ersten Aufladung volle Leistung ab. Die Hersteller von Lithium-Ion-Zellen betonen, dass keine Formatierung nötig sei. Trotzdem ist eine Formatierung nützlich als Erstbeginn und um die Batterieleistung kontrollieren zu können. Eine übermässige Anzahl Zyklen sollte vermieden werden, wegen des Abnützungs-Effektes.

Die eingebaute Schutzschaltung von Lithium-Ion-Batterien ist bekannt als Ursache für Probleme nach langer Lagerung. Lässt man die Batterie im entladenen Zustand, kann die Selbstentladung die Batterie langsam leeren, und schliesslich sinkt die Zellenspannung auf 2.5V. Bei dieser Zellenspannung kann das Ladegerät die Batterie nicht mehr erkennen, und die Batterie scheint tot zu sein. Fortschrittliche Batterie-Analyser (Cadex) enthalten ein Boost/Aufweck-Programm, welches die Schutzschaltung wieder aktiv schaltet, was wiederum ermöglicht, die Batterie normal aufzuladen. Ist die Zellenspannung unterhalb 1.5V/Zelle gefallen, und ist die Batterie während einiger Tage in diesem Zustand geblieben, sollte aus Sicherheitsgründen von einer Aufladung abgesehen werden.

Um eine Selbstentladung von neu hergestellten Batterien zu verhindern, enthalten moderne Lithium-Ion-Batterien einen 'Schlafmodus', der die Sicherheitsschaltung ausser Betrieb nimmt, bis sie durch eine kurze Aufladung wieder aktiviert wird. Einmal im Einsatz verbleibt die Batterie funktionstüchtig und der Vorteil des Schlafmodus wird nicht mehr benötigt.
Bleisäure-Batterien sollten vorbereitet werden durch Durchführen einer Vollladung, gefolgt von einer Entladung und einer neuerlichen Vollladung. Die Kontrolle der Kapazität während der Entladung ist wichtig, speziell wenn die Batterie in einer kritischen Anwendung eingesetzt wird, wie z.B. im medizinischen Umfeld. Das 'Vorbereiten/Priming' wird empfohlen nach einer Lagerung der Batterie von 6 Monaten und länger. Batterie-Analyser führen diese 'Vorbereitung' automatisch durch.

Man glaubt, dass eine teilweise oder vollständige Entladung alle 6 Monate die Leistung einer Bleisäure-Batterie verbessere. Zu häufige Entladungen sollten jedoch vermieden werden, da dies die Batterie unnötigerweise belastet (Abnützungs-Effekt).

Ein Kapazitätsverlust während des Lebens einer Batterie kann nicht vermieden werden; einfache Massnahmen helfen jedoch, diesen Effekt zu reduzieren:

· Halten Sie die Batterien in einem kühlen und trockenen Lagerraum. Ein Kühlschrank ist empfohlen; ein Tiefkühler sollte nicht verwendet werden. Im Kühlschrank sollte die Batterie mit einem Plastikbehälter oder -sack gegen Kondensation geschützt werden.
· Laden Sie Lithium-Ion-Batterien nicht voll auf vor der Einlagerung. Laden Sie sie nur teilweise auf, und führen Sie erst eine Vollladung durch vor dem Einsatz.
· Lagern Sie die Lithium-Ion-Batterien nicht ein in voll entladenem Zustand. Wenn die Batterie leer ist, laden Sie sie auf, während 30 Minuten, vor der Einlagerung. Die Selbstentladung einer leeren Batterie kann zum Öffnen der Schutzschaltung führen, was dann die Aufladung der Batterie unmöglich macht.
· Halten Sie keinen Vorrat an Lithium-Ion-Batterien; kaufen Sie keine überalterte Batterien, auch wenn sie zu reduzierten Preisen angeboten werden. Beachten Sie, soweit vorhanden, das Fabrikationsdatum.
· Lassen Sie nie Batterien auf Nickelbasis für mehrere Tage in ihrem Ladegerät. Eine längere Schwebe (oder Unterhalts-) -ladung fördert die Kristallbildung (Memory-Effekt).
· Lagern Sie Bleisäure-Batterien immer in voll geladenem Zustand. Beobachten Sie die offene Klemmenspannung und laden Sie die Batterie alle 6 Monate auf, oder gemäss den Angaben des Herstellers.

Über den Autor
Isidor Buchmann ist der Gründer und Geschäftsführer von Cadex Electronics Inc., in Vancouver BC. Herr Buchmann hat fundierte Basiskenntnisse in der drahtlosen Kommunikation und studierte über zwei Jahrzehnte hinweg das praktische Verhalten von wiederaufladbaren Batterien und ihre täglichen Verwendungen. Als Autor gewann er Auszeichnungen für viele Artikel und Bücher über Batterien. Herr Buchmann's technische Ausführungen gingen rund um die Welt.
Cadex Electronics ist Hersteller von fortschrittlichen Batterieladegeräten, Batterieanalysern und PC-Software. Für Produktinformationen besuchen Sie bitte www.cadex.com.