Wie Blei-Säure-Batterien regenerieren und ihre Lebenszeit vergrössern

Die versiegelte Blei-Säure-Batterie ist gebaut für ein nur schwaches Überspannungspotenzial, um zu verhindern, dass die Batterie während dem Ladevorgang Gas produziert. Dies verhindert einen Wasserverlust im versiegelten System. Daraus folgt, dass solche Batterien niemals voll geladen werden und sich mit der Zeit eine Sulfatierung entwickelt.

Das Herausfinden der idealen Ladespannungsschwelle ist kritisch und jede Schwelle ist ein Kompromiss. Eine Spannungsschwelle über 2.40V/Zelle ergibt eine gute Batterieleistung, aber verkürzt ein Einsatzzeit wegen der Gitterkorrosion auf der positiven Platte. Die Korrosion ist permanent. Eine Spannungsschwelle unterhalb 2.40V/Zelle stresst die Batterie weniger, aber die Kapazität ist kleiner und mit der Zeit ergibt sich eine Sulfatierung auf der negativen Platte.

Aus verschiedenen Anwendungen sind hauptsächlich zwei Batteriemodelle hervorgegangen. Es sind dies die versiegelte Blei-Säure-Batterie (SLA) und die ventilregulierte Blei-Säure-Batterie (VRLA). Technisch gesehen sind beide Batterien gleich. Ingenieure werden argumentieren, dass der Ausdruck 'versiegelte Blei-Säure-Batterie' fehlerhaft ist, da keine Blei-Säure-Batterie komplett versiegelt sein kann.

Die SLA-Batterie hat einen typischen Kapazitätsbereich von 0.2Ah bis 30Ah, und speist private Norstromeinheiten, lokale Notbeleuchtungen und Rollstühle. Die VRLA-Batterie wird für grosse stationäre Notstromanlagen eingesetzt. Wir sehen uns nun separat die Methoden an, solche Batterien zu regenerieren und ihre Lebenszeit zu verlängern.

Die versiegelte Blei-Säure-Batterie (SLA)

SLA-Batterien mit leichter Sulfatierung können regeneriert werden, aber der Zeitaufwand ist gross und die Resultate sind unterschiedlich. Vernünftig gute Resultate werden erreicht, wenn eine Vollladung durchgeführt wird. Dies geschieht durch volle Aufladung der SLA-Batterie, dann die Batterie vom Ladegerät trennen und während 24 bis 48 Stunden erholen lassen, und dann wiederum eine Vollladung durchführen. Dieser Prozess wird mehrere Male wiederholt und die Kapazität wird am Schluss gemessen mit einer vollen Entladung, bevor die Batterie nochmals aufgeladen wird..

Eine andere Methode, um die Leistung zu verbessern, ist das Applizieren einer so genannten 'ausgleichenden' Ladung, indem die Ladespannungsschwelle um ca. 100mV erhöht wird, zB von 2.40V auf 2.50V. Diese Prozedur sollte nicht länger dauern als eine bis zwei Stunden und sollte bei einer mittleren Raumtemperatur erfolgen. Eine unvorsichtige Ausgleichsladung kann zu Erhitzung der Zellen führen und zu einem Leck wegen Überdruck. Beobachten Sie die Batterie während dieser Wartung.

Die zylindrischen SLA-Batterien von Hawker und verkauft unter dem Namen Cyclone verlangen nach einer leicht höheren Spannung, um die Sulfatierung rückgängig zu machen. Ein einstellbares Speisegerät ist am besten für diese Wartung. Stellen Sie die Strombegrenzung auf den tiefst möglichen Wert und beobachten Sie die Batteriespannung und die Temperatur während der Ladung. Zuerst sollte die Zellenspannung auf 5V steigen, mit einem nur schwachen Ladestrom. In ca. 2 Stunden wandelt der schwache Ladestrom die grossen Sulfatkristalle in aktives Material um. Der interne Zellenwiderstand sinkt und die Zelle beginnt, die Spannung aufzubauen. Bei ungefähr 2.30V beginnt die Zelle, Ladung aufzunehmen. Ist die Sulfatierung schon fortgeschritten, wird diese Behandlung keine Wirkung zeigen, und die Zelle muss ersetzt werden.

Versiegelte Blei-Säure-Batterien sind normalerweise vorgesehen für eine Entladung in 20 Stunden. Selbst mit dieser geringen Entladeeinstellung ist es sehr schwierig, eine Kapazität von 100% zu erreichen. Aus praktischen Gründen verwenden Batterieanalyser eine 5-Stunden-Entladezeit, wenn solche Batterien gewartet werden. Dadurch werden 80 bis 90% der angegebenen Kapazität erreicht. Die Kapazität von SLA-Batterien wird üblicherweise zu hoch angegeben, und die Hersteller sind sich dessen bewusst.

Das Durchführen von Zyklen an einer SLA-Batterie mit einem Batterieanalyser ergibt abnehmende Kapazitätswerte mit jedem zusätzlichen Zyklus. Eine erste Messung kann eine Kapazität von 88% ergeben, gefolgt von 86%, 84% und 83%. Dieses Phänomen kann korrigiert werden, indem die Ladespannungsschwelle von 2.40V auf 2.45V erhöht wird, vielleicht sogar auf 2.50V. Beachten Sie jedoch immer die Angaben des Herstellers. Die Cyclone-Batterien benötigen eine leicht höhere Spannungseinstellung als die Plastikversion

Vermeiden Sie eine zu hohe Einstellung der Ladespannungsschwelle. Im Extremfall kann diese Spannungsschwelle nie erreicht werden, hauptsächlich bei einer Aufladung bei höheren Temperaturen. Die Batterie lädt sich weiter mit vollem Ladestrom auf und kann sich dabei erhitzen. Die steigende Temperatur führt zum Absinken der Batteriespannung und arbeitet gegen das Erreichen der Spannungsschwelle. Wenn kein Temperatursensor den Ladevorgang unterbricht, kann die Temperatur unkontrolliert ansteigen.

Die Wiederherstellungsrate von SLA-Batterien ist ein schwaches 15%. Ausser der Sulfatierungsumkehrung kann man nur wenig unternehmen, um SLA-Batterien zu verbessern. Da SLA-Batterien eine nur kurze Lebenserwartung haben, fallen viele wegen Erreichen der Alterslimite aus.

Ventil-regulierte Blei-Säure-Batterien (VRLA)

Die Ladespannungseinstellung bei VRLA-Batterien ist allgemein tiefer als bei SLA. Hitze ist ein echter Killer von VRLA-Batterien. Viele stationäre Batterien befinden sich in Sheltern ohne Klimaanlage. Jede Temperaturerhöhung von 8°C führt zu einer Halbierung der Lebenserwartung. Eine VRLA-Batterie, die bei 25°C 10 Jahre dauern sollte, wird nur während 5 Jahren gut arbeiten, wenn sie bei 33°C betrieben wird. Ist sie einmal durch Hitze beschädigt worden, besteht kein Mittel, um die Kapazität wieder zu verbessern.

Die Zellenspannungen einer VRLA-Batterie müssen so gut wie möglich miteinander übereinstimmen. Die Anwendung einer Ausgleichsladung alle 6 Monate bringt die Zellen auf ein annähernd gleiches Spannungsniveau. Dies wird erreicht durch das Erhöhen der Zellenspannung auf 2.50V/Zelle während ca. 2 Stunden. Während der Wartung muss die Batterie kühl gehalten werden und eine vorsichtige Beobachtung ist nötig. Verhindern Sie das Leckwerden von Zellen. Die meisten VRLA werden leck bei 0.3 Bar (5 psi). Nicht nur verringert das Austreten von Wasserstoff das Elektrolyt, es ist auch leicht entzündbar.

Das Entweichen von Wasser, oder Verlust von Elektrolyt, ist ein Problem bei versiegelten Blei-Säure-Batterien. Das Nachfüllen von Wasser kann helfen, die Kapazität wieder herzustellen, aber eine längerfristige Verbesserung ist unsicher. Die Batterie wird unzuverlässig und verlangt häufige Wartung.

Einfache Richtlinien

• Lagerung von Blei-Säure-Batterien nur in geladenem Zustand. Die Zellenspannung nie unter 2.10V fallen lassen. Durchführen einer Spitzenladung alle sechs Monate oder wenn empfohlen.
  
• Verhindern von wiederholten Tiefentladungen. Häufigeres Wiederaufladung und grössere Batterien verwenden.
  
• Sulfatierung und Gitterkorrosion verhindern durch Wahl der korrekten Lade- und Schwebeladungsspannung.
  
• Den Einsatz von Blei-Säure-Batterien bei hoher Umgebungstemperatur vermeiden