Batterie – für welchen Zweck?

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Aktualisiert – listopad 28, 2023

Welche Art von Batterie für welchen Zweck? Diese Frage stellt sich mit Zunehmender Zahl der Batteriearten.

Die gute alte Blei-Säure Batterie als sechszellige Starter-Batterie für Auto oder Motorrad. Schwer, groß, pflegeintensiv. Man musste öfter den Säuregrad und Stand der 37-prozentigen Schwefelsäure kontrollieren, destilliertes Wasser auffüllen und aufpassen, dass Säurespritzer nicht die Kleidung verätzten.
Entgegen der Annahme, dass die Blei-Säure Batterie das schwerste Kaliber repräsentieren müsste, begnügt sie sich bei 200 Ah mit um die 45 kg.

Da kamen die Gel-Batterien gerade recht. Kieselsäure lässt die Schwefelsäure gelieren. Kein Nachfüllen von destilliertem Wasser, keine Säurespritzer. Zudem für zyklische Belastungen bestens geeignet. Die perfekte Batterie, mit langer Lebensdauer von 12 .. 20 Jahre (20 °C), 6 .. 10 Jahre (30 °C), bzw. 3 .. 5 Jahre (40 °C) oder in Ladezyklen: 1.800 bei 30-prozentiger, 750 bei 50-prozentiger und 500 Zyklen bei 80-prozentiger Entladung,
Die Gel-Batterie in einer 200 Ah Ausführung schlägt mit gut 60 kg ins Gewicht-Kontor.

Die AGM Batterie (Absorbent Glass Mat) besitzt eine mit Schwefelsäure gesättigte Glasfaser-Matte, weist einen sehr geringen Innenwiderstand und damit eine geringe Selbstentladung auf. Sie weist eine sehr gute Kälte-Startfähigkeit auf und ist vorzugsweise für Anwendungen mit hohem Strombedarf. Tiefentladung mögen allerdings weder Gel- noch AGM-Batterien. Die Lebensdauer beträgt 7 .. 10 Jahre (20 °C), 4 Jahre (30 °C), bzw. 2 Jahre (40 °C), bzw. in Ladezyklen: 1.500 bei 30-prozentiger, 600 bei 50-prozentiger und 400 Zyklen bei 80-prozentiger Entladung.
Eine 200 Ah AGM Batterie bringt moderatere 51 kg auf die Waage.

Schließlich runden Lithium- (LiFePo4-) Batterien die Angebots-Palette ab. Sie sparen im Vergleich zu vorstehenden Typen gut 70 % Gewicht bei gleicher Kapazität ein, bieten etwa vierfachen Strom beim Startvorgang und eine rund zehnfache Anzahl möglicher Ladezyklen. Eine 80-prozentige Ladung dankt sie mit einer längeren Lebensdauer, permanent auf 100 % hingegen stresst die Batterie und verkürzt die Nutzungsdauer. Sie liefert über einen weiten Temperaturbereich von 50 °C bis hinab zu -20 °C zuverlässig 80 % ihrer Kapazität. Zum Laden benötigt sie jedoch mindestens 5 °C. Manche Anbieter führen daher Batterien mit eingebauter Heizung, de diese Mindesttemperatur gewährleistet. Die Lebensdauer in Ladezyklen: bis zu 5.000 bei 50-prozentiger, 3.000 bei 70-prozentiger und 2.500 Zyklen bei 80-prozentiger Entladung.
Eine 200 Ah LiFePo4 Batterie stellt mit rund 14 kg geradezu ein Leichtgewicht dar.

Zu unterscheiden sind LiFePo4-Batterien mit oder ohne eingebautem BMS (Batterie Management System). Das BMS dient als Schutzelement gegen Überladen und Tiefentladung, sorgt zudem für einen ausgewogenen Ladezustand aller enthaltenen Zellen (bei 12 V vier Zellen). Ist ein BMS nicht enthalten, muss es separat erworben und angeschlossen werden.
Es werden auch BMS ohne integrierten Balancer (automatischer Zellenausgleich) angeboten. In dem Fall ist dieser gleichfalls einzeln zu bestellen und anzuschließen.

Allgemein gilt: keine Batterie mag hohe Temperaturen. Am wohlsten fühlt sie sich bei 20 °C.

Nachfolgend werden die Lade- und Entlade-Charakteristiken jeden Batterie-Typs näher betrachtet. Intelligente Ladegeräte ermitteln vollautomatisch den korrekten Batterietyp und schalten auf den jeweils geeigneten Lade- und Erhaltungsmodus. Manuell auf den passenden Batterietyp umschaltbare Ladegeräte müssen entsprechend übereinstimmend eingestellt werden. Ladegeräte, die nur einen bestimmten Typ laden können, müssen bei Wechsel des Batterietyps gegen ein geeignetes Gerät ausgetauscht werden.

Begrifflichkeiten

In der Ladetechnik von Batterien wird unter bis zu vier verschiedenen Phasen des Ladevorgangs unterschieden. Ladegeräte verfügen grundlegend über identische Vorgehensweisen und können u.U. sogar selbst erkennen, welcher Batterietyp angeschlossen ist. Eine adaptive Regelung berücksichtig zudem den aktuellen Stromverbrauch im Ladeverhalten.

Luzem

Luzem bezeichnet die Ladung mit konstantem Strom bis zum Erreichen der Absorptionsspannung der Batterie.

Absorpcja

Absorpcja ist die Fortsetzung des Ladevorgangs mit sinkendem Strom aber gleichbleibender (Absorptions-)Spannung über eine Zeitdauer von bis zu 4 Stunden..

Pływak

Pływak ist eine für 24 Stunden andauernde Ladung bei sinkender Spannung bis 14 V, der sich wieder eine Absorptions-Phase von einer Stunde anschließt.

Storage

Storage folgt der einstündigen Absorptions-Phase und hält die Spannung auf 14 V für bis zu eine Woche.

Blei-Säure Batterie

Zunächst ist zu unterscheiden, ob die Blei-Säure Batterie zyklisch genutzt wird, so in Fahrzeugen, oder, wie in einer Notstrom-Versorgung, im Standby läuft und permanent geladen wird, um die Selbstentladung zu kompensieren.

Der Ladevorgang bei zyklisch genutzten Blei-Säure Batterien gliedert sich in drei Abschnitte:

• Laden mit Konstantstrom bis zu 16 Stunden auf 2,45 .. 2,5 V je Zelle
• Laden mit konstanter Spannung von 2,3 .. 2,35 V und kontinuierlich abnehmendem Strom für bis zu 8 Stunden
• Erhaltungsladung mit 2,275 V je Zelle und gleichfalls abnehmendem Strom

Die Entladeschluss-Spannung, gleichbedeutend mit Tiefentladung, beträgt 1,8 V je Zelle, also 1,8 x 6 = 10,8 V. Ein Unterschreiten dieser Spannung kann die Batterie bis zur Unbrauchbarkeit dauerhaft schädigen.

Gel-Säure Batterie

Die Vorgehensweise der Ladung ist identisch mit vorstehender, jedoch unterscheiden sich die Ladespannungen.

2,35 .. 2,4 V, bei einer 12 V Batterie entsprechend 14,1 .. 14,4 V repräsentieren die Werte für Erhaltungs- und Ladeschluss-Spannung.

Während eine Blei-Säure Batterie die Überschreitung der Ladeschluss-Spannung gut toleriert, nehmen Gel-Batterien dies ausgesprochen übel und quittieren schnell ihren Dienst.

AGM Batterie

AGM Batterien verhalten sich wie Gel-Batterien hinsichtlich Lade- / Entladevorgang und Spannungswerten, sowie dem Überschreiten der Ladeschluss-Spannung identisch.

Lithium / LiFePo4 Batterie

Lithium / LifePo4 Batterien bestehen bei 12 V nicht aus sechs, sondern vier Zellen. Somit beträgt auch die Zellenspannung 3,2 V, die Entladeschluss-Spannung 2,8 V und die Ladespannung 3,5 .. 3,6 V, ideal 3,55 V.

In Batterieverbünden dürfen nur baugleiche Batterien identischer Kapazität mit einander verschaltet werden.

BMS

Als BMS wird das Battery Management System bezeichnet. Es dient zum Schutz vor Tiefentladung, wie Überladung, Überspannung, Kurzschluss oder Ladeversuchen bei Temperaturen unter 0°C.

BMS enthalten entweder eine eingebaute oder anschließbare Bluetooth-Einheit, über die eine Verbindung zu der entsprechenden App auf einem Handy oder Tablet aufgebaut und alle relevanten Messdaten angezeigt und z.T. auch konfiguriert werden können.

Die Anzeige ist jedoch mit einer gewissen „Vorsicht“ zu deuten, denn angezeigte Kapazitäts-Daten sind errechnete, nicht gemessene Werte. Da die Spannungskurve einer LiFePo4-Batteier verläuft zwischen 25 und 95% nahezu linear und weist über diese 70% Ladezustands-Differenz nur eine Spannungsdifferenz von etwa 0,05V auf.

Das BMS entnimmt der Batterie kontinuierlich einen geringen Strom, weshalb auf Dauer die Gefahr besteht, dass die Batterie entladen wird. Deshalb ist bei Nichtgebrauch zu empfehlen, die Batterie spätestens nach sechs Monaten Lagerung wieder vollständig aufgeladen werden.

Ladegerät lädt nicht

Hat das BMS auf Grund von Unterspannung abgeschaltet, ist damit u.U. auch die Ladefunktion über ein angeschlossenes Ladegerät deaktiviert, da manche Ladegeräte eine Mindestspannung benötigen, um in den Lademodus zu gehen.
Am einfachsten ist die Reaktivierung der Lademöglichkeit über Anlegen einer Spannung von größer 14 V, wie z.B. über die Lichtmaschine. Also: Motor starten, Lichtmaschine liefert um die 14,5 V und deaktiviert damit die Abschaltung des BMS. Danach kann der Motor wieder abgestellt werden und das angeschlossene Ladegerät übernimmt die weitere Ladung wie gewohnt.

Balancer

Batterien bestehen aus mehreren einzelnen Zellen. Diese sind in Reihe geschaltet und ergeben in Summe die Batterie-Nennspannung. Man würde annehmen, dass alle Zellen gleichermaßen ge- und entladen werden. Da dem nicht so ist, müsste man periodisch alle Batterizellen parallel schalten, eine Zeit lan g warten, bis sich die Zellenspannungen angeglichen haben und danach die serielle Verschaltung wieder aufbauen.

Diesen Vorgang kann ein aktiver Balancer automatisch ausführen, jedoch ohne die Zellen aus der seriellen in eine parallele Verschaltung zu überführen.
Der Balancer wird mit jedem Plus- und Minus-Pol der einzelnen Zellen einer Batterie verbunden, misst die jeweilige Zellenspannung und entscheidet dann selbsttätig, aus einer volleren Zelle Energie in eine schwächere zu schieben.

Ein Balancer ergänzt somit das BMS um diese ausgleichende Funktion, ersetzt es aber nicht!