Betriebsarten und Ladetechniken: Kolumne, Teil 8
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 letzten Kolumne haben wir uns mit der Zyklenfestigkeit von Blei-Batterien beschäftigt. Im Folgenden wollen wir uns den unterschiedlichen Betriebsarten und der dazupassenden Ladetechnik zuwenden.
Um eine Batterietype bzw. Batterietechnologie und die dazupassende Ladetechnik auswählen zu können, muss sich der Anwender zuerst über die Art im Klaren sein, unter welchen Bedingungen er die Batterie einsetzt und was er von ihr erwartet. Dazu lassen sich drei Hauptanwendungsarten unterscheiden:
Bereitschafts-Parallelbetrieb: Dabei wird die Batterie parallel mit einer Ladeeinrichtung betrieben und ist daher vorwiegend nur in Bereitschaft, um bei Netzausfall den Verbraucher weiter zu versorgen. Es wird in dieser Anwendung die Batterie über die Ladeeinrichtung immer im Vollladezustand gehalten. Der Verbraucher muss nur bei einem Netzausfall, welcher meist nur selten auftritt, von der Batterie versorgt werden. Man hat nach einem Netzausfall auch genügend Zeit, in der Regel geht man von mindestens 10 Stunden aus, die Batterie wieder voll aufzuladen.
Die Stromversorgung muss so dimensioniert werden, dass sie den maximalen Verbraucherstrom und den Wiederauflade-Strom der Batterie nach einem Netzausfall liefern kann. Als Faustregel gilt, Stromversorgungsgerätestrom = max. Verbraucherstrom + 10% der Batteriekapazität. Wenn also der Verbraucherstrom 12 A ist und die Batterie 180 Ah hat, muss die Stromversorgung 12 A + 18 A = 30 A liefern können.
Selbst wenn der Verbraucher keine besonderen Anforderungen an die Qualität der Stromversorgung stellen sollte, müssen die Vorgaben betreffend Batterieladung eingehalten werden. Dies bedeutet, dass die Stromversorgung eine geregelte und stabilisierte Gleichspannung mit Strombegrenzung zur Verfügung stellen muss. In diesem Fall spricht man von einer UI-Kennlinie. Die Ausgangsspannung muss der vom Batteriehersteller vorgeschriebenen Ladespannung entsprechen. Dies ist bei Classic-Batterien meist 2,25–2,27 V/Zelle, bei AGM-Batterien meist 2,27–2,30 V/Zelle und bei GEL-Batterien meist 2,25–2,35 V/Zelle.
Der Ausgangsstrom darf den maximal zulässigen Ladestrom der Batterie nicht überschreiten. Dies ist bei Classic- und GEL-Batterien nicht kritisch, da diese Batterietechnologien bei korrekter Ladespannung nur jenen Strom aufnehmen, den sie auch in Ladung umsetzten können. Bei AGM-Batterien müssen die Herstellerangaben wegen des möglichen Auftretens des Thermal-Run-Away-Effektes immer berücksichtigt werden, da es sonst zur Zerstörung der Batterie kommen kann. Der maximal zulässige Ladestrom ist bei AGM-Batterien meist 20% der Nennkapazität. Einer 100-Ah-Batterie darf also kein Strom > 20 A zur Verfügung gestellt werden.
Stromversorgungs- und Ladegeräte ohne elektronischer Regelung und Glättung der Ausgangsspannung sind zur Batterieladung absolut nicht geeignet, verringern die Lebensdauer der Batterien und können sogar zur Zerstörung der Batterien führen.
In der nächsten Ausgabe wollen wir uns mit einer weiteren Betriebsart, und zwar dem Lade-Entladebetrieb und der dazupassenden Ladetechnik widmen.