Technische Angaben: Kolumne, Teil 5

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 wartungsfreien GEL-Batteriebauart aus der Gruppe der VRLA-Batterien (Valve Regulated Lead Acid = ventilregulierte Blei-Säure-Batterien) beschäftigt. Diesmal wollen wir uns den technischen Angaben 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 Entladezeit anwendbar, sondern stimmt nur für die definierte Zeit lt. Norm bzw. lt. Angabe. Dies soll bedeuten, dass einer 100-Ah-Batterie nicht 50 A über 2 Stunden oder gar 200 A über 0,5 Stunden entnommen werden kann, obwohl 50 A x 2 h und 200 A x 0,5 h rein rechnerisch auch 100 Ah sind. Da Batterien chemische Systeme sind, spielen die chemischen Vorgänge in einer Batterie eine wichtige Rolle. Diese haben Einfluss auf Entladezeit: Jedes chemische System ist zeitabhängig. Bei der Entladung einer Batterie wird Blei in Bleisulfat (PbSO4) umgewandelt, wobei die Menge des umgewandelten Bleis proportional zum entnehmbaren Strom ist. Diese Reaktion benötigt Zeit. Wenn man der Batterie weniger als 10 Stunden Zeit für die Umwandlung = Entladung gibt, kann auch nur weniger Kapazität entnommen werden. Ein typisches Verhalten sehen Sie in folgender Grafik.

Auf der X-Achse ist das Vielfache des Entlade-Nennstromes (bei C10-Angabe 1/10 der Kapazität, bei C20-Angabe 1/20 der Kapazität, bei C100-Angabe 1/100 der Kapazität …) ersichtlich. Auf der Y-Achse ist die entnehmbare Kapazität angegeben. Beispiel: 50 A Entladestrom aus einer 100-Ah-Batterie, die mit C10 definiert ist, ist das 5-fache des Nennstromes, daher können aus der Batterie nur 80% entnommen werden. Dieser Effekt ist bei der Dimensionierung Ihrer Batterieanlage unbedingt zu berücksichtigen. Wenn Sie bei Ihrer geplanten Anwendung eine Batterie für eine Autonomiezeit = Überbrückungszeit von 1 Stunde für 100 A benötigen, müssen Sie eine Batterie mit einer Kapazität von ca. 170 Ah einsetzen. Da sich bei den unterschiedlichen industriellen Batterie-Anwendungen ähnliche Anforderungen an die Autonomiezeit gezeigt haben, hat man in den verschiedenen Normen darauf Rücksicht genommen und Standardautonomiezeiten, je nach Verwendung, eingeführt:

• Traktionsbatterien sind Batterien, die zum Beispiel in Gabelstaplern, Elektrofahrzeugen oder Reinigungsmaschinen zum Einsatz kommen und werden mit einer Entladezeit von 5 Stunden (C5) angegeben. Wenn also auf einer Traktionsbatterie 600 Ah C5 steht, bedeutet dies, dass Sie aus dieser Batterie 120 A über 5 Stunden entnehmen können. Bei größeren Entladeströmen deduziert sich die Autonomiezeit überproportional.

• Stationärbatterien sind Batterien, die in der Energieversorgung in Kraft- oder Umspannwerken, in der Telekommunikation, bei Sendemasten, in Spitälern, in USV-Anlagen oder bei Notbeleuchtungen in Hotels und Einkaufszentren zum Einsatz kommen und werden mit einer Entladezeit von 10 Stunden (C10) angegeben. Wenn also auf einer Stationärbatterie 490 Ah C10 steht, bedeutet dies, dass Sie aus dieser Batterie 49 A über 10 Stunden entnehmen können.

• Gerätebatterien sind Batterien, die in kleineren Stromversorgungen wie Alarmanlagen, Brandmeldeanlagen oder kleinen USV-Anlagen zum Einsatz kommen und werden mit einer Entladezeit von 20 Stunden (C20) angegeben. Wenn also auf einer Gerätebatterie 60 Ah C20 steht, bedeutet dies, dass Sie aus dieser Batterie 3 A über 20 Stunden entnehmen können.

• Solarbatterien sind Batterien, die in Solaranlagen oder bei Anwendungen bei denen keine permanente Energieversorgung – z. B. bei Baustellenbeleuchtungen und Verkehrsschildern – zur Verfügung steht zum Einsatz kommen und werden mit einer Entladezeit von 100 Stunden (C100) angegeben. Wenn also auf einer Solarbatterie 1.200 Ah C100 steht, bedeutet dies, dass Sie aus dieser Batterie 12 A über 100 Stunden entnehmen können.

Fazit: Wenn man einer Batterie in einer kürzeren Zeit als der auf der Batterie angegebenen Bezugszeit (C5, C10, C20, C100) die Kapazität entnimmt, ist die zu entnehmende Kapazität geringer als angegeben. Umgekehrt gilt, dass bei geringerer Stromentnahme, also längere Zeit, die zu entnehmende Kapazität höher als angegeben ist. Dieser Effekt ist unbedingt bei der Beurteilung einer Kapazität einer Batterie zu berücksichtigen, denn 50 Ah bei C10 sind mehr als 50 Ah bei C20-Angabe. Mit diesem Effekt versuchen auch manche Hersteller die Anwender zu täuschen und machen ihre Kapazitätsangeben im Prospekt oder am Etikett der Batterie bei z. B. C30, also bei 30-stündiger Entladung. So kann eine ca. 10% höhere entnehmbare Kapazität als bei C10 (10-stündige Entladung) angegeben werden, und wird die C-Angabe nicht beachtet, glaubt man eine stärkere Batterie vor sich zu haben.

 

In der nächsten Ausgabe wollen wir uns dem Einfluss der Temperatur auf Batterien widmen!

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