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Was muß ich bei den Batterien beachten
Bei der Batterieauswahl gibt es insbesondere folgende Punkte zu beachten:
Es können nur Batterien verwendet werden, die einen hohen, relativ gleichmäßigen Dauerstrom liefern können. Normale Blei-Säure Starterbatterien sind zwar preiswert, aber für diesen Zweck völlig ungeeignet, da diese darauf ausgelegt sind einen sehr hohen Strom kurzzeitig, d.h. während des Anlaßvorganges zu liefern, nicht jedoch über einen längeren Zeitraum einen gleichmäßigen Dauerstrom.
Diese Fähigkeit besitzen. im unteren Preissegment nur AGM oder noch geeigneter Gel-Traktionsbatterien sowie im oberen Preissegment Lithium-Batterien, die eine wesentlich höhere Energiedichte besitzen, d.h. die die gleiche Kapazität bei wesentlich geringeren Gewicht bereitstellen. In letzter Zeit hat sich hier der Preis erfreulich entwickelt, so dass die Lithium-Technik mittlerweile konkurrenzfähig geworden ist. Speziell bei den von uns angebotenen LiFeYPo4-Zellen beträgt die Dauerstromfähigkeit bis zu 3C, d.h. einer 100Ah Zelle können 300A als Dauerstrom entnommen werden.
Demgegenüber können preiswerte AGM-Batterien häufig nur mit bis zu 1C Dauerstrom entladen werden, d.h. einer 100Ah Batterie können nur 100Ah Dauerstrom entnommen werden, wobei dann die Kapazität der Batterie bereits auf 50% sinkt.
Aus diesem Grund werden z.B. bei elektrischen Gabelstaplern spezielle 2V-AGM Batterien eingesetzt, die für hohe Dauerströme ausgelegt sind. Diese Batterien liegen jedoch in einem ähnlichen Preisniveau wie vergleichbare LiFeYPo4-Batterien bei wesentlich höherem Gewicht und Volumen
Der Wert des möglichen Dauerstroms hängt unter anderem vom Innenwiderstand der Zellen ab. Wird der zulässige Dauerstrom überschritten sinkt die Spannung der Batterie, damit wird, abgesehen von der Schädigung der Batterie, der Unterspannungsschutz des Motorsteuergeräts ansprechen.
Wie bereits im Abschnitt “Dauerstromfähigkeit” erwähnt wird der maximal entnehmbare Strom vom Innenwiderstand der Batteriezelle bestimmt. Je kleiner dieser ist, desto höher ist die mögliche Stromentnahme.
Typisch sind folgende Werte, immer bezogen auf eine 12V Batterie:
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Batterietyp |
Innenwiderstand (mΩ) |
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12V AGM-Batterie, 150Ah (normale Ausführung) |
4,5 |
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6x 2V AMG-Zellen in Reihe, 500Ah (Staplerbatterie) |
2,04 (0,34/Zelle) |
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4x 3,2V LiFeYPo4 in Reihe, 200Ah |
1,4 (0,35/Zelle) |
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12V Gel-Batterie, 180Ah (Exide A412/180) |
3,8 |
Antriebsbatterien müssen unbedingt tiefentladefest sein, ansonsten haben sie nur einen Bruchteil der Batteriekapazität zur Verfügung.
Konventionellen Starterbatterien für den PKW Bereich können in etwa nur 35% der Batteriekapazität entnommen werden, d.h bei einer Batterie mit 100Ah Kapazität sind nur 35Ah entnehmbar!
Gel-Batterien dagegen sind tiefentladefester, d.h. ihnen kann die angegebene Kapazität fast vollständig entnommen werden ohne das die Batterie geschädigt wird. Im Regelfall wird für Gel-Batterien eine Entladetiefe von 70% angesetzt, d.h. unserer 100Ah Batterie können 70Ah entnommen werden. Wird jedoch eine konventionelle Blei-Säure Batterie mit flüssigem Elektrolyten, also z.B. eine Starterbatterie tiefentladen, so wird diese hierdurch dauerhaft geschädigt.
Dagegen kann einer LiFePo4-Batterie 100% entnommen werden, ohne dass sie geschädigt wird. Damit kann die Kapazität der Batteriebank gegenüber allen anderen Batterietypen bei gleicher entnehmbarer Leistungwesentlich geringer ausfallen.
Um 100Ah nutzbare Leistung entnehmen zu können benötigen Sie folgende installierte Batteriebankgröße
- Blei-Säure Batterie (Naßbatterie), 35% Entladetiefe: 285Ah
- AGM bei 50% Entladetiefe: 200Ah
- LiFeYPO4 bei 80% Entladetiefe: 125Ah
Während Starterbatterien im PKW bei einem Startvorgang nur sehr wenig entladen und anschließend sofort wieder aufgeladen werden, sind die Bedingungen bei einer Antriebsbatterie völlig andere. Hier wird die Batterie über einen langen Zeitraum stark entladen und anschließend ebenfalls über einen langen Zeitraum wieder aufgeladen.
Die untenstehende Abbildung zeigt, dass die Anzahl der Entlade- / Ladezyklen, die in einem Batterieleben möglich sind sehr stark von der Entladetiefe abhängt. Bei einer Starterbatteie sind z.B. bei 40% Entladung nur noch ca. 150 Ladezyklen möglich, bei einer Gel-Batterie hingegen 1000 Ladezyklen.
Mit zunehmender Ladungsentnahme steigt dieses Verhältnis zu Gunsten der Gel-Batterie noch weiter an. Eine Starterbatterie ist z.B. bei 60% Entladung dauerhaft geschädigt, während eine Gel-Batterie 800 Zyklen mit 60% Entladung verkraftet.
Gibt ein Batteriehersteller bei einer Batterie die maximal mögliche Zyklenzahl an, so ist im Regelfall ein Zyklus als eine vollständige 100% Entladung mit anschließender Ladung zu verstehen. Im obigen Beispiel wären dies ca. 350 Zyklen für die Gel-Batterie.
Wird eine Batterie jetzt nur zu 50% entladen und anschließend wieder aufgeladen, so ist dies lediglich 1/2 Ladezyklus, bei 25% Entladung und anschließendem Wiederaufladen demnach nur 1/4 Ladezyklus usw..
Bei LiFePo4-Batterien beträgt die Zyklenzahl jedoch bei 80% Entladetiefe zwischen 5.000 und über 6.000 Zyklen, also das 10 - 20 fache von herkömmlichen 12V Blei-Batterien jedweder Technologie.
Normale Blei-Säure Batterien mit flüssigem Elektrolyten (Säure) sind extrem lageabhängig, d.h. sie dürfen über einem bestimmten Kippwinkel nicht eingesetzt werden, da dann die Gefahr des Austretens von Säure besteht.
Die Alternative hierzu sind Batterien mit gebundenem Elektrolyten,, wie AGM- oder Gel-Batterien. Bei diesen ist die Säure in einem Gel oder in Microglasflies gebunden und kann auch bei extremer Schräglage nicht austreten.
Auch im Punkt lageunabhängiger Einbau sind Lithium-Batterien allen anderen Technologien weit überlegen. Diese können in fast beliebiger Einbaulage verbaut werden.
Auch normale wartungsfreie Blei-Säure Batterien mit flüssigem Elektrolyten gelten als wartungsfrei, dennoch besteht bei Ihnen während des Ladevorgangs die Gefahr der Gasung, sie benötigen daher gut belüftete Räume, anderenfalls besteht Explosionsgefahr durch austretendes Knallgas.
Ferner ist die Bezeichnung “wartungsfrei” mit Vorsicht zu genießen, auch hier wird sich beim Laden der Wasserstand verringern und sollte gelegentlich kontrolliert werden.
Anders verhält es sich bei Rekombinationsbatterien in Gel- oder AGM-Technologie. Bei denen werden die während der Ladung entstehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff innerhalb der Batterie wieder zu Wasser zusammen geführt (rekombiniert) und können nicht entweichen. Lediglich bei Überladung verhindert ein Sicherheitsventil Überdruck innerhalb der Batterie und läßt die Gase entweichen. Dies ist aber ein Zustand der durch moderne Ladegeräte im Regelbetrieb verhindert wird.
Sowohl im Punkt Wartungsfreiheit als auch Sicherheit gegen Gasen sind Lithium-Batterien erste Wahl, ein Gasen ist völlig ausgeschlossen und die Batterien sind absolut wartungsfrei.
Ein wichtiger Aspekt ist auch der Temperaturbereich, in dem Batterien eingesetzt werden dürfen, bzw. die Temperaturabhängigkeit der Batteriekapazität. So beträgt bei einer AGM-Batterie bei -15°C die Kapazität lediglich 65% des angegebenen Nennwertes, der sich immer auf 25°C bezieht.
Bei Naßbatterien besteht ferner die Gefahr, dass sie bei tiefen Temperaturen einfrieren, also z.B. im Winterlager in frostgefährdeten Gebieten ausgebaut werden müssen.
Umgekehrt sinkt die Lebensdauer aller Bleibatterien mit steigender Temperatur, als Richtwert gilt eine Halbierung der Lebendauier je 10° Temperaturerhöhung.
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Batterietyp |
Laden |
Entladen |
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12V AGM-Batterie, Zyklentyp |
0°C - +50°C |
-15°C - +50°C |
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12V Gel-Batterie |
-20°C - + 45°C |
-20°C - +45°C |
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LiFeYPo4 |
-45°C - +85°C |
-45°C - +85°C |
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Redaktionsschluß 11.07.2019