Grundlagen der Blei-Akku Technik

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x1600
Stammgast
#1 erstellt: 25. Feb 2013, 16:26
Hi alle zusammen,

ich hab mich mal dazu entschlossen hier einen Thread zu starten, der sich ausschließlich mit den Elementaren Grundlagen der Blei-Akku Technik befasst um das, manchmal doch schon extreme unwissen einwenig zu mindern .

Fangen wir doch mal an,

CHEMIE:
Also der Blei-Akku nennt sich so, da die Elektroden aus Blei bestehen. Als Elektrolyt dient verdünnte Schwefelsäure. Aus diesem Grund sind Blei-Akkus Elektrochemische Spannungsquellen.

SPANNUNG:
Die Nennspannung einer Zelle beträgt 2V, die Entladeschlussspannung beträgt ca. 1,7-1,8V, die Ladeschlussspannung 2,3-2,4V.
Um auf die 12V Nennspannung zu erhalten, müssen also 6 Zellen in Reihe geschaltet werden.
Also hat ein Blei-Akku Spannungen von 10,8V (leer) bis 14,4V (Ladespannung bei ca. 25°C).
Wichtig hier bei ist, es ist vollkommen egal, nach welche Technik der Akku gebaut wurde. Also ob AGM-, GEL- oder NASS-Akku spielt dabei keine Rolle.

BATTERIE TYPEN:

NASS-Akku:
Die Wohl älteste aller Batterien sowohl als Blei-Akku und auch Generell ist der Nass-Akku.
(Entwickelt wurde er um 1854 von einem Deutschen Mediziner und Physiker).
Hier ist der Elektrolyt in flüssiger Form vorhanden, bei den nicht Wartungsfreien ( was das heißt lass ich mal weg, würde den Rahmen sprengen) muss man Destilliertes Wasser nach füllen um den Säuregehalt auf einem Konstanten wert zuhalten um keine Leistungs- Einbußen zu haben.
Es kann zur Säureschichtung kommen und somit zu Kapazitäts-Verlusten führen.
Sie können nur stehend verwendet werden, da sonst Schwefelsäure ausläuft.

GEL-Akku:
Gel-Akkus sind generell wartungsfrei, da hier der Elektrolyt durch die zu Gabe von Kieselsäure Geliert wurde. Es ist somit gebunden und kann nicht mehr auslaufen.
Durch die Festsetzung der Elektrolyt kann keine Säureschichtung entstehen.
Der Innenwiderstand ist geringfügig höher als bei Nass-Akkus, deswegen werden sie eher als Traktionsbatterien verwendet und nicht als Starterbatterien.

AGM-Akku:
Was heißt eigentlich AGM? AGM = Absorbed Glass Mat, das bedeutet soviel wie das, der Elektrolyt in einer Glasfaser Matte festgesetzt ist.
Vorteile der AGM-Akkus sie haben untergewissen umständen einen nochmals geringeren Innenwiderstand als der von Nass-Akkus.
Hier gibt es verschiedene Ausführungen, als Starterbatterie, Traktionsbatterie oder als Mischform, die Beides kann.

GEL und AGM-Akkus können in so gut wie jeder Lage eingebaut werden.

Ladung:
Eines vorweg, ja man kann mit einer Lichtmaschine jeden Blei-Akku voll laden.
Wie eingangs erwähnt, ist die Art des Akkus egal.
Da in jedem fall der Akku Schwefelsäure als Elektrolyt hat ändern sich auch die Ladespannugen nicht.
Die Ladespannung muss allerdings der Akku Verwendung sowie der Akku Temperatur angepasst werden.
Akkus haben einen Negativen Temperaturkoeffizienten, das bedeutet, wenn die Temperatur fällt, steigt die benötigt Ladespannung an.
Soll der Akku Zyklisch geladen werden sollte die Ladespannung 14,7V betragen.
Wird der Akku allerdings Permanent geladen, sollt die Ladespannung nicht 13,8V nicht überschreiten.
Immer bei 6 Zellen, bei Abweichungen, sollte die Ladeschlusspannung der einzelnen Zellen berücksichtigt werden.

Wann ist ein Akku eigentlich voll?
Laut Definition wenn er ca. 95% einer max. Kapazität erreicht hat.

Sind Blei-Akkus schnell ladefähig?
NEIN sind sie nicht, deswegen bringen einem Netzteile mit riesen Ladeströmen auch nur bedingt etwas, gegen ende nimmt der Ladestrom drastisch ab. Die Letzten 10% dauern genauso lange wie die Ladung davor.

Brauch ich für GEL- oder AGM-Akkus Ladegeräte mit Spezielen Kennlinien?
Wird von den Herstellern gerne behauptet ist aber schlicht weg falsch.
Ladegeräte mit IUoU-Kennlinien laden die Akkus zwar voll, sind aber unnötig und meist zu teuer.
Ich will jetzt nicht sagen diese Ladegeräte sind unnütz, man sollte sich nur Überlegen was man braucht, wenn man 100% Volle Akkus haben will und einem der Preis für diese Ladegeräte egal ist, macht man hier nichts Falsch.
Ladegeräte mit einfacher I/U-Kennlinie laden Akkus genauso voll.
Man muss sich nur mal überlegen wie so eine Ladung überhaupt abläuft.
Gehen wir mal von einem Ladegerät mit einer I/U-Kennlinie aus.
(Achtung der hier angenommene Innenwiderstand sowie der errechnete Strom sind nur zu Veranschaulichung gedacht, in echt sind Akkus keine Rein Ohmischenverbracher.
Spannung U=14,4V
Strom I=10A max.

Der Akku ist also leer bei 10,8V, das heißt wir haben eine Spannungsdifferenz von 3,6V.
Wenn man von einem Typischen Innenwiderstand von ca. 50mOhm ausgeht, hätten wir einen Theoretischen Ladestrom von 72A. Das klingt schon etwas viel, wäre aber wirklich so wenn das Ladegerät nicht den Strom begrenzen würde.
Das Ergebnis ist ganz einfach, erst wird mit konstanten 10A Strom geladen, bis die Batteriespannung bei 14,4V liegt. Dann wird solange mit Konstanterspannung weiter geladen bis der Akku voll ist.

Der unterschied hier zum IUoU Ladegerät ist der, dass gegen ende der Strom gepulst wird um so auch noch die Amperestunde zu laden. Bei erreichen der voll Ladung wird auf Erhaltungsladen (ca. 13,2-13,8V) umgeschaltet. Wobei es auch Ladegeräte mit I/U-Kennlinie gibt die dann auf Erhaltungsladen umstellen.

Genau aus diesem Grund kann man jeden Blei-Akku mit einer Lichtmaschine Voll Laden.

Akkus Parallelschalten:
Es geistern ja immer wieder mühten durchs Internet, Blei-Akkus würden sich gegenseitig entladen wenn man sie Parallelschaltet. Das stimmt einfach nicht, es fließen nur geringe Ausgleichsströme zwischen den Akkus hin und her. Aber entladen tun die sich gegenseitig nicht. Nur bei einem Defekten Akku kann das durch aus passieren.

Muss ich den unbedingt ein Trennrelais verbauen?
Naja, es kommt drauf an was man erreichen will mit dem 2. Akku, soll dieser z.B. Verbraucher, die Permanent Strom ziehen versorgen und somit den Starter Akku entlasten und nur bei Laufendem Motor mit geladen werden, dann braucht man ein Trennrelais oder ähnliches wie ein "Power-Trenn-Mosfet".
Will man einfach nur die Kapazität der Bordbatterie erhöhen und dazu eine 2 Batterie verbauen, reicht es aus die beiden mit möglichst dicken Leitungen (35qmm und mehr) zu verbinden. Diese müssen unbedingt abgesichert werden und zwar mit Sicherungen vor beiden Batterien (um die 150-200A oder nach bedarf und Leitung mehr).
Von Trenndioden rate ich generell ab, da über ihnen eine zu hohe Spannung abfällt und deshalb der 2. Akku nie wirklich voll geladen wird.

Bei weiteren Fragen einfach bei mir Melden.

MfG
Tim alias x1600
enforcer666
Inventar
#2 erstellt: 02. Mrz 2013, 21:03
sehr gut! bitte sticky machen
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