Batterien und Akkus - das sollten Sie wissen!

Blei-Akkus werden in der Elektrotechnik und im Automotive-Bereich nach wie vor sehr geschätzt: Sie sind hoch belastbar, relativ preiswert und kennen keinen Memory-Effekt. Die Technologie ist ausgereift und zuverlässig. Aber sie verlangt eine adäquate Ladestrategie, wenn Leistungsfähigkeit und optimale Lebensdauer gewährleistet werden sollen.
H-Tronic, einer der richtungsweisenden Ladegeräteentwickler und -hersteller brachte nun eines der modernsten und intelligentesten Ladegeräte für 12V Bleibatterien auf den Markt. Das Multitalent sorgt für optimale Ladung und effektive Pflege, überwacht permanent alle Funktionen, ist sicher und vor allem einfach im Handling.

Bedürfnisse an den Markt anpassen

Seit 1988 fertigt das Unternehmen qualitativ hochwertige Produkte für den professionellen Einsatz in Elektrik, Elektronik sowie Mechatronik und entwickelt diese konsequent weiter: Akkukapazitätsmessgeräte, Batterieaktivatoren zur Verhinderung von Sulfatablagerungen und vor allem mikroprozessorgesteuerte Ladegeräte für den KFZ- und Motorradbereich. Der stetig steigende Energiebedarf im Fahrzeug  bedingt neben der normalen Kaltstartfähigkeit eine hohe Zyklenfestigkeit und aufgrund begrenzter Ladezeiten auch eine gute Ladeakzeptanz - permanent steigende Anforderungen also auch für Ladegeräte und Hersteller, die sich wie H-Tronic konsequent den Bedürfnissen und Marktanforderungen anpassen müssen.

Mit dem HTDC 5000 ist jedenfalls ein Gerät gelungen, das insbesondere den im Automotive-Bereich gefürchteten Alterungs- und Ausfallerscheinungen wie Zellenschluss, Säureschichtung und Sulfatierung in einem intelligenten, mehrstufigen Ladeprozess entgegenwirkt. Mit Ausnahme des Kurzschlusses können nämlich auch bereits stark geschädigte Batterien durch geeignete Ladekennlinien beinahe vollständig wiederhergestellt werden.

Mikroprozessorgesteuerte Ladetechnik
Die mikroprozessor- und kennliniengesteuerte Ladetechnik regelt in drei aufeinanderfolgenden Phasen je nach Zustand des Akkus den optimalen Ladeablauf sowohl bei Säure, Gel, AGM-Microvlies, EXIDE als auch Hawker. In der I-Phase wird ein konstanter Strom zugeführt, bis die Ladeschlussspannung von 14,3V erreicht ist. Je nach Betriebsart - Motorrad-, Golf-Caddy- oder PKW-Modus - beträgt der Ladestrom ca. 1A, 2,5A oder 5A. Auch für Akku-Kapazitäten mit mehr als 100Ah ist das Gerät geeignet; hier sind aber längere Ladezeiten nötig. Während der Hauptladephase (U1-Phase) wird bei konstanter Spannung von 14,3V geladen, der Ladestrom passt sich dabei automatisch dem Ladezustand des Akkus an. Beim Unterschreiten eines Ladestroms von etwa 300mA schaltet das Ladegerät automatisch in den Testmodus über. In dieser Phase wird der Akku mit einem definierten Strom belastet - fällt die Spannung unter einen bestimmten Nennwert, deutet dies auf starke Sulfatierung oder einen zu großen Innenwiderstand hin. Das Gerät schaltet sich sicherheitshalber ab.
Wurden alle Kriterien positiv eingestuft, beginnt das Erhaltungsladen, die U2-Phase. Diese erfolgt bei konstanter Spannung von 13,8V. Umgebungstemperaturen von 20 bis 25 Grad sind dabei optimal. Blei-Säure-Batterien sind aufgrund der Trägheit des Systems generell nicht empfindlich gegenüber extremen Temperaturschwankungen, allerdings sollten die Herstellerhinweise bei Akku und Ladegerät dennoch beachtet werden. Denn der ärgste Feind von Batterien ist und bleibt die Hitze: Je stärker sich die Zellen erwärmen, umso mehr verkürzt sich die Lebenszeit der Batterie.
Ist der Akku vollgeladen, ist er auch betriebsbereit. Sofern er weiterhin am Ladegerät angeschlossen bleibt, wechseln sich die beiden Vorgänge „Erhalten“ und „Pflegen“ ständig ab. Diese beiden zusätzlichen Programme sorgen dafür, dass sich der Akku nach dem eigentlichen Aufladen immer in vollgeladenem und optimalem Zustand befindet.

Sulfatablagerungen  entgegenwirken
Während des Erhaltungsladens wird der Ladestrom automatisch so eingestellt, dass die Akku-Spannung stets auf 13,8V gehalten wird. Sobald der Ladestrom einen Wert von 200mA erreicht oder der Vorgang länger als eine Stunde dauert, schaltet das Gerät in den rund einstündigen Pflegemodus um. Dabei wird der Akku alle 30 Sekunden mit einem 100µs dauernden Laststrom-Impuls von ca. 80A belastet. Dies wirkt den Sulfatablagerungen an den Bleiplatten, der häufigsten Alterserscheinung im Automotive-Bereich, bereits im Ansatz entgegen. Die negativen Platten sind dabei stärker als die positiven betroffen. Längere Ruhezeiten im entladenen Zustand wie bei der Überwinterung oder bei selten genutzten Fahrzeugen, aber auch ungünstige Umgebungstemperaturen sind zwei der Ursachen für eine verstärkte Sulfatierung, da die Bleisulfatlöslichkeit mit sinkender Säuredichte und ansteigenden Temperaturen zunimmt.

Bei Belastung mit geringen Strömen ist die Konzentration der Pb+2-Ionen im Elektrolyt niedrig, die Kristalle lagern sich an andere an und wachsen zusammen. Fakt ist: je größer, älter und dichter diese kristallinen Ablagerungen werden, umso schwerer können sie in geladene aktive Masse umgewandelt werden - und umso größer ist der Kapazitätsverlust bis hin zum möglichen Totalausfall des Akkus.

Spannungslimiten sind kritisch und stets ein Kompromiss
In der Regel beträgt die Lebenserwartung von Blei-Säure-Batterien - abhängig natürlich von Einsatzbedingungen, Ladevorgängen und Pflege - etwa 300-600 Lade-/Entladezyklen je nach Bauart und Hersteller. Die Gitterkorrosion, also die fortschreitende Umwandlung der positiven Bleigitter in Bleidioxid, die bei einer Ladespannung über 2,4V pro Zelle, bei 12V Batterien bei 14,4V beginnt und die sich durch „Gasen“ bemerkbar macht, ist neben der Verschlammung von Zellen und der Verringerung des aktiven Materials ein weiterer Grund für die überschaubare Lebenserwartung der ansonsten recht robusten Akkus. Auch Schnell- oder Tiefentladungen vertragen sie nicht besonders.
Die Ladezeit eines Akkus ist von mehreren Faktoren abhängig - grob lässt sie sich mit der Formel Ladezeit = Nennkapazität/Ladestrom berechnen, wenn man davon ausgeht, dass der Akku komplett leer ist. Die Nennkapazität eines Akkus ist normalerweise bei einer Umgebungstemperatur von 25 Grad Celsius festgelegt. Bei sinkenden Temperaturen nimmt sie ab. Signifikant wirkt sich dies bei Temperaturen um 0 Grad oder unter dem Gefrierpunkt aus. Die Umgebungstemperatur spielt also ebenso wie der technische Zustand, die Kapazität und auch der Ladezustand bzw. das Ladeverhalten des Akkus eine wichtige Rolle. Alfred Härtl, Geschäftsführer von H-Tronic, erklärt: „Grundsätzlich gilt, dass eine höhere Temperatur eine etwas geringere Ladeschlussspannung verlangt - und umgekehrt. Der Temperaturkorrekturfaktor beträgt normalerweise ca. 0,0005V/Zelle. Batterien, die großen Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, sollten grundsätzlich in einem ausgebauten Zustand bei Raumtemperatur geladen werden.“ Hilfreich ist auch, wenn Ladegeräte zur Sicherung und Steuerung des optimalen Ladeprozesses mit einem Temperatursensor ausgestattet sind. Und auch die Alterung, die jede Zelle beeinflusst, muss berücksichtigt werden: die Ladeschlussspannung bzw. Erhaltungsspannung geht im Lauf der Zeit leicht zurück. Die Einstellungen für die Spannungslimiten sind kritisch und stets ein Kompromiss, der sich zwischen 2,30V bis 2,45V bewegt. Eine hohe Spannungsgrenze führt zu einer guten Batterieleistung, reduziert aber durch die auftretende Korrosion an der positiven Platte deren Lebenserwartung. Die tiefe Spannungsschwelle bewirkt die stärkere Sulfatierung vornehmlich der negativen Platte. „Wir haben für unser Gerät eine Ladeschlussspannung von ca. 2,38V/Zelle und eine Erhaltungsspannung von ca. 2,3V/Zelle ausgewählt, was einer durchschnittlichen Einstellung einer Gel-Batterie entspricht. Wir sind dabei konservativ und bleiben auf der sicheren Seite. Verschiedene Bauarten bzw. Batterietypen können nicht beschädigt werden.“

Sehr niedriger Rückstrom
Und was passiert bei einem Stromausfall während des Ladens? Alfred Härtl beruhigt: „Bei einem Stromausfall wird das Gerät nahezu komplett vom Akku abgetrennt. In diesem Zustand belastet das Ladegerät die Batterie mit einem geringen Strom von ca. 0,2mA. Dieser geringe Strom liegt in den meisten Fällen unter der Selbstentladung der Batterie. Nach Stromrückkehr wird der Ladevorgang dann fortgesetzt.“ Rückstrom ist der Strom, den das Ladegerät aus der Batterie verbraucht, wenn der Netzstecker nicht angeschlossen ist.

Erfreulich bei dem 980g schweren und vor allem handlichen Gerät sind auch seine Bedienerfreundlichkeit und die Übersichtlichkeit. Sämtliche Funktionen werden konstant überwacht. LC-Display und acht zusätzliche LEDs zeigen alle Parameter über Akkuzustand, Ladestrom und Ladespannung. Auch Fehlermeldungen, beispielsweise zu einem defekten Akku oder bei zu niedriger Akku-Spannung, erscheinen umgehend. Integrierte Schutzschalter sorgen für einen sicheren Betrieb. Das Gerät kann über Monate angeschlossen bleiben, ein Überladen ist nicht möglich.

Ein intelligentes Batteriemanagementsystem ist also durchaus sinnvoll. Es stellt nicht nur eine lange Lebensdauer und die hohe Leistungsfähigkeit herkömmlicher Bleibatterien sicher, sondern kann sie durchaus auch deutlich steigern.

Technische Daten im Überblick
- Einsatzgebiet: 12 V Bleiakkus (Säure, Gel, AGM, EXIDE, Hawker)
- Betriebsspannung: 230 V / 50 Hz
- Leistungsaufnahme: max. 80 VA
- Mehrstufen I/U-Ladekennlinie
- verpolungssicher
- kurzschlusssicher durch elektronische  Schutzschaltung
- Ladestrom: auswählbar (3 Modi)
- Erhaltungsladen
- Akkutestfunktion / Defekterkennung
- Gewicht: 980 g
- Umgebungstemperatur: -15°C bis +40°C
- multifunktionales LC-Display
- 8 LEDs: Netz, Fehler, Verpolt, Laden, Test, Erhalten, Pflege, Fertig
- integrierter Bleibatterie-Aktivator
- Abmessungen (BxHxT): 20,5x12,5x10 cm