8. Mai 2020
Sie können eine Batterie nicht anhand einer einzelnen Zahl beurteilen. Der häufigste Fehler besteht darin, zu glauben, dass eine hohe Spannung eine gesunde Batterie bedeutet – eine Batterie, die sechs Monate lang im Regal liegt und sich stark selbst entlädt, kann immer noch nahezu die volle Leerlaufspannung aufweisen, während ihre nutzbare Kapazität um die Hälfte gesunken ist. Umgekehrt zeigt eine alte Batterie mit Tausenden von Zyklen möglicherweise eine akzeptable Spannung, sinkt jedoch unter Last unter die Abschaltgrenze. Diese beiden Beispiele zeigen, dass die Beurteilung einzelner Parameter unweigerlich zu Fehldiagnosen führt: Kapazität, Spannung und Innenwiderstand müssen alle zusammen bewertet werden.
Die Kapazität gibt an, wie viel Energie die Batterie noch speichern kann, normalerweise ausgedrückt in Amperestunden (Ah) – der Gesamtladung, die unter normalen Entladebedingungen geliefert werden kann. Der Kapazitätsverlust ist der direkteste Indikator für die Alterung der Batterie. Eine Batterie mit einer Nennleistung von 100 Ah, die nach drei Jahren nur noch 70 Ah liefern kann, hat einen Gesundheitszustand (State of Health, SOH) von 70 %. Für die Kapazitätsprüfung ist eine vollständige Entladung bis zur Abschaltspannung erforderlich, was viel Zeit in Anspruch nimmt – normalerweise nicht für schnelle tägliche Prüfungen geeignet, aber für Abnahmeprüfungen, jährliche Wartungsuntersuchungen und die Bestimmung des Lebensdauerendes unerlässlich.
Der Innenwiderstand spiegelt die Impedanz innerhalb der Batterie wider, gemessen in Milliohm (mΩ). Es besteht aus drei Komponenten: Polarisationswiderstand (aus der Kinetik der elektrochemischen Reaktion), ohmscher Widerstand (aus dem spezifischen Widerstand des Elektrodenmaterials und den Kontaktschnittstellen) und Elektrolytwiderstand. Neue Batterien weisen typischerweise einen Innenwiderstand im Bereich von mehreren zehn Milliohm oder weniger auf. Wenn die Zyklenzahl zunimmt und der Elektrolyt abnimmt, steigt der Innenwiderstand langsam an. Die entscheidende Erkenntnis ist, dass der innere Widerstand und der Kapazitätsabbau nicht linear verlaufen – der Widerstand ändert sich in der ersten Lebenshälfte nur sehr wenig und beschleunigt sich dann in der zweiten Lebenshälfte. Bis die Kapazität sichtbar zurückgegangen ist, hat sich der Widerstand möglicherweise bereits verdoppelt oder mehr. Dadurch eignet sich der innere Widerstand eher zur Frühwarnung als zur endgültigen Beurteilung.
Die Spannung ist der intuitivste Parameter, aber auch der am leichtesten falsch zu interpretierende. Die Leerlaufspannung (OCV) spiegelt nur den Ladezustand (SOC) wider – wie viel Energie noch übrig ist – und nicht, wie viel die Batterie tatsächlich liefern kann. Eine 12-V-Blei-Säure-Batterie mit 12,6 V ist vollständig geladen; bei 12,0 V beträgt der Ladezustand etwa 75 %; bei 11,4 V etwa 25 % SOC; bei 10,5 V ist es fast erschöpft. Aber SOC und SOH sind nicht dasselbe – eine Batterie mit hohem SOC und hohem Innenwiderstand sinkt in dem Moment, in dem Last angelegt wird, unter die Betriebsspannung, und das Gerät schaltet sich trotzdem ab. Die Spannung muss immer zusammen mit der Last interpretiert werden, durch Lasttests oder Kapazitätstests, niemals allein durch die Leerlaufspannung.
Unterschiedliche Anwendungen erfordern unterschiedliche Testansätze, und die Wahl der falschen Methode verschwendet Zeit und kann dazu führen, dass echte Probleme übersehen werden. Der Kapazitätstest (vollständige Entladung) ist der Goldstandard zur Bestimmung des Batteriezustands, es gelten jedoch zwei Voraussetzungen: Er erfordert eine vollständige Entladung der Batterie, was bedeutet, dass ein Online-System offline geschaltet wird; Und es dauert lange – eine 100-Ah-Batterie, die bei 5 A entladen wird, benötigt 20 Stunden. Kapazitätstests eignen sich für: die Annahme neuer Batterien, jährliche Wartungsuntersuchungen, die Bestimmung des Lebensdauerendes vor dem Austausch der Batterie und eine umfassende Bewertung während der Fehleranalyse.
Die interne Widerstandsprüfung ist schnell, zerstörungsfrei und kann online durchgeführt werden. Die Messung dauert nur Sekunden, erfordert kein Entfernen der Batterie aus dem Betrieb und erfordert keine Entladelast. Dies macht es ideal für Routineinspektionen: monatliche Batterieprüfungen an Telekommunikations-Basisstationen, vierteljährliche Innenwiderstandsuntersuchungen von USV-Batteriebänken und regelmäßige Überprüfung der Backup-Batterien von Rechenzentren. Durch den Vergleich des Innenwiderstands zwischen einzelnen Zellen innerhalb eines Batteriestrangs können schwache Zellen identifiziert werden – wenn eine Zelle einen um mehr als 30 % höheren Widerstand als der Gruppendurchschnitt aufweist, verdient sie Aufmerksamkeit, auch wenn ihr absoluter Wert noch innerhalb der Spezifikation liegt.
Ein Zwischenansatz ist der Lastspannungstest: Anlegen einer kurzzeitigen Last mit mäßigem Strom (normalerweise mehrere zehn Ampere für einige Sekunden bis mehrere zehn Sekunden) und Messen des Spannungsabfalls. Dies ist aussagekräftiger als die Leerlaufspannung, aber viel schneller als die Prüfung der vollen Kapazität und eignet sich daher für die Feldbeurteilung, ob eine Batterie den kurzzeitigen Stromstoß beim Hochfahren von Geräten überstehen kann. Der Akkutester PK59A unterstützt diesen Belastungstestmodus – kein Entfernen der Batterie und keine längere Entladung erforderlich.
Bei herkömmlichen Batterietests wurden drei separate Geräte verwendet: ein Voltmeter für die Spannung, ein Entladeinstrument für die Kapazität und ein Innenwiderstandsmessgerät für den Widerstand. Die Probleme liegen auf der Hand: mehrere Geräte, komplexe Verkabelung, unkorrelierte Daten und Ergebnisse, die schwer zu synthetisieren sind. Außendiensttechniker mussten drei separate Messwerte aufschreiben und diese dann im Büro in ein System eingeben. Jeder Fehler in dieser Kette – Transkription, Dateneingabe oder Interpretation – bedeutete, dass die Daten nicht übereinstimmten.
Der PK59A integriert Kapazitäts-, Spannungs- und Innenwiderstandsmessungen in einem Handgerät. Sein zentraler Messansatz nutzt eine Vierleiterverbindung (Kelvin) zur Innenwiderstandsmessung, wodurch der Einfluss des Prüfleitungswiderstands eliminiert wird. Ein eingebauter Standard-Entladekreis ermöglicht bei Bedarf eine kurzzeitige Kapazitätsüberprüfung der Entladung. Die Spannung wird durch einen hochpräzisen ADC abgetastet. Alle drei Parameter werden auf demselben Bildschirm angezeigt, die Ergebnisse werden automatisch korreliert und es ist keine manuelle Transkription erforderlich.
In der Praxis bietet der PK59A einen Mehrwert durch feinere Details. Es unterstützt mehrere Batteriechemien – Blei-Säure, Lithium-Ionen, Nickel-Metallhydrid – alle sind mit einem Gerät messbar, sodass keine chemiespezifischen Werkzeuge erforderlich sind. Es speichert Testergebnisse zum Vergleich mit historischen Daten. Das Display liefert eine direkte Aussage – PASS/WARNUNG/FEHLER – und nicht nur reine Messwerte, so dass Außendienstmitarbeiter den Batteriestatus auf einen Blick beurteilen können. Es verfügt außerdem über eine automatische Temperaturkompensation, die Messwerte in Umgebungen mit hohen oder niedrigen Temperaturen korrigiert, sodass die Umgebungsbedingungen die Ergebnisse nicht verfälschen.
In der Batterietestpraxis vor Ort verursachen mehrere wiederkehrende Fehler unnötige Verluste. Sie zu verstehen verhindert echte Probleme. Der erste Fehler besteht darin, die Spannung ohne Innenwiderstand zu messen. Wie bereits erwähnt, spiegelt die Spannung nur den Ladezustand wider, nicht den tatsächlichen Batteriezustand. Wartungspersonal, das gewohnt ist, auf die Spannung zu vertrauen – es geht davon aus, dass eine normale Spannung eine gute Batterie bedeutet – arbeitet weiterhin mit Batterien, deren Innenwiderstand bereits sehr hoch ist, bis das Gerät in einem kritischen Moment ausfällt.
Der zweite Fehler besteht darin, die Konsistenz der Batteriestränge zu ignorieren. Ein Batteriestrang ist nur so gut wie seine schwächste Zelle. Wenn der Innenwiderstand zwischen den Zellen erheblich schwankt, sinkt der Strang während der Hochstromentladung aufgrund des Fasseffekts unter die Abschaltspannung, selbst wenn jede einzelne Zelle hinsichtlich des absoluten Widerstands innerhalb der Spezifikation liegt. Messen Sie beim Testen einer Saite immer sowohl das Aggregat als auch jede einzelne Zelle und achten Sie besonders auf Zellen, deren Widerstand mehr als 30 % vom Gruppendurchschnitt abweicht.
Der dritte Fehler besteht darin, dass Daten nicht erfasst und analysiert werden. Viele Außendienstmitarbeiter führen einen Test durch, lesen die Zahlen ab und gehen wieder – die Daten gelangen nie in das Wartungssystem. Bis zum nächsten Testzyklus kann nicht festgestellt werden, was sich in der Zwischenzeit geändert hat. Der richtige Ansatz besteht darin, den Innenwiderstand und die Spannung nach jedem Test aufzuzeichnen und so für jede Zelle eine Zeitreihen-Zustandsaufzeichnung zu erstellen. Sobald eine Zelle einen beschleunigten Widerstandsanstieg zeigt, sollte ein Austausch geplant werden, bevor sie ausfällt.
Der vierte Fehler besteht darin, die Auswirkungen der Umgebungstemperatur zu übersehen. Sowohl der Innenwiderstand als auch die Kapazität der Batterie sind stark temperaturabhängig. Bei Blei-Säure-Batterien verringert jeder Anstieg um 10 °C den Innenwiderstand um etwa 30 % und erhöht die Kapazität um etwa 10 %; Bei niedrigen Temperaturen geschieht das Umgekehrte. Ohne Temperaturkompensation sind zu verschiedenen Jahreszeiten gemessene Widerstandswerte nicht vergleichbar. Die Temperaturkompensationsfunktion des PK59A dient speziell zur Lösung dieses Problems.
Eine umfassende Batteriewartung geht über das bloße Messen der Spannung hinaus. Ein vollständiger Testablauf sollte Folgendes umfassen: Abnahmetests neuer Batterien (Bestätigung des anfänglichen SOH von 100 %), regelmäßige Prüfungen des Innenwiderstands während des Betriebs (vierteljährlich für den allgemeinen Gebrauch, monatlich für Telekommunikations-Basisstationen), jährliche Kapazitätsstichproben (vollständige Entladung von 20 % der Zellen) und erweiterte Inspektionen in Gebieten mit häufigen Stromausfällen.
Bei der Auswahl von Prüfgeräten sollte nicht allein der Preis ausschlaggebend sein. Ein einzelnes integriertes Gerät zur Messung von Kapazität, Spannung und Innenwiderstand ist kostengünstiger, zuverlässiger und weitaus weniger zeitaufwändig als drei Einzelfunktionsgeräte. Der Kernwert eines Geräts wie des PK59A ist nicht nur die Messgenauigkeit – es ist die Fähigkeit, eine vollständige Batteriebewertung in fünf Minuten statt zwei Stunden für Verkabelung, Entladung und Datenübertragung durchzuführen.
Käufer sollten auch auf Details achten, die in Marketingmaterialien leicht übersehen werden: ob das Gerät den Datenexport zur Integration in das Wartungsmanagementsystem unterstützt; ob die Batterieklemmen für verschiedene im Feld vorkommende Poltypen geeignet sind; ob Online-Tests (ohne Entfernung) unterstützt werden; und ob Garantie- und Kalibrierungsleistungen angemessen sind – Prüfgeräte selbst erfordern eine regelmäßige Kalibrierung. Diese Angaben entscheiden darüber, ob das Gerät tatsächlich genutzt wird oder vergessen in der Schublade landet. View the Battery Test Instruments Collection
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