22. Juli 2023
Die Temperatur beeinflusst jeden Prozess in einer Batterie – von der elektrochemischen Reaktionsgeschwindigkeit über die Elektrolytviskosität bis hin zur Stabilität des SEI-Films. Das Verständnis von Temperatureffekten ist eine Voraussetzung für eine effektive Batterieprüfung und -wartung. In diesem Artikel wird erklärt, warum die Temperatur die gleiche Aufmerksamkeit verdient wie die Spannung.
Die Temperatur hat einen umfassenden Einfluss auf die Batterieleistung. Nahezu jeder interne Prozess – elektrochemische Reaktionsgeschwindigkeit, Elektrolytviskosität, SEI-Filmstabilität – wird temperaturgesteuert. Das Verständnis dieser Auswirkungen ist die Voraussetzung für eine ordnungsgemäße Batterieprüfung und -wartung.
Bei niedrigen Temperaturen (unter 0°C) sinkt die nutzbare Kapazität deutlich. Bei Blei-Säure-Batterien beträgt die nutzbare Kapazität bei 0 °C etwa 75 % der Nennkapazität; bei -10 °C etwa 50 %; bei -20°C möglicherweise nur 30%. Dabei handelt es sich nicht um dauerhafte Schäden – niedrige Temperaturen verringern die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten, verlangsamen die Reaktionskinetik und erhöhen die Polarisation, wodurch die verfügbare Kapazität vorübergehend verringert wird. Die Kapazität erholt sich, wenn die Temperatur steigt. Eine Hochstromentladung bei niedriger Temperatur kann jedoch dazu führen, dass die Spannung schnell absinkt und das Gerät abschaltet, obwohl noch Restkapazität vorhanden ist.
Bei hohen Temperaturen (über 30 °C) erhöht sich die nutzbare Kapazität vorübergehend (ungefähr 10 % pro 10 °C-Anstieg bei Blei-Säure), aber der Preis dafür ist eine beschleunigte Verschlechterung der Lebensdauer. Die Lebensdauer des Blei-Säure-Schwimmers beträgt bei 25 °C etwa 5–8 Jahre; Jeder Anstieg um 10 °C halbiert etwa die verbleibende Lebensdauer – bei 35 °C verbleiben vielleicht nur noch 2–4 Jahre. Dies liegt daran, dass hohe Temperaturen die Gitterkorrosion und den Elektrolytwasserverbrauch beschleunigen. Lithium-Ionen-Batterien sind ebenso empfindlich – hohe Temperaturen beschleunigen die Zersetzung des SEI-Films und die Elektrolytoxidation, was zu einem beschleunigten Kapazitätsverlust und einem schnellen Anstieg des Innenwiderstands führt.
Der Wert der Temperaturüberwachung beim Batterietest liegt daher darin, dass Testergebnisse, die bei unterschiedlichen Temperaturen ermittelt wurden, nicht vergleichbar sind. Ohne die Aufzeichnung der Umgebungstemperatur während des Tests kann bei der anschließenden Analyse nicht festgestellt werden, ob Widerstandsänderungen auf Alterung oder lediglich auf Temperaturschwankungen zurückzuführen sind. Beispielsweise kann der im Winter gemessene Widerstand höher sein als im Sommer, nicht weil die Batterie gealtert ist, sondern weil es kalt war.
Die Temperaturkompensation ist eine Schlüsseltechnologie bei der Batterieprüfung. Sein Zweck besteht darin, Temperatureffekte zu eliminieren, damit zu verschiedenen Zeitpunkten gemessene Daten verglichen werden können. Das Prinzip: 25 °C als Referenztemperatur verwenden und Ergebnisse anhand der Abweichung von der Referenz korrigieren.
Für die Prüfung des Innenwiderstands lautet der typische Kompensationsansatz: Bei jeder Abweichung von 10 °C vom Referenzwert wird der Messwert bei Blei-Säure-Batterien um etwa 30 % bzw. bei Lithium-Ionen-Batterien um etwa 15 % angepasst. Beispielsweise entspricht der bei 10 °C gemessene Innenwiderstand von 50 mΩ einer Korrektur von etwa 35 mΩ bei der Referenztemperatur von 25 °C. Dies ermöglicht einen direkten Vergleich zwischen Winter- und Sommermesswerten.
Bei der Spannungsprüfung ist die Temperaturkompensation ebenso wichtig. Die Leerlaufspannung der Batterie variiert auch mit der Temperatur – etwa 3 mV pro 1 °C für Blei-Säure. Ohne Kompensation können 12,6 V gemessen bei 5 °C und 12,6 V gemessen bei 35 °C SOC-Werten entsprechen, die um mehr als 10 % abweichen.
Der PK59B verfügt über eine integrierte Temperaturkompensation mit einem Standard-Temperatursensor zur gleichzeitigen Messung der Batterieoberfläche und der Umgebungstemperatur. Der Tester korrigiert die Messwerte automatisch mithilfe einer voreingestellten Kompensationskurve – eine manuelle Berechnung ist nicht erforderlich. In der Praxis werden dadurch durch Temperaturschwankungen verursachte Fehldiagnosen deutlich reduziert.
Bei einem Batterieausfall treten häufig Temperaturanomalien auf, bevor der Innenwiderstand ansteigt oder die Kapazität sichtbar abnimmt. Durch die frühzeitige Erkennung von Temperaturanomalien können viele Verluste verhindert werden.
Zu den typischen Mustern von Temperaturanomalien gehören: Eine Zelle in einem Strang wird während des Ladevorgangs deutlich heißer als andere (was auf einen inneren Kurzschluss oder eine starke Sulfatierung hindeutet); Die gesamte Saite bleibt während des Erhaltungsladens warm (was darauf hindeutet, dass die Erhaltungsspannung zu hoch eingestellt ist); langsame Temperaturerholung nach der Entladung (was auf eine übermäßige interne Impedanz hindeutet). Wenn diese Temperaturanomalien frühzeitig erkannt werden, können Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, bevor es zu einem katastrophalen Ausfall kommt – einem thermischen Durchgehen oder einem Kapazitätsverlust auf Null.
Die Erkennungsmethode hängt von der Gerätekonfiguration ab. Der einfachste Ansatz ist ein Batterietester mit Temperaturfunktion (z. B. der PK59B), der die Temperatur bei jedem Innenwiderstandstest aufzeichnet. Fortschrittlicher ist ein Online-Temperaturüberwachungssystem mit Sensoren an jeder Zelle, deren Daten kontinuierlich auf einen Überwachungshost hochgeladen werden. Bei den meisten Telekommunikations- und USV-Standorten reicht eine regelmäßige Temperaturprüfung in Kombination mit einer Innenwiderstandsprüfung aus, um die meisten Temperaturanomalien zu erkennen.
Die Temperaturprüfung scheint einfach zu sein, weist jedoch bemerkenswerte Betriebsdetails auf. Erstens: Wo messen? Die Temperaturverteilung innerhalb einer Batterie ist nicht gleichmäßig – Anschlüsse und Anschlüsse werden aufgrund der Jouleschen Erwärmung aufgrund des Kontaktwiderstands heißer als der Körper. Messen Sie daher als primäre Referenz am Batteriegehäuse (Mittelgehäuse) und als sekundäre Referenz die Klemmentemperatur. Wenn die Klemmentemperatur die Körpertemperatur um mehr als 10 °C übersteigt, sind die Verbindungen wahrscheinlich locker und müssen festgezogen werden.
Zweitens: Wann messen? Die Batterietemperatur steigt während des Ladevorgangs, auch während des Entladens, und kehrt im Ruhezustand allmählich auf Umgebungstemperatur zurück. Um die Vergleichbarkeit verschiedener Tests zu gewährleisten, zeichnen Sie die Temperatur an einem konsistenten Punkt im Testzyklus auf – zum Beispiel immer während einer stabilen Erhaltungsladung oder immer am Ende der Entladung. Wenn die Messpunkte variieren, wird es schwierig, Temperaturdaten zu analysieren.
Drittens: wie man interpretiert. Ein einzelner Temperaturmesswert spiegelt nur den Zeitpunkt der Messung wider und muss mit der Umgebungstemperatur verglichen werden. Wenn die Temperatur des Batteriegehäuses die Umgebungstemperatur um mehr als 5 °C übersteigt, kommt es zu einer abnormalen internen Erwärmung, selbst wenn die absolute Temperatur noch niedrig ist. Wenn die Zellentemperaturen innerhalb eines Strings um mehr als 3 °C schwanken, liegt eine Zelleninkonsistenz vor.
Integrieren Sie für Wartungsteams Temperaturtests in bestehende Batteriewartungsverfahren. Teams mit einem PK59A können als Temperaturergänzung ein Infrarot-Thermometer hinzufügen; Teams mit einem PK59B nutzen direkt den Standardsensor. Unabhängig vom Werkzeug ist es wichtig, die Temperatur bei jedem Test aufzuzeichnen.
Für Käufer in Gebieten mit großen Umgebungstemperaturschwankungen (tropische Regionen, gemäßigte Zonen mit vier ausgeprägten Jahreszeiten) sollten Modelle mit Temperaturtestfunktion (PK59B) Vorrang haben. Fehlende Temperaturdaten verringern die Analysierbarkeit von Testergebnissen erheblich – Sie investieren möglicherweise die gleiche Zeit und den gleichen Aufwand in Tests, können aber ohne Temperaturkontext nicht feststellen, ob die Ergebnisse normal sind.
Mit Blick auf die Zukunft entwickelt sich die Batteriewartung hin zu einer umfassenden Bewertung mit mehreren Parametern – Innenwiderstand, Spannung, Temperatur, Lade-Entlade-Verlauf und Umgebungsbedingungen, die durch Datenanalyse kombiniert werden, um einen zusammengesetzten Batteriezustandsscore zu erstellen. Die Temperatur ist in diesem System ein unverzichtbarer Parameter. View the Battery Test Instruments Collection
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