Messen und Methoden
Ein Blei Säure Akku ist die sprichwörtliche Blackbox, selbst wenn er durchsichtig ist. Ohne Messwerte ist es
unmöglich den Zustand des Akkus zu bewerten und zu beurteilen ob Wartung und Belastung gut sind oder der Akku zu stark altert.
Diese Kapitel hat den Anspruch
alle im Betrieb möglichen Messgrößen aufzulisten und ihren Aussagen zu beschreiben.
Reaktivieren oder Konditionieren
Einige Messmethoden benötigen als Vorbedingung das sogenannte Reaktivieren oder Konditionieren. Hiermit bringt man den Akku, mit einfachen Mitteln, in seinen bestmöglichen elektrischen Zustand. Hierbei werden mehrere vollständige Ladungen und Teilentladungen hinter einander durchgeführt. Zu den Details später dann ggf. mehr.
Kapazität [Ah]
Die aktuelle Kapazität, die Nennkapazität oder die Restkapazität (SoH) des Akkus.
Die aktuelle Kapazität ist nur genau messbar indem man den Akku tief entlädt und dabei die entnommen Ah mit zählt.
Das ist nur unter Laborbedingungen präzise machbar. In der Praxis ist das aus mehreren Gründen
untauglich .Damit ist die wichtigste Eigenschaft des Akkus
nicht direkt im Dauerbetrieb
messbar! Aus diesem Grund ist ein Zusammenspiel anderer Messgrößen erforderlich, um die Gesamtkapazität, die aktuelle Kapazität
SoC und die Restkapazität
SoH abschätzen zu können.
Gasung
An der Gasung erkennt man wann die Absorptionsladung beginnt und wann sie beendet ist. Die Gasung kann man sehen, wenn man die Stopfen entfernt. Die Gasung kann man hören, wenn man genau hinhört.
Die Gasung kann man grob in
drei Stufen unterteilen.
1: Bläschen ca. 1mm Größe, wie bei Sprudel Flaschen, Beginn der Gasung, Bulk Ladung endet bald
2: Bläschen ca. 4 mm Größe, wie Aquarium, normale Gasung während der Absorption
3. Blasen ca. 10 mm Größe und mehr, kochen, starke Gasung, sehr hohe Spannung
Zeitlich begrenzt <= 1h verträgt ein Akku das Kochen problemlos. Kochen wird selten angewendet um den Akku zu schonen.
Der erfahrene Kapitän kann am Geräusch der Gasung Ladeleistung und Ladezustand abschätzen.
Säuredichte [kg/l]
Die Säuredichte ist wichtigste Messung um den
SoC und
SoH des Akkus zu ermitteln. Die Messung erfolgt mit einem sogenannten "Säureheber" nach min 5 Minuten gasen oder EUW und üblicherweise nachdem man den Akku mindestens einmal voll geladen hat. Man misst entweder die Pilotzelle (die Zelle wo man am besten dran kommt) oder über alle Zellen um Abweichungen oder Alterung zu bewerten. Man vergleicht meistens gegen die Nennsäuredichte z.B.
1.28 oder gegen einen vorherigen Messwert. Die Messung ist einfach, liefert in Kombination mit
Reaktivieren einen recht genauen
SoC bzw.
SoH, ist jedoch zeitaufwändig im Vergleich mit anderen Messgrößen.
Elektrische Spannung [V]
Mit Hilfe der Spannung kann man den
SoC und
SoH und den
Entladewiderstand abschätzen. Nach ca. 1h Ruhe gibt die Ruhespannung Auskunft über den aktuellen
SoC. Der erfahrene Kapitän kann auch ohne Ruhe, bei geringer Belastung, z.B. spät abends und früh morgens den
SoC anhand der Spannung abschätzen. Nach dem
Reaktivieren kann man den
SoH mit der Ruhespannung bewerten. Den
Entladewiderstand kann man nach einer Vollladung gut abschätzen, indem man den Einbruch der Spannung mit einer bekannten Belastung misst. (Leistung nahe dem Maximum vom Wechselrichter). Hierbei dauert die Messung solange bis sich die Spannung nicht mehr (signifikant) ändert. Den gemessenen Wert kann man gegen vorherige Messwerte vergleichen und mit Hilfe des elektrischen Stroms in einen Widerstand umrechnen. Auch kann man die gemessene Spannung mit der Abschaltspannung des Wechselrichters vergleichen.
Außerdem kann man die
Ladephasen erkennen: langsam steigende Spannung => Bulk, konstant hohe Spannung => Absorption, konstant niedrige Spannung => Float (Vollladung beendet)
Elektrischer Strom [A]
Der elektrische Strom zeigt an wie viel Strom
aktuell in oder aus dem Akku fließt.
Man kann damit die aktuelle Ladeleistung oder Entladeleistung abschätzen oder berechnen.
Auch kann man die Absorptionsladung erkennen: langsam sinkender Strom und natürlich das Ladeende: es fließt kaum noch Strom. Mit Hilfe einer Belastungsmessung (Siehe Spannung) kann man den
Entladewiderstand berechnen indem man den Spannungsunterschied durch den Stromunterschied dividiert. Gleiches gilt auch für den
Ladewiderstand, benötigt jedoch eine konstanten Ladestrom wie z.B. bei einer Beiladung.
Elektrische Leistung [W]
Die elektrische Leistung liefert fast die selben Erkenntnisse wie der Strom und ist oft anschaulicher. Gute Messtechnik berechnet die elektrische Leistung automatisch aus dem Strom. Man spricht von Ladeleistung, Endladeleistung und Verlustleistung.
Zeit [h]
Ladezeit, Entladezeit, Ruhezeit, Zeit für die Absorptionsladung (Vollladung) ...
Eine wichtige Kenngröße zum Abschätzen des
SoH, ist die
Zeit für die Absorptionsladung.
Man kann am Ende einer Konditionierung die Zeit für die Absorptionsladung ermitteln. Man kann feststellen wann die Konditionierung beendet ist und die Alterung bewerten indem man den Wert mit vorherigen Messungen vergleicht.
Dauert die Bulk Ladung + Absorption länger als man Ladezeit zur Verfügung hat, ist der Akku Tot
unausweichlich.
Elektrischer Energie [Wh]
Die elektrische Energie ist die Summe der Ladeleistung oder Endladeleistung über die Zeit [h]. Sie wird auch gerne in einem Leistungsdiagramm über die Zeit angezeigt. Auch kann die elektrische Energie bilanzierend ermittelt werden, hierbei wird die - Der nötige Ladefaktor geschätzt und die Endladung von der Ladung abgezogen, um die
Restkapazität bzw. den
SoC genauer abzuschätzen. Bei dieser Methode muss das Messgerät vollständig den zugeführten und entnommen Strom erfassen. Das erfordert üblicherweise einen Shunt Widerstand. Solche bilanzierenden Messmethoden werden
ausdrücklich empfohlen um entscheiden zu können ob und wie lange eine Beiladung nötig ist. Oft kann man auch den Ladefaktor einstellen und so mit der Zeit die SoC Anzeige verbessern und den echten Ladefaktor ermitteln.
Temperatur [°C]
Die Temperatur verwenden die Laderegler um schnell und schonend den zu laden.
Beim Laden und Entladen entsteht Wärme durch den Innenwiederstand im Akku.
Eine zu hohe Temperatur zeigt eine ungewöhnlich starke Belastung an oder Alterung und einen schlechteren Ladewirkungsgrad und ist oft der Auslöser für andere Untersuchungen.
Anzeigen und Visualisierungen
Alle noch so tolle Messgrößen und Methoden nützen nichts, wenn man die Werte nicht oder nur umständlich sehen kann.
Der Kapitän und auch seine Matrosen, die mit im Haus leben brauchen einfach verständliche und leicht erreichbare Anzeigen.
Das ist natürlich alles auch Geschmackssache und es ist mittlerweile vieles möglich: Smartphone, PC, Laptop und Zusatz Displays. Ich empfehle eine bilanzierende SoC Anzeige im Wohnbereich oder in der Küche und für den Kapitän ein Leistungsdiagramm dass mindestens die letzten 24h anzeigen kann. Auch ist ein Dashboard auf dem Smartphone ganz nett.
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