Bleiakkumulatoren

 
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Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 01.01.2012 - 17:38 Uhr  ·  #1
Hallo zusammen,
die erste gute Tat im neuen Jahr. Weitere sollen folgen.



Typische Lade- und Entladekurve einer Zelle eines Bleiakkus.
Bei 12V Nennspannung wären 6 Zellen obiger Kurve hintereinander geschaltet.
Kurvenspannungen also mal 6.


Im Bild sind 2 typische Kurven einer Zelle eines Bleiakkus zu sehen.
Zum einen die Lade- zum anderen die Entladekurve.
Erstere bei I10. Das bedeutet, dass mit einem Ladestrom geladen wird, der vom Zifferwert 1/10 der Nennkapazität beträgt.
Nach Rechnung müsste nach 10h die Ladung beendet sein.
Unter Einbeziehung des Ladewirkungsgrades ist der Akku aber erst nach 14h voll.

Dann ist hier auch bereits die sog. Gasungsspannung erreicht. Eine weitere Ladung ist für WKAs und PV-Anlagen selbst bei nicht gasdichten Flüssigkeitsbatterien nicht empfehlenswert, da dabei der Elektrolyt fortschreitend zu Knallgas elektrolysiert wird.
Für gasdichte und Gel-Batterien wäre das sowieso ein Desaster.
Laderegler sind deshalb so eingestellt, dass Gasung normalerweise nicht auftreten kann.
Da selbst bei Kraftfahrzeugen die Gasung vermieden wird, sind auch Lichtmaschinenregler und Automatik-Ladegeräte so konfiguriert.

Eine Besonderheit bilden sog. Calzium-Bleibattterien. Da ist der Spannungsbedarf etwas höher. Sie haben meines Wissens nach hauptsächlich für Autos Bedeutung.
Kritisch wird es, wenn der Laderegler für Calzium eingerichtet ist, aus Unwissenheit aber die ursprüngliche Batterie gegen eine normale ausgetauscht wurde.
Das sind dann die Fälle, wo die Batterie regelmäßig „überkocht“. Ein Zustand, der sonst nicht auftreten dürfte.
Hoffe, dass sie aus der Mode gekommen sind. Hat immerhin erhebliches Durcheinander gebracht.

Wieder zurück zu obigem Bild:

Ein Unterschreiten der Entladespannung von 1,8V/Zelle führt zu bleibenden Schäden durch Sulfatierung. Ein sog. Tiefentladungsschutz im Laderegler oder im Verbraucher kann das verhindern.
Sollte doch einmal Tiefentladung eingetreten sein, so sollte unverzüglich nachgeladen werden. Möglichst sofort, unbedingt aber noch am selben Tag.
Rettend können chemische Reserven sein, die nach Abschaltung bewirken, dass die Spannung wieder leicht über 1,8V/Zelle ansteigt. Geht natürlich nicht, wenn die Batterie so richtig leer gemacht worden ist. (14 Tage in Urlaub Fliegen und Radio an lassen).
Es gibt elektrische Einrichtungen zum „Sulfatkristall-Cracken“. In wieweit sie eine sulfatierte Batterie wieder regenerieren können entzieht sich meiner Erfahrung. Auch sind sie nicht gerade billig.

Wenn mit höherem Strom als I10 geladen oder entladen wird, verändern sich die Lade- und Entladekurven. Beim Laden Steigt die Spannung, beim Entladen sinkt sie.
Verantwortlich dafür ist der Innenwiderstand des Akkus.
Normalerweise ist der nicht unbedingt hoch. Er steigt linear mit der Anzahl der Zellen und sinkt mit der Höhe der Nennkapazität. Bei erfolgter Sulfatierung steigt er auch.
Er kann messtechnisch bestimmt werden oder anhand der Angaben auf dem Akku errechnet werden. Dazu im folgenden Beitrag.

Zusammenfassung:

Nicht überladen! Über 13,8V, besser 13,5V beim 12V-Akku sollte Schluss sein.
Nicht tiefentladen! Unter 10,8V, besser 11V beim 12V-Akku sollte Schluss sein.

(Angaben jeweils für I10 )

Gruß, W.
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Typenschild; Innenwiderstand

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Gepostet: 01.01.2012 - 17:52 Uhr  ·  #2
Wir haben hier einen Aufkleber einer Autobatterie. Was bedeuten die Werte?



Also:

12V Nennspannung
80 Ah Nennkapazität, bis zur Gasungsspannung, bleibt zu hoffen
640 A Kurzschlussstrom

Bei Gelakkus sind noch weitere Angaben zu finden, z.B. der max. Ladestrom.

Innenwiderstand

Der Innenwiderstand der neuen unversehrten Batterie errechnet sich aus Nennspannung/Kurzschlussstrom. Hier also 12 V/640 A=0,019 Ohm oder 19 mOhm.
Zugegeben, ein sehr geringer Wert. Braucht BMW auch. Sitzt doch die Batterie im Kofferraum, mit langen Zuleitungen zum Anlasser.

Nun könnte man den Innenwiderstand theoretisch sogar nachprüfen durch Messung des Kurzschlussstromes.
Aber bitte nicht! Erklärungen kann ich mir hoffentlich sparen.
Das lässt sich viel ungefährlicher machen.
Dazu der folgende Beitrag:

Bestimmung des Innenwiderstandes

Wenn man Sorge haben muss, dass mit dem Innenwiderstand des Akkus etwas nicht stimmt, so kann man ihn nach folgender Methode ermitteln:

1. Man schaltet in Reihe mit Akku und Strommesser einen Widerstand zur Belastung, der in der Höhe unkritisch ist. Nehmen wir bei 12 V z.B. einen mit 48 Ohm, so fließen 0,25A. Belastung des Widerstandes dabei übrigens 3Watt. Da nur kurzzeitig belastet kann er in der Baugröße auch kleiner sein.

Notiert wird die Spannung direkt am Akku und der Strom, der fließt.
Nehmen wir an, es sind genau 12V und 0,25A.

2. Unmittelbar danach wird mit einem kleineren Widerstandswert belastet. Eleganterweise hat man von den 48W-Widerständen mindestens 2, besser 4 Stück und schaltet die restlichen mit dem 1. parallel, ohne den Stromfluss zu unterbrechen.
Das wären bei 4 Stück dann 12 Ohm.

Abermals wird die Spannung und der Strom notiert.
Als Spannung sollte jetzt 11,986V zu messen sein, bei 1A Belastungsstrom.

3. Die Auswertung erfolgt so:
R_i = delta_U / delta I also 0,014V / 0,75A = 0,019Ohm

Ggf. kommt man auch mit nur einer Messung aus unter Weglassen von Pkt.1, s. Anmerkung.

Die Messungen sollten sehr genau durchgeführt werden. Temperaturkoeffizienten der Widerstände spielen hier keine Rolle, da es auf den gemessenen Strom ankommt, nicht auf den exakten Widerstand.
Strom und Spannung sollten praktisch zeitgleich gemessen werden. Wie das mit nur 1 Vielfachmesser geht, dazu ein separater Artikel.

Wenn bei einem solchen widerstandsarmen Akku wie im Beispiel der Spannungsfall wegen der Kleinheit nicht gemessen werden kann, gibt es 2 Möglichkeiten:

A: Man gibt sich zufrieden, da der R_i verschwindend gering ist. Der Akku also noch i.O.
B: Man nimmt Widerstände, die eine größere Stromdifferenz erzeugen. Also als 2. Widerstand vielleicht 6 Ohm (24W!) Kann auch noch kleiner sein. Blumenbindedraht unlackiert?

Anmerkung:
Als 1. Messsituation den Leerlauf herzunehmen kann gewagt sein, da ummittelbar zuvor eine Ladung stattgefunden haben kann. Da ist die Leerlaufspannung lt. Kurve kurzzeitig ungewöhnlich hoch.
Wenn sich die Akkuspannung bereits stabilisiert hat, so ist auch das denkbar.

Übrigens kann man mit dieser Methode grundsätzlich auch den R_i eines Generators bestimmen. Man muss nur Sorge tragen, dass sich die Drehzahl nicht verändert. Wenn die nicht konstant bleibt geht es auch. Nur wird die Rechnung dann komplizierter.

Gruß, W.
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Gel-Batterie oder Autoakku?, Umgang mit Batterien

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Gepostet: 01.01.2012 - 18:01 Uhr  ·  #3
Gel-Batterie oder Autoakku?

Bevor man fürs Erstere gleich mal viel Geld ausgibt, empfehle ich zur Annäherung an die Windkraftgewinnung Autobatterien mit stirnseitigen Entgasungsöffnungen, also offene Systeme, nicht wartungsfrei. Die haben den Vorteil, dass bei nicht zu langer Überladung erstmal nichts passiert. Der geringfügig fehlende Flüssigkeitsstand wird mit destilliertem Wasser (keine Säure!) nachgefüllt bis etwa 1 cm über die Plattenoberkanten. Es gibt am Gehäuse auch max. und min.-Marken.

Man kann bezüglich Selbstentladung auch großes Glück haben.
Ich habe so eine, die ich nur zum elektrischen Kanuantrieb nutze. Alle halbe Jahre schließe ich die mal zum Nachladen an und dann fließt vielleicht für 10 min ein kleiner Strom. Anfangs so um 4 A. (100Ah!)
Liegt wahrscheinlich daran, dass das Blei sehr rein ist.

Bei Flüssig-Elektrolyt-Batterien gibt es allerdings ein Entmischen der Säure bei längerer Nichtbenutzung. D.h. unten wird die Konzentration höher. Das vertragen sie nicht gut.
Deshalb kippe ich sie zur Durchmischung etwa 1x/Monat abwechselnd je 2x auf die Linke und auf die rechte Seite. Hat sich bewährt. Seit 2005 sicher noch 70% Nennkapazität.
Normalerweise tritt dabei keine Säure aus. Wenn doch, dann Finger abspülen, Batterie möglichst auch! Sonst gibt es Lochfraß in den Hosenbeinen, wenn man mit denen später daran vorbei streicht. Alles schon gehabt, auch vergessene Säure unter dem Fingernagel. Ist „entzückend“.

Wenn, wie bei einer WKA zu erwarten, häufig Bewegung ist auf dem Konto der elektrochemischen Energie, wird sich die Durchmischung von selbst einstellen.

Umgang mit Bleiakkus

Neben dem schon Gesagten – zu starke Erschütterungen, gar Sturz vertragen Bleibatterien nicht.
Immerhin sind in o.g. 80 Ah-Akku 960Wh gespeichert, also fast 1 kWh.
Das wirken bei Selbstentladung durch inneren Kurzschluss über 6 min 10 kW!

Auch ist die Säure nicht nur ätzend, sondern die darin gelösten Bleisalze auch äußerst giftig.
Wilderer hatten früher in Afrika den Inhalt einer Autobatterie in ein Wasserloch gekippt. Nach einer Woche waren die Elefanten tot, die daraus getrunken hatten. Die anderen Tiere natürlich auch.

Bei Akkus, die Entgasungslöcher haben, sind die Erzählungen, nach denen Akkus bei E-Schweißarbeiten an Autos durch Funkenflug explodiert sind, nicht aus dem bereich der Fabel. Selbst wenn keine Überladung statt fand, über den Zellen muss man grundsätzlich mit Knallgas rechnen.
Für Räume mit größeren Batterieanlagen gibt es übrigens spezielle Vorschriften.

Gruß vom Windfried
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 02.01.2012 - 08:51 Uhr  ·  #4
Hallo Windfried,

vielen Dank für die ausführliche Beschreibung.

Nur eine Anmerkung habe ich:

Zitat

Zusammenfassung:
Nicht überladen! Über 13,8V, besser 13,5V beim 12V-Akku sollte Schluss sein.
Nicht tiefentladen! Unter 10,8V, besser 11V beim 12V-Akku sollte Schluss sein.
(Angaben jeweils für I10 )


Das ist viel zu ungenau, bzw. wenn wir solche Spannungsfenster in der Praxis verwenden,
altern die Akkus extrem und sind nach einem Jahr hinüber.

Ladespannung:
max. 13.8 V sind nur bei Notstrom Systemen, die im Standby betrieben werden, also praktisch nie verwendet werden optimal.
13.8 V sind die minimale Ladeendspannung.
Bei täglicher Nutzung: 13.8 V bis 17.0 V.
Der Maximalwert hängt vom Akkutyp, Alter, Nennsäuredichte, den Anwendungsszenarien, ... ab.
Alle Spannungen sollten darüber hinaus, auch noch bezüglich der Temperatur angepasst,
werden und beziehen sich, wenn nicht anders angegeben auf ca. 20°C und sind Ruhespannungen (mehr als 1 Stunde keine Ladung/Entladung).

(Tief)entladen:
Die Angabe von Windfried gilt, wie er ja auch deutlich erwähnt hat, nur dann wenn man nach dem Tiefentladen sofort wieder lädt.
Das ist in der Praxis kaum realisierbar und handhabbar (man lädt ja wenn Wind/Sonne da ist und nicht wenn der Akkus es braucht).
Typischerweise werdend die Akkus so dimensioniert das man in vorgesehener Anwendung ca. 30 % entlädt.
In Ausnahmen und Einzelfällen hat man dann auch noch bis zu 50 % Reserven.
Unter 30 % Entladung vermeiden, falls doch, dann aktiv, über Sprit, ... laden.

Wen ich nicht irre sind:
30% Entladung 12.5 V, bzw. 1.25 Säuredichte beim (12.8 V Akku und 1.28 Nenn Säuredichte)
50% Entladung 12.3 V, bzw. 1.23 Säuredichte beim (12.8 V Akku und 1.28 Nenn Säuredichte)

Zusammenfassung:
Das Thema ist nicht trivial.
Es gibt eine hohe Wahrscheinlichkeit dass man die ersten Akkus falsch behandelt und diese ersetzt werden müssen.
Typische Laderegler regulieren die Entladetiefe nur ungenügend,
weil eine reine Spannungsbetrachtung, bei gleichzeitiger Ladung/Entladung zu ungenau ist.
Nur Laderegler mit einstellbarer Ladeendspannung verwenden.

Zum 'Üben' empfehle ich deshalb erst mal gebrauchte Auto Akkus zum Schrottpreis.
Danach gute, gebrauchte, Stapler Akkus.
Eine permanente Spannungsanzeige, tägliches Kontrollieren und Protokollieren der Ruhespannung.
Wöchentliches, später monatliches Kontrollieren und Protokollieren der Säuredichte,
wenn man 'meint' der Akkus müsste voll sein.

Gruß Frank
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 02.01.2012 - 16:29 Uhr  ·  #5
Hallo Erdorf,

Zitat
Nur eine Anmerkung habe ich


Ist aber etwas mehr geworden. 8-) Gut, Spaß beiseite.

Habe meine Beiträge unserer Zielgruppe angepasst. Immerhin handelt es sich hier um ein Bastlerforum.
Für manchen war das vermutlich auch jetzt schon zu viel. Wie sie auf Deine Komplikationen reagieren? Vielleicht mit Schmerzen zwischen den Augen.

Zitat
Das ist viel zu ungenau, bzw. wenn wir solche Spannungsfenster in der Praxis verwenden,
altern die Akkus extrem und sind nach einem Jahr hinüber.

Glaube ich erstmal nicht.
Immerhin verwendet Ihr das ja in der Praxis nicht, so dass es nicht als Erfahrungswert gelten kann.
Den Wert 1,8V habe ich immerhin aus der Fachliteratur und bin mit 11V sogar noch über 6x1,8=10,8. Auch weil Messgeräte Toleranzen haben.
Ist natürlich vom relativen Strom abhängig.
Wenn mein Kanuantrieb bei vollem Rohr um 70A nimmt, geht die Klemmenspannung durch den R_i auch runter auf 11V und tiefer. Kein Grund, mit dem Paddel weiter zu machen. Erst so kurz unter 9V, da schaltet dann auch die Elekronik ab.

Zitat
13.8 V sind die minimale Ladeendspannung.
Bei täglicher Nutzung: 13.8 V bis 17.0 V.
Ja wenn es sich um Gabelstaplerbetrieb handelt /elektrischen) - ganz gewiss.
Da hat man den Ladebetrieb auch unter Kontrolle, von Fachkräften. Da kann man getrost die letzten Kapazitätsreserven noch nutzen.
Allerdings begrenzt gerade das meines Wissens nach die Lebensdauer.

Bei Windkraftanlagen und selbst beim Auto ist das anders. Da muss das laufen ohne viel Service. Da möchte man auch kein Knallgas im Keller.

Auch weil der Normalbürger sich seine Batterien beim Zubehörhandel besorgt, vielleicht gar im Supermarkt, belässt man es aus Sicherheitsgründen selbst bei Automatik-Ladegeräten bei der Stand-by-Spannung. Dann passiert auch bei Gel-Batterien nichts, selbst wenn sie am Ledegerät vergessen werden.
Auch gilt das als schonendes Laden. Wenn es voll bis ans Ende der Gasung geht, nicht mehr, oder?

Die Einzeheiten mit der Säuredichte waren mir bekannt. Nur sollte ich damit auch noch verwirren?
Man wird Fertigbatterien im Norden und im Süden so kaufen, wie sie angeboten werden, mit der Hoffnung, dass die Säuredichte stimmt.
Wer extra befüllen lässt wird darauf achten.

Zitat
Typische Laderegler regulieren die Entladetiefe nur ungenügend,
weil eine reine Spannungsbetrachtung, bei gleichzeitiger Ladung/Entladung zu ungenau ist.


Das mag sein. Besser wäre eine zusätzliche stromabhängige Auswertung, um den Einfluss des Innenwid. mit eingehen zu lassen. S. auch Bemerkung weiter oben.
Zitat
Nur Laderegler mit einstellbarer Ladeendspannung verwenden.

Aber nicht für Anfänger! Da müssen dann "3 Seiten" Einstellhinweise dabei liegen und verstanden werden.
Bei Gel-Batterien ist trotzdem nicht auszuschließen, dass sie alsbald aussehen, als wären sie schwanger. 8-)

Zitat
Zum 'Üben' empfehle ich deshalb erst mal gebrauchte Auto Akkus zum Schrottpreis.
Danach gute, gebrauchte, Stapler Akkus.


Nun gut, aber wer verkauft schon gute gebrauchte Akkus, und wie stellt der Windkraftbastler die Güte fest?

Kann durchaus sein, dass auf solchen Autobatterien 40 Ah drauf steht und die Restkapazität beträgt noch 10 Ah.
Empfehle eher, genau den Typ von Autobatterie zu kaufen (wenn es bei 1 bleibt), den man später im eigenen Auto verwenden kann.
Vor allem, wenn die schon etwas älter ist.
Ich nehme bei solchen Käufen immer einen Spannungsmesser mit. Wenn sich die Spannung schon den 11V nähert, sie gar unterschritten hat,
hilft auch kein Palaver des Händlers bezüglich Preisnachlass. Lohnt sich nicht. Es sei denn, man hat gute Erfahrungen mit Regenerationsgeräten.
Wer weiß da was?

Zitat
Eine permanente Spannungsanzeige, tägliches Kontrollieren und Protokollieren der Ruhespannung.
Wöchentliches, später monatliches Kontrollieren und Protokollieren der Säuredichte,
wenn man 'meint' der Akkus müsste voll sein.

Das wäre eben die Konsequenz, wenn in die Gasung hinein geladen wird. Vergiss es!

Hätte eher die Frage - weißt Du was genaues über Ca-Batterien?

Gruß, W.
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 02.01.2012 - 17:05 Uhr  ·  #6
Hallo Windfried,

Über CA weiß ich nichts, habe weder Erfahrung noch irgend eine Kenntnis.

Tja, du hast schon irgendwie recht mit den Anfängern,
leider ist das Thema nicht so einfach.

Es bleibt dabei:
Einfach einen 12 V Akku nehmen und einen Laderegler mit max. 13.8 V
tut es bei PV und Wind nun mal nicht länger als ein Jahr, darauf muss ich hinweisen.
Wer Akku Lebenszeiten von 10 Jahren und ca. 10 ct / KWh Akku Kosten anvisiert muss mehr machen
(anstelle von 1 Euro pro KWh).

Bei max 13.8 V (Float) wird nicht gegast -> Säure Schichtung, Sulfatierung und
der Akku verliert schneller als einem lieb ist seine Eigenschaften.
Das nützt nichts, weil der Akku dann bald kein Akku mehr ist.

Wer sich nicht mit der notwendigen Komplexität beschäftigen möchte und
dennoch lange Akku Lebenszeiten haben möchte muss entsprechendes Knowhow einkaufen.
Der "Sunny Island" kann hier einiges was die Standard Laderegler eben nicht können.
Einige, einfache Laderegler fahren auch andere Ladekennlinien, im Einzelfall kann das auch schon ausreichen.
Wer günstige Laderegler verwenden möchte kann das auch machen,
aber nicht ohne sich um sein System zu kümmern.
Wer weniger oder kaum Gasen möchte installiert EU (Elektrolyumwälzung).

Es gibt verschiedenen Ansätze das Thema vernünftig zu lösen:
a) Tiefes Systemverständnis, hierdurch können günstige Komponenten verwendet werden.
b) Oberflächliches Systemverständnis, hier ist intelligente und teurere Elektronik erforderlich.
c) Alles zwischen a und b

Richtung A geht spätestens dann, wenn der Akku zu früh getauscht werden muss.

Bezüglich der von mir genannten Säure Dichten muss ich mich korrigieren.
Ich habe mal eine Tabelle an gehangen, die ich schon mal erstellt habe (hoffentlich hat es funktioniert)

Gruß Frank
Anhänge an diesem Beitrag
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Titel: Ladezustand 12V Akku
Information: Ladezustandstabelle für einen 12V Akku
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 02.01.2012 - 17:26 Uhr  ·  #7
Hallo Windfried,

Zitat
Immerhin verwendet Ihr das ja in der Praxis nicht, so dass es nicht als Erfahrungswert gelten kann.


Doch doch, ich habe genau so angefangen, mit 13.8 V Float, (keep it simple)
hier gibt es diverse Technik, Netzteile, Funker, ... die aus gutem Grund die 13.8 V Float liefern.
Aber der Anwendungsfall ist ein anderer und es mussten jedes Jahr neue Akkus her ...

Zur Tiefendladung:
Stablerakkus (Panzerplattenakkus) werden maximal mit 80% entladen (20 % Rest).
Entsprechende Ladetechnik mit EU und sofortigem Laden nach der Entladung vorausgesetzt.
Klar kann man Akkus auch zu 100% entladen, die Frage ist halt nur wie oft, bzw. wie lange?
Ein großes Problem ist bei unserer Anwendung das man den Akku nicht lädt, nachdem man entladen hat,
sondern, so wie Wind und Sonne es für richtig halten.
Das macht es auch sehr schwer bis unmöglich irgendwelche,
für den Akku günstigen Ladekennlinien zu fahren ohne Intelligenz (Anwender, Controller) einzusetzen.

Wie auch immer, du hast das Thema gut gestartet, es ist nützlich.

Gruß Frank
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 02.01.2012 - 18:02 Uhr  ·  #8
Hallo Frank,

Zitat
Wie auch immer, du hast das Thema gut gestartet, es ist nützlich.

Da bin ich aber froh! Habe schon befürchtet, dass jetzt das Kompetenzgezeter losbricht. Alles schon erlebt.

Ist auch ganz nützlich, mal einem Voll-Praktiker zu luaschen.

Das Folgende bleibt aber schleierhaft:
Zitat
Es bleibt dabei:
Einfach einen 12 V Akku nehmen und einen Laderegler mit max. 13.8 V
tut es bei PV und Wind nun mal nicht länger als ein Jahr, darauf muss ich hinweisen.


Irgendwo in den 2 vorangehenden Texten habe ich den Grund dafür gelesen: Fehlende Gasung = fehlende Elekrolytumwälzung, Entmischung die Folge.
Ist einsichtig. Abhilfemaßnahmen hattest Du beschrieben. Leistet ansich die Eigenerwärmung da was? Immerhin manchmal größere Stromstärken!

Gilt das aber auch für einen Gel-Akku? Da ist ja die Entmischung behindert. Möglicherweise hat man sie deshalb erfunden.
Kann es nicht glauben, dass PV-Anwender nach 1 Jahr ihre teuren Gel-Akkus entsorgen müssen. :-|

Gruß, Andreas
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 02.01.2012 - 22:29 Uhr  ·  #9
Hallo Windfried,

Zitat
Fehlende Gasung = fehlende Elekrolytumwälzung ...


Ja so ist es, die Säure konzentriert sich am Boden, dort dann höhere Säuredichte, das Blei wird angegriffen.
Das Blei löst sich, es bildet sich ein Bleisumpf, steigenden Selbstentladung bis hin zum Zellenschuss.

Ein weiteres Problem:
Aufgrund der geringeren Ladespannung: konstante 13.8 V hat man exponentiell sinkende Ladekurve.
Die Ladekurve sieht dann so ähnlich aus wie beim Kondensator.
Die Ladezeit ist dann erheblich groß und man kann nicht, wie gewünscht den Strom von Wind und Sonne in den Akku laden.

Noch ein Problem:
Der Bleiakku beginnt, sobald er entladen wird zu sulfatieren.
Das nicht mehr in der Säure gebundene Bleisulfat legt sich auf die Bleiplatten und schmiert die Bleioberfläche zu.
Die Bleioberfläche ist extra fein angeraut um große Reaktionsoberfläche zu haben -> hohe Ströme.
Die Sulfatierung reduziert sowohl die Lade als auch die Entladeströme, erhöht den Innenwiederstand und reduziert den Wirkungsgrad.
Je tiefer der Akku entladen und je länger dieser Zustand anhält desto stärker bindet sich das Sulfat an die Bleiplatten.
Ladespannungen sind in der Lage, insbesondere kurzzeitige Sulfatierung wieder fast vollständig rückgängig zu machen.
Das um so besser, je höher die Spannung ist, die Sulfate werden vom Blei wieder getrennt und mit dem Wasser wieder zu Säure.
Aber auch hier: zu starke Gasung, zu hohe Spannungen lösen nicht nur die Sulfate, sondern auch das Blei, mit der Folge zum Bleisumpf...

Die Gasung lässt sich recht gut durch EU ersetzen, bei mobilen Akkus (Auto, Stabler, ...) reicht oft die vorhandene Bewegung
und speziell geformte Gehäuse.
Bei Stabler Akkus kann man oft, einfach über dünne Schläuche und Röhrchen Luft in die Akkus geblasen.
"Quasi Aquarium Technik"

Das "rückgängig Machen" der Sulfatierung geht nur über das Laden und das besser mit höheren Spannungen.
(ausgenommen die Superartikel die anderes behaupten)

Auch lädt man schneller mit höheren Spannungen, jedoch auch mit schlechterem Wirkungsgrad, ein Teil der Energie vergast ja.
Der schlechtere Wirkungsgrad ist in der Regel egal, weil wir dann sowieso nicht wissen wohin mit dem Sonne/Wind Strom.

Die Eigenerwärmung des Akkus ist bezogen auf die vergleichsweise großen Massen und Abstrahloberflächen
zu gering um nennenswerte Temperatur Differenzen zu erzeugen, ich habe nie Erwähnenswertes festgestellt.
Die Eigenerwärmung reicht im spanischen Winter, auch bei isolierten Akkus nicht vollständig aus um die Akkus auf Temperatur zu halten.
Dem entsprechend sehe ich für nutzbare Thermik wenig Chancen, kann vielleicht unterstützend in bestimmten Anwendungsfällen helfen.

Zitat
Gilt das aber auch für einen Gel-Akku?

Nein, hier oder auch bei AGM Akkus sind die genannten 13.8 V tatsächlich anvisierte Ladeendspannung.
Ich habe keine Erfahrung mit diesem Akku Typ.
Es ist so wie du es beschreibst, die Säure ist im Gel/Vlies gebunden und kann deshalb nicht dort weg.
Keine Säureschichtung, keine Sulfatierung.
Aber Achtung: kommt es, warum auch immer zu Gasung, so drückt sich das H2 aus und man kann kein Wasser nachfüllen.
Und 100 % 'dicht' ist der Akku auch nicht, man peilt so etwa 5 Jahre Lebenszeit an.
Danach wird getauscht weil zu viel H2 den Akku verlassen hat.
Insgesamt ist der Gel Akku nur dort im Vorteil wo keine Gasung zugelassen ist,
eine Belüftung aufwändiger zu Realisieren ist, Wohnräume, ... oder
wenn der Akkus nicht durch Lageänderungen auslaufen darf, Boote, Motorrad, ...
Als "Hausakku" im Schuppen war mir dieser Akku Type, bezogen auf Leistung und zu erwartende Lebensdauer, zu teuer.

Der Blei Akkus ist deutlich robuster, gutmütiger, er verträgt durchaus auch länger, weniger optimale Ladebedingungen und Überspannungen.

Hmm, jetzt ist es wieder recht lang geworden ...

Gruß Frank
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 04.01.2012 - 12:44 Uhr  ·  #10
Hallo Frank,

Zitat
Hmm, jetzt ist es wieder recht lang geworden ...

In der Tat. ;-)

Dabei waren meine Fragen eigentlich nur die letzten 2 Sätze. Der rest war bereits Reflektion.

Andererseits konnte man wieder Dinge lesen, die kein Lehrbuch vermittelt.

Versuche mal bezüglich Gel- oder Vliesbatterien ein Fazit:

Neben dem bequemeren Handling, bedingt durch Auslaufsicherheit, was vornehmlich in mobilem Betrieb eine Rolle spielt,
scheint es tatsächlich die unterbundene Entmischung des Elektrolyten zu sein, auch bei Lade- und Entladestromstärken noch weit unter I10, die z.B. PV-Anwender den höheren Preis zahlen lässt.

Dafür erfordern sie einen überlegten Umgang und verzeihen insbes. bei Ladung über die Gasungsspannung keine Fehler.
Das kann ein guter Laderegler verhindern.
Auch ist der max. Ladestrom geringer als bei Flüssigkeitsbatt. möglich. Der Entladestrom gewiss auch. Zumindest auf Angaben achten!

Zur Elektrolytumwälzung (EU):

Zitat
Bei Stabler Akkus kann man oft, einfach über dünne Schläuche und Röhrchen Luft in die Akkus geblasen.
"Quasi Aquarium Technik"


Ist aber für jede Zelle nötig, gelle.
Würde ich mir sogar zutrauen. Ist aber nichts für den "Leistungskurs Physik an Schulen".
Vermulich muss man fragen, ob da ein Aerosol mit Säureanteil austritt und wie man sich darum kümmert.

Meine Idee mit dem allmonatlichen mehrmaligen auf die Seite Legen zur EU war offensichtlich garnicht so schlecht.
Idee in Weiterführung: Schwenkbare Unterlage, 2x45° ?

Gruß, Andreas
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"Wasser nachfüllen"

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Gepostet: 04.01.2012 - 13:40 Uhr  ·  #11
Hallo zusammen,

eigentlich sind wir bei den „Grundlagen“ gehalten, möglicht wenig zu schwafeln. Müssen wir alsbald beachten!
Habe bezüglich „Wasser nachfüllen“ allerdings eine Geschichte erlebt, die so krass ist, dass ich sie Euch nicht vorenthalten möchte.

Zugegeben, der Verursacher hat Migrationshintergrund. Ist aber vom Wesen sehr angenehm. Will sagen, ich mag ihn.
Außerdem ist die Herkunft für das Folgende gewiss nicht Bedingung.

Jedenfalls, Ladegerät von weitläufigem Garagennachbar ist kaputt. War es vor 1 Jahr auch schon. Egal. Man hilft, wo man kann, besonders wenn man so eins mit 20A hat, oder gar 30? Habs nicht vor mir. Steht in der Garage.

Ich also Batt. und Ladegerät auf Küchentisch gestellt - habe alte Küchenmöbel als Werkbank - angeschlossen und mit feinem Tuch zu ner Abendveranstaltung gefahren.
Kann ja nichts passieren. Ist ja ein Automatik-Ladegerät.
Hätte vielleicht hellhörig werden können, weil er sagte, er hätte Wasser nachgießen müssen.
Aber warum denn. Habe ich doch früher auch gemacht.

Nach 3 ½ h kam ich wieder, kurz vor Mitternacht. Schreckstarre.
Was ist das denn? Elektrolyt war übergelaufen. Für den Kenner der Supergau.
Kleine Senke in der Arbeitsplatte längst überfüllt.
Tropfte bereits auf den Beton. In der Senke badete das Ladegerät. Gott sei dank nur mit den Gummifüßen.

Da kann man Panik bekommen!
Was machste jetzt? Auto steht hinter mir und blockiert die Tiefgarage.
Erst vor die Wohnung und andere Klamotten anziehen?
Gummihandschuh waren zu sehen, ne Rolle Küchenkrepp im Garagenschrank.

Ist vielleicht nicht ganz rational, aber ich dachte, jetzt wirst Du gaaanz konzentriert arbeiten.
Die Rolle Küchenkrepp war danach alle. Die Schuhe habe ich anschließend in ner Pfütze abgespült. Die Hosenbeine vorsorglich mit nem nassen Schwamm überstrichen.
Hat bis heute keine Löcher. Gut gegangen.

Nacharbeit dann am nächsten Tag.
Alles mehrfach mit einem nassen Handtuch abgewischt.
Natürlich auch die Kabel.
Der Batterie, die natürlich noch nachgesuppt hat, hatte ich am Abend noch ne flache Plastikwanne verpasst.

Dann Zellverschraubungen auf gemacht und den Unsinn begutachtet.
Mit einer Docktorspritze, so ne 100 mL-Ausführung aus Vollplastik, überschüssigen Elektrolyt abgesaugt. Weiß nicht mehr, ob es noch 500mL wurden oder sogar mehr.
Anschließend wohin damit? Interessante Frage.

So ist es, wenn man Nachfüllen mit Vollfüllen verwechselt.
Muss doch einen Sinn haben, dass in dem Aqua-dest-Kanister 5L drin sind, oder?

Seither lade ich fremde Batterien grundsätzlich nur mit wannenartiger Unterlage.

Übrigens: Der hatte alsbald seine BMW-Batterie durch ne neue ersetzt. Ich die alte untersucht. Vielleicht geht sie noch, zum E-Kanu-Fahren.
Nachgeladen unter Wahrung des gerade genannten Grundsatzes.
Auch da kamen noch ca. 150 mL Elektrolyt raus, obwohl sie im BMW in Betrieb war!

Gruß vom Windfried
Che
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 07.01.2021 - 19:00 Uhr  ·  #12
Nach fast genau 9 Jahren mal wieder etwas Text zum Thema.

Ist mir von Erdorf noch "im Ohr", dass Bleibatterien immer möglichst voll sein sollen. Wohl max. 30% Entladung.
Mag für die Haltbarkeit gut sein. Komme noch darauf.
Aber ansich ist die Hauptaufgabe eines Akkus, einen immer dann mit Energie zu versorgen, wenn sie benötigt wird.
Man stelle sich mal folgendes vor. Die Frau will abends ihre geliebte TV-Sendung sehen. Er aber, mit den Worten, "geht nicht, würde der Akku zu spät altern" will es ihr ausreden. Ist zu erahnen, was dann passiert.
Schwerpunkte sind also bisweilen anders zu setzen.

Generell scheint es richtig zu sein, dass ständig nur mit 30% gehaltene Akkus (Bleiakkus !) eher altern, nach einem Jahr aber noch nicht "fertig" sind. Auch ist es eher wirklichkeitsfremd, einen Akku nahezu ständig bei 30% zu belassen.

 


Ist aus https://basytec.de/Literatur/Bleibatterie.pdf, PDF-Seite 16. Da steht auch, dass die Batterien alle 3 Monate einer Ausgleichsladung unterzogen wurden. Bei der Stillstandsbatterie wurde aber wohl danach der Ladezustand 30% wieder eingestellt. Sonst würde es keinen Sinn ergeben.

Ist sonst auch ein umfangreiches Werk. Entstehung 2015. Listet die Alterungsmechanismen akribisch auf.
Interessant auch die Ermittlungen zur Säureentmischung (-Schichtung) als Ursache für Sulfatierung bei verschiedenen Bauarten (um Tabelle 2). Man beachte auch die empfohlenen Gegenmaßnahmen im Text darunter.
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 07.01.2021 - 19:25 Uhr  ·  #13
Zitat geschrieben von Che

Nach fast genau 9 Jahren mal wieder etwas Text zum Thema.

Ist mir von Erdorf noch "im Ohr", dass Bleibatterien immer möglichst voll sein sollen. Wohl max. 30% Entladung.
Mag für die Haltbarkeit gut sein.



Das halte ich für Missinformation !! Gerade die letzten 20% Volladung machen eine Bleibatterie wie zb PzS oder OpzS extrem unekonomisch . Eine gute Bleibatterie macht bei 50-60% tiger Entladetiefe auch 3000 cyclen mit
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 07.01.2021 - 19:38 Uhr  ·  #14
Soweit einverstanden, dass Erdorf wohl nicht von voll gesprochen hat sondern eher von 90% (?) und dann runter bis (?) 60% (?).

Deine Grafiken suggerieren, dass bei möglichst wenig Ladungen die meisten Zyklen möglich wären.
Sind dann aber kurze Zyklen, die wenig Sinn machen.
Die von mir abgebildete "Abb.3" ist aber gewiss auch aus Messungen entstanden. Mit der Aussage, ständig bei 30% beschleunigt die Alterung.
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 07.01.2021 - 22:32 Uhr  ·  #15
Hallo zusammen,

die SPzS Zellen, Stapler Akkus können sogar bis zu 80% entladen werden, wenn:
Sie sofort wieder korrekt (IUI Ladung) zu 100 % aufgeladen werden, mit Elektrolyt Umwälzung,
so wie im Stapler Betrieb garantiert.

In der Strom Insel gibt es keine IUI Ladung.
Die Ladung erfolgt so wie der Strom reinkommt und eben auch nicht garantiert wieder auf 100%.

Wenn dieser Akku Type nicht wieder auf 100 % aufgeladen wird, verbleibt Sulfat ungebunden in der Säure.
Das bildet dann, je länger das so ist, an der Blei Oberfläche Bleisulfat.
Dieses Bleisulfat bindet einerseits die Sulfate die nicht mehr in der Säure als Kapazität verfügbar sind,
andererseits und das ist noch schlimmer, erhöht es den Innenwiederstand des Akkus was Ladung und Entladung
ineffizienter macht. Zusätzlich zerbröckelt das Blei und setzt sich als Bleisumpf unten ab,
was irgendwann einen Zellenschluss verursacht.

Deswegen ist es, wenn es um die Langlebigkeit des Akkus geht, wichtig diesen im Idealfall täglich auf 100% zu Laden.
Es ist korrekt dass hierbei die letzten 5 .. 10 % nicht effizient geladen werden können und z.B.
nur ein Teil der zur Verfügung stehenden PV-Leistung verwendet werden kann.
Möchte man das nicht, so sollte man sich für einen anderen Akku Type entscheiden, z.B. Lithium basiert.
In der Praxis, bei z.B. im Regelfall nur 30 % Entladung reicht es auch, dafür zu sorgen,
das einmal wöchentlich diese 100 % erreicht werden.

Die genannten 30 % Entladung kommen von mir und sind vor sowohl eine Hilfe zur Dimensionierung der Akku Kapazität
als auch eine Orientierung weil man meistens nicht täglich wieder 100 % Volladlung erreichen kann.
Wird täglich wieder 100 % erreicht, sehe ich kein Problem tiefer, z.B. auf 50 % zu entladen, das ist jedoch selten der Fall.
Auch sind teilweise Endladungstiefen von mehr als 50 % möglich wenn man täglich wieder 100 % erreicht.

Das typische Problem ist Folgendes:
Es wird Strom genutzt bis der Wechselrichter wegen Unterspannung abschaltet.
Dann ist der Akku fast zu 100 % entladen.
Der 30 % Hub wird dann am unteren Ende der Entladung gefahren.
Das führt zu 70 % nicht in der Säure gebundener Sulfate was Bleisulfat an der Blei Oberfläche produziert.
Typischerweise im nächsten oder übernächsten Winter geht dann fast nichts mehr.

Zusammenfassung:
+ täglich, spätestens wöchentlich muss dieser Akkutype auf 100 % geladen werden
+ Eine Entladung von 30 % ist dann unkritisch bezüglich der Lebensdauer
+ vereinzelt tiefere Entladungen z.B. bis 50 % sind auch unkritisch
+ regelmäßig tiefere Entladungen, z.B. 50 % benötigen eine regelmäßige, z.B. tägliche Ladung auf wieder 100 %

Das sind meine Empfehlungen wenn es darum geht den Akku lange (10 Jahre und mehr) zu verwenden.
Das darf ja jeder anders machen.

Grüße
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 07.01.2021 - 22:58 Uhr  ·  #16
[quoteIn der Strom Insel gibt es keine IUI Ladung.
Die Ladung erfolgt so wie der Strom reinkommt und eben auch nicht garantiert wieder auf 100%. quote]

Das stimmt auch wieder nicht , selbst in einem InselNetz bestimme ich wie geladen wird !

Natürlich muss Man sich entscheiden was am besten für die Blei Accus ist , bei meiner eher auf PV ausgelegten Insel hab ich im Winter die Batterie halt 1 mal wöchentlich voll geladen ( aber nur wenn ich musste)

Es wird wohl kaum eine bessere Batteriepflege geben , wie ein ausgeklügelter MPPT Laderegler alla Outback /Morningstar / Midnite , die sorgen sich um deren Gesundheit , um weiten besser als industrielle BatterieLadegeräte

Natürlich wenn man den Blei Akku zwischen 100-70% Entladung betreibt , sollte Mensch sich auf Wirkungsgraden von unter 70 % einstellen , aber deswegen haben wir ja diese , da denen beim Toast am Morgen nicht die luft ausgeht , 3-7 kwh LI kann dann nach hause gehen /bzw einpacken , da entlade ich gern mal weiter ,

cause its going to be a sun shiny day
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 07.01.2021 - 23:26 Uhr  ·  #17
Hallo Lars,

ich sehe hier keine Wirkungsgrade von 70 % und weniger.
Laden als auch Entladen geht mit jeweils min. 90 %, vorausgesetzt die Akkus sind nicht allzu stark sulfaltiert.

Es ist richtig, dass die letzten 10 % Ladung, insbesondere die letzten 5 % nicht mit voller PV Leistung erfolgen können.
Das ist im Sommer unerheblich weil Strom im Überfluss.
Das ist im Winter auch unerheblich, weil nur z.B. einmal wöchentlich die letzten 10 % (z.B. mit Generator) geladen werden.

Wie schon gesagt, gelegentlich 50 % Entladung sehe ich als unkritisch an.
Nur wenn man es so als Regelfall von Anfang an dimensioniert,
wird es im Winter schnell zu knapp und der Akku leidet nachhaltig.

Ich denke auch das dieser Akku Type immer noch eine gute Wahl für die Strominsel ist,
wenn man sich kümmert.

Grüße
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 08.01.2021 - 00:19 Uhr  ·  #18
Hi Frank ,.... war irgendwann , eine Studie die ich gelesen habe die Effizienz von Bleibatterien untersucht hat , bzw ist mir so etwa selbst aufgefallen , und die letzten 20% waren , wie soll ich es sagen , niederschmetternt grotten schlecht , bis auf 80% hatte die Bleibatterie eigentlich mit allen mithalten können , damals hab ich dann entschlossen , das es mir reicht , einmal die Woche vollzuladen , und den Rest der Zeit regelt die Sonne ( auch im Winter ) ..... ok hat etwas gedauert aber hab diese Studie wieder gefunden https://core.ac.uk/download/pdf/186877077.pdf
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 08.01.2021 - 01:41 Uhr  ·  #19
Hallo Lars,

in der von dir verlinkten Studie bricht die Effizienz bei >= 80 % Ladung deutlich ein (55 %).
Dort wurde eine "100Ah battery" untersucht.

Das ist schon enorm, wobei man sich fragen sollte wo die Energie denn hin geht.
Das kann a) Wärme oder b) Gasung sein.
Es wurde mit "14.8 volts" gearbeitet, was 29.6 V (bei 24V) sind.
Das führt dann zu Gasung und dann ist es auch so dass 50 % der Energie vergast, den Effekt kenne ich.
Ich habe mit max. 28.5 V gearbeitet, Gasung vermieden und
mit vermutlich kleineren Strömen bezogen auf die Kapazität gearbeitet.
Außerdem habe ich aktive Elektrolyt Umwälzung eingesetzt was den Akku beim Laden reaktiver macht.
Ich habe solch ein drastisches Sinken der Effizienz (bei >= 80 % Ladung) nicht beobachten können.

Wie auch immer, ich glaube wir haben hier beide das selbe Wissen und
der Effekt der fallenden Effizienz bei hohem Ladungszustand des Akkus ist ja unstrittig.
Das ist auch nicht schlimm für die Strominsel im Gegenteil.
Im Sommer ist es nicht wichtig und im Winter regelt sich das von selbst,
wenn man dann ggf. nur einmal pro Woche auf 100 % nachlädt.

Beispiel, täglicher Verbrauch 30 %
Wenn im Winter dann pro Tag nur 25 % hinzukommen, fehlen nach 6 Tagen 30 %.
Am letzten Tag würde dann von 70 % bis auf 40 % herunter geladen, also 60 % entladen.
Wenn dann wieder zu 100% voll geladen wird, sehe ich hier kein Problem in der Effizienz und
auch keins bezüglich zu schneller Alterung.

Grüße
Che
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Re: Bleiakkumulatoren

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Gepostet: 11.01.2021 - 16:44 Uhr  ·  #20
Möchte mal nur bemerken, dass in dieser Grafik vom wieso von vollen Zyklen ausgegangen wurde, (100%?). Das ist aber bezüglich unserer Anwendungen eher wirklichkeitsfremd.

Auch hatte ich die Vermutung, dass das Produkt der Zyklenzahl mal relative Ladung (100%=1) immer gleich zu sein scheint, mit guter Übereinstimmung.
1* 1700 = 0,2 * 8500 als auch in der Mitte 0,3 * 5500 = 1650, was ja auch fast 1700 ist.
Was auch immer das heißt.

Verweise aber doch auf dieses von mir eingestellte Bild, in dem deutlich sichtbar wird, dass langes Lagern bei 30% schädlich ist. Leider ist da keine Kurve drin für längeres Lagern bei z.B. 50%, 60%, 70%.

Zumindest war in der Quelle wohl die Rede davon, dass verstärkte Plattenkorrosion und auch Dentriten-Wachstum eher bei geringer Säuredichte, als bei hoher statt findet, also bei teilentladener Batterie.

Dann mal noch eine Bemerkung:
Forderung, nicht höher als 90% zu laden, wird bei Gasdichten, also Gel oder AGM doch schon einfach dadurch erreicht, dass bei ca. 13,6V Schluss ist, oder?

Und solche Forderungen auch bei Smardphones oder allem was mit Li-Akku betrieben wird:
Sollen es die Hersteller doch im Laderegler integrieren! Bzw. vielleicht haben sie es schon längst.
Mein Laptop von Lenovo jedenfalls hängt mit dem Akku schon jahrelang am Netz, fast 356 Tage im Jahr.
Und da kann ich außer normaler Alterung nichts erkennen.
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