Die Eigenschaften und Leistungsparameter von Blei-Säure-Batterien435

Blei-Säure-Batterien werden seit Jahrzehnten als zuverlässige Energiespeicheroptionen in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, vom Antrieb von Automobilen bis hin zu Notstromquellen. Ihre inhärenten Eigenschaften und Leistungsparameter machen sie zu einer festen Größe in der Welt der Batterien, und das wird auch in Zukunft so bleiben. In diesem Artikel werden wir einige wesentliche Aspekte untersuchen, die Blei-Säure-Batterien ausmachen, und ihre Feinheiten und Anwendungen beleuchten.

Einführung

Was die Energiespeicherung betrifft, haben Blei-Säure-Batterien ihre Relevanz behalten, auch wenn neuere Technologien wie Lithium-Ionen- und Festkörperbatterien im Rampenlicht stehen. Ihre Stärke, Kosteneffizienz und einfache Anpassung sorgen dafür, dass sie in vielen Branchen bestehen bleiben. Ein gewisses Verständnis einiger wichtiger Eigenschaften und Leistungsparameter von Blei-Säure-Batterien hilft sowohl Experten als auch Laien, fundierte Entscheidungen über deren Verwendung zu treffen.

   1. Nennspannung

Die Nennspannung einer Batterie bezieht sich auf die Standardausgangsspannung, die die Batterien bei der Stromerzeugung liefern. Die Standard-Blei-Säure-Batterien haben eine Spannung von 2 Volt pro Zelle, gängige Konfigurationen reichen von 6 bis 12 Zellen. Dies macht 12-V-Batterien zu den am häufigsten in Autos und anderen Anwendungen verwendeten Batterien. Nennspannungen sind wichtig, um die Kompatibilität mit den von ihnen betriebenen Geräten sicherzustellen.

Das Verständnis der Nennspannung ist wichtig, um den Ladezustand zu bestimmen, die verbleibende Kapazität abzuschätzen und den ordnungsgemäßen Betrieb in verschiedenen Anwendungen sicherzustellen. Während dieser standardisierte Wert als Leitfaden für Designüberlegungen dient, ist es von entscheidender Bedeutung, das tatsächliche Spannungsverhalten im realen Einsatz von Batterien zu berücksichtigen.

   2. Kapazität

Die Kapazität ist eine wichtige Kennzahl, die die Energiemenge beschreibt, die eine Batterie speichern und liefern kann. Ausgedrückt in Amperestunden (Ah) zeigt es an, um welche Batterielebensdauer es sich handelt. Blei-Säure-Batterien können je nach Faktoren wie Größe, Konfiguration und Design unterschiedliche Kapazitäten aufweisen. Dieser Parameter beeinflusst, wie lange eine Batterie einer Belastung standhalten kann, bevor sie wieder aufgeladen wird.

Blei-Säure-Batterien haben eine Kapazität, die je nach Entladerate und Temperatur variiert. Ihre Kapazität nimmt im Allgemeinen bei langsamen Entladungen ab, während sie bei hohen Raten zunimmt. Darüber hinaus leiden Blei-Säure-Batterien bei extremen Temperaturen, insbesondere bei Kälte, unter einer verringerten Kapazität.

   3. Selbstentladungsrate

Die Selbstentladungsrate von Blei-Säure-Batterien bezieht sich auf den Verlust der in dieser Batterie gespeicherten Energie im Laufe der Zeit, obwohl sie unbenutzt oder nicht an eine Last angeschlossen ist. Dies geschieht aufgrund chemischer Reaktionen, die innerhalb der Zellen dieser Batteriezellstruktur ablaufen. Die internen Eigenschaften von Blei-Säure-Batterien weisen im Vergleich zu einigen anderen Batteriechemien eine relativ höhere Selbstentladungsrate auf.

Beispielsweise wird die Selbstentladungsrate von Blei-Säure-Batterien durch Faktoren wie Temperatur und Batteriealter beeinflusst. Hohe Temperaturen beschleunigen den Selbstentladungsprozess. Dadurch verringern sie die Leistung des Akkus und verkürzen seine Lebensdauer. Um dieses Problem auszugleichen, wurden in neue Designs und Technologien für Blei-Säure-Batterien bessere Materialien mit verbesserten Konstruktionsmethoden integriert.

   4. Ladeeffizienz

Der Ladewirkungsgrad ist einer der kritischsten Leistungsparameter, der angibt, wie effektiv eine Batterie beim Laden elektrische Energie umwandeln kann. Blei-Säure-Batterien haben eine recht gute Ladeeffizienz. Moderne Designs erreichen etwa 85-95 %. Der Zeit- und Arbeitsaufwand, der zum Aufladen der Batterie erforderlich ist, zeigt diese Effizienz. Dies unterstreicht die Bedeutung des repetitiven Ladens als Bestandteil von Anwendungen.

Die Ladeeffizienz von Blei-Säure-Batterien wird von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Spannung, Strom und Ladetemperatur. Überladung führt zu einer Verringerung der Ladeeffizienz, da mehr Energie verloren geht, Wärme entsteht und Gase in der Batterie erzeugt werden. Hohe Entladeraten verringern die Ladeeffizienz, da sie einen besseren Innenwiderstand sowie eine ineffiziente Energieübertragung darin erzeugen.

   5. Interner Widerstand

Der Innenwiderstand trägt noch weiter zur Energieeffizienz einer Batterie bei. Beim Entladen und Laden kann es aufgrund erhöhter Innenwiderstände, die Wärme erzeugen, zu ungleichmäßigem Energieverlust kommen. Die moderaten Innenwiderstände kennzeichnen Blei-Säure-Batterien und wirken sich folglich auf ihre Leistung bei hohen Stromanforderungen aus, die unter anderem durch Faktoren wie Elektrolyt-/Elektrodenmaterialwiderstände verursacht werden. Dieser Widerstand führt zu Spannungsabfällen innerhalb der Batterie, die sowohl bei Ladevorgängen als auch bei Entladevorgängen auftreten.

Ein hoher Innenwiderstand hat viele Auswirkungen. Während der Entladung wird die Ausgangsspannung der Batterie durch einen hohen Innenwiderstand beeinflusst, der sich auf Geräte oder Systeme auswirkt, die auf die Batterieleistung angewiesen sind. Außerdem wird bei hohen Stromflüssen aufgrund dieser Art von Innenwiderständen Wärme erzeugt; Dadurch entstehen auch Energieverluste und die Batterie wird schneller entladen.

   6. Kaltstartstrom (CCA)

Einer der kritischsten Leistungsparameter von Blei-Säure-Batterien, insbesondere für Automobilzwecke, ist der Kaltstartstrom (CCA). CCA stellt ein Maß dafür dar, wie viel Strom bei niedrigen Temperaturen geliefert werden kann und gibt an, wie lange man diesen Strom aufrechterhalten kann, ohne einen akzeptablen Mindestspannungspegel einzuhalten.

Die erste Leistung einer Batterie veranschaulicht gut, wie eine ziemlich gute Batterie einen Motor unter kalten Bedingungen ankurbeln kann. Batterien mit höheren CCA-Werten leiten mehr elektrischen Strom zum Anlasser und ermöglichen so eine zuverlässige Zündung des Motors, selbst bei anspruchsvollen Wetterbedingungen wie erhöhter Motorölviskosität.

   7. 20-Stunden-Tarif und 10-Stunden-Tarif

Der 20-Stunden-Tarif und der 10-Stunden-Tarif werden zur Messung der Kapazität von Blei-Säure-Batterien über verschiedene Zeiträume verwendet.

„C20“ ist die Entladerate einer Blei-Säure-Batterie für 20 Stunden. Diese Rate bezieht sich auf die Menge an Kapazität oder Energie, die benötigt wird, um 20 Stunden lang einen gleichmäßigeren Strom zu liefern und dabei die gegebene Spannung beizubehalten. Dies ist vor allem bei der Bestimmung der Kapazität von zyklenfesten Blei-Säure-Batterien der Fall, deren Anwendungen über einen langen Zeitraum anhaltend niedrigere Ströme erfordern.

Ebenso misst der 10-Stunden-Tarif, der als „C10“ bezeichnet wird, die Batteriekapazität über einen Entladezeitraum von 10 Stunden. Ein solcher Tarif wird hauptsächlich bei kleineren Blei-Säure-Batterien angewendet. Es kann anzeigen, wie effektiv oder ineffizient die Batterie ist, wenn sie in Anwendungen eingesetzt wird, die höhere Entladeraten im Vergleich zur 20-Stunden-Rate erfordern.

Solche Tarife standardisieren die Messung und Meldung von Batteriekapazitäten, sodass Verbraucher und Hersteller unter Berücksichtigung ihrer Anforderungen fundierte Entscheidungen hinsichtlich der Batterieauswahl treffen können. Obwohl einige Batterien höhere Entladungen mit schnelleren Raten vertragen, wirkt sich dies außerdem auf ihre Kapazität aus, da sie von Faktoren wie dem Innenwiderstand und chemischen Prozessen innerhalb der Batterie abhängt.

   8. Float-Leben und Zyklusleben

Die Erhaltungs- und Zyklenlebensdauer sind Schlüsselindikatoren für die Haltbarkeit von Bleisäure und spiegeln deren Leistung und Langlebigkeit unter verschiedenen Betriebsbedingungen wider.

Float-Leben: Von der Erhaltungslebensdauer spricht man, wenn eine Blei-Säure-Batterie im Erhaltungsladezustand zuverlässig und ohne nennenswerte Verschlechterung betrieben werden kann. Bei der Erhaltungsladung behält die Batterie ihre Verbindung zu einer kontinuierlichen Erhaltungsladung bei niedrigerer Spannung, behält aber weiterhin ihren Ladezustand bei. Schwebendes Leben wird für Anwendungen benötigt, die eine sichere und stabile Stromquelle erfordern, wie z. B. Standby-Backup-Systeme und Notbeleuchtung. Die aussagekräftigere Float-Lebensdauer zeigt, wie lange die Batterien einen längeren Standby-Betrieb vertragen und dabei ihre Kapazität und Leistung beibehalten.

Zyklusleben: Unter der Zyklenlebensdauer versteht man die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen, die eine Blei-Säure-Batterie überstehen kann, ohne dass ihre Kapazität merklich nachlässt. Dieser Parameter ist bei Anwendungen nützlich, die häufige Zyklen erfordern, wie z. B. die Speicherung erneuerbarer Energien und Elektrofahrzeuge. Eine höhere Zyklenlebensdauer zeigt die Toleranz gegenüber wiederholten Lade- und Entladezyklen an, während die Kapazität und Leistung einer Batterie erhalten bleibt. Tiefergehende Entladungen als empfohlen wirken sich auf die Lebensdauer aus.

Das Wissen über die Erhaltungs- und Zyklenlebensdauer hilft den Benutzern bei der Auswahl von Blei-Säure-Batterien, die ihren spezifischen Anwendungsanforderungen entsprechen. Das Ausbalancieren der Erhaltungs- und Zyklenlebensdauer ist wichtig für die Optimierung der Betriebslebensdauer und Effizienz der Batterie in verschiedenen Szenarien.

   9. Sicherheitsleistung

Sicherheit ist ein wesentlicher Leistungsfaktor bei Blei-Säure-Batterien im Vergleich zu anderen, weniger anfälligen unterschiedlichen Batteriechemien hinsichtlich thermischem Durchgehen. Dennoch stellen Blei-Säure-Batterien Sicherheitsaspekte dar:

1. Begasung und Belüftung: Beim Laden produzieren die Blei-Säure-Batterien Wasserstoff und Sauerstoff. In schlecht belüfteten oder geschlossenen Räumen sammeln sich diese Gase an, was ein Explosionsrisiko darstellt. Es wäre am besten, eine ausreichende Belüftung zu verwenden, um dieses Gas abzuleiten, ohne dass ein Explosionsrisiko besteht.

2. Säureaustritt: Blei-Säure-Batterien enthalten Schwefelsäure als Elektrolyt, daher kann es bei Schäden am Batteriegehäuse zu Undichtigkeiten kommen. Dies birgt auch die Gefahr von Verätzungen sowie mögliche Umweltgefahren.

3. Überladung: Beim Überladen entsteht mehr Gas, was zu Elektrolytverlust, Überhitzung und möglicherweise einer Beschädigung der Batterie führt. Unbeabsichtigte Kurzschlüsse aufgrund von Schäden oder internen Fehlern führen zu Hitzeentwicklung, Elektrolytspritzern und möglichen Bränden.

4. Wartung: Ein Batterieausfall kann auf unsachgemäße Handhabung, einschließlich der Zugabe von nicht destilliertem Wasser oder falscher Lademethoden, Gasfreisetzung oder Säureaustritt, zurückzuführen sein.

Durch die richtige Handhabung, Wartung und Lagerung sowie die Einhaltung der Herstellerrichtlinien können Sicherheitsbedenken im Zusammenhang mit Blei-Säure-Batterien verringert werden.

   10. Temperatureigenschaften

Die Temperatureigenschaften haben großen Einfluss auf die Leistung von Blei-Säure-Batterien. Bei unterschiedlichen Temperaturen zeigen diese Batterien unterschiedliche Verhaltensweisen: Lade- und Entladeeffizienz: Kaltes Wetter behindert chemische Reaktionen innerhalb der Batterie in kurzer Zeit. Diese reduzierten chemischen Reaktionen führen zu einer schlechten Lade- und Entladeeffizienz der Batterie. Erhöhte Temperaturen können diese Reaktionen beschleunigen und den Kapazitätsverlust beschleunigen.

●Selbstentladung: Unter extremen Umgebungsbedingungen können hohe Temperaturen die Selbstentladungsrate eines Akkus beschleunigen, sodass dieser im Leerlauf schneller Energie verliert. Dies ist besonders relevant bei Anwendungen, die eine lange Batteriespeicherung erfordern.

●Elektrolyt: Extreme Temperaturen können die Viskosität von Elektrolyten beeinflussen und den Ionenfluss verringern, wodurch die Gesamtleistung der Batterie verringert wird.

●Lebenszyklus: Der Betrieb von Blei-Säure-Batterien bei extremen Temperaturen, insbesondere bei hohen Temperaturen, beschleunigt den Alterungsprozess und verkürzt die Lebensdauer der Batterie.

Ein ordnungsgemäßes Temperaturmanagement, wie z. B. Isolierung oder Belüftung während der Kühllagerung oder des Heißbetriebs, würde eine optimale Leistung der Blei-Säure-Batterie gewährleisten und ihre Betriebslebensdauer verlängern.

   11. HE-Standard

Der japanische Industriestandard (JIS) für Blei-Säure-Batterien, hauptsächlich JIS D5301, definiert Anforderungen und Spezifikationen für Autobatterien, die üblicherweise in Fahrzeugen verwendet werden. Die Norm deckt verschiedene Aspekte ab, darunter Abmessungen, Leistungsmerkmale, Kennzeichnung und Prüfmethoden.

JIS D5301 definiert Parameter wie Kapazität, Kaltstartleistung, Reservekapazität und Innenwiderstand. Außerdem werden Kennzeichnungsanforderungen aufgeführt, um Verbrauchern Informationen über die Leistungsfähigkeit einer Batterie zu geben.

Dieser Standard ist harmonisch, da er die Qualität der in Japan hergestellten und verkauften Autobatterien gewährleistet, sodass Verbraucher fundierte Entscheidungen treffen und die Kompatibilität mit ihren Fahrzeugen sicherstellen können. Diese Richtlinien werden von Herstellern befolgt, die Batterien herstellen, die die festgelegten Leistungs- und Sicherheitskriterien erfüllen. Die Einhaltung des JIS-Standards verbessert die Batteriezuverlässigkeit, unterstützt Branchenvorschriften und trägt zum reibungslosen Funktionieren von Fahrzeugen bei, indem standardisierte Batterien mit durchgehend gleichbleibender Leistung angeboten werden.

   12. Ein Standard

Die EN (Europäische Norm) legt die Verwendung von Blei-Säure-Batterien in Autostartern fest. Es enthält einige Designparameter, Leistung, Sicherheit sowie die Kennzeichnung einer Batterie.

Unter dem Titel EN 50342 werden Parameter wie Kapazität, Kaltstartleistung, Reservekapazität sowie Anschlussabmessungen beschrieben. Außerdem werden Testmethoden aufgeführt, um diese zu bewerten, damit sie bei verschiedenen Batteriemarken konsistent und genau sind.

Mit der Norm soll sichergestellt werden, dass die Qualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit von Starterbatterien auf diesem Markt erreicht wird. Die Einhaltung der EN 50342 ermöglicht es Herstellern, Batterien herzustellen, die festgelegten Leistungs- und Sicherheitskriterien entsprechen, wodurch das Vertrauen der Verbraucher gestärkt und die Kompatibilität mit Fahrzeugen gewahrt bleibt. Die Einhaltung der EN-Norm unterstützt behördliche Anforderungen und steigert die Effizienz des Fahrzeugbetriebs durch die Bereitstellung standardisierter Batterien mit konsistenten Leistungsmerkmalen.

Das Fazit

Blei-Säure-Batterien bleiben aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften und Leistungsparameter weiterhin relevant. Von der Nennspannung und Kapazität bis hin zu ihrer Sicherheitsleistung und ihren Temperatureigenschaften haben sie ihre Zuverlässigkeit, ihren Nutzen und ihre Vielseitigkeit unter Beweis gestellt. Unabhängig davon, ob sie in Fahrzeugen, Notstromsystemen oder anderen Anwendungen eingesetzt werden, ist das Verständnis dieser Parameter für die Maximierung der Effektivität und Langlebigkeit von entscheidender Bedeutung. Mit fortschreitender Technologie werden sich Blei-Säure-Batterien höchstwahrscheinlich weiterentwickeln und in der Welt der Energiespeicherung bestehen bleiben.