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Überlagert

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                                                                                          Wels, am 2017-02-08

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~015_b_PrennIng-a_elektronik-batterien-ueberlagert (xx Seiten)_1a.pdf


44% der in Baumärkten verkauften Starter Batterien sind überaltert
Dabei lässt sich ihre Lebensdauer durch regelmäßiges Nachladen etwa alle 2 Monate problemlos auf 15 Jahre verlängern, wie unser Langzeitselbstversuch bewies.
„Lebenswichtig ist eine kontinuierliche Überwachung der Batteriespannung mindestens alle2 Wochen“, rät er.
Dafür genügt schon ein preiswertes Multimeter aus dem Baumarkt oder besser ein digitaler Spannungsanzeiger für die Bordsteckdose, wie es ihn für rund 20 Euro im Fachhandel gibt.
Zeigt er weniger als 12,4 Volt an, ist Nachladen mit einem Ladegerät angesagt.
Bleibt die Akkuspannung längere Zeit unterhalb von 12,4 Volt, beispielsweise bei Oldtimern, vorübergehend stillgelegten Fahrzeugen oder solchen mit Saisonkennzeichen, setzt die sogenannte Sulfatierung ein.
Bei diesem chemischen Prozess lagert sich kristallisiertes Bleisulfat an den Batterieplatten ab.
Mit zunehmender Sulfatierung sinkt die Ladekapazität der Batterie immer weiter ab, bis sie sich schließlich nicht mehr aufladen lässt.


Was sind die häufigsten Ausfallgründe für Batterien?Neben der Überlagerung ist die sogenannte Tiefenentladung einer der Hauptgründe für einen Ausfall der Batterie.
Bei diesem Vorgang wird die gesamte Kapazität auf einmal entnommen.
Je nach Standzeit des Fahrzeugs steigt in diesem Zustand die Schädigung der Batterie enorm an.
Die Folgen:
Die Leistung sinkt, die Wiederaufladbarkeit geht verloren und die Lebensdauer wird deutlich verringert

Üblicherweise sind die Ausfallgründe:
79 % Tiefentladung
11 % Überlagert
6 % Wartungsmangel
3 % Überladen
300_a_BANNER-x_Bedienungsanleitung StandByBull verschlossen - Techn-Daten_1a.pdf

Autobatterien lassen sich mit Pulser wiederbeleben

Wer seine Batterie besonders lieb hat, kontrolliert und lädt sie nicht nur in regelmäßigen Abständen, sondern kann ihr zusätzlich einen sogenannten Pulser spendieren.
Der kostet im Fachhandel um die 70 Euro, wird an der Batterie montiert und an die beiden Pole angeschlossen.

Durch gleichmäßige, hochfrequente Stromimpulse bilden sich die Kristalle auf den Batterieplatten zurück und die Batterie wird wieder ladefähig:
Ladespannung, Säuredichte und Kälteprüfstrom steigen deutlich messbar an.
Versuchsreihen der Technischen Universität Wien kamen zu dem Ergebnis, dass sich auf diese Weise 86 Prozent der vermeintlichen Schrottbatterien erfolgreich wiederbeleben ließen.

Pulser
In Abständen von 30 Sekunden wird der Blei-Akku für die Dauer von 0,1milli Sekunden impulsartig mit 100 Ampere belastet
ELEKTOR Bleiakku-Aktivator 0..30V

AATiS AS905 Pb-Vitalisierer – Bleiakkus regenerieren Praxisheft 25 Seite 25





Sind Akkus oder Batterien überlager hilft manchmal ein kurzzeitiges Hochstromentladen mit 5C

ACHUNG
Akku dürfen nicht über 45 °C heiß werden.




Erfahrungen mit überlagerten Lithium-Batterien
Lithium-Batterien mit 3.6V Spannung
SAFT Lithium   LS14250 klein    LST14500  3,6V / 2,45Ah

I=U/R = 3,6V/330=11mA


Auf der Suche nach möglichst preiswerten Batterien wurde ich im Katalog der Firma Pollin Electronic [1] fündig.
Dort wurden 7 Jahre überlagerte Lithium-Batterien vom Typ LST14500 der Firma SAFT [2] für einen äußerst günstigen Preis von € 0,75 angeboten:

Die gemessene Leerlaufspannung war 3,69V
Der danach durchgeführten Messung des Kurzschlussstromes folgte Ernüchterung.
Es sind lediglich 20mA, ich wollte den Test schon abbrechen.
Die Kapazität wird mit 2,45Ah angegeben, allerdings bei einem Entladestrom von lediglich 2mA.
Der Dauerentladestrom, der fließen darf, damit die Kapazität zu 50% ausgenutzt wird, beträgt 45mA.
Besonders hervorgehoben wird die geringe Selbstentladerate von 1% pro Jahr.
Diese Angaben waren Grund genug, den Batterien doch noch eine Chance zu geben und einen neuen Entladetest an einem 330Ω-Widerstand zu starten.
Unmittelbar nach dem Anschließen des Widerstandes brach die Spannung auf 1.73V zusammen und sank während der nächsten 6 Minuten kontinuierlich weiter ab, bis sie bei 1.35V ein Minimum erreicht war.
Das  Erstaunen war groß, als die Klemmenspannung danach wieder anfing zu steigen.
Nach 20 Minuten hatte sie den Ausgangswert von 1,7V wieder erreicht und 3 Stunden später lag die Klemmenspannung bereits bei 2,7V.
Als ich die Batterie in diesem Zustand in die Hand nahm und schüttelte, gab es einen Spannungssprung auf 3.18V.
Nach 19 Stunden Entladung lag die Klemmenspannung bei 3,45V, und es flossen kontinuierlich 10mA.
Der Verlauf des Entladetests ist in Abbildung 2 dargestellt.



Abb.2: Entladetest mit einem 330Ω-Widerstand




Abb.3: Entladung bei verschiedenen Strömen



Die Batterie hatte sich offensichtlich „erholt“.
Das bestätigte sich bei kurzen Belastungstests mit geringeren Widerstandswerten.
Mit 39 Ohm  flossen bei 3,03V bereits 78mA und der Kurzschlussstrom erreichte 660mA.
Es schloss sich ein zweiter Entladetest mit unterschiedlichen Belastungen über eine Gesamtdauer von 94 Stunden an.
Die während der beiden Tests entnommene Kapazität war 1,92Ah hochgerechnet.
Der durchschnittliche Entladestrom lag deutlich über den vom Hersteller angegebenen 2mA für die maximale Kapazität.
Somit kann man davon ausgehen, dass die Batterie auch während der langen Überlagerung von 7 Jahren schätzungsweise 80% bis 90% ihrer Soll-Kapazität liefern.
Abbildung 3 zeigt den Verlauf des 2. Entladetests.
Wie lässt sich das Verhalten dieser Batterie erklären?
Die Lösung liegt im Batterietyp.
Es handelt sich dabei um eine Lithium-Thionylchlorid-Batterie (Li-SOCl2). Batterien dieses Typs zeichnen sich durch eine äußerst geringe Selbstentladung und einen erweiterten Einsatztemperaturbereich von -60° bis +85°C aus.
Ein Dokument der Firma Tadiran Batteries merkt folgendes zu den Li-SOCl2-Batterien an [3]:
„Ein Schutzfilm auf der Lithiumoberfl äche bewirkt die ausgezeichnete Lagerfähigkeit von Li-SOCl2-Batterien, da er die Selbstentladung wirkungsvoll unterbindet.
Der Film besteht im wesentlichen aus Lithiumchlorid-Kristallen, die sich bilden, sobald der Elektrolyt bei der Zellenfertigung in Berührung mit der Lithiumanode kommt.
Während der Film langsam wächst, verhindert er mehr und mehr die weitere Reaktion.
Wenn eine äußere Last an die Batterie gelegt wird, können die an der Anodenoberfl äche gebildeten Lithiumionen quer durch den Film wandern, da er genügend Fehlstellen
dafür aufweist.
Wenn der Stromfluss zunimmt, stören die Lithiumionen aufgrund ihrer Bewegung das Ionengitter des Films und bilden Risse oder brechen ihn ganz auf.
Dadurch erhöht sich Schritt für Schritt die Leitfähigkeit des Films.
In der Folge nimmt der Innenwiderstand ab und die Spannung erreicht einen konstanten Wert.
Dieser Anpassungsvorgang dauert normalerweise einige Zeit und verursacht den Spannungssack.“
Damit erklärt sich das Verhalten der Batterie während des ersten Entladeversuchs, der den beschriebenen „Spannungssack“ deutlich zeigte.
Die kristalline Schutzschicht der Elektroden wird vermutlich auch durch mechanische Einfl üsse zerstört, wie das Schütteln der Batterie gezeigt hat.
Sobald die Batterie den beschriebenen Anpassungsvorgang durchlaufen hat, reicht ein geringer Stromfluss aus, um die erneute Bildung der kristallinen Schicht auf der Elektrodenoberfl äche zu verhindern.
Fazit
Die untersuchten Lithium-Thionylchlorid-Batterien eignen sich auch nach einer sehr langen Lagerzeit gut zur Versorgung von elektronischen Baugruppen mit einer Stromaufnahme von weniger als 45mA.
Es ist jedoch empfehlenswert, die Batterien vor ihrem ersten Einsatz durch Entladung über einen Widerstand von ca. 300Ω für eine Zeitdauer von 1 .. 2 Stunden zu konditionieren, damit sie ihre volle Leistung bringen können.
Das Preis-Leistungs-Verhältnis ist unschlagbar.
Die Entladeversuche haben gezeigt, wie wichtig Kenntnisse über Aufbau und Funktionsweise der verwendeten Batterien sind, um sie optimal ausnutzen zu können und eine möglichst lange Standzeit zu erzielen.

Quellen
[1] http://www.pollin.de
[2] http://www.saftbatteries.com/
[3] http://www.tadiranbatteries.de/deu/downloads/lbr06deu.pdf












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