Bleisäure-Batterieladeverfahren

Blei - Säure - Akkus: Energieumwandlung und Lademethoden

Ein Blei - Säure - Akku dient als Speichermedium für chemische Energie, die bei Bedarf in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Der Prozess der Umwandlung von chemischer in elektrische Energie wird als Laden bezeichnet, während der umgekehrte Prozess, bei dem elektrische Energie zurück in chemische Energie umgewandelt wird, als Entladen bekannt ist. Während der Ladephase fließt ein elektrischer Strom durch den Akku, getrieben durch die zugrunde liegenden chemischen Reaktionen im Inneren des Akkus. Der Blei - Säure - Akku verwendet hauptsächlich zwei primäre Lademethoden: Spannungsladung und Stromladung.

Spannungsladung

Die Spannungsladung ist die am häufigsten verwendete Methode zur Ladung von Blei - Säure - Akkus. Diese Methode bietet mehrere Vorteile, wie z.B. die Reduzierung der gesamten Ladezeit und die Steigerung der Kapazität des Akkus um bis zu 20%. Allerdings gibt es einen Kompromiss: eine Abnahme der Ladeeffizienz von etwa 10%.

Bei der Spannungsladung bleibt die Ladespannung während des gesamten Ladezyklus konstant. Am Anfang des Prozesses, wenn der Akku entladen ist, ist der Ladestrom relativ hoch. Je mehr der Akku geladen wird, desto höher wird seine Gegenstromspannung (Gegenspannung). Folglich nimmt der Ladestrom mit der Zeit ab, da der Akku sich seinem vollständig geladenen Zustand nähert. Diese dynamische Beziehung zwischen Ladespannung, -strom und den internen Eigenschaften des Akkus stellt sicher, dass der Akku effizient geladen wird, während das Risiko einer Überladung oder Beschädigung minimiert wird.

Vorteile der Spannungsladung

Einer der Hauptvorteile der Spannungsladung ist ihre Flexibilität, Zellen mit unterschiedlichen Kapazitäten und verschiedenen Entladezuständen zu akkommodieren. Diese Methode ermöglicht das gleichzeitige Laden mehrerer Zellen, ohne dass deren Eigenschaften genau aufeinander abgestimmt sein müssen. Darüber hinaus, obwohl der Ladestrom am Anfang des Prozesses hoch ist, ist diese Hochstromphase relativ kurz. Daher verursacht sie keine signifikante Schädigung der Zellen und gewährleistet ihre Haltbarkeit und Sicherheit.

Während der Ladevorgang dem Abschluss nahekommt, nimmt der Ladestrom allmählich ab und nähert sich Null. Dies tritt ein, weil die Spannung des Akkus schließlich fast gleich der Spannung des Versorgungsschaltkreises wird, was den Spannungsunterschied beseitigt, der den Stromfluss antreibt.

Stromladung

Bei der Stromladung werden die Batterien in Serie geschaltet, um Gruppen zu bilden. Jede Gruppe wird dann über Widerstandsregler an eine Gleichspannungsversorgung angeschlossen. Die Anzahl der Batterien in jeder Gruppe wird durch die Spannung des Ladeschaltkreises bestimmt, wobei vorausgesetzt wird, dass die Spannung des Ladeschaltkreises nicht weniger als 2,7 Volt pro Zelle betragen sollte.

Während der gesamten Ladedauer wird der Ladestrom auf einem konstanten Niveau gehalten. Da die Batteriespannung während des Ladevorgangs zunimmt, wird der Widerstand im Schaltkreis reduziert, um sicherzustellen, dass der Strom unverändert bleibt. Um Probleme wie übermäßiges Gasen oder Überhitzung zu vermeiden, wird der Ladevorgang oft in zwei deutlich voneinander abgrenzbare Phasen durchgeführt. Eine erste Phase besteht darin, die Batterien mit einem relativ hohen Strom zu laden, gefolgt von einer Endphase mit einem niedrigeren Strom, um einen besser kontrollierten und effizienteren Ladezyklus zu gewährleisten.

Details der Stromladungsmethode

Bei der Stromladungsmethode wird der Ladestrom in der Regel auf etwa ein Achtel der Amperrate des Akkus eingestellt. Dieser spezifische Stromwert hilft, einen ausgewogenen und sicheren Ladevorgang zu gewährleisten. Während der Akku geladen wird, wird die überschüssige Spannung vom Versorgungsschaltkreis über den in Reihe geschalteten Widerstand im Ladeschaltkreis abgegeben.

Beim Anschließen von Batteriegruppen zum Laden muss sorgfältig auf die Konfiguration geachtet werden. Das Ziel ist es, die Verbindungen so zu gestalten, dass der Energieverbrauch durch den Reihenwiderstand minimiert wird. Dies verbessert nicht nur die Gesamteffizienz des Ladungssystems, sondern reduziert auch unnötige Energieverluste.

Was den Reihenwiderstand selbst betrifft, so ist dessen Stromtragfähigkeit von entscheidender Bedeutung. Sie muss gleich oder größer als der erforderliche Ladestrom sein. Wenn diese Anforderung nicht erfüllt wird, kann es zur Überhitzung des Widerstands kommen, was letztendlich zu seiner Zerstörung und zum Stören des Ladevorgangs führen kann.

Darüber hinaus ist es bei der Auswahl von Batterien für eine Ladegruppe entscheidend, dass sie die gleiche Kapazität haben. In Fällen, in denen Batterien unterschiedlicher Kapazitäten zusammen geladen werden müssen, sollten sie nach der Batterie mit der geringsten Kapazität gruppiert und verwaltet werden. Diese Praxis verhindert Probleme wie Über- oder Unterladung einzelner Batterien innerhalb der Gruppe und schützt damit die Leistung und Lebensdauer jeder Batterie.