Berechnung der Ladedauer von Bleiakkus

  • Da ja mittlerweile bekannt ist, dass Bleiakkus keine Lineare Ladekurve haben, sondern gegen ende der Ladung weniger Strom aufnehmen,
    ist es nicht einfach festzustellen, wielange eine Vollladung (Ladestrom < 10% Kapazität) in der Praxis wirklich dauert.
    Kann man aus Praxisversuchen (Messungen) eine Kurve festlegen, bzw, eine Kurvenfunktion?
    Ich würde mir gerne eine Exel basteln, wo ich Batteriekapazität, Ladespannung und max. Ladestrom einfügen kann, und mir dann die Zeit bis zur Volladung angezeigt wird.


    Ist sowas Grundsätzlich möglich (zumindest als Richtwert),
    oder in jedem Fall völlig Praxisfremd, und damit unbrauchbar???


    LG:
    Roman

  • Hallo,


    eine wirklich schwierige Frage.


    Die Notwendige Ladezeit schwankt schon deshalb sehr stark, weil die Art der Sulfatbildung hierbei berücksichtigt werden muss. Wenn einem Bleiakku z.B. schnell bei hohem Entladestrom Energie entnommen wird und die folgende Aufladung schon nach kurzer Zeit erfolgt, wird die zur Aufladung benötigte Zeit relativ kurz sein. Umgekehrt, wenn demselben Bleiakku dieselbe Energiemenge sehr langsam entnommen wurde und die Wiederaufladung ggf. auch noch längere Zeit auf sich warten lässt, wird sie erheblich mehr Zeit benötigen. Grund ist jeweils die Struktur des gebildeten Entladeproduktes Bleisulfat: Hohe Entladeströme bilden feines, reaktives Bleisulfat, dass in kurzer Zeit wieder in Blei und Bleidioxid umgewandelt werden kann, niedrige Entladeströme und lange Standzeiten bilden verstärkt große Sulfatkristalle, die entsprechend dem ungünstigeren Verhältnis aus Volumen und Oberfläche inaktiv sind und längere Aufladezeiten benötigen. Wenn man diese Zusammenhänge mit in eine Formel zur Berechnung der benötigten Ladezeit einschließt, sollte sie auch ausreichend genaue Ergebnisse liefern. Allerdings erscheint es mir fraglich, ob man die Variable des - ich nenne es mal so - "Sulfatfaktors" überhaupt praxisgerecht angeben kann.


    Deshalb müsste einer Berechnung der Ladezeit erst einmal die Berechnung des durch die vorausgegangene Entladung verursachten "Sulfatfaktors" vorausgehen, was der ganzen Rechnerei vermutlich jegliche Praxisnähe nimmt. -|-


    Die Genauigkeit einer Ladezeitberechnung wäre natürlich auch noch von einer größeren Menge weiterer Faktoren abhängig, wie z.B. von Akku-Type, Lebensdauer, vorheriger Behandlung, allgemeine Betriebsbedingungen, Selbstentladerate, Temperatur und sicher noch vielem anderen mehr, was man insgesamt nur schwer ermitteln und dann in eine Formel setzen kann, weshalb ich mich der Einfachheit halber mit eher groben Schätzungen begnügen würde. Ich habe das für mich mal so definiert, dass man z.B. durch regelmäßige Beobachtung von Entladestrom- und Spannung ein gutes Gefühl für die verbleibende Restkapazität des Akkus bekommt. Dasselbe gilt auch für die Aufladung. Insofern reicht ein gutes Gerät zur Anzeige von Spannung und Strom in Verbindung mit der Erfahrung des Bedieners eigentlich aus, um genügend genaue Vorhersagen über verbleibende Entladezeit bzw. Aufladezeit zu machen. Für mich haben starre Formeln oder Geräte, die direkte Aussagen über verbleibende Ah bzw. Zeiträume machen eher etwas verwirrendes, da die so erlangten, überraschend konkreten* Aussagen praktisch immer falsch sind und daher in die Irre führen.


    Grüße, Tom


    * Scene aus "Raumschiff Enterprise":


    Cäpt'n Kirk: "Chekov, was wiegt wohl Lieutnant Uhura?" ;)
    Lieutenant Chekov: "Na, ich schätze mal so 55kg..." :huh:
    Mr. Spock: "Das ist nicht ganz richtig Cäpt'n, Lieutnant Uhura wiegt genau 52, 345kg..." 8)
    Cäpt'n Kirk: "Ach...?!" :pinch:

  • Klar... wäre ja auch zu schön wenn einmal was im zusammenhang mit Bleiakkus und deren Ladung einfach und Simpel zu beantworten wäre.


    Okay.....
    Nehmen wir mal an, es handelt sich um Neue (nicht Sulfatierte) Batterien.
    1x 55Ah Säure, Starterbatterie, Ladezustand 80%
    1x 45Ah Säure, Starterbatterie, Ladezustand 80%
    2x 100AH Säure, Solar/Versorgerbatterie, Ladezustand nur noch 40%
    Ladespannung 13,8V Konstant
    max. Ladestrom 140A
    Kabelquerschnitt mehr als ausreichend (zu vernachlässigen)
    Temperatur 35°-40°C
    Könnte man mit diesen Werten rechnen?
    Wenn ja, nach welcher Formel?
    Es geht eben darum, Mit verschiedenen Batteriekapazitäten und Ladeleistungen zu Rechnen, um vernünftige Ladezeiten hinzubekommen.


    LG:
    Roman

  • Könnte man mit diesen Werten rechnen?

    Sicher.


    Zitat

    Wenn ja, nach welcher Formel?

    Bin ich Jesus? Da ich saumäßig schlecht Formeln umstellen kann, beginne ich immer zu rennen, sobald von Formeln die Rede ist. :whistling:


    Zitat

    Es geht eben darum, Mit verschiedenen Batteriekapazitäten und Ladeleistungen zu Rechnen, um vernünftige Ladezeiten hinzubekommen.

    Das hab ich jetzt leider nicht verstanden. Die grundsätzlichen Parameter (Lichtmaschinenstrom und Akkukapazitäten) sind doch bekannt. Das wirksamste Mittel um bei gegebenen Bedingungen kürzestmögliche Ladezeiten zu erhalten, ist noch immer ein möglichst niedriger Widerstand zwischen Lichtmaschine und Akkus, um möglichst hohe Anfangsladeströme zu erreichen.


    Was willst Du da berechnen, um eine Beschleunigung zu erreichen?


    Grüße, Tom

  • Tja, da sind wir schon zu zweit beim Wegrennen von den Formeln. :thumbsup: :thumbsup: :thumbsup:


    Ich will auch nix "Beschleunigen"
    Ich möchte nur mit Vergleichswerten Rechnen.
    z.B. welche Batteriekapazität bekomme ich bei 140A innerhalb von 8 Stunden voll?
    wenn ich höhere Batteriekapazität benötige, welche Leistung ist dann nötig um die vorgegebenen 8 Stunden (über Nacht) zu erreichen
    etc......


    Kann man (Neuwertige, nicht Sulfatierte Akkus mal vorausgesetzt) eine umgekehrt proportionale Kurve annehmen???


    Das soll wie gesagt nix zur Überwachung sein, bzw eine verlässliche vorhersage,
    ich möchte nur ungefähre Anhaltwerte vergleichen können.


    LG:
    Roman

  • Ich möchte nur mit Vergleichswerten Rechnen.
    z.B. welche Batteriekapazität bekomme ich bei 140A innerhalb von 8 Stunden voll?

    Das erste Definitionsproblem bei der Frage nach einer praxisnahen Ladezeit ist ja schon mal der Ladezustand "Voll". Ich hab's hier schon öfter geschrieben, dass "Voll" bei Bleiakkus ein praktisch kaum zu erreichender Zustand ist. Erst recht, wenn nur begrenzte Ladezeiten zur Verfügung stehen - so wie hier - wird man sich vermutlich eher damit beschäftigen, wie man nennenswerte Energiemengen in die Batterie schaufelt, als ewig darauf zu warten, dass die letzten paar Prozent in Schleichfahrt Kurs auf die Batterie nehmen. Daher definiere ich als praxisnahen Wert einer "Vollladung" mal 80 bis 90%. Den Rest überlassen wir alltags mal ganz gelassen der Sulfatierung und laden ihn durch regelmäßige (mindestens monatliche), mehrere Tage(!) dauernde Ladegerätesessions wieder auf. Im Alltag interessieren und die letzten 10 bis 20% aber nicht.


    Jetzt lautet die Frage also: Wie groß darf die Batteriekapazität sein, um bei einem zur Verfügung stehenden Ladestrom von maximal 140A die Batterien in maximal 8 Stunden auf 80 - 90% zu bringen? Es ist klar, dass auch hier das zuvor geschriebene (Sulfatkristallgröße?) maßgeblich ist, sowie natürlich der Ladezuzstand bei Beginn der Ladung. Über letzteres wurde noch nichts geschrieben, aber unter 30% sollte man aus Gründen der Lebensdauer nicht gehen, deshalb setze ich diesen Wert jetzt mal als angenommenen Ausgangszustand fest.


    Ich hatte vor einer Weile mal das Diagramm von Spannungs-, Strom- und Ladungsverlauf eines Optima Red-Top-Akkus hier reingestellt, das kann ich jetzt zur Illustration wiederverwerten:



    Der Akku war von mir zum Zwecke einer Kapazitätzsmessung mit einem Entladestrom von 0,2C komplett entladen worden und wurde nun mit einem 10A-Ladegerät wieder aufgeladen. Da auch der von mir verwendete Lader die Meinung vertritt, dass man einen Bleiakku nicht mehr mehr als 10% seiner Kapazität aufladen sollte - X( - habe ich durch vorgaukeln einer höheren Kapazität "geschummelt", damit der Lader auch seine vollen brachialen :D 10A anwenden konnte. Da der Lader davon ausgeht, dass der Akku voll geladen ist, wenn der Ladestrom 1% der Kapazität unterschreitet (da waren der Lader und ich uns sogar mal einig...), stimmt jetzt der Abschaltpunkt natürlich nicht mehr. Das braucht uns jetzt aber nicht zu interessieren.


    Man erkennt, dass zu Beginn der Ladung der volle Ladestrom von 10A fließt. Entsprechend steigt die grüne Linie (Eingeladene Ah) schön steil an. Nach 30 Minuten sind 5Ah eingeladen. OK, das kann man sogar noch im Kopf nachrechnen... Blöderweise lädt mein Lader nach Abschluss der I-Ladung (Konstantstom) nicht nach der U-Kennlinie (Konstantspannung), sondern nach persönlicher Eingebung des Entwicklers (Dipl.Ing.(FH) Stefan Estner, http://www.akkumatik.de). Insofern dauert die Ladung deutlich länger, als sie bei Anlegen der zulässigen 14,3V gedauert hätte (da hier zyklisch ent- und geladen wurde, wären auch 14,7V bei 20°C zulässig gewesen, aber so genau will ich das an dieser Stelle gar nicht betrachten). Jedenfalls war der Akku nach etwas über 5 Stunden (fast, siehe oben) voll geladen. Ich spare mir an jetzt weiteres Rechnen und gehe davon aus, dass man den Akku auch in 3 bis 4 Stunden aus dem Zustand der vollständigen Entladung bis auf 80 bis 90% hätte aufladen können, wenn Anfangsladestrom und Ladespannung höher gelegen hätten.


    Die eingangs gestellte Frage, welche Akkukapazität man mit zur Verfügung stehenden 140A in max. 8 Stunden wieder aufladen kann, kann man mit Blick auf das gezeigte Diagramm bei einem bzgl. der Ladungsaufnahmefähigkeit änlichen Akku wie dem hier verwendeten so beantwort werden, dass es so etwa 400 bis 500Ah sein werden.


    Zitat

    Kann man (Neuwertige, nicht Sulfatierte Akkus mal vorausgesetzt) eine umgekehrt proportionale Kurve annehmen???

    Umgekehrt proportional zu was?


    Grüße, Tom

  • Umgekehrt proportional zu was?


    Grüße, Tom

    Oh oh... ja klar.
    Umgekehrt Logarithmisch meinte ich eigenlich.
    Das würde ja auch auf die "unendliche" Ladedauer rauslaufen.


    So in etwa, nur eben "umgekehrt"


    Wenn ich mir deine Grafik ansehe, sieht die Ladungskurve (bis zum runterregeln des Ladestroms) ja anfangs ziemlich Linear aus.
    Wird aber daran liegen, dass der Lader eben nicht mehr als 10A liefern konnte??


    Wenn dem so ist, lässt sich mit dieser erkenntnis ja schon einiges anfangen.


    Danke erstmal!!!!

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