Reihen- und Parallelschaltung von Akkus

Hallo,

bei Reihenschaltungen von Akkus ist Symmetrie ganz wichtig. Also möglichst immer nur Akkus gleicher Kapazität in Reihe schalten, sonst passiert es schnell, dass ein Akku, bzw. eine Zelle, als erste(r) leer ist und dann statt eines Entladestroms mit einen tödlichen umgepolten Ladestrom beaufschlagt wird. Dabei ist natürlich die tatsächliche Kapazität maßgeblich, nicht die auf dem Gehäuse aufgedruckte. Um die erforderliche Symmetrie so gut wie möglich zu gewährleisten, sollte man für Serienschaltungen daher nur nagelneue und völlig gleichartige, voll aufgeladene Akkus verwenden.

Parallelschaltungen sind an sich unkritisch, solange keine defekten Akkus parallel zu intakten geschaltet werden (Zellenkurzschluss, erhöhte Selbstentladerate). Symmetrie stellt sich bei Parallelschaltungen ganz von selbst ein.

Grüße, Tom

Wenn man den 80Ah-Block entlädt, kommt es genau zu den beschriebenen Problemen.

Grüße, Tom

Der grundsätzliche Unterschied im Aufbau liegt im Innenwiderstand einerseits und der Zyklenfestigkeit andererseits begründet.

--> Starterbatterien müssen große Ströme zur Versorgung eines Motor- Anlassers bereitstellen können. D.h., ihre Klemmenspannung darf auch bei großen Lasten nicht übermäßig zusammenbrechen, was einen niedrigen Innenwiderstand erfordert. Ein niedriger Innenwiderstand wird durch viele dünne Elektroden mit sehr großer Oberfläche gewährleistet. Großflächige Platten neigen leider zu erheblicher räumlicher Vergrößerung bei fortschreitender Entladung, wodurch bei zyklischer Belastung ständig große Zerr- und Verformungskräfte auf die Platte wirken, welche die Platten beschädigen und die Kapazität rasch abfallen lassen.

Vorteile:

• Höchste Entlade- und Ladeströme möglich, zumindest zu Beginn von Entladung und Ladung.

Nachteile:

• Schneller Kapazitätsverlust bei zyklischer Verwendung.

--> Bleiakkus für Versorgungszwecke sind für zyklische Belastungen ausgelegt. Dazu sind sie mit wenigen recht dicken Elektroden kleiner Außenabmessungen versehen, deren Größenänderung bei zyklischer Beanspruchung geringer ist, damit sie zyklischer Beanspruchung länger standhalten können. Eine unerwünschte Nebenwirkung ist, dass wegen der kleineren Plattenoberfläche der Innenwiderstand höher ist, wodurch bei Entnahme hoher Ströme die Spannung stark einbricht. Motoren kann man deshalb nicht damit starten.

Vorteile:

• Zyklenfest, tief entladbar.

Nachteile:

• Deutlich geringere Lade- und Entladeströme möglich als bei Starterbatterien.

Beide Bauformen sind mit fließenden Übergängen herstellbar, je nach dem, was für den jeweiligen Anwendungszweck benötigt wird. So gibt es eine Menge Hybriden und Zwischentypen, die sich mal eher der einen, mal eher der anderen Sorte zuordnen lassen. Eine "Eierlegende-Wollmilchsau" gibt es übrigens nicht: Stets muss man zwischen zwei Vorzügen (geringer Innenwiderstand vs. hohe Zyklenfestigkeit) auswählen, die sich leider gegenseitig ausschließen. Das Beste was man tun kann, ist, für den jeweiligen Verwendungszweck den optimal geeigneten Akku auswählen. Wer mit einer Starterbatterie seine Wohnmobilbeleuchtung betreibt, kann die möglichen hohen Ströme nicht nutzen, muss das Leiden einer viel zu kurzen Lebensdauer jedoch hinnehmen. Umgekehrt kann man bei der Verwendung eines Bleiakkus für Versorgungszwecke als Starterbatterie seinen Motor kaum je starten, kann aber auch nicht deren Zyklenfestigkeit nutzen, weil die bei Verwendung als Starterbatterie nicht gebraucht wird.

Zu "Calcium" (eigentlich ist Kalzium gemeint, aber das klingt ja irgendwie altbacken...): Reines Blei ist zur Verwendung im Bleiakku zu weich. Daher werden hauptsächlich die positiven Platten mit Zuschlagstoffen legiert, um die nötige mechanische Festigkeit zu erhalten. Früher hat man hauptsächlich Antimon für diesen Zweck verwendet, was sich zur Bleihärtung auch sehr gut eignet. Leider neigt Antimon dazu, mit fortschreitendem Ladungsdurchsatz zur negativen Platte zu wandern, wo es dann die Gasungsschwelle herabsetzt. Dadurch beginnt die Gasung nicht erst bei etwa 2,5V Zellenspannung, sondern schon früher, was dann einen Teil des angebotenen Ladestroms zur Elektrolyse verbraucht. Man spricht hier (etwas dramatisiert) von "Antimonvergiftung". Außerdem steigt der Wasserverbrauch der Zellen mit sinkender Gasungsspannung. Man ist, hauptsächlich wegen der Einführung der "Wartungsfreien Starterbatterien" vor 20 Jahren, dazu übergegangen, Antimon durch Kalzium zu ersetzen, was dieses Problem nicht hat. Nunja, dafür handelt man sich mit Kalzium leider andere Probleme ein, deren detaillierte Erläuterung an dieser Stelle aber zu weit führen würde. Nur soviel: Auf Zyklisierung reagieren mit Kalzium legierte Zellen empfindlicher als mit Antimon legierte. Dafür ist der Wasserverbrauch deutlich geringer, was für wartungsfreie Batterien notwendig ist.

Fazit: "Calcium"-Technologie ist eher ein Marketingbegriff und als Bestandteil wartungsfreier Batterien notwendig, als das irgendwelche leistungssteigernden Wirkungen dahinter stecken.

Ob man für eine Scherenarbeitsbühne Starterbatterien oder Akkus für Versorgungsanwendungen verwendet, hängt also hauptsächlich von der Höhe der Stromaufnahme des Motors der Hydraulikpumpe der Arbeitsbühne ab. Ich würde mal so sagen: Nimmt der Motor mehr als 0,5C auf, das wäre bei einem 100Ah-Akku mehr als 50A, dann empfehlen sich Starterbatterien, damit auch vollschlanke Bubis wie ich sicher hochgewuchtet werden und der Bühne nicht mittendrin die Kraft ausgeht. Sollen die Akkus dagegen auch mal tiefer entladen werden können, ohne gleich kaputt zu gehen, sollte man nach Akkus für Versorgungszwecken schauen, oder am besten nach Mischtypen, die beides einigermaßen leidlich können.
Die Frage, ob man als Elektrolyten im Akku flüssige Batteriesäure, oder in Glasvlies aufgesogene Batteriesäure (AGM -> absorbed glas mat), oder mit Kieselgur eingedickte Batteriesäure (Gel) verwendet, spielt für die oben gemachten Überlegungen dagegen kaum eine Rolle, sondern eher dann, wenn Bleiakkus auch lageunabhängig verwendet werden sollen, ohne auszulaufen.

Grüße, Tom

"Nimmt der Motor mehr als 0,5C auf, das wäre bei einem 100Ah-Akku mehr als 50A, dann empfehlen sich Starterbatterien"

"definitiv 24 Volt und einem 3 KW"

" Akkus mit einer Kapazität von 200 Ah bis 250 Ah"

DAS ist also mal klar
genau an der Schwelle

btw... wie siehts aus mit LiFePo ??
Klar sind die Teurer, aber damit schaffst auch viele probleme aus dem Weg.
Die Packs könnten entweder kleiner Dimensioniert werden, oder die Kapazität (Laufzeit der Bühne) erhöht werden.
Bei denen kann man wirklich die aufgedruckte kapazität entnehmen!!!
Zyklenfestigkeit wesentlich grösser.
Das geringe Gewicht kann natürlich auch ein Nachteil sein, wenn die Bühne den tiefen Schwerpunkt benötigt, um sicher zu stehen!!!
Ausserdem muss zwingend ein Tiefentladeschutz verbaut werden.

Tja... Besondere ladetechnik brauchts da nicht.
Den Preis kann man natürlich über die Haltbarkeit (weniger Ausfall des Arbeitsgerätes durch weniger häufigen batteriewechsel) schmackhaft machen.

wie schon erwähnt... bei 125A bist mit dem 250Ah Akku grad an der 0,5C Schwelle.
Somit irgendwo zwischen Starter und Versorgerbatterie
Also grad bei dem "Nicht Fleisch nicht Fisch"

Zitat von Staplerfahrer

Erklär mir doch bitte mal genauer, was es mit diesem C0,5 auf sich hat

C steht für die Nennkapazität. Bei C 0,5 entlädtst Du also mit einem Strom in der Höhe der halben Nennkapazität. (Nicht berücksichtigt sind dabei teils beträchtliche Kapazitätsverluste infolge Alterung - oder aber wenn ab Hersteller noch nie das "drin war", was vorn draufsteht.) Der Wert "C" ist also mit etwas Vorsicht zu genießen.
Grüße, Martin

Zitat von Staplerfahrer

Starterbatterie

Wird Dir bei Dauerbetrieb sehr wenig Freude bereiten. Sie ist nämlich für sehr hohe Ströme über wenige Sekunden ausgelegt. (Nicht fürs Entladen gedacht) Ich hänge meine regenerierten Starterbatterien an eine USV, wo sie dann eventuell irgendwann einmal "ran" müssen. ansonsten werden sie nur gepuffert und sind in Bereitschaft. Aber es gibt sog. "Rundzellen", die die Vorteile beider Systeme vereinigen - ein Kompromiss also.
Grüße

Genau DAS ist das problem..... mit 0,5C brauchst wegen der hohen Stromaufnahme schon fast eine Starterbatterie, die will aber nicht tief entladen/Zykisch beansprucht werden.
Eine Versorgerbatterie, wird bei 0,5C aber schon wieder an den Grenzen der Stromentnahme sein!!! (Spannungseinbruch bei längerem Orgeln des Hydro-Motors)

Möglichkeit: Batteriekapazität erhöhen.... wenn du z.B. 500Ah hast, sind es nur noch 0,25C

Problem: Kein Platz für diese Blöcke in der Bühne, längere Ladezeit und um das Geld kriegst auch bald 125AH LiFePo

Weil der Strombedarf genau an der Schwelle liegt und gleichzeitig zyklische Qualitäten gefordert sind, wird es auf einen Akku-Mischtyp hinauslaufen. Also ein Akku, der zyklisch belastbar ist und gleichzeitig hohe Ströme bereitstellen kann. Wie erwähnt, gibt es die Eierlegende Wollmilchsau nicht, also wird ein solcher Akku unter hoher Last weniger stabil sein als eine Starterbatterie und zyklisch weniger robust als ein reinrassiger Versorgungsakku. Dafür kann er aber beides leidlich gut, so dass hiermit letztlich der optimale Kompromiss gefunden wäre. Solche Akkus wären z.B. die Yellow-Top's von Optima (Johnson-Controls), oder auch die Running-Bull Serie von Banner.

Grüße, Tom

Nur das übliche: Batterien nicht zu tief zyklisieren und regelmäßig voll aufladen.

Grüße, Tom