Nur wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen kommt, ist E-Mobilität auch sauber. Die Energiewende ohne gute Batterien als Zwischenspeicher ist daher nicht möglich. Mit dem »Torkel 900« von Megger prüft man die Gesamtkapazität von Batteriespeichern.
Die Batteriekapazität
Batterieanlagen dienen als Zwischenspeicher für erneuerbare Energiequellen aber auch als Notstromreserve in kritischen Einrichtungen wie Umspannwerken, Krankenhäusern oder IT-Zentren. Je nach projektierter Aufgabe muss sie in der Lage sein, selbst nach Jahrzehnte langer Inaktivität in wenigen Sekundenbruchteilen ihren gespeicherten Strom über einen definierten Zeitraum konstant abzugeben. Das definiert ihre Leistungsfähigkeit, die Batteriekapazität. Die Kapazität ist die Multiplikation des Stromes (A) mit der in Stunden (h) angegebenen Zeit: die Amperestunde (Ah). Hier sind nun die Angaben des Herstellers maßgeblich, denn sie geben den Nennwert der Batteriekapazität vor.
Bekanntlich wird der Strom in einer Batterie chemisch gespeichert. Dieser Prozess ist jedoch empfindlich und sehr störanfällig. Mit der Zeit, und abhängig von Behandlung und Lagerung, nimmt die Kapazität mehr oder weniger schnell ab. Faktoren wie Alter, Temperatur und Auslastung spielen hier also eine wichtige Rolle. Und auch das Know-how des Anlagenbetreibers! Ungleichmäßige Ladungsniveaus, korrodierte Klemmbolzen und interne Verbindungen, eine ungünstige Umgebungstemperatur oder eine schlechte Belüftung verkürzen die Lebensdauer einer Batteriezelle beträchtlich. Unter günstigen Umständen leistet eine gute Batterie durchaus 20 Jahre zuverlässig ihren Dienst. Unter ungünstigen Umständen bricht die Kapazität von Batteriezellen sehr viel schneller als ursprünglich projektiert ein. Daher muss jede Batterieanlage permanent sehr sorgfältig überwacht werden. Ein Kapazitätstest empfiehlt sich einmal pro Jahr und immer vor Ablauf der Garantie der Batterieanlage. Dieser Aufwand lohnt sich: Sobald sich die Lebensdauer der sehr teuren Batterieanlage durch den Kapazitätstest nur um ein Jahr verlängert, haben sich die Anschaffungskosten für den »Torkel 900« ausgezahlt.
Der Kapazitätstest
Batterieanlagen kann man vielfältig überwachen. Zum Beispiel prüft man mit einem Voltmeter die Zellspannung. Oder auch ihren inneren Widerstand, die Impedanz jeder einzelnen Zelle. Man kann auch die Säuredichte und die Säuretemperatur messen. Auch die Sichtprüfung ist gerade bei Batterien sehr aufschlussreich. Das sind alles wichtige und empfohlene Prüfungen. Jedoch muss man dabei jede einzelne Zelle prüfen. Stück für Stück. Das ist nicht nur mühselig, es ist auch gefährlich, da eine Batteriezelle aufgrund ihrer hohen Energiedichte auch explodieren kann. Ohne warnende Ankündigung! Niemand sollte sich dann in ihrer Nähe aufhalten. Und mit keiner dieser Messungen ist in nur einem Prüfzyklus eine zuverlässige Aussage über die Ladekapazität der Gesamtanlage möglich. Daher ist der Kapazitätstest so enorm wichtig.
Der TORKEL 900 prüft die Kapazität der Batterieanlagen, die als Zwischenspeicher für die Energiewende unentbehrlich sind. (Bild: Megger GmbH)
Der »Torkel 900« ist ein intelligenter Lastwiderstand
Im Grunde handelt es sich bei dem »Torkel 900« um nichts weiter als einen großen Widerstand, der eine adäquate Belastung für die Batterieanlage simuliert. Daher wird der »Torkel 900« als »Battrielastsimulator« bezeichnet. Allerdings ist er ein intelligenter Lastwiderstand, weil er seinen Lastwiderstand während eines Kapazitätstests elektronisch nachregelt. Das ist notwendig, weil die Spannung der Batterie beim Entladetest kontinuierlich abnimmt. Dadurch würde auch der Strom abnehmen. Der allerdings muss über den Testverlauf konstant hoch bleiben. Der Strom bleibt konstant wenn, nach dem Ohm’schen Gesetz I = U : R, der Lastwiderstand analog zur abnehmender Spannung entsprechend abnimmt. Genau dafür sorgt der »Torkel 900«. Er regelt den Lastwiderstand nach Bedarf ab. Dabei darf die sogenannte »Entladeschlussspannung« der Batterie nicht unterschritten werden. Die Entladeschlussspannung ist ein wichtiger Kennwert für Batterien. Wird die Entladeschlussspannung unterschritten, nimmt die Batterie unweigerlich Schaden. Daher wird auch die Entladeschlussspannung vom »Torkel 900« überwacht. Am Ende des Kapazitätstest ist eine zuverlässige Aussage darüber möglich, ob die Batterieanlage ihren Strom (A) in den Herstellerangaben definiertem Zeitraum (h) tatsächlich wie geplant abgibt und so ihre projektierten Aufgaben erfüllen kann. Der Prüfaufbau ist einfach und geht schnell von der Hand. Man verbindet den »Torkel 900« lediglich mit Plus und Minus der Batterieanlage.
Der Kapazitätstest sollte auch stets vor dem Ablauf der Garantie der Anlage durchgeführt werden. (Bild: Megger GmbH)
Autark arbeiten
Anschaffungskosten und Transport für einen externen PC sind für den Betrieb nicht notwendig. Das ist wichtig für das schnelle, einfache Handling. Und auch alle Prüfergebnisse werden im Gerät dauerhaft gespeichert. Das ist wichtig bei der Wiederholungsprüfungen oder zum Vergleich mit baugleichen Anlagen. Dadurch werden sehr effizient Trends im Lebenszyklus der Batterien ermittelt. Die Ergebnisse werden in Form von Entladekurven als Grafik dargestellt und hinterlegt. »Torkel 900« speichert alle wichtigen Messwert für Strom und Spannung in Abhängigkeit von der Zeit.
BVM – Das Battery Voltage Monitoring System
An jeder Zelle wird dazu der Datenlogger BVM einfach und schnell mit einer Klemme befestigt. (Bild: Megger GmbH)
Bis jetzt ist aber noch keine Aussage über den Zustand der einzelnen Zellen möglich. Oft gibt es schwache Zellen in der Batterieanlage, die Ihre Aufgabe zwar gerade noch erfüllen, aber bald ersetzt werden müssen. Diese Aufgabe übernimmt das BVM von Megger. BVM ist ein Datenlogger, mit dem die Klemmenspannung von jeder einzelnen Zelle während des Kapazitätstest in definierten Zeitintervallen überwacht, registriert und dokumentiert wird. An jeder Zelle wird dazu der Datenlogger BVM einfach und schnell mit einer Klemme befestigt.
Zeigt die Kennlinie der Spannung in einer Zelle ein auffälliges Verhalten, wird während des Kapazitätstest die kritische Zelle sofort identifiziert und beurteilt. Steht eine kritische Zelle sogar kurz vor der Explosion, bricht »Torkel 900« den Kapazitätstest sofort ab. BVM erkennt unmittelbar, ob sich der Kapazitätstest überhaupt lohnt, wenn sich bereits zu Beginn einzelne Zelle auffällig verhalten und so das gesamte Testergebnis wertlos machen. Und schließlich kontrolliert BVM gemeinsam mit »Torkel 900« das Wiederaufladen der Batterie mit dem angeschlossenen Ladegleichrichter, weil die Batterien nach einem Kapazitätstest leer sind. Dabei wird der korrekte Verlauf des gesamten Ladeprozesses überwacht. So kann das System relativ schnell erkennen, ob der kurz zuvor durchgeführte Kapazitätstest eventuell nicht selbst einen Schaden an der Batterie verursacht hat.
BVM schützt das Prüfpersonal
Verheerende Explosionen von Batteriezellen sind keine Seltenheit. (Bild: Megger GmbH)
BVM hat noch eine weitere sehr wichtige Funktion: Er schützt den Prüfer vor der großen Explosionsgefahr, denn er muss während des eigentlichen Kapazitätstest den Batterieraum nicht betreten. Die Explosion einer Zelle kündigt sich nicht an! Es bildet sich vorher kein Rauch, es schlagen keine Funken und man kann auch nichts hören oder riechen. Ohne BVM müsste das Prüfpersonal während des Tests den Batterieraum betreten, und bei jeder einzelnen der zig Zellen die Klemmenspannung manuell prüfen.
Zuverlässige, stationäre Stromspeicher werden immer wichtiger. (Bild: Megger GmbH)
Wetterabhängige, dezentrale Energiequellen ersetzen Zug um Zug unsere zentralen Großkraftwerke. Aber sie benötigen zuverlässige Zwischenspeicher in Form von leistungsfähigen Batterieanlagen. Deren sichere Funktion erfordert erhöhten Aufwand bei der Überwachung. Nur der Kapazitätstest bietet eine zuverlässige Gesamtschau der kompletten Anlage. Daher ist der Kapazitätstest mit dem Torkel 900 die Königsdisziplin unter allen Batterieprüfungen.
So prüft man Batterieanlagen richtig
Im Idealfall einmal pro Monat:
- Visuelle Sichtung der Säuren und (Pb) Laugen (NiCd) auf Treppenbildungen und Niveau
- Visuelle Kontrolle auf korrodierte Verbinder
- Lüftung und Raumtemperatur
Im Idealfall zweimal pro Jahr:
- Batteriegesamtspannung
- Zellen- und Blockspannungen
- Ladestrom im geladenen Zustand zum Erkennen von Thermal Run-Aways
- Überlagerungen durch AC-Ströme und -Spannungen
- Säuredichte der Zellen. (Nicht möglich bei verschlossenen Bleibatterien)
- Säuretemperatur in den Zellen (Nicht möglich bei verschlossenen Bleibatterien)
- Impedanz-Vergleichsmessung
- Last-Funktionsprüfung (30 – 60 Min) mit Originallast
Im Idealfall einmal pro Jahr:
- Schraubverbindungen
- Die »Auto Batterie Prüfung«, bei der die DC-Spannung sinkt
- Kapazitätstest (und vor Ablauf der Garantie)
Weitere Informationen unter: www.megger.com
Quelle: Megger GmbH