Grundlagen und Ladegeräte für Blei-Säure-Batterien

Blei-Säure und versiegelte Blei-Säure-Batterie Ladegerät Katalog 6V, 12V, 18V, 24V, 36V, 48V	OriginalB&B Verschlossene Blei-Säure-Batterien	Autobatterie Häufig gestellte Fragen

SLA-Batterie-Laden

Inhaltsverzeichnis

• Grundlagen
  • Koulometrischer Wirkungsgrad
  • Minimalspannung
  • Zyklische versus Standby-Ladung
  • Temperaturkompensation
• Laden über Nacht
  • Ungeregelte Transformator-basierte Ladegeräte
  • Konstantladung
  • Konstantspannungsladung
  • Konstantstromladung
• Schnellladung
  • Schnellladeoptionen
  • Dreistufen-Ladegeräte

Grundlagen

Blei-Säure-Batterien haben einen langen Weg hinter sich. Sie haben eine unglaubliche Anzahl von Arbeitsstunden in Forschung, Wissenschaft und Fertigungstechnologie hinter sich. Die hohe Spannung, die Robustheit, die Infrastruktur und die niedrigen Kosten werden dafür sorgen, dass sie noch lange im Einsatz bleiben.

Wir haben mindestens 10 Fabriken in China besucht. Eine interessante Sache, die ich gelernt habe, ist, dass man eine verschlossene Bleibatterie nach ihrem Gewicht beurteilen kann. Sie sagten: „Wenn Sie eine billigere Batterie wollen, kein Problem, wir werden einfach dünnere Platten und weniger Blei verwenden.“ Natürlich werden die dünneren Platten schneller versagen und eine geringere Lebensdauer haben. Das ist der Kompromiss. Alle Batteriefabriken in China arbeiten mit der gleichen grundlegenden Gewinnspanne, wenn die Batterie also deutlich billiger ist, wissen Sie jetzt warum. Sie können die Qualität einer verschlossenen Bleibatterie nach ihrem Gewicht beurteilen.

Koulometrischer Wirkungsgrad. Das ist der Wirkungsgrad der Batterieladung, der allein darauf basiert, wie viele Elektronen Sie hineinschieben. Wenn Sie Watt in zu Watt out vergleichen, müssen Sie berücksichtigen, dass die Batterieladespannung höher ist als die Entladespannung der Batterie. Der coulometrische Ladewirkungsgrad von gefluteten Blei-Säure-Batterien beträgt in der Regel 70 %, was bedeutet, dass Sie für jede 100 Amperestunden, die Sie herausholen, 142 Amperestunden in die Batterie stecken müssen. Dies variiert je nach Temperatur, Ladegeschwindigkeit und Batterietyp.

Verschlossene Blei-Säure-Batterien haben einen höheren Ladewirkungsgrad, der je nach Ladespannung über 95 % liegen kann.

Mindestspannung
Alles über 2,15 Volt pro Zelle lädt eine Blei-Säure-Batterie, dies ist die Spannung der Grundchemie. Das bedeutet auch, dass alles unter 2,15 Volt pro Zelle keine Ladung bewirkt (12,9 V für eine 12-V-Batterie). Meistens wird jedoch eine höhere Spannung als diese verwendet, da sie die Ladereaktion zu einer höheren Rate zwingt. Das Aufladen bei der Minimalspannung dauert sehr, sehr lange. Wenn Sie die Spannung erhöhen, um eine schnellere Aufladung zu erreichen, ist die zu vermeidende Spannung die Gasungsspannung, die begrenzt, wie hoch die Spannung gehen kann, bevor unerwünschte chemische Reaktionen stattfinden. Die typische Ladespannung liegt zwischen 2,15 Volt pro Zelle (12,9 Volt für eine 6-Zellen-Batterie mit 12 Volt) und 2,35 Volt pro Zelle (14,1 Volt für eine 6-Zellen-Batterie mit 12 Volt). Diese Spannungen sind geeignet, um eine vollständig geladene Batterie ohne Überladung oder Beschädigung zu betreiben. Wenn die Batterie nicht vollständig geladen ist, können Sie viel höhere Spannungen verwenden, ohne Schaden zu nehmen, da die Ladereaktion Vorrang vor den chemischen Reaktionen einer Überladung hat, bis die Batterie vollständig geladen ist. Aus diesem Grund kann ein Batterieladegerät während der Hauptladephase des Ladezyklus mit 14,4 bis 15 Volt arbeiten.

Die grundlegende Bleibatterie ist uralt und es wurden viele verschiedene Lademethoden verwendet. In den alten Tagen, als es schwierig war, die Spannung genau zu regulieren, waren geflutete Blei-Säure-Batterien wichtig, weil das Wasser ausgetauscht werden kann. Die Blei-Säure-Chemie ist ziemlich tolerant gegenüber Überladung, was es Marketing-Organisationen ermöglicht, zu extrem billigen Ladegeräten zu kommen. Sogar versiegelte Blei-Säure-Batterien können die produzierten Gase recyceln, um Schäden an der Batterie zu vermeiden, solange die Ladegeschwindigkeit langsam ist. Wir bieten eine Reihe von Ladegeräten von preiswert bis sehr anspruchsvoll an, abhängig von den Anforderungen des Kunden, aber alle Ladegeräte, die wir von der Stange verkaufen, sind hochregulierte, anspruchsvolle Ladegeräte, die die Batterie nicht überladen können.
Zyklisches Laden versus Bereitschaftsladen.

Einige Blei-Säure-Batterien werden in einem Standby-Zustand verwendet, in dem sie selten zyklisch geladen werden, aber ständig geladen bleiben. Diese Batterien können sehr langlebig sein, wenn sie mit einer Erhaltungsspannung von 2,25 bis 2,3 Volt/Zelle (bei 25 Grad C) geladen werden (13,5V bis 13,8V für eine 12V-Batterie). Diese niedrige Spannung soll verhindern, dass die Batterie während einer langen Erhaltungsladung Wasser verliert. Diejenigen Batterien, die im Tiefentladungs-Zyklusmodus verwendet werden, können bis zu 2,45 Volt/Zelle (14,7 V für eine 12-V-Batterie) geladen werden, um die höchste Laderate zu erhalten, solange die Spannung auf die Erhaltungsspannung gesenkt wird, wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist.

Spannungstabelle für zyklische Verwendung Laden. Die höheren Spannungen (oberhalb der Begasungsspannung) sollten nur bei gefluteten Batterien verwendet werden, bei denen das Wasser ausgetauscht werden kann:

Batterietemperatur

Ladespannung pro Zelle

Lade Spannung für eine 12-Volt-Batterie

Gasspannung pro Zelle

Gasspannung für eine 12-Volt-Batterie

-20 °C *

2.67 bis 2,76

16,02 bis 16.56

2.97

17.82

-10 °C *

2.61 bis 2.70

15.66 bis 16.2

2.65

15.9

0 ° C *

2.55 bis 2,65

15,3 bis 15,9

2,54

15,24

10 °C

2,49 bis 2,59

14,94 bis 15,54

2.47

14.82

20 °C

2.43 bis 2.53

14.58 bis 15.18

2.415

14.49

25 °C

2.40 bis 2.50

14.40 bis 15.00

2.39

14.34

30 °C

2.37 bis 2.47

14.22 bis 14.82

2.365

14.19

40 °C

2,31 bis 2,41

13,86 bis 14,46

2,33

13,98

50 °C

2,25 bis 2.35

13,5 bis 14,10

2,30

13,8

Spannungstabelle für das Laden im Standby-Betrieb:

Batterietemperatur	Ladespannung pro Zelle	Ladespannung für 12V Batterie	Gasspannung
-30 °C *	2.44	14,6
-20 °C *	2,34 bis 2.38	14,04 bis 14,28	2,97
-10 °C *	2,32 bis 2,37	13,92 bis 14,22	2,65
	0 °C	2.30 bis 2,35	13,8 bis 14,1	2,54
10 °C	2,28 bis 2,33	13,68 bis 13,98	2.47
20 °C	2,26 bis 2,31	13,56 bis 13,86	2,415
	25 °C	2,25 bis 2,30	13.5 bis 13,8	2,39
30 °C	2,24 bis 2,29	13,44 bis 13,74	2,365
40 °C	2,22 bis 2.27	13,32 bis 13,62	2,33
50 °C	2,20 bis 2,25	13,2 bis 13,5	2.30

* Beachten Sie, dass eine vollständig entladene Batterie bei etwa 0 °C fest gefriert, eine vollständig
geladene Batterie friert bei etwa -72 °C. Aus diesem Grund kann eine entladene Batterie bei Minusgraden nicht mehr geladen werden.

Ungeregelte Ladegeräte auf Trafobasis

Dies sind die absolut billigsten Ladegeräte auf dem Markt. Sie bestehen aus einem wandmontierten Transformator und einer Diode. Der Transformator ist darauf ausgelegt, 13 bis 14 Volt über einen angemessenen Strombereich zu liefern. Das größte Problem bei diesem Ansatz ist, dass die Spannung auf 15, 16, 17 oder sogar 18 Volt ansteigt, wenn der Strom nachlässt. Bei diesen hohen Spannungen setzt die Elektrolyse des Wassers in der Batterie ein. Sie dürfen nicht zur Erhaltungsladung einer Batterie verwendet werden, sondern müssen abgeklemmt werden, wenn die Batterie vollständig geladen ist. Dies ist bei gefluteten Batterien kein Problem, solange Sie das Wasser regelmäßig überprüfen und auffrischen.Verschlossene Bleibatterien können die entstehenden Gase recyceln, solange sie bei weniger als C/3 überladen werden. Allerdings, so dass die Batterie zu überladen, auch bei C/10 wird die Platten korrodieren, wenn links auf für Wochen atime.
Der Transformator ist so konzipiert, um den Strom zu begrenzen, während thebattery ist im Absorptionsmodus. Wenn die Batteriespannung ansteigt, verringert sich der Strom, um die Batterie zu entladen. Da der Transformator zur Steuerung des Stroms und der Spannung verwendet wird, sind diese Ladegeräte in der Regel schwer und werden heiß.
Hinweis für unsere OEM-Kunden: Obwohl wir unsere OEM-Kunden mit ungeregelten Transformator-Ladegeräten unterstützen, um ihnen zu helfen, kostenmäßig wettbewerbsfähig zu bleiben, kommen viele unserer neuen Kunden zu PowerStream, weil ihnen jemand anderes ein ungeregeltes Ladegerät verkauft hat, ohne ihnen die Kompromisse zu erklären, und die Beschwerden der Endbenutzer sie dazu gezwungen haben, nach einem besseren Ladegerät zu suchen. Wir ziehen es vor, die preiswerten, präzisen, geregelten Ladegeräte anzubieten, die eine schaltbare Leistungsumwandlung verwenden.

Kegelladegeräte

Eine weitere preiswerte Möglichkeit, eine versiegelte Bleibatterie zu laden, ist die sogenannte Kegelladung. Dabei wird entweder eine konstante Spannung oder ein konstanter Strom durch eine Kombination aus Transformator, Diode und Widerstand an die Batterie angelegt. Die oben erwähnten ungeregelten Ladegeräte sind Kegel-Ladegeräte. Eine bessere und nicht sehr teure Alternative ist ein geregeltes Kegelladegerät. Diese lassen die Spannung nicht höher klettern als die Erhaltungsladespannung, so dass sie auch zur Erhaltung einer Batterie verwendet werden können. Sie beschädigen die Batterie nicht, wenn sie zu lange geladen werden (selbst wenn sie dauerhaft an der Batterie verbleiben), und sie ändern ihre Ladecharakteristik nicht, wenn sich die Netzspannung ändern sollte.

Regulierte Kegel-Ladegeräte sind sehr nützlich, wenn Sie eine 12V- oder 24V-Batterie als Backup benötigen. Ein Kegel-Ladegerät, das parallel zur Batterie und zur Last geschaltet ist, bildet eine effektive Batterie-Backup-Lösung. Sie sollten darauf achten, dass das Kegelladegerät so ausgelegt ist, dass es einen Dauerstrom liefert, der der Last plus einem Reststrom für das Laden der Batterie entspricht. Es ist auch wichtig, dass die Strombegrenzung des Kegelladegeräts die Spannungsabsenkungsmethode ist und nicht die Schluckaufmethode oder andere PWM-Methoden. Ein Beispiel für geeignete schaltende geregelte Kegel-Ladegeräte, die in Batterie-Backup-Anwendungen eingesetzt werden können, finden Sie hier

Es gibt zwei Möglichkeiten, ein geregeltes Ladegerät zu bauen. Die erste ist die Verwendung eines Transformators und eines linearen Spannungsregelkreises. Dies hat den Nachteil von Gewicht und Wärme, ist aber immer noch kostengünstig. Die zweite verwendet ein modernes Schaltnetzteil in einem Gehäuse für die Wandmontage oder Tischmontage. Diese Hochfrequenz-Schaltnetzteile mit niedrigem Stromverbrauch sind erstaunlich billig, effizient und klein. Sie übernehmen schnell den Bedarf für das Laden über Nacht in Verbrauchergeräten. Ein Beispiel für ein Schaltkegel-Ladegerät finden Sie hier .

Konstantstrom-Ladegeräte

Ein anspruchsvolleres und nicht viel teureres Ladegerät verwendet eine elektrische Schaltung zur Steuerung des Ladestroms. Diese Methode ist nützlich für die Wiederherstellung von Batterien, die unter längerer Lagerung ohne Ladung gelitten haben, kann aber eine Batterie überladen, wenn es nicht eine Spannungsbegrenzungsfunktion gibt, die normalerweise vom Transformator kommt. Aus diesem Grund sind diese Ladegeräte auf langsames Laden beschränkt. Dieses Ladegerät schaltet auf einen Konstantstrommodus um, wenn eine Entsulfatierung erforderlich ist, und zu anderen Zeiten auf ein mehrstufiges Präzisionsladegerät.

Konstantspannungs-Ladegeräte (Taper plus Strombegrenzung)

Eine Schaltung, die auf die maximal zulässige Ladespannung eingestellt ist, aber eine Strombegrenzung hat, um den anfänglichen Absorptionsstrom zu kontrollieren, kann ein sehr gutes Ladegerät ergeben. Diese Art von Ladegerät kann sowohl mit einer vernünftigen Rate laden als auch die Batterie ohne Schaden bei voller Ladung halten. Allerdings sind nicht alle Konstantspannungs-Ladegeräte gleich, denn die maximale Spannung ist eine Funktion der Temperatur. Ein temperaturkompensiertes Ladegerät ist etwas teurer und sollte dort eingesetzt werden, wo die Temperatur stark von der Raumtemperatur abweicht und die Batterie ständig im Schwebezustand ist. Die großen Ladegeräte bei Ein Beispiel für ein schaltendes Kegelladegerät ist hier sind Konstantspannungsladegeräte.

Impulsladegeräte

Ich habe einen 3-Zoll-Ordner voll mit Patenten zum Impulsladen, die frühesten aus der Zeit um 1900, die einen Motor benutzten, um Elektroden zu stacheln, um das notwendige Pulsieren zu erreichen. Die frühen Patente versuchten, die Blasen von den Platten gefluteter Zellen zu entfernen, die aufgrund der völlig fehlenden Spannungssteuerung der Ladegeräte dieser Ära überladen wurden. Wir haben Impulsladegeräte entwickelt und damit experimentiert, und haben keinen Vorteil gegenüber einem modernen Desulfatierungsladegerät gefunden. Einige Patente zeigen eine andere Kristallstruktur, die sich beim Pulsladen im Vergleich zum Gleichstromladen bildet, was interessant, aber nicht unbedingt relevant ist, insbesondere für moderne Absorptions-Glasmatt-Batterien.

Schnellladegeräte

Schnellladegeräte sind Geräte mit höherer Leistung, die für eine Ladezeit von weniger als 4 Stunden ausgelegt sind. Diese Ladegeräte erfordern einen aktiven Ladeabschluss und verfügen oft über erweiterte Funktionen wie Batterietest, Wiederherstellung von defekten Batterien und automatische Wartung. Mit modernen Schnellladealgorithmen können alle Blei-Säure-Batterien sicher schnellgeladen werden.

Typische Ladekurven für PowerStream-Schnellladegeräte.
Dieses Ladegerät startet mit 8 Ampere und behält einen nahezu konstanten Strom bei, bis es fast voll ist.
Dies ist der grundlegende Algorithmus der PowerStream-Schnellladegeräte für Bleibatterien. Die gezeigte Kurve ist für ein 24-Volt-Batterieladegerät (12 Zellen), aber die Kurve ist bei anderen Spannungen ähnlich. Der Zeitpunkt der Phasenumschaltung hängt von der Größe der verwendeten Batterie ab. Bei Punkt 1 wird die Batterie getestet. Wenn die Batterie schlecht ist, wird ein Verjüngungsalgorithmus gestartet. Wenn die Batterie gut ist, geht das Ladegerät in den Konstantstrommodus, bis die Spannung 2,3 Volt/Zelle erreicht. Dann wird bei Punkt 2 die höchste Sicherheitsspannung erreicht und das Ladegerät geht in den Konstantspannungsmodus über, bis der Strom auf etwa 10 % des Anfangswerts abfällt, was eine nominell volle Ladung anzeigt. Wenn dies erkannt wird, geht das Ladegerät bei Punkt 3 in den Erhaltungslademodus mit ca. 2,3 Volt/Zelle, um den Ladevorgang abzuschließen und die Batterie zu erhalten. Bei dieser Spannung ist die Batterie sicher vor Überladung und auch vor Sulfatierung, daher wird es auch als Erhaltungsmodus bezeichnet.
Beispiele für Schnellladegeräte finden Sie unter/scooter.htm
Die genauen Angaben zu Strom und Zeit hängen von der Größe des Ladegeräts und der Batteriegröße ab.

Wartungsladegeräte

Jedes mehrstufige Ladegerät, das über einen „Float“-Modus verfügt, kann zur Wartung der Batterien in der „Nebensaison“ verwendet werden. Besonders nützlich sind die kleinen, preiswerten Switchmode-Ladegeräte, die sehr wenig überschüssigen Strom verbrauchen, oder die kleinen Low-Power-Ladegeräte, die Blei-Säure-Batterien automatisch desulfatieren können.

Batterieladegeräte mit hoher Leistung

Große Batterieanwendungen wie Gabelstapler, Wasserfahrzeuge und Golfwagen haben traditionell so genannte Gleichrichter zum Laden ihrer Batterien verwendet, da diese bei großen Leistungen relativ günstig sind. Der „Gleichrichter“ besteht aus einem Transformator und einer Diodenbrückenanordnung und möglicherweise etwas Steuer- oder Ausleseelektronik. Diese funktionieren gut, aber die Spannung ist möglicherweise nicht gut geregelt, was durch die Verwendung von gefluteten Batterien, bei denen das Wasser nachgefüllt werden kann, ausgeglichen wird. Für verschlossene Blei-Säure-Batterien sind diese Ladegeräte nicht geeignet, da deren Wasser nicht ausgetauscht werden kann. Und die moderne Switchmode-Technologie hat es möglich gemacht, preiswerte, gut geregelte Blei-Säure-Batterie-Ladegeräte wie dieses 8000-Watt-48V-Ladegerät herzustellen.

Batterieladegeräte mit Gleichstromeingang

Es gibt mehrere Gründe, versiegelte Blei-Säure-Batterien mit Gleichstromquellen zu laden. Solarmodule erfordern einen speziellen Typ von Ladegeräten, die Solarladeregler genannt werden. Diese sind in der Lage, die verfügbare Leistung von den Solarmodulen zu nehmen, diese Leistung aufzubereiten und an die Batterie zu übertragen. Diese Ladegeräte sind speziell dafür ausgelegt, mit der Unsicherheit der verfügbaren Eingangsleistung umzugehen.

In anderen Fällen haben Sie vielleicht eine 24-Volt-Quelle und möchten eine 12-Volt-Batterie aufladen, einen 24-Volt-Rollstuhl von einer 12-Volt-Quelle aufladen oder andere Kombinationen von DC-Eingangs-Batterieladungen. Dabei handelt es sich um DC/DC-Wandler mit StrombegrenzungSpannungsrückführung und oft mehrstufiger Ladung.

	Beispiele für Batterieladegeräte mit DC-Eingang
Eingangsspannung	Batteriespannung	Link	Hinweise
12V	6V
12V	12V		Mehrstufiges Ladegerät
12V	12V		Konus-Ladegerät
12V	24V
12V	24V		Schwerlast-Ladegerät 800Watt, 60 Ampere-Ladegerät
24V	12V
24V	12V		Schwerlast, Industrie
24V	24V
36V	24V		Eingang 32V, 36V, 38V
48V	12V		Schwerlast-Ladegerät 60A

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