Eine sulfatierte Batterie ist eine Batterie, die in entladenem Zustand gestanden hat oder so unzureichend geladen wurde, dass sich auf den Platten anormales Bleisulfat gebildet hat.
Dabei werden die chemischen Reaktionen in der Batterie behindert, und es kommt zu einem Kapazitätsverlust.
Dieses Dokument behandelt nicht die gesamte elektrotechnische Theorie und Technik, die beim Sulfatierungsvorgang in batteriebetriebenen Anlagen eine Rolle spielt. Weitere Informationen sind der Fachliteratur zu entnehmen.
1 Ursachen
Die meisten Fälle von Sulfatierung haben folgende Ursachen:
Unzureichende Ladung oder fehlende Ausgleichsladung
Wird eine zyklisch beanspruchte Batterie wiederholt mit geringen Strömen geladen, ohne vollständig geladen zu werden, wird die Säure nicht wirksam aus den Platten getrieben, besonders nicht aus deren unteren Bereichen, und es kommt zur Sulfatierung.
Auch wiederholte Teilladungen, die keine vollständige Durchmischung des Elektrolyten bewirken, führen zur Sulfatierung. Im normalen Batteriebetrieb ist schwer festzustellen, wann die Sulfatierung einsetzt. Nur durch regelmäßige Ausgleichsladungen und den Vergleich von Säuredichte und Spannung der einzelnen Zellen lässt sie sich in einem frühen Stadium erkennen und beheben oder verhindern.
Eine problematische Sulfatierung entsteht nicht in weniger als 30 Tagen.
Stehen im teilweise oder vollständig entladenen Zustand
Bleibt eine Batterie über längere Zeit im teilweise entladenen Zustand stehen, härtet das auf den Platten abgelagerte Sulfat aus und die Poren schließen sich.
Batterien sind nach der Entladung so bald wie möglich zu laden und dürfen nicht länger als einen Monat vollständig entladen stehen bleiben. Bei Frost ist die Batterie unmittelbar nach der Entladung nachzuladen, um ein Einfrieren zu verhindern.
Zu niedriger Elektrolytstand
Sinkt der Elektrolytstand unter die Oberkante der Platten, härten die freiliegenden Flächen aus und sulfatieren.
Zugabe von Säure
Wird einer Zelle, in der Sulfatierung vorliegt, Säure zugesetzt, verschlimmert sich der Zustand.
Hohe Säuredichte
Grundsätzlich gilt: je höher die Säuredichte einer vollgeladenen Zelle, desto wahrscheinlicher tritt Sulfatierung auf und desto schwerer ist sie abzubauen. Weisen in einer Batterie einzelne Zellen eine Säuredichte auf, die mehr als 0,015 über dem Mittelwert liegt, steigt in diesen Zellen die Gefahr der Sulfatierung.
Hohe Temperatur
Hohe Temperaturen beschleunigen die Sulfatierung, besonders bei einer ungenutzten, teilweise entladenen Batterie.
Alle Zellen einer sulfatierten Batterie zeigen niedrige Werte für Säuredichte und Spannung. Nach einer normalen Ladung werden sie nicht vollständig geladen. Eine innere Prüfung zeigt negative Platten mit einer schieferartigen Beschaffenheit: sulfatiertes Material der negativen Platte ist hart und körnig und fühlt sich sandig an, wenn es zwischen Daumen und Zeigefinger gerieben wird.
Die innere Prüfung ist nach einer normalen Ladung durchzuführen, da eine entladene Platte stets in gewissem Maß sulfatiert ist. Eine gute, vollgeladene negative Platte ist schwammig und federnd und zeigt beim Kratzen mit dem Fingernagel oder einem Messer einen metallischen Glanz. Eine sulfatierte positive Platte ist heller braun als eine normale Platte.
2 Behandlung
Sorgfältiges und gründliches Vorgehen nach den folgenden Schritten stellt eine sulfatierte Batterie häufig wieder in einen guten Betriebszustand her, und zwar mit einem MMF-Ladegerät und einem Entlader-Analysator.
- 1. Batterie reinigen;
- 2. Elektrolytstand durch Zugabe von Wasser auf die richtige Höhe bringen;
- 3. Batterie mit dem MMF-Ladegerät laden.
Das MMF lädt die Batterie nach der Ladekennlinie IUa, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die Ladeparameter sind gemäß der Betriebsanleitung des MMF wie folgt einzustellen:
- Anfangsladestrom (I): 4–5 % der Batteriekapazität,
- Konstantspannung (V): 2,4 V/Zelle
- Ladedauer: 12 bis 24 Stunden
Während des Ladevorgangs ist die Batterietemperatur zu überwachen; sie darf 50 °C nicht überschreiten.
Zeigt eine Zelle niedrige Werte, also 0,20 V weniger als die mittlere Zellenspannung der Batterie, ist die Zelle auszubauen und instand zu setzen, bevor mit dem Verfahren fortgefahren wird.
- 4. Sulfatierte Batterien haben einen hohen Innenwiderstand. Wird eine sulfatierte Batterie geladen, erreicht die Batteriespannung in kurzer Zeit die eingestellte Konstantspannung, und der Ladestrom ist sehr klein.
Bleibt die Batterie mit diesem sehr kleinen Strom lange in Ladung, wird das Bleisulfat von den Platten abgebaut. Die Batteriespannung würde dabei abnehmen, doch das MMF-Ladegerät erhöht den Ladestrom, um die Spannung auf dem eingestellten Wert konstant zu halten.
Der Ladevorgang muss lange dauern, 12 bis 24 Stunden.
Wenn möglich, ist die Säuredichte des Elektrolyten zu überwachen. Steigt die Säuredichte während der Ladung etwa 4 Stunden lang nicht mehr an, kann der Ladevorgang beendet werden.
Nach Abschluss des Ladevorgangs ist die Säuredichte des Elektrolyten zu protokollieren. Die Dichte des Elektrolyten zeigt den Ladezustand an.
- 5. Batterie mit dem 8-Stunden-Entladestrom entladen.
Für die Entladung der Batterie ist ein Entlader-Analysator für Batterien zu empfehlen. Nähere Angaben zum Entlader-Analysator sind der angegebenen Website zu entnehmen.
Das Gerät kann die Batterie mit einem geregelten Entladestrom entladen, während die Gesamtspannung der Batterie und die Entladedauer überwacht werden.
Wird ein solches Gerät für die Entladung eingesetzt, sind am Entlader die folgenden Parameter einzustellen:
- Entladestrom: 1/8 der Batteriekapazität
- Entladedauer: 8 Stunden
- Endspannung der Batterie: 1,70 V/Zelle
Der Entlader arbeitet vollautomatisch und beendet die Entladung, wenn die Entladedauer oder die eingestellte Mindestspannung der Batterie erreicht ist. Während der Entladung sind die Spannungen der einzelnen Zellen und die Gesamtspannung der Batterie in folgenden Abständen zu überwachen: 15 Minuten nach Prüfbeginn, danach stündlich, bis die Spannung einer Zelle 1,80 V erreicht, und ab diesem Zeitpunkt in Abständen von 15 Minuten. Die Entladung ist manuell zu beenden, wenn die Spannung einer der Zellen unter 1,60 V fällt.
- 6. Liefert die Batterie mit den eingestellten Entladeparametern mindestens 80 % der Nennkapazität, ist außer der normalen Nachladung und dem Dichteausgleich keine weitere Behandlung erforderlich.
- 7. Liefert die Batterie nicht annähernd die Nennkapazität, ist ein weiterer Lade- und Entladevorgang durchzuführen.
Die Batterie ist wie oben beschrieben mit dem MMF nachzuladen.
Die Batterie erneut lange laden, 12 bis 24 Stunden, und/oder bis über einen Zeitraum von 4 Stunden kein weiterer Anstieg der Säuredichte mehr auftritt, wobei stündlich gemessen wird. Die Batterietemperatur ist dabei zu überwachen.
8. Erneut mit dem 8-Stunden-Entladestrom entladen; liefert die Batterie die volle Kapazität, ist sie nachzuladen und in Betrieb zu nehmen.
9. Führt dieses Verfahren nicht zur vollen Kapazität, ist es noch einmal wie oben beschrieben zu wiederholen. Für einen stärkeren Nachladezyklus ist die Konstantspannung des MMF auf 2,5 V/Zelle einzustellen. Nähere Angaben zum Einstellen der Ladeparameter sind der Betriebsanleitung zu entnehmen.
10. Reagiert die Batterie nicht auf diese Behandlung, ist sie so weit sulfatiert, dass weitere Behandlungsversuche unwirtschaftlich sind und die Batterie ersetzt werden sollte.