XD

Automatisierte Regenerierung durch Laden und Entladen für Traktionsbatterien: Mechanismus, Parameter und Nachweis.

Kurzfassung. Die Batterieregeneration hat ein Imageproblem. Der Markt ist überfüllt mit Impuls-Entsulfatierern und Additiven, die mit dem Versprechen verkauft werden, eine an einen Pol geklemmte Blackbox bringe eine tote Batterie zurück ins Leben. Nur sehr wenige davon sind durch kontrollierte Prüfungen belegt.

Echte Kapazitätsrückgewinnung dagegen ist gewöhnliche Elektrochemie – und der Entlader XD und das Ladegerät XMV setzen sie in einer vollständig dokumentierten und, was mehr zählt, vollständig messbaren Form um. Die Handbücher beschreiben keine geschützte Signalform. Sie beschreiben etwas deutlich Nützlicheres: einen programmierbaren Zustandsautomaten, der kontrolliertes Laden und kontrolliertes Entladen über eine festgelegte Anzahl von Zyklen abwechselt und die zurückgewonnenen Amperestunden in jedem Schritt protokolliert.

Diese Unterscheidung ist das gesamte Argument dieses Artikels. Ein Regenerierverfahren, das sich nicht quantifizieren lässt, ist eine Behauptung. Ein Regenerierverfahren, das von kalibrierten Kapazitätsprüfungen eingerahmt wird, ist ein Ingenieurergebnis.

1. Warum Batterien Kapazität verlieren

Bevor entschieden wird, ob eine Batterie regenerierbar ist, muss bekannt sein, was ihr tatsächlich fehlt. In einer Blei-Säure-Zelle teilt sich der Kapazitätsverlust in zwei Kategorien, und nur eine von ihnen ist reversibel.

Reversible Mechanismen

Sulfatierung. Bei normaler Entladung reagieren Blei und Bleidioxid mit Schwefelsäure und lagern Bleisulfat (PbSO₄) auf beiden Platten ab. Das ist kein Fehler, sondern die Funktionsweise der Batterie. Der Fehler entsteht, wenn die Batterie teilentladen stehen bleibt, chronisch unzureichend geladen oder ohne Instandhaltung gelagert wird. Das feine, amorphe PbSO₄ aus dem gewöhnlichen Zyklieren rekristallisiert allmählich zu einer groben, dichten und elektrisch isolierenden Struktur. Einmal kristallisiert, löst es sich bei normalen Ladespannungen nicht mehr auf. Die Plattenfläche ist physisch weiterhin vorhanden, aber sie ist maskiert. Die Kapazität fällt, der Innenwiderstand steigt, und die Ladungsannahme bricht ein. Den Mechanismus behandeln wir ausführlicher in unserem Artikel über das Problem der Sulfatierung.

Schema im Vergleich: gesunde Platte mit feinem Bleisulfat gegenüber sulfatierter Platte mit groben isolierenden Kristallen
Bild 1. Sulfatierung. Die Plattenfläche geht nicht verloren, sie wird maskiert. Die Regenerierung besteht darin, die grobe kristalline Phase wieder in aktive Masse umzuwandeln – eine langsame, diffusionsbegrenzte Reaktion, und genau deshalb dauert die Behandlung Stunden und nicht Minuten.

Säureschichtung. In offenen Zellen sinkt die dichtere Säure, die beim Laden entsteht, nach unten. Der untere Plattenbereich liegt am Ende in konzentriertem Elektrolyt, der obere in etwas, das Wasser näher kommt. Der untere Teil korrodiert schneller, der obere arbeitet weniger. Die Batterie verhält sich, als hätte sie Kapazität verloren, doch dauerhaft beschädigt ist nichts.

Zellenungleichgewicht. In einer Serienschaltung laufen die Zellen auseinander. Die schwächste Zelle erreicht ihre Abschaltspannung zuerst und beendet die Entladung des gesamten Stranges, während die übrigen Zellen noch Ladung halten. Die Strangkapazität wird von der schlechtesten Zelle bestimmt, nicht vom Mittelwert.

Irreversible Mechanismen

  • Abfallen der aktiven Masse. Die Paste der positiven Platte löst sich und sammelt sich am Zellenboden. Masse, die die Platte verlassen hat, lässt sich auf elektrischem Weg nicht zurückbringen.
  • Gitterkorrosion. Das Bleigitter oxidiert über die Lebensdauer der Batterie hinweg. Verliert es seine mechanische oder elektrische Integrität, ist die Zelle am Ende.
  • Wasserverlust und Austrocknen. Elektrolyt, der durch Überladung oder hohe Temperatur verloren geht, lässt sich in einer geschlossenen Batterie nicht ersetzen.
  • Innere Kurzschlüsse. Ein Separatorversagen oder eine Dendritenbrücke schließt eine Zelle kurz. Kein Ladeprofil behebt das, und die Behandlung einer kurzgeschlossenen Zelle ist eine thermische Gefahr.

Die praktische Folge

Eine sulfatierte Batterie ist häufig regenerierbar. Eine Batterie mit abgefallener Paste, korrodiertem Gitter oder kurzgeschlossener Zelle ist es nicht. Jedes seriöse Regenerierprogramm beginnt damit, beides auseinanderzuhalten – und das ist ein Messproblem, bevor es ein Ladeproblem ist. Beide Handbücher spiegeln das: Die Störungstabellen des XMV führen Batterie sulfatiert und eine oder mehrere Zellen kurzgeschlossen als getrennte Ursachen desselben Alarms auf, und beide werden mit derselben Anweisung aufgelöst – Batterie instand setzen –, weil das Ladegerät allein sie nicht unterscheiden kann.

2. Systemarchitektur

Die regenerative Konfiguration besteht aus zwei unabhängigen Schränken, die eine Batterie und eine Steuerbeziehung teilen. Das XD-Handbuch bezeichnet sie ausdrücklich als regeneratives System (Ladegerät + Entlader) und hält dafür zwei eigene Parameter bereit.

Blockschaltbild des regenerativen Systems: Drehstromnetz zum Ladegerät XMV, Wechselstromnetz zum Entlader XD, beide an der geprüften Batterie, mit Temperaturfühler und Zyklussteuerung
Bild 2. Architektur des regenerativen Systems. Das XMV wird aus dem Drehstromnetz versorgt, das XD einphasig. Lade- und Entladeweg sind niemals gleichzeitig aktiv: Die XD-Parameter CONSECUTIVE CYCLE und TIME WAIT CHARGE steuern den Wechsel und erlauben dem Paar den unbeaufsichtigten Betrieb.

3. Das XD: die belastbare Referenz schaffen

Das XD führt eine kontrollierte Entladung durch, bei der der Strom von einem hochfrequenten DC/DC-Wandler konstant gehalten wird – MOSFET-basiert in den kleineren Geräten, IGBT-basiert in den größeren. Diese Architektur wiegt schwerer, als es zunächst aussieht.

Eine Bank von Lastwiderständen zieht einen zur Spannung proportionalen Strom. Während die Batterie entladen wird und die Klemmenspannung fällt, fällt der Strom mit ihr; die Prüfung mit »konstantem Strom« driftet, und die berechneten Amperestunden hängen vom Verhalten der Batterie ab und nicht von einer festen Prüfbedingung. Die Ergebnisse sind weder zwischen verschiedenen Batterien noch zwischen zwei Prüfungen an derselben Batterie vergleichbar. Die aktive elektronische Last des XD hält den programmierten Strom von der ersten bis zur letzten Sekunde, unabhängig von der Klemmenspannung.

Der Betrieb ist vollautomatisch. Der Bediener schließt die Batterie an und setzt drei Grenzwerte – Entladestrom, Endspannung und maximale Zeit – sowie ein optionales Amperestundenziel. Die Prüfung endet, sobald der erste davon erreicht ist.

Die empfohlenen Prüfbedingungen sind die normierte Traktionsprüfung

Das ist es wert, ausgesprochen zu werden, denn aus den Tabellen selbst ist es nicht offensichtlich. Jeder Strom in der Tabelle der empfohlenen Ströme des XD-Handbuchs entspricht genau C₅/5, dem Fünfstundenregime. Jede Abschaltspannung in der entsprechenden Tabelle entspricht genau 1,70 V pro Zelle. Zusammen bilden diese beiden Konventionen die klassische Kapazitätsprüfung für Blei-Säure-Traktionsbatterien. Der Betrieb des XD mit seinen empfohlenen Einstellungen liefert daher einen Wert, der direkt mit der Nennkapazität C₅ des Herstellers auf dem Typenschild vergleichbar ist – und keine willkürliche Hauszahl.

Tabelle 1. Empfohlener Entladestrom (XD-Handbuch). Alle Werte entsprechen C₅/5.

C₅ (Ah)Strom (A)C₅ (Ah)Strom (A)C₅ (Ah)Strom (A)
501030060540108
601236072600120
801638076700140
1002040080750150
1202442084800160
1803648096900180
200405001001000200
24048

Tabelle 2. Empfohlene Abschaltspannung (XD-Handbuch), mit dem abgeleiteten Wert pro Zelle. Die Konvention von 1,70 V/Zelle gilt über den gesamten Bereich.

Nennwert (V)Zellen (2 V)Abschaltspannung (V)V/Zelle
635,11,700
12610,21,700
241220,41,700
361830,61,700
482440,81,700
723661,21,700
804068,01,700
964881,61,700

Was das XD aufzeichnet

Während der Prüfung schaltet ein Druck auf SET die Anzeige durch Strom (A), entladene Kapazität (Ah), verstrichene Zeit (Stunden und Minutenzehner) und Batteriespannung (V). Weitere Seiten zeigen den Entladezustand, die Batterietemperatur bei installiertem optionalem Fühler sowie das Protokoll.

Der interne Speicher bewahrt die letzten 150 Zyklen auf, jederzeit abrufbar – auch während eine Entladung läuft. Jeder Datensatz umfasst drei Seiten:

Tabelle 3. Aufbau eines Protokolldatensatzes im XD.

SeiteFelderZweck
AZyklusnummer (1 = jüngster), Vstart, Vstop, Startdatum und -zeitKennzeichnet den Zyklus und seinen Ausgangspunkt im Leerlauf
BAngeforderte Zeit, angeforderte Endspannung, angeforderte Ah, Einstellung des konstanten StromsHält die Prüfbedingungen so fest, wie sie programmiert wurden – der Nachweis, dass die Zyklen vergleichbar sind
CEnddatum und -zeit, Abbruchcode (TT), Gesamtzeit (HH.MM), gesamte zurückgegebene Kapazität (AHRET)Das Ergebnis und warum die Prüfung endete

Ein Puffer für 150 Zyklen ist kein Zufall. Eine vollständige Regenerierkampagne über 20 Zyklen an sieben Batterien passt hinein, ohne etwas zu überschreiben, sodass eine ganze Werkstattcharge im Nachhinein aus dem Gerät selbst rekonstruiert werden kann.

Zeitsteuerung und Schutzfunktionen

  • Startzeitfenster (00:00–23:59, standardmäßig der ganze Tag). Wird eine Batterie außerhalb des Fensters angeschlossen, wartet das XD im Stand-by bis zur programmierten Startzeit. Nach Beginn eines Zyklus wird das Fenster nicht mehr berücksichtigt. Es dient dazu, verbrauchsstarke Entladungen in Schwachlastzeiten oder in die Nacht zu verlegen.
  • Maximaltemperatur (45–70 °C, standardmäßig 60 °C, oder deaktiviert). Erfordert den optionalen Fühler: einen NTC-Thermistor mit 100 kΩ bei 25 °C in einer Hülse aus Edelstahl 316, Bereich −50 bis +90 °C.
  • Der Verpolungsschutz ist aktiv: Eine falsch angeschlossene Batterie versetzt das Gerät in sicheres Stand-by, anstatt es zu beschädigen.
  • Der Lichtbogenschutz ist als Option erhältlich und erfordert einen Batteriestecker mit Hilfskontakten sowie eine Drahtschleife.
  • Ein Netzausfall schaltet das Gerät ab; nach Wiederkehr wartet es darauf, dass der Bediener einen neuen Zyklus startet, statt automatisch fortzusetzen.

4. Das XMV: die programmierbare Behandlung

Das XMV ist ein mikroprozessorgesteuertes Ladegerät auf Basis der Steuerkarte GE00. Sein DC-Ausgang folgt programmierten Ladekennlinien; das Basisprodukt setzt die konventionellen Kennlinien IUIa und IUoU nach DIN 41774 um, und das Gerät ist nach UL 1564 (4. Ausgabe, 2015) und CSA C22.2 No. 107.2-01-R2011 zertifiziert.

Was es zu einem Regenerierinstrument macht und nicht bloß zu einem großen Ladegerät, ist der Profileditor.

Acht Profile, je sechs Schritte

Das XMV hält acht programmierbare Profile vor, bezeichnet mit A bis H. Jedes Profil besteht aus sechs unabhängig konfigurierbaren Schritten, und für jeden Schritt legt der Bediener vier Dinge fest:

  1. Schritttyp – konstanter Strom (I=K), konstante Spannung (V=K) oder Pause (P)
  2. Maximale Zeit des Schrittes
  3. DC-Ausgangsstrom – der konstante Strom in einem Schritt I=K oder die Mindeststromschwelle in einem Schritt V=K
  4. Spannungsgrenze – die Obergrenze in einem Schritt I=K oder der geregelte Wert in einem Schritt V=K

Das ist die aufschlussreiche Angabe im Handbuch. Auf dieser Plattform ist die Entsulfatierung keine undurchsichtige, geschützte Signalform, sondern eine Folge von sechs Zuständen, die der Bediener aufbaut, dokumentiert und wiederholt. Die genutzte Physik ist gut abgesichert: Die Batterie wird über einen längeren Zeitraum bei kontrolliert erhöhter Spannung und niedrigem Strom gehalten, sodass kristallisiertes PbSO₄ allmählich zurückverwandelt wird, während eine kontrollierte Gasung den Elektrolyten umwälzt und die Schichtung aufhebt. Die ingenieurtechnischen Grenzen sind Temperatur und Gasungsrate. Der Wert einer programmierbaren Sechs-Schritt-Maschine liegt darin, dass sie die Behandlung in dem Fenster hält, in dem die Umwandlung stattfindet und der Schaden nicht – und dass das Profil, das funktioniert hat, an den nächsten hundert Batterien unverändert angewendet werden kann.

Schema eines Ladeprofils mit sechs Schritten: Konstantstrom, Konstantspannung und Pause, einschließlich einer Regenerierhaltephase
Bild 3. Aufbau des Sechs-Schritt-Profils und Anzeige am Bedienfeld. Die dargestellte Schrittfolge ist eine plausible Regeneriersequenz, keine Werkseinstellung. Da die LEDs unmittelbar dem Schritttyp entsprechen, kann der Bediener den Fortschritt des Profils quer durch den Laderaum auf einen Blick ablesen.

Globale Grenzwerte und Zugriff

Tabelle 4. Programmierbare Parameter des XMV (Benutzer- und Administratorebene).

ParameterBereichVoreinstellungAnmerkungen
A–H: Ladeprofile8 Profile × 6 SchritteJe Schritt: Typ (I=K / V=K / P), maximale Zeit, DC-Strom, Spannungsgrenze
1: Höchstgrenze V.MAX1,0–3,54 V/Zelle, Schritte von 0,01 V, oder deaktiviert3,20 V/ZelleDie Ladung endet mit Fehler, wenn die Spannungsobergrenze je Zelle erreicht wird
2: Höchstgrenze Temperatur40–70 °C in Schritten von 5 °C, oder deaktiviertDeaktiviertErfordert einen in der Batterie installierten Tauchsensor
3: Nennspannung12, 24, 36, 48, 60, 72, 80, 96 V DCTypenschild des LadegerätsNur im Administratormodus; nach dem Austausch der Steuerkarte ggf. neu einzustellen
4: Nennstrom200–600 ATypenschild des LadegerätsNur im Administratormodus

Es gibt zwei Zugriffsebenen, die beide erreicht werden, indem STOP/RE-START fünf Sekunden gehalten und anschließend eine Tastenfolge eingegeben wird: vier Druckvorgänge auf EQ für die Benutzerprogrammierung, vier auf SPECIAL FUNCTION für die Hersteller- oder Serviceprogrammierung. Werte werden bearbeitet, indem SPECIAL FUNCTION drei Sekunden gehalten wird, bis der Cursor blinkt.

Die Steuerkarte wird in vier Kommunikationskonfigurationen geliefert, und davon hängt ab, ob eine Regenerierkampagne zentral aufgezeichnet oder nur am Bedienfeld gelesen werden kann:

Tabelle 5. Konfigurationen der Steuerkarte GE00.

VarianteBezeichnungExterne Kommunikation
GE00/EECOKeine
GE00/BBASICRS232, USB
GE00/PPRORS232, USB, CANbus #1, spezielle Analogsignale
GE00/FFULLRS232, USB, CANbus #1 und #2, spezielle Analogsignale

Die Anzeigeoptionen werden als Suffix angegeben: 2L für eine externe Anzeige, 4D für eine integrierte – zum Beispiel GE00/P/4D.

Die Kommunikationsvariante bewusst festlegen

Für eine Regenerieranwendung ist die ECO-Karte eine Scheinersparnis. Ohne RS232 oder USB gibt es keinen Weg für die Daten über das Bedienfeld hinaus, und der kommerzielle Wert des gesamten Verfahrens beruht darauf, die Vorher-Nachher-Daten in ein Zertifikat zu exportieren. BASIC sollte das Minimum sein, PRO oder FULL dort, wo der Laderaum zentral überwacht werden soll.

5. Regeneriermodus: die zwei entscheidenden Parameter

Das XD-Handbuch fasst zwei Parameter unter einer ausdrücklichen Überschrift zusammen: Sonderparameter für regeneratives System (Ladegerät + Entlader). Sie sind der Mechanismus, durch den die Regenerierung zu einem automatisierten Verfahren wird und nicht zu einer Folge manueller Eingriffe bleibt.

Tabelle 6. Regenerierparameter des XD.

ParameterBereichVoreinstellungFunktion
4: Consecutive cycle1–20, oder deaktiviertDeaktiviertAnzahl der Entladezyklen, die das XD nacheinander auf dieselbe Batterie anwendet. Das ist der Zykluszähler der Regenerierkampagne.
5: Time wait charge1–99 Stunden, oder deaktiviertDeaktiviertFenster, in dem das XD die Batterie dem XMV überlässt. Während dieses Fensters überwacht das XD die Spannung, startet aber nicht automatisch neu.

Das Handbuch nennt die Auslegungsregel für den zweiten Parameter unmittelbar, und ihr sollte genau gefolgt werden: die maximale Ladezeit nehmen und zwei Stunden hinzufügen, damit die Batterie abgekühlt ist, bevor die nächste Entladung beginnt.

Rechenbeispiel

Eine Traktionsbatterie mit 80 V und 600 Ah. Der empfohlene Entladestrom ist C₅/5 = 120 A; die empfohlene Abschaltspannung beträgt 40 Zellen × 1,70 V = 68,0 V. Benötigt das Regenerierprofil 14 Stunden, wird TIME WAIT CHARGE = 16 gesetzt (14 h Ladung + 2 h Abkühlung). Mit CONSECUTIVE CYCLE = 5 dauert eine vollständige Entladung mit 120 A etwa 5 Stunden, woraus sich eine Zyklusdauer von annähernd 21 Stunden und eine Kampagne von rund 4,4 Tagen im unbeaufsichtigten Betrieb ergibt. Alle fünf Entladungen landen im Protokoll und sind vergleichbar, weil Seite B die Bedingungen jedes Mal festhält.

Zeitdiagramm des Regenerierzyklus mit wiederholten Phasen aus Ladung, Abkühlpause und Entladung sowie steigender und fallender Batteriespannung
Bild 4. Zeitlicher Ablauf des Regenerierzyklus. Zu beachten sind die steigende Spitzenladespannung und die länger werdende Entladung über die aufeinanderfolgenden Zyklen: Während kristallisiertes Sulfat zurückverwandelt wird, nimmt die Batterie mehr auf und gibt mehr ab. Die Form dieses Verlaufs ist das diagnostische Signal, nicht eine einzelne Messung.

Warum zykliert wird und warum der Trend der Nachweis ist

Eine einzige Behandlung schöpft den verfügbaren Gewinn selten vollständig aus. Jeder Zyklus wandelt einen weiteren Anteil des kristallisierten Sulfats um und stellt die Ausnutzung der aktiven Masse fortschreitend wieder her. Das wichtigere Ergebnis des Zyklierens ist jedoch der Trend.

Balkendiagramm der beispielhaften Kapazitätsrückgewinnung über fünf Regenerierzyklen, zunächst steigend und dann abflachend
Bild 5. Den Kapazitätstrend lesen. Eine Reihe, die steigt und dann abflacht, kennzeichnet die tatsächlich erreichbare Obergrenze der Batterie. Eine flache Reihe sagt, dass der Fehler nie Sulfatierung war. Beide Ergebnisse sind nützlich; nur eines davon ist ein Auftrag.

6. Ein durchgerechnetes Protokoll

Flussdiagramm des Triage- und Regenerierprotokolls von der Ausgangskapazitätsprüfung bis zur Zertifizierung oder zum Recycling
Bild 6. Triage- und Regenerierprotokoll. Die Ausgangsprüfung ist das Tor. Werkstattstunden nur für Batterien aufzuwenden, die sie bestehen, ist es, was die Wirtschaftlichkeit tragfähig macht; die Schwelle von etwa 40 % ist ein Ausgangswert, der an der eigenen Flottenhistorie zu kalibrieren ist, keine Spezifikation.

Die folgende Abfolge setzt Vertrautheit mit den beiden zugrunde liegenden Vorgängen voraus; wer die Grundlagen zuerst braucht, findet eigene Anleitungen dazu, wie man eine Batterie entlädt und wie man eine Batterie testet.

Tabelle 7. Protokoll Stufe für Stufe.

StufeGerätEinstellungen und Zweck
1. AusgangskapazitätsprüfungXDStrom C₅/5, Abschaltspannung 1,70 V/Zelle, maximale Zeit großzügig gesetzt. Ermittelt die tatsächlichen Ah und die Entladekurve. Harte Fehler werden hier ausgesondert.
2. DiagnoseladungXMVStandardprofil. Auf HIGH VOLTAGE oder 80% NOT REACHED achten – beide zeigen Sulfatierung oder kurzgeschlossene Zellen an, bevor eine ganze Kampagne begonnen wird.
3. Regenerierung konfigurierenXD + XMVCONSECUTIVE CYCLE 3 bis 5 für eine erste Kampagne; TIME WAIT CHARGE = maximale Ladezeit + 2 h. MAX TEMPERATURE bei 60 °C mit installiertem Fühler aktivieren.
4. DurchführenXD + XMVUnbeaufsichtigt. Nach jeder Entladung die zurückgegebenen Ah im Protokoll ablesen.
5. BewertenSteigend und dann abflachend → die erreichbare Obergrenze ist gefunden. Flach ab Zyklus 1 → abbrechen; der Fehler ist nicht Sulfatierung.
6. Abschlussprüfung und BerichtXDBestätigende Entladung unter identischen Bedingungen. Das Protokoll über USB exportieren und daraus das Zertifikat erstellen.

7. Die Diagnose lesen

Beide Geräte machen Zustände sichtbar, die für die Triage unmittelbar nützlich sind. Der Alarm ist nicht nur ein Fehlercode; auf dieser Plattform ist er oft der erste Hinweis darauf, welche Fehlerart vorliegt.

Tabelle 8. Alarmmeldungen und ihre diagnostische Bedeutung.

GerätAnzeigeDokumentierte UrsachenDiagnostische Lesart
XMVCHARGING STOP / HIGH VOLTAGEBatterie sulfatiert; Nennspannung falsch eingestellt; eine oder mehrere Zellen kurzgeschlossenEine sulfatierte Batterie erreicht die Spannungsobergrenze vorzeitig, weil ihre Ladungsannahme eingebrochen ist. Die Spannung jeder Zelle und die Zellenverbinder prüfen; außerdem den Anzug von DC-Stecker und -Steckdose kontrollieren.
XMVCHARGING STOP / 80% NOT REACHEDDie Batterie hat den Gasungspunkt nicht innerhalb von 12 Stunden erreicht. Falsche Einstellung des AC-Eingangs; Nennspannung falsch eingestellt; Ausgangssicherung durchgebrannt; kurzgeschlossene ZellenZuerst die elektrischen Ursachen ausschließen: Die Anzapfung des AC-Eingangs und die Ausgangssicherung sind schnell geprüft. Was bleibt, weist auf die Batterie.
XMVCHARGING STOP / HIGH TEMPERATURENetzspannung zu hoch oder zu niedrig; behinderte Belüftung oder schlechter Aufstellort; Batterie läuft heißDas Ladegerät legt eine Abkühlpause ein und setzt danach an der Abbruchstelle fort. Löst dies während der Regenerierung wiederholt aus, ist der Profilstrom zu aggressiv und muss verringert werden.
XDEMERGENCY STOP / CURRENTSchwierigkeit, die Konstantstromphase zu haltenBatteriespannung zu niedrig für den geforderten Entladestrom. Die Stromeinstellung verringern.
XDEMERGENCY STOP / SEE MANUALFehler an Sicherung oder Leistungsstufe30 Minuten warten, bis die Innentemperatur gesunken ist, bevor ein neuer Zyklus gestartet wird.
XDBATTERY TEMPERATURE TOO HIGHProgrammierter Grenzwert überschrittenDie Batterie zeigt Anzeichen thermischer Belastung. Sowohl den Entladestrom als auch die Umgebungsbedingungen überdenken.
XDERROR PARAMETERUnverträgliche Kombination aus Strom, Ah, Zeit und EndspannungAlle vier Einstellungen erneut prüfen; die angeforderte Kombination ist physikalisch nicht erreichbar.

Zu »Batterie instand setzen«

Wo die Störungstabellen des XMV-Handbuchs Batterie sulfatiert und Zellen kurzgeschlossen aufführen, lautet die vorgeschriebene Abhilfe in beiden Fällen schlicht Batterie instand setzen. Diese Knappheit ist selbst aufschlussreich: Das Ladegerät kann erkennen, dass mit der Batterie etwas nicht stimmt, kann aber allein eine reversible Sulfatierung nicht von einer toten Zelle unterscheiden. Was beides trennt, ist der Kapazitätstrend des XD – und das ist das denkbar klarste Argument dafür, das Paar zu spezifizieren und nicht nur das Ladegerät.

8. Sicherheit und Installation

Wasserstoff – die dominierende Gefahr

Batterien in Ladung erzeugen Wasserstoff, der in Luft über ein außergewöhnlich breites Band explosiv ist – das XD-Handbuch gibt die Zündgrenzen mit 4,1 % bis 72 % Wasserstoff in Luft an. Funkenschutzstopfen verlangsamen die Austrittsrate, doch entweichender Wasserstoff bildet bei schlechter Belüftung dennoch eine explosionsfähige Atmosphäre um die Batterie. Die Belüftung muss für die Anzahl der geladenen Batterien ausgelegt sein. Eine Regenerierkampagne gast weit stärker als eine Routineladung, und dies über Tage statt über Stunden – die Belüftung des Laderaums ist als Auslegungsgröße der Anlage zu behandeln, nicht als Nebensache.

Eine aktive Verbindung niemals trennen

Beide Handbücher sind eindeutig. Die Batterie darf nicht getrennt werden, während eine Ladung oder Entladung läuft: Lichtbogen, verbrannte Steckerkontakte oder eine Batterieexplosion können die Folge sein. Am XD UP fünf Sekunden halten, um zu stoppen; die Anzeige zeigt MANUAL STOP. Am XMV STOP/RE-START drücken und warten, bis die rote, grüne und blaue LED nicht mehr blinken – eine ruhige Farbe bedeutet, dass getrennt werden darf. Vor dem Anschließen oder Trennen ist sicherzustellen, dass die Digitalanzeige des Entladers vollständig erloschen ist.

Umgebungsbedingungen – das XD ist die bindende Beschränkung

Tabelle 9. Betriebsbedingungen im Vergleich. In einer kombinierten Anlage gilt der engere Wert.

BedingungEntlader XDLadegerät XMVMaßgeblich
Betriebstemperatur5 bis 45 °C−25 bis +40 °C5 bis 40 °C
Lagertemperatur5 bis 45 °C−25 bis +55 °C5 bis 45 °C
Relative Luftfeuchte< 75 %0 bis 70 %< 70 %

Beide Geräte sind ausschließlich für den Innenbereich zugelassen. Keines von beiden darf Regen, Feuchte, Staub oder korrosiven Stoffen ausgesetzt werden, und keines sollte in der Nähe brennbarer Materialien oder in Anwesenheit brennbaren Gases installiert werden.

Freiräume

Tabelle 10. Installationsfreiräume nach den jeweiligen Handbüchern.

FreiraumXDXMV
Seiten (Belüftung)mindestens 80 cmmindestens 40 cm
Vorn und hinten (Wartung)mindestens 45 cmmindestens 40 cm
Sockel über dem umgebenden Boden≈ 18 cm (7 in) Betonsockel15 cm Betonsockel

Auf nicht brennbarem Boden installieren. Wo das nicht möglich ist, verlangt das XD-Handbuch eine Stahlbodenplatte von mindestens 1,6 mm, die den Schrank an allen Seiten um mindestens 150 mm überragt. Keines der beiden Geräte darf direkt über oder unter der bearbeiteten Batterie stehen – Batteriegase und -flüssigkeiten korrodieren die Ausrüstung. Sie sind so weit von der Batterie entfernt aufzustellen, wie es die DC-Kabel erlauben, und die DC-Kabel dürfen nicht verlängert werden.

Erdung

Der Schrank muss ordnungsgemäß geerdet sein, mit einem Schutzleiter, dessen Strombelastbarkeit mindestens der der AC-Eingangsleiter entspricht. Steht nur Drehstrom zur Verfügung, wird einphasiges Gerät ausschließlich an zwei Leiter der Drehstromleitung angeschlossen – der Schutzleiter des Geräts darf niemals an den dritten aktiven Leiter angeschlossen werden, da dies das Gehäuse unter Spannung setzen und einen tödlichen Stromschlag verursachen kann. Installation und Service sind ausschließlich qualifiziertem Personal vorbehalten.

9. Grenzen, klar benannt

Jeder Anbieter, der behauptet, jede Batterie sei regenerierbar, verkauft etwas. Die redliche Position:

  • Sulfatierung reagiert; mechanische Schäden nicht. Abgefallene aktive Masse, korrodierte Gitter, ausgetrocknete geschlossene Zellen und innere Kurzschlüsse sind endgültig.
  • Die Regenerierung ist unvollständig. Realistische Ergebnisse bei guten Kandidaten reichen an etwa 70–90 % der Nennkapazität heran, nicht an 100 %. Die veröffentlichte Literatur zur chemischen und zur Umkehrladungs-Regenerierung stark sulfatierter Batterien nennt Werte um 80 % der Kapazität eines neuen Geräts.
  • Die Zeit zählt. Eine seit Jahren sulfatierte Batterie ist weit weniger regenerierbar als eine seit Monaten sulfatierte; das Kristallwachstum verläuft fortschreitend und weitgehend nur in eine Richtung.
  • Regenerieren ist nicht Erneuern. Eine regenerierte Batterie hat den größten Teil ihrer Auslegungslebensdauer bereits verbraucht. Zu erwarten ist eine nützliche zusätzliche Nutzungsdauer, keine zweite vollständige Lebensdauer – und wie lang sie ausfällt, hängt von der anschließenden Wartung von Industriebatterien ab.
  • Der Geltungsbereich je Chemie ist anwendungsbezogen zu bestätigen. Das Servicehandbuch des XMV begrenzt das Ladegerät auf offene Blei-Säure-Traktionsbatterien, und seine konventionellen Kennlinien folgen der DIN 41774. Der Editor mit acht Profilen und sechs Schritten sowie die Spannungsobergrenze von bis zu 3,54 V/Zelle reichen deutlich über diese Hülle hinaus, doch jede Anwendung außerhalb offener Blei-Säure-Batterien sollte vor einer Festlegung schriftlich mit dem Hersteller bestätigt werden – aus Garantiegründen ebenso wie aus technischen.
  • Die Messung ist das Produkt. Ohne eine kalibrierte Kapazitätsprüfung vor und nach der Behandlung ist »Regenerierung« eine Meinung. Deshalb ist das XD kein Zubehör zum XMV: Es ist die Hälfte des Systems, die die andere Hälfte glaubwürdig macht.

10. Zusammengefasste technische Daten

Entlader / Analysator / Zykliergerät XD

ParameterXD200/12.EUXD200/12.USXD100/12
Maximale DC-Leistung20 kW20 kW20 kW
Nennspannung der Batterie12–135 V DC12–135 V DC12–180 V DC
DC-Ausgangsspannungsbereich10–140 V DC10–140 V DC10–200 V DC
Maximaler DC-Strom200 A200 A100 A
AC-Eingang1 × 230 V AC1 × 85–135 V AC1 × 230 V AC
SchrankTDTDTD

Schrank TD: 335 mm Breite × 690 mm Tiefe × 530 mm Höhe (756 mm mit angehobener Tastatur). Leistungsumsetzung durch hochfrequenten DC/DC-Wandler – MOSFET in den kleineren, IGBT in den größeren Geräten. Protokoll über 150 Zyklen. Verpolungsschutz serienmäßig; Lichtbogenschutz optional.

Mehrspannungs-Ladegerät und Konditionierer XMV – Drehstromreihe

ModellPin max (kVA)Pout max (kW)NennbereichMax. StromSchrank
XMV.12141212–180 V200 ATL
XMV.1517,51512–180 V250 ATL
XMV.2022,51812–180 V320 ATP
XMV.24282412–180 V400 ATP
XMV.30343012–180 V500 ATP
XMV.36423612–180 V600 ATP

Schrank TL: 483 × 530 × 929 mm (19,0 × 20,9 × 36,6 in). Schrank TP: 560 × 712 × 1210 mm (22,0 × 28,0 × 47,6 in).

AC-Eingang und Schutzeinrichtungen für Europa

Tabelle 11. Netz 400/415 V AC ±10 %, dreiphasig. Leitungsschutzschalter Kurve D, Sicherung Typ gG.

ModellPhasenstrom bei 400 V (A)Pout max (kW)Pin ca. (kVA)Sicherungsnennwert (A)Netzstecker (A)
XMV.12.EU20,211,514,02532
XMV.15.EU24,614,417,03232
XMV.20.EU32,018,122,54032
XMV.24.EU40,523,028,05063
XMV.30.EU46,728,832,06563
XMV.36.EU60,734,642,06563

Die Nennspannung des AC-Eingangs wird über interne Klemmenblöcke eingestellt – in einigen Modellen ein Schraubblock, in anderen ein Stern-Dreieck-Schienenblock – und bei 60-Hz-Geräten muss die Primärseite des Hilfstransformators an das eingehende Netz angepasst werden (208, 240, 480 oder 600 V). Dies geschieht bei von AC und Batterie getrenntem Ladegerät durch eine qualifizierte Elektrofachkraft. Zertifizierung: UL 1564 4. Ausgabe 2015, CSA C22.2 No. 107.2-01-R2011; konform mit CEC LBSC.

Fazit

Die Batterieregeneration auf dieser Plattform ist keine Blackbox. Sie ist ein dokumentiertes, parametrisiertes Verfahren: ein Ladeprofil aus sechs Schritten, das die Batterie in dem Fenster hält, in dem sich kristallisiertes Sulfat zurückverwandelt, ohne zerstörende Wärme oder Gasung zu erzeugen, automatisch abgewechselt mit einer Konstantstromentladung im normierten Regime C₅/5 bis zu einer Abschaltung bei 1,70 V/Zelle, bis zu zwanzig Mal wiederholt und Zyklus für Zyklus protokolliert.

Das XMV liefert die Behandlung. Das XD liefert den Nachweis. Keines von beiden ist allein ein Regenerierprogramm – das Ladegerät kann sagen, dass eine Batterie fehlerhaft ist, aber nicht, ob der Fehler reversibel ist, und diese einzige Unterscheidung entscheidet darüber, ob eine Werkstattstunde eine Investition oder ein Verlust ist.

Zusammen machen sie aus einer Behauptung eine Zahl.

Häufige Fragen

Woran erkennt man, ob eine Batterie eine Regenerierung wert ist?

An einer Ausgangskapazitätsprüfung vor jeder Behandlung. Mit dem XD wird mit C₅/5 bis auf 1,70 V pro Zelle entladen und die abgegebene Amperestundenzahl mit der Nennkapazität C₅ auf dem Typenschild verglichen. Eine Batterie, die noch einen brauchbaren Anteil ihrer Nennkapazität liefert und deren Fehlerbild auf Sulfatierung deutet, ist ein Kandidat; eine, deren Platten Masse verloren haben, deren Gitter korrodiert sind oder die eine kurzgeschlossene Zelle hat, ist es nicht, und kein Ladeprofil ändert daran etwas.

Wie lange dauert eine Regenerierkampagne?

Tage, nicht Stunden. Jeder Zyklus besteht aus einer vollständigen Ladung, einer Abkühlpause und einer vollständigen Entladung. Bei einer Batterie mit 80 V und 600 Ah ergeben ein Ladeprofil von 14 Stunden, 2 Stunden Abkühlung und etwa 5 Stunden Entladung mit 120 A einen Zyklus von rund 21 Stunden, sodass eine Kampagne über fünf Zyklen etwa 4,4 Tage unbeaufsichtigt läuft.

Wie viel Kapazität lässt sich realistisch zurückgewinnen?

Bei guten Kandidaten etwa 70–90 % der Nennkapazität. Die veröffentlichte Literatur zu stark sulfatierten Batterien nennt Werte um 80 % der Kapazität eines neuen Geräts. Jeder Anbieter, der 100 % bei jeder Batterie verspricht, beschreibt ein Verkaufsargument und keine Messung.

Warum braucht es einen Entlader, wenn das Ladegerät schon Entsulfatierungsprofile hat?

Weil das Ladegerät erkennen kann, dass mit der Batterie etwas nicht stimmt, aber nicht sagen kann, ob der Fehler reversibel ist. Die Störungstabellen des XMV führen Batterie sulfatiert und Zellen kurzgeschlossen als getrennte Ursachen desselben Alarms auf und schreiben für beide dieselbe Maßnahme vor. Nur der Kapazitätstrend über aufeinanderfolgende Zyklen trennt die beiden – und nur eine kalibrierte Vorher-Nachher-Prüfung macht aus einer Regenerierbehauptung eine dokumentierte Zahl.

Was sagt der Regeneriertrend tatsächlich aus?

Eine Reihe, die steigt und dann abflacht, hat die tatsächlich erreichbare Obergrenze der Batterie gefunden: Hier ist Schluss. Eine Reihe, die vom ersten Zyklus an flach bleibt, sagt, dass der Fehler nie Sulfatierung war: Auch hier ist Schluss, und die Batterie geht ins Recycling statt zurück in den Betrieb. Beide Antworten sparen Werkstattstunden; nur eine von beiden endet in einem Auftrag.

Was ist der wichtigste Sicherheitsaspekt?

Die Belüftung. Batterien in Ladung setzen Wasserstoff frei, der in Luft von 4,1 % bis 72 % Volumenanteil brennbar ist, und eine Regenerierkampagne gast weit stärker als eine Routineladung, über Tage statt über Stunden. Die Belüftung des Laderaums ist für die Anzahl der behandelten Batterien auszulegen, und eine aktive DC-Verbindung darf niemals getrennt werden, während eine Ladung oder Entladung läuft.

Geräte und Beratung

Der Entlader, Analysator und Zykliergerät XD liefert die Messung und das Mehrspannungs-Ladegerät und Konditionierer XMV liefert die Behandlung; zusammen bilden sie in der Konfiguration XD-Combo das automatische Zykliergerät, das dieser Artikel beschreibt. Ebenso lassen sich die übrigen Batterieentlader und Batterieladegeräte und Gleichrichter ansehen oder unser verwandter Artikel über die Behandlung sulfatierter Batterien mit Ladegerät-Entlader-Analysator lesen.

Verliert Ihre Flotte von Traktionsbatterien Kapazität und Sie müssen wissen, welche davon eine Regenerierung wert sind? Sprechen Sie unsere Ingenieure an – wir helfen Ihnen, die Ausrüstung zu spezifizieren und das Prüfprotokoll zu entwerfen.

Quellen

Die technischen Daten dieses Artikels stammen aus dem Benutzerhandbuch des XD und aus dem Service- und Programmierhandbuch des Batterieladegeräts XMV (Amperis Products S.L.). Die Bilder 1 und 3–6 sind für diesen Artikel erstellte erläuternde Schemata und geben keine Abbildungen aus den Handbüchern wieder; die Kapazitätswerte in Bild 5 sind beispielhaft. Installation, Konfiguration und Service sind von qualifiziertem Personal nach den Handbüchern und allen anwendbaren nationalen und örtlichen Vorschriften auszuführen. Technische Änderungen vorbehalten.