Die Wahl der richtigen Batterie

Bei der Wahl einer Batterie müssen die folgenden Kriterien berücksichtigt werden:

• Die Kapazität der Batterie in Milliampere/Std. (mAh) (siehe uintenstehende Berechnungsformel).
• Die Stromspannung, die von den für die Elektroden verwendeten Materialien bestimmt wird und von 3,2 bis 4V für Lithium Batterien und von 1,2 bis 2V für andere gehen kann.
• Die Betriebstemperatur
• Die Größe der Batterie und ihre Form.
• Die Art der Verwendung.
• Der Preis.

Alle Batterien haben zwei gemeinsame Eigenschaften:

• Die Spannung, angegeben in Volt (V): aufladbare Batterien sind im Allgemeinen 12V-Batterien. Für größere Elemente mit Spannungen von 12, 24 oder 48V verwendet man getrennte 2-V-Batterien, die in Reihe eingesetzt werden und eine Lebensdauer von etwa 10 Jahren haben.
• Ihre Leistung wird in Ampere/h (Ah) angegeben und kann erhöht werden, indem man mehrere Batterien parallel schaltet.

Multipliziert man die Spannung mit der Leistung, so erhält man die in kilowatt/h (kWh) gespeicherte Elektrizität. Beispiel: eine 12V-– 100 Ah-Batterie enthält theoretisch 12 x 100 = 1.200 Wh = 1,2 kWh.

In Anlehnung an diese Eigenschaften muss die Technologie gewählt werden, auch bekannt als Batterietyp und chemische Zusammensetzung: Blei/Säure, Nickel, Lithium. Keine Batterietechnologie ist besser als eine andere. Jede Batterie hat ihre Stärken und Schwächen, und es ist Sache der Betreiber von Anwendungen, die Batterien benötigen, diejenige auszuwählen, die ihren Anforderungen am besten entspricht.

Die Batterien haben eine Lebensdauer und eine Anzahl klimabedingt vorherbestimmter Zyklen (Umgebungstemperatur) und Verwendungstyp (Entladetiefe). Um die Lebensdauer zu erhöhen und die Funktionsweise zu optimieren, wird geraten, die Lager- und Verwendungsempfehlungen zu berücksichtigen.

Um die Batterie, die Sie benötigen, korrekt zu dimensionieren, muss jeder Verbrauch, der über den Tag geplant ist, berücksichtigt und die Summe (in Watt/Tag) durch die Spannung des Gleichstroms (in Volt) geteilt werden. Es wird davon abgeraten, bestimmte Batterien, insbesondere die Bleibatterien, mit weniger als 50% zu laden. Um die minimale Leistung zu erhalten, die gebraucht wird, muss dieses Ergebnis (in Ampere/Tag) durch 0,5 geteilt werden. Das Arbeiten mit 24V bietet die Möglichkeit, die erforderliche Leistung im Vergleich zu einer Nutzung mit 12V um die Hälfte zu reduzieren oder sogar durch 4 zu teilen, wenn Sie mit 48V arbeiten. Haben Sie mehrere Geräte, die gleichzeitig arbeiten, ist eine höhere Leistung vorzuziehen.

Eine Lithium-Batterie ist ein elektrrochemischer Akku, dessen chemisches Element Lithium ist. Jedes Material, das Lithium enthält, kann als Basis einer Lithium-Ion-Batterie verwendet werden. Es ist dementsprechend schwierig, allgemeine Regeln für diesen Akku aufzustellen, da die großvolumigen Märkte (Fotoapparate, Mobiltelefone usw.) mit starken Energien (hybrides, elektrisches, für die Luftfahrt vorgesehenes Fahrzeug) nicht alle einen identischen Bedarf in Bezug auf die Lebensdauer, die Kosten und die Leistung haben.

Verschiedene Typen von Lithium-Batterien werden angeboten:

• Lithium-ion (Li-ion): sehr beständige Batterien mit einer sehr hohen Energiedichte (der höchsten des Marktes).
• Lithium-Polymer (Li-Po): Diese lithium-ion-Technologie verwendet ein polymeres Elektrolyt an Stelle eines flüssigen. Es besteht aus halbfesten Polymeren mit hoher Konduktivität. Diese Technologie ist sehr vielversprechend.
• Lithium Eisen Phosphat (LiFePO4): die Energiedichte dieser Batterie ist zuverlässiger als die der anderen Technologien, aber der LiFePO4 – Akku verfügt über eine ausgezeichnete Lebensdauer und bietet eine große Sicherheit. Diese Batterien sind ideal für Notstromversorgungen (UPS).

Vorteile:

• Hohe Energiedichte, was eine Reduzierung von Gewicht und Volumen der Batterien gestattet.
• Wenig Wartung.
• Wiederaufladbar.
• Lange Lebensdauer.
• Sehr geringe Selbstentladung.
• Große Formenvielfalt.
• Begrenzter Memory-Effekt.

Nachteile:

• Teurer als die anderen Technologien.
• Erfordern einen Schutzkreislauf, da sie gefährlich sind.
• Stenge Regelung für den Transport.
• Nutzen sich auch ohne Verwendung ab.

Zyklen: liefern ca. 1 300 Zyklen mit 100 % Entladung.

Anwendungen (alle Lmithioum-Typen zusammen):

• Speicherung von Sonnen- und Windenergie.
• Speicherung von Sonnen- und Windenergie.
• Autonome Anwendungen (öffentliche Beleuchtung, Parkuhren, Sicherheitskameras, pädaogische Radars, Verkehrsampeln…).
• Mobilität (elektrische Fahrräder, Elektrofahrzeuge [utilitaires ou industriels]Robotertechnik, Luft-/Raumfahrtindustrie, Drohnen, Marine…).
• Tragbare Energie (Batterien, Wandler, Leistungseinheiten).

Man unterscheidet zwei Arten von Bleibatterien:

• Offene Bleibatterien mit einem wasserverdünnten Schwefelsäufre-Elektrolyt . Ihre Besonderheit besteht darin, dass es zuverlässige Akkus sind, deren Technologie deren Technologie seit dem XIXe Jahrhundert bekannt und bewährt ist. Diese Batterien haben den Nachteil, dem Einfluss von Temperaturschwankungen zu unterliegen. Sie erfordern weiterhin eine regelmäßige Wartung (Niveauangleichung mit distilliertem Wasser), weil ihr Elektrolyt mit der Zeit verdampft.
• Geschlossene Bleibatterien mit einem gelierten Elektrolyt. Sie haben den Vorteil, keinerlei Wartung zu brauchen, leicht manipulierbar zu sein (keine Leckagen) und über eine vom Hersteller perfekt beherrschte Stabilität zu verfügen. Sie liefern im Allgemeinen ca. 400 Zyklen mit 80% Entladung.

Vorteile:

• Zuverlässigkeit.
• Lange Lebensdauer.
• Kein Memory-Effekt.
• Preisgünstig.
• Geringer Selbstentlade-Effekt, ca. 5-10%/ Monat.

Nachteile:

• Hohes Gewicht.
• Geringe Autonomie
• Kälteempfindlich
• Regelmäßiger Wartungsbedarf (ausschließlich für die offenen Batterien).
• Niedrige Energiedichte.

Anwendungen

• Industrie.
• Ausstattung von Schienenfahrzeugen und Automobilen (inbkl. LKW‘s), Flugzeuge, Satelliten…

Nickel-Metallhydrid-Speicherbatterien, auch unter dem Namen NiMH (aus dem Englischen nickel-metal hydride), bekannt, haben die Ni-Cd Batterien mit Nickel-Cadmium nahezu ersetzt, weil sie weniger umweltschädigend sind. Das Vorhandensein von Cadmium in den NI-Cd-Speichern stellt ein echtes Recyclingproblem dieser Batterien am Ende ihrer Lebenszeit dar. Die NiMH Batterien haben eine hohe Energiedichte und können völlig entladen sein, ohne deswegen einen Teil ihrer Lebensdauer einzubüßen.

Sie haben den Nachteil, nur eine geringe Leistung zu besitzen, was sie zu Akkus macht, die sich eher für tragbare Geräte eignen, deren Autonomie selten einige Stunden übersteigt. Sie liefern im Allgemeinen zwischen 500 und 700 Zyklen mit 80% Entladung.

Vorteile der Ni Cd Batterien:

• Lange Lebensdauer, bis zu 20 Jahren
• Sie können extremen Temperaturen ausgesetzt werden (-20°c – + 40°C).
• Geringer innerer Widerstand: eine hohe Energiedichte, verbunden mit einer schnellen Ladekapazität.
• Leichter als Bleibatterien.

Nachteile der Ni Cd Batterien:

• Kostspieliger.
• Umweltschädigend: Nickel und Cadmium sind beide schädlich. Die Abbau-/Recyclingprozesse sind sehr kostspielig.
• Memory-Effekt; die Batterie muss vollständig entladen werden, bevor sie wieder neu geladen werden kann.
• Durchschnittliche Autonomie.

Vorteile der NiMH Batterien:

• Ähnlichkeit mit den NI-Cd-Batterien.
• Leiden weniger unter dem Memory Effekt.
• Verfügen über eine größere Autonomie.

Nachteile der NiMH Batterien:

• Kostspieliger.
• Unterliegen der Selbstentladung.

Die geläufigsten Batterien sind die alkalischen Batterien, Mangan-Zinkdioxyd (Zn-MnO2) und die alkalischen Lithium-Mangandioxyd (Li-MnO2) Batterien. Alkalische Batterien werden vor allem im Haushalt verwendet. Die am häufigsten vertretenen Formate sind die zylindrischen Modelle (LR3, LR6, LR14, LR20) und die Knopf-Formate. Auf Grund ihrer Größe werden alkalische Batterien häufig in tragbaren Geräten mit geringer Leistung eingesetzt, wie z.B. Fernbedienungen, Taschenlampen, Uhren, Spielzeuge usw.

Vorteile:

• Preisgünstig.
• Zufriedenstellende Energiedichte.
• Verfügbarkeit.

Nachteil:

• Alkalische Batterien sind im Allgemeinen nicht aufladbar.