Laden von Bleibatterien: Der IUoU-Ladezyklus

Nicolas Venance - Boat Technical Journal

Tags: Akku, Bleiakku, Elektrischer Schaltkreis, Elektrizität, Elektrisches Netz

IUoU ? UOIU? Es ist schwer, sich bei diesem Akronym nicht zu verheddern, das den Ladevorgang einer Batterie in drei Phasen mit unterschiedlichen Eigenschaften in Bezug auf Spannung, Strom und Dauer bezeichnet. Was ist das? Wozu dient es? Wie stellt man sein Ladegerät ein? Die Antworten finden Sie hier!

Vielleicht ist Ihnen schon einmal aufgefallen, wenn Sie mit einem Battery Monitor (einer Batteriekapazitätsanzeige) ausgestattet sind, dass dieses Gerät selbst nach stundenlangem Segeln mit Motor und eingeschalteter Lichtmaschine nicht 100 % anzeigt?
Das liegt daran, dass ein Generator allein eben nicht in der Lage ist, mit seiner maximalen Spannung von 14 V eine volle Ladung zu liefern.
Ohne spezielle Geräte wird es nicht möglich sein, Batterien mit der Lichtmaschine auf mehr als 80 % ihrer Kapazität zu laden.
Um die nächsten 20 % zu erreichen, muss dann eine leichte Überspannung an die Akkumulatoren angelegt werden, das ist die zweite Phase.
Dann, wenn eine vordefinierte Zeit erreicht ist, schaltet das Ladegerät in eine dritte Phase, die Wartungsphase, um, um die Selbstentladung zu kompensieren.

Die Belastung in 3 Phasen IUoUo

Eine Bleibatterie (12 V), die mit 100 % voll aufgeladen wird, hat nach einer einstündigen Trennung von allen Verbrauchern oder Ladegeräten eine stabile Spannung von 12,7 V. Eine Bleibatterie (12 V), die mit 100 % voll aufgeladen wird, hat nach einer einstündigen Trennung von allen Verbrauchern oder Ladegeräten eine stabile Spannung von 12,7 V.
Um dies zu erreichen, müssen die Ladegeräte zwischen verschiedenen Spannungs- und Stromszenarien wechseln.

Die heutigen Ladegeräte sind in der Lage, Spannung, Strom und Zeit zu modulieren und diese Parameter auf das Laden eines Batterieparks anzuwenden.

Da sich die Eigenschaften dieser Phasen je nach Chemie (AGM, Gel, Blei-Flüssig-Elektrolyt...) leicht unterscheiden, müssen sie unbedingt vor der Inbetriebnahme des Ladegeräts eingestellt werden.

Die DIN 41773 beschreibt diese IUoU-Last.

Die drei Phasen des Ladens im Detail

Phase I
In dieser Phase wird eine hohe Spannung an die Batterie angelegt. Diese kann bis zu 14,6 oder sogar 14,9 V betragen, wenn Sie eine Schnellladeeinstellung verwenden.
Der vom Ladegerät höchstmögliche Strom wird dann abgegeben, was dieser Phase I, die auch Bulk genannt wird, ihren Namen gibt.
Am Ende dieser ersten Phase wird die Batterie auf 80 % aufgeladen.

Die Uo-Phase
Uo bezeichnet die Überspannungsspannung.
Um die Ladegrenze der I-Phase zu überschreiten, legen die Ladegeräte eine leichte momentane Überspannung mit hohem Strom auf den Wert Uo an. Dies ist die Absorptionsphase.

Bei einer Absorptionsspannung von 14,4 V im Vergleich zu einer serienmäßigen Lichtmaschine mit 14,2 V ist es verständlich, warum es unmöglich ist, mit einer Lichtmaschine allein die Ladeschwelle von 80 % SOC (state of charge) zu überschreiten.

Die U-Phase
In dieser Phase, der sogenannten Erhaltungsphase, sinkt die Spannung ebenso wie die Intensität wieder ab.
Diese Sequenz entspricht der Spannungserhaltung der geladenen Batterie, dem Float-Modus.

Zusätzliche Phasen, die von einigen Verladern ausgegeben werden

Der "battery safe"-Modus

Bei manchen Geräten kann dieser Sequenz ein reiner Standby-Modus des Ladegeräts folgen, wenn kein Verbrauch festgestellt wird, um die Platten der Akkus so wenig wie möglich zu belasten. Die Spannung wird dann automatisch auf das Float-Niveau angehoben, und zwar nur einmal pro Woche, wie im "Battery Safe"-Modus von Victron Energy.

Der Equalizer-Modus

Ein Ausgleichsmodus ist nur für Batterien mit flüssigem Elektrolyt vorgesehen. In diesem Modus wird eine Überspannung von 10 % an die Batterie angelegt, um den Schichtungsprozess des flüssigen Elektrolyten zu begrenzen. Dies ist in etwa so, als würde man den Inhalt der Batterie schütteln, um die Homogenität der Mischung zu erhalten.

Ein Entsulfatierungsmodus

Bei der Anwendung durch einen Verbraucher verbinden sich die Bleiplatten (Elektroden) mit der sauren Elektrolytlösung und bilden Bleisulfatkristalle. Diese Kristalle lagern sich auf der Oberfläche der Platten ab und verhindern, dass der elektrochemische Prozess ordnungsgemäß abläuft, wodurch die Leistung der betreffenden Batterie stark beeinträchtigt wird: Dies wird als "Sulfatierung" bezeichnet.

Um damit fertig zu werden, wird ein Zwangsprozess ausgelöst, der eine Reihe von elektrischen Implosionen aussendet, die so beschaffen sind, dass die betreffenden Kristalle zerfallen, indem sie die Molekülbindungen zwischen Bleiionen und sauren Sulfationen aufbrechen.

Die Einstellung der Parameter für die Ladesequenzen auf dem/den Ladegerät/en.

Die verschiedenen Batterietypen sind so konzipiert, dass sie je nach Ladesequenz von einer genau definierten Ladespannung profitieren. So erwarten Gel-Batterien eine niedrigere Spannung als AGM-Batterien.
Je nach Ladephase betragen diese Spannungsunterschiede bis zu 0,5 V.
Wenn Sie eine Gel-Batterie mit AGM-Parametern aufladen, wird sie mit einer hohen Überspannung beaufschlagt und landet direkt auf dem Müll!
Das Laden von AGMs mit Gel-Einstellungen wird ihnen das Zyklieren verbieten, was ihre Lebensdauer erheblich einschränken wird.
Die Einstellung dieser Parameter erfolgt über einen Computer mithilfe einer Einstellungsschnittstelle oder durch das Betätigen mikroskopisch kleiner Schalter, der DIP-Schalter, die sich im Gerät befinden.

In der oberen linken Ecke, in diesem Bild (unten), DIP-Schalter an einem Ladewandler Multiplus 12/3000 von Victron Energy.

Bei anderen Geräten erfolgt die Einstellung über einen integrierten Kontrollbildschirm.
In jedem Fall ist bei der Festlegung dieser Einstellungen äußerste Vorsicht geboten.
Wenn Sie sich nicht sicher sind, ist es ratsam, die Dokumentation des Batterieherstellers zu Rate zu ziehen, in der die Spannungs- und Strombereiche pro Sequenz festgelegt sind.
Diese Anweisungen stehen manchmal auch auf den Batterien selbst.