USV-Batterie-Erhaltungsladung, Ausgleichsladung und Schnellladung: Wann jede Betriebsart zu verwenden ist

Eine USV-Batteriebank wurde kürzlich nach nur drei Jahren Betriebsdauer auf Austausch geprüft.

Der erste Verdacht war die Batteriequalität. Die Ladehistorie zeigte jedoch eine weitere mögliche Ursache: Die USV war so konfiguriert, dass sie häufig Ausgleichsladungen mit erhöhter Spannung durchführte.

Bei VRLA-Batterien, die hauptsächlich für Standby-Betrieb verwendet werden, kann wiederholtes Laden mit hoher Spannung die Gasentwicklung, den Wasserverlust und die Batterietemperatur erhöhen, wenn es das vom Batteriehersteller empfohlene Ladeverfahren überschreitet.

Die Lebensdauer der Batterie hängt von mehr als nur der Batterie selbst ab. Ladeeinstellungen, Temperatur und die verfügbare Ladezeit spielen eine Rolle.

Erhaltungsladung, Ausgleichsladung oder Boost-Ladung und Schnellladung dienen unterschiedlichen Zwecken. Sie sollten nicht als austauschbare Lademodi behandelt werden.

Wichtige Erkenntnisse

• Erhaltungsladung ist der normale Standby-Modus für die meisten VRLA-USV-Batteriesysteme.

• Ausgleichs- oder Boost-Ladung sollte nur verwendet werden, wenn der Batteriehersteller dies zulässt.

• Schnellladung ist sowohl durch den zulässigen Ladestrom der Batterie als auch durch die Kapazität des USV-Ladegeräts begrenzt.

• Batteriekapazität, Ladestrom und verfügbare Ladezeit sollten zusammen bewertet werden.

• Die Ladeparameter sollten immer auf den technischen Daten des spezifischen Batteriemodells basieren.

Erhaltungsladung ist der normale USV-Standby-Modus

Für die meisten VRLA-Batteriebänke, die an eine Online-USV angeschlossen sind, ist die Erhaltungsladung der normale Betriebszustand.

Wenn Netzstrom verfügbar ist, hält das USV-Ladegerät die Batterie auf einer kontrollierten konstanten Spannung. Wenn sich die Batterie dem vollständigen Ladezustand nähert, fällt der Ladestrom auf einen niedrigen Wert ab und die Batterie bleibt für den nächsten Ausfall bereit.

Für viele stationäre VRLA-Batterien beträgt die empfohlene Erhaltungsspannung bei etwa 25°C ungefähr:

2,25–2,30 V pro Zelle

Für eine 12-V-Batterie mit sechs Zellen entspricht dies ungefähr:

13,5–13,8 V pro Batterie

Dies ist ein typischer Bereich, keine Einstellung, die auf jede Batterie angewendet werden sollte.

AGM-, GEL-, TPPL- und andere VRLA-Designs können unterschiedliche Ladeanforderungen haben. Die richtige Erhaltungsspannung sollte immer der technischen Dokumentation des spezifischen Batteriemodells entnommen werden.

Ein kleiner Fehler bei der Erhaltungsspannung wird im Laufe der Zeit wichtig

USV-Batterien können jahrelang auf Erhaltungsladung bleiben, daher kann selbst ein kleiner Ladefehler langfristige Auswirkungen haben.

Wenn die Erhaltungsspannung zu niedrig ist, kann die Batterie teilweise geladen bleiben. Langfristiges Unterladen kann zu Sulfatierung und reduzierter verfügbarer Kapazität führen.

Wenn die Erhaltungsspannung zu hoch ist, bleibt die Batterie unter kontinuierlicher Überladung. Dies kann die Gasentwicklung, den Wasserverlust, die Gitterkorrosion und die Betriebstemperatur erhöhen.

Die USV zeigt möglicherweise keinen sofortigen Alarm an, während die Batterielebensdauer allmählich reduziert wird.

Für langfristigen Standby-Betrieb ist eine genaue Erhaltungsspannung wichtiger als eine aggressive Ladung.

Temperaturkompensation sollte überprüft werden

Die Ladespannung von Blei-Säure-Batterien ändert sich mit der Temperatur.

Wenn die Batterietemperatur steigt, nimmt die empfohlene Ladespannung normalerweise ab. Bei niedrigeren Temperaturen kann eine etwas höhere Spannung erforderlich sein.

Viele stationäre VRLA-Batterien verwenden einen negativen Temperaturkompensationswert von einigen Millivolt pro Grad Celsius pro Zelle, aber der genaue Koeffizient hängt vom Batteriedesign ab.

Wenn die USV eine temperaturkompensierte Ladung unterstützt, überprüfen Sie, ob:

• der Batteriesensensor korrekt installiert ist;

• die Temperaturkompensation dort aktiviert ist, wo sie erforderlich ist;

• die Referenztemperatur den Anweisungen des Batterieherstellers entspricht.

Eine Batteriebank, die kontinuierlich bei 30°C betrieben wird, sollte nicht automatisch genau die gleiche Ladespannung verwenden wie eine, die bei 20°C oder 25°C betrieben wird.

Ausgleichsladung ist keine routinemäßige Wartung für jede VRLA-Batterie

Die Ausgleichsladung wird oft mit Blei-Säure-Batterien in Verbindung gebracht, aber der Begriff kann bei USV-Anwendungen irreführend sein.

Traditionelle belüftete Blei-Säure-Batterien können eine periodische Ausgleichsladung verwenden, um Unterschiede im Ladezustand zwischen den Zellen zu reduzieren.

VRLA-Batterien erfordern mehr Vorsicht.

Abhängig vom Hersteller kann eine vorübergehende Ladephase mit höherer Spannung als bezeichnet werden:

• Ausgleichsladung;

• Boost-Ladung;

• Wiederherstellungsladung;

• Inbetriebnahme-Ladung.

Diese Begriffe sind nicht immer austauschbar.

Einige VRLA-Hersteller bieten ein spezifisches Ausgleichsverfahren an. Andere schränken dessen Verwendung ein oder geben eine andere Boost-Ladungsmethode an.

Das Vorhandensein einer Ausgleichsladung Option in einem USV-Menü bedeutet nicht, dass sie jeden Monat automatisch ausgeführt werden sollte.

Das Batteriehandbuch sollte dies entscheiden.

Wann kann eine höhere Wiederaufladespannung angemessen sein?

Eine Situation ist nach einer signifikanten Entladung.

Eine entladene Batterie sollte so schnell wie möglich wieder aufgeladen werden. Einige Batteriehersteller erlauben eine vorübergehend höhere Ladespannung oder einen höheren Ladestrom, um die Wiederherstellungszeit zu verkürzen.

Der wichtige Punkt ist, dass dies vorübergehend ist.

Sobald der erforderliche Ladezustand erreicht ist, sollte das Ladegerät zum normalen Standby-Ladestufe zurückkehren, die vom Batteriehersteller angegeben wurde.

Eine weitere Situation ist wiederholtes unvollständiges Aufladen.

Dies ist an Standorten mit instabiler Netzversorgung üblich.

Der Betriebszyklus kann wie folgt aussehen:

Ausfall → Batterieentladung → Netz kehrt zurück → Teilladung → weiterer Ausfall

Wenn der nächste Ausfall auftritt, bevor die Batterie wiederhergestellt ist, ist die verfügbare Backup-Zeit kürzer.

Wenn dies wiederholt geschieht, kann die Batteriebank einen Großteil ihres Lebens unter dem vollständigen Ladezustand verbringen.

Bevor Sie die Ladespannung erhöhen, überprüfen Sie zuerst das Systemdesign.

Die Batteriekapazität allein bestimmt nicht die Ladezeit

Dies ist einer der am meisten übersehenen Punkte bei der USV-Batterieauslegung.

Eine größere Batteriebank liefert mehr gespeicherte Energie, erfordert aber auch mehr Zeit oder mehr Ladestrom, um sich nach einer Entladung zu erholen.

Drei Faktoren müssen zusammen betrachtet werden:

Batteriekapazität + Ladegerätkapazität + verfügbares Ladefenster

Betrachten Sie ein einfaches Beispiel.

Wenn eine 100-Ah-Batterie einen maximalen Ladestrom von 0,2 C zulässt, wäre der entsprechende Strom:

100 Ah × 0,2 = 20 A

Wenn das USV-Ladegerät jedoch nur 10 A liefern kann, wird die Batteriebank nicht mit 20 A aufgeladen.

Das Ladegerät wird zum limitierenden Faktor.

Dies ist besonders wichtig, wenn eine große externe Batteriebank hinzugefügt wird, um die USV-Backup-Zeit zu verlängern.

Das Hinzufügen von mehr Batterien verlängert die Laufzeit, erhöht aber nicht automatisch die Ladekapazität.

Ein für mehrere Stunden Backup ausgelegtes System kann daher ein Ladegerät mit höherer Kapazität oder zusätzliche Lademodule erfordern, wenn eine schnelle Wiederherstellung erforderlich ist.

Um die Batteriebank vor der Überprüfung der Ladezeit zu dimensionieren, siehe unseren USV-Batterie-Laufzeit-Dimensionierungsleitfaden.

Häufige Ausfälle machen die Ladezeit zu einem Teil des USV-Designs

An Standorten mit einem instabilen Netz sollte die Ladefähigkeit während der USV-Auswahl und nicht nach der Installation berücksichtigt werden.

Angenommen, eine Batteriebank ist für lange Backup-Zeiten ausgelegt, aber der Standort erlebt mehrere Ausfälle pro Tag.

Nach der ersten Entladung hat die USV möglicherweise nur wenige Stunden Zeit zum Aufladen, bevor die nächste Unterbrechung eintritt.

Wenn das Ladegerät in diesem Zeitraum nicht genügend Kapazität wiederherstellen kann, beginnt jeder nachfolgende Ausfall mit weniger gespeicherter Energie.

Die Batteriebank kann daher für die Laufzeit korrekt dimensioniert, aber schlecht an die tatsächliche Betriebsumgebung angepasst sein.

Überprüfen Sie für Standorte mit häufigen Ausfällen:

• erwartete Entladetiefe;

• Anzahl der Ausfälle pro Tag;

• Batteriekapazität;

• USV-Ladegerätstrom;

• verfügbare Ladezeit;

• Generatorbetriebsplan, falls zutreffend.

Dies ist oft nützlicher als nur die Erhöhung der Batterie-Ah-Kapazität.

Weitere Informationen zu USV-Kapazität, Laufzeit und Batteriekonfiguration finden Sie in unserem USV-Dimensionierungsleitfaden.

Ausgleichsladung kann eine ausgefallene Batterie nicht reparieren

Wenn eine Batterie in einer Reihenschaltung eine anormale Spannung aufweist, sollte die Anwendung einer höheren Ladespannung auf die gesamte Schaltung nicht die erste Reaktion sein.

Überprüfen Sie zuerst den Batteriezustand.

Nützliche Messungen umfassen:

• individuelle Batteriespannung;

• Innenwiderstand oder Leitfähigkeit;

• Verbindungswiderstand;

• Batterietemperatur;

• Entladekapazität;

• sichtbare Schwellung, Leckage oder Korrosion.

Eine Batterie mit erheblicher Kapazitätsverlust, internen Schäden, übermäßiger Austrocknung oder abnormaler Erwärmung kann normalerweise nicht einfach durch Erhöhung der Ladespannung wiederhergestellt werden.

Ausgleichsladung ist ein Ladeverfahren, keine Reparaturmethode.

Weitere Informationen zur Batterie-String-Verkabelung und -Überwachung finden Sie unter USV-Batterie-Mittelpunkt: Was er tut, wann Sie ihn brauchen und wie Sie ihn anschließen.

Warum übermäßige Ladung bei VRLA-Batterien ein Problem darstellt

VRLA-Batterien sind so konzipiert, dass sie einen Großteil des Gases, das während des normalen Ladens entsteht, rekombinieren.

Diese Rekombinationsfähigkeit hat Grenzen.

Übermäßige Ladespannung, Ladestrom oder Temperatur können die Gasentwicklung schneller erhöhen, als die Batterie sie rekombinieren kann.

Der Innendruck steigt dann an und das Druckentlastungsventil kann auslösen.

Sobald Feuchtigkeit aus einer versiegelten VRLA-Batterie verloren geht, kann sie nicht auf die gleiche Weise wiederhergestellt werden wie Elektrolyt in einer herkömmlichen belüfteten Batterie.

Wiederholtes Überladen kann daher die Austrocknung und den permanenten Kapazitätsverlust beschleunigen.

Wenn eine Batterie zeigt:

• Gehäuseschwellung;

• ungewöhnliche Temperatur;

• Leckage oder Korrosion;

• Verfärbung um den Ventilbereich;

• anhaltend abnormale Spannung;

untersuchen Sie die Ursache, bevor Sie die Ladeeinstellungen ändern.

Schnellladung bezieht sich hauptsächlich auf den verfügbaren Ladestrom

Bei Blei-Säure-USV-Batterien ist Schnellladung normalerweise ein nützlicherer Begriff als Schnellladung.

Die Ladezeit hängt hauptsächlich ab von:

1. USV-Ladegerätkapazität;

2. maximaler Ladestrom, der von der Batterie zugelassen wird;

3. Tiefe der vorherigen Entladung;

4. Batterietemperatur;

5. das vom Hersteller angegebene Ladeverfahren.

Es gibt keine einzelne maximale C-Rate, die für jede VRLA-Batterie gilt.

Einige Batteriemodelle erlauben einen relativ hohen anfänglichen Ladestrom, während andere niedrigere Grenzwerte verwenden.

Deshalb Aussagen wie:

Alle USV-Batterien sollten mit 0,1 C geladen werden.

oder:

0,25 C ist immer das Maximum.

sind zu breit gefasst.

Verwenden Sie das Datenblatt für das genaue Batteriemodell.

Übersehen Sie das USV-Ladegerät nicht, wenn Sie externe Batterien hinzufügen

Dieser Punkt ist besonders wichtig, wenn eine Standard-USV an eine viel größere externe Batteriebank angeschlossen wird.

Die Batterieberechnung kann zeigen, dass die erforderliche Backup-Zeit erreichbar ist, aber eine weitere Frage bleibt:

Wie lange wird die USV benötigen, um die Batterien nach einer Entladung wieder aufzuladen?

Wenn die Antwort 10, 15 oder sogar 20 Stunden beträgt, kann dies an einem Standort mit stabiler Netzversorgung akzeptabel sein.

Es ist möglicherweise nicht akzeptabel an einem Standort, an dem ein weiterer Ausfall wahrscheinlich innerhalb weniger Stunden eintritt.

Für USV-Projekte mit langer Laufzeit sollte daher die Ladegerätkapazität zusammen mit folgenden Punkten überprüft werden:

• USV kVA/kW-Nennleistung;

• DC-Batteriespannung;

• Batterie-Ah-Kapazität;

• erforderliche Backup-Zeit;

Die Länge des Batteriekabels und die Größe des Leiters sollten ebenfalls überprüft werden, insbesondere wenn externe Batteriekabinetts mehrere Meter von der USV entfernt installiert sind.

Für Kabellänge, Spannungsabfall und Platzierung des Batteriekabinetts siehe Wie weit sollte eine USV vom Batteriekabinett entfernt sein?.

Lithiumbatterien verwenden eine andere Ladestrategie

Lithiumbatteriesysteme sollten nicht einfach Blei-Säure-Terminologie wie Erhaltungs- und Ausgleichsladung übernehmen.

Industrielle Lithiumbatterien folgen normalerweise einem Ladeverfahren, das vom Batteriehersteller definiert und vom Batteriemanagementsystem gesteuert wird.

Das BMS überwacht typischerweise:

• Zellenspannung;

• Batterietemperatur;

• Ladestrom;

• Ladezustand;

• Zellungleichgewicht;

• Überspannung;

• Übertemperatur.

Für ein Lithium-USV-Batteriesystem sind die wichtigen Fragen:

• Ist das USV-Ladegerät mit der Batterie kompatibel?

• Funktioniert die Kommunikation zwischen der USV und dem BMS korrekt?

• Liegen Ladespannung und -strom innerhalb der Grenzwerte des Batterieherstellers?

Die Ladeparameter sollten nicht manuell über die vom Batteriehersteller oder BMS definierten Grenzwerte hinaus erhöht werden.

Erhaltungsladung vs. Ausgleichsladung vs. Schnellladung

Vor dem Ändern der USV-Batterieladeeinstellungen

Bevor Sie Erhaltungs-, Boost- oder Lade-Parameter ändern, überprüfen Sie:

• genaues Batteriemodell und Technologie;

• vom Hersteller angegebene Erhaltungsspannung;

• zulässige Boost- oder Ausgleichsspannung;

• maximaler Ladestrom;

• Anforderung an die Temperaturkompensation;

• USV-Ladegerätkapazität;

• Batteriebank-Ah-Kapazität;

• erwartete Ausfallhäufigkeit;

• verfügbare Ladezeit;

• Batterietemperatur;

• individuelle Batteriespannungen.

Passen Sie nicht einen Parameter isoliert an.

Eine höhere Ladespannung kann die Ladezeit verkürzen, aber auch die Batteriebelastung erhöhen.

Eine größere Batteriebank kann längere Backup-Zeiten bieten, erfordert aber möglicherweise auch viel längere Ladezeiten.

Die Ladestrategie muss zur Batterie, zum USV-Ladegerät und zu den tatsächlichen Standortbedingungen passen.

Drei praktische Regeln

Verwenden Sie das Datenblatt der Batterie für die Erhaltungsspannung.

Erhöhen Sie die Erhaltungsspannung nicht einfach, weil eine höhere Einstellung die Batterie vollständiger zu laden scheint.

Planen Sie die Ausgleichsladung nicht automatisch, es sei denn, der Batteriehersteller empfiehlt dies.

Eine Ausgleichsfunktion im USV-Menü bedeutet nicht, dass jede VRLA-Batterie eine periodische Ausgleichsladung benötigt.

Wenn die Ladezeit wichtig ist, überprüfen Sie das Ladegerät genauso sorgfältig wie die Batteriekapazität.

Eine große Batteriebank, die an ein unterdimensioniertes Ladegerät angeschlossen ist, kann nach vollständiger Aufladung eine ausgezeichnete Backup-Zeit, aber eine schlechte Wiederherstellung zwischen den Ausfällen bieten.

USV-Batterien verbringen den größten Teil ihrer Lebensdauer mit einem Ladegerät verbunden, anstatt die Last zu versorgen.

Das macht Ladespannung, Temperaturkompensation, Ladestrom und Ladezeit zu Teilen der Batterielebensdauer – nicht nur zu Inbetriebnahmeeinstellungen.

Die Wahl der richtigen Batterie ist nur der erste Schritt.

Sie korrekt zu laden ist genauso wichtig.

Technischer Hinweis

Ladespannung, Ladestrom, Temperaturkompensation, Ausgleichs- oder Boost-Einstellungen und Ladelimits variieren je nach Batteriedesign und USV-Ladegerätkonfiguration.

Befolgen Sie immer die neueste technische Dokumentation des Batterieherstellers und des USV-Herstellers. Die in diesem Artikel besprochenen Werte sind allgemeine technische Referenzen und sollten nicht durch modellspezifische Ladeanweisungen ersetzt werden.

Internationale Standards und technische Referenzen

Die folgenden internationalen Standards sind für stationäre USV-Batteriesysteme relevant:

• IEC 60896 Serie — Stationäre ventilgeregelte Blei-Säure-Batterien.

• IEC 62485-2 — Sicherheitsanforderungen für stationäre Sekundärbatterien und Batterieinstallationen.

• IEEE 1188 — Wartung, Prüfung und Austausch von stationären VRLA-Batterien.

• IEC 62619 — Sicherheitsanforderungen für industrielle Sekundär-Lithiumzellen und -batterien.

Diese Standards bieten allgemeine technische und sicherheitstechnische Hinweise. Die tatsächlichen Ladeparameter sollten immer anhand der aktuellen Herstellerdokumentation für Batterien und USV bestätigt werden.

Benötigen Sie Hilfe bei der Dimensionierung eines USV-Batteriesystems?

Die Batterie-Ah-Kapazität ist nur ein Teil des USV-Batteriedesigns.

Für Projekte, die lange Backup-Zeiten, häufige Entladezyklen oder schnelle Wiederherstellung nach Ausfällen erfordern, sollten die Ladegerätkapazität und die Ladezeit zusammen mit der Batteriebank bewertet werden.

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