Torkel 900: Batterieanlagen einfach und sicher prüfen

Batterieanlagen müssen regelmäßig überwacht werden. Nur der Kapazitätstest gibt dabei eine zuverlässige Gesamtschau auf die komplette Anlage. Megger bietet dafür mit dem Torkel 900 und dem Battery-Voltage-Monitoring-System (BVM) die passenden Messgeräte.

Batterieanlagen dienen sowohl als Zwischenspeicher für Strom aus erneuerbaren Energien als auch als Notstromreserve in kritischen Einrichtungen wie Umspannwerken, Krankenhäusern und IT-Zentren. Je nach projektierter Aufgabe müssen sie in der Lage sein, in wenigen Sekundenbruchteilen den gespeicherten Strom über einen definierten Zeitraum konstant abzugeben – und dies auch nach längeren Zeiten der Inaktivität. Das definiert ihre Leistungsfähigkeit, die Batteriekapazität. Sie ist das Produkt aus bezogenem Strom in Ampere (A) und der Dauer des Strombezugs in Stunden (h). Die Batteriekapazität wird somit in der Einheit Amperestunde (Ah) angegeben. Dabei sind die Angaben des Herstellers maßgeblich, denn sie geben den Nennwert der Batteriekapazität vor.

In einer Batterie wird der Strom als chemische Energie gespeichert. Die jeweiligen Umwandlungsprozesse sind jedoch störanfällig. Mit der Zeit, und abhängig von Behandlung und Lagerung, nimmt die Batteriekapazität mehr oder weniger schnell ab. Faktoren wie Alter, Temperatur und Auslastung spielen hier eine wichtige Rolle – und auch das Know-how des Anlagenbetreibers. Ungleichmäßige Ladevorgänge und Ladungsniveaus, korrodierte Klemmbolzen und interne Verbindungen, eine ungünstige Umgebungstemperatur oder eine schlechte Belüftung können die Lebensdauer einer Batteriezelle beträchtlich verkürzen. Unter günstigen Bedingungen kann eine gute Batterie durchaus 20 Jahre zuverlässig betrieben werden. Unter ungünstigen Bedingungen sinkt die Kapazität der Batteriezellen jedoch sehr viel schneller als ursprünglich geplant. Daher muss jede Batterieanlage permanent und sorgfältig überwacht werden. So sollte zum Beispiel einmal im Jahr ein Kapazitätstest durchgeführt werden und immer vor Ablauf der Garantie der Batterieanlage – zum Beispiel mit dem Batterielast-Simulator Torkel 900 von Megger (Bild 1). Der Aufwand lohnt sich: Wird die Lebensdauer der meist teuren Batterieanlage durch den Kapazitätstest nur um ein Jahr verlängert, haben sich die Anschaffungskosten für das Messgerät bereit ausgezahlt.

Torkel 900: Batterieanlagen einfach und sicher prüfen
Bild 1. Mit dem Batterielast-Simulator Torkel 900 kann die Kapazität einer Batterieanlagen schnell und ohne großen Aufwand geprüft werden.

Kapazitätstest für zuverlässige Aussagen über die Gesamtanlage

Batterieanlagen können vielfältig überwacht werden: zum Beispiel prüft man mit einem Voltmeter die Zellspannung oder den inneren Widerstand, die Impedanz, jeder einzelnen Zelle. Auch die Messung der Säuredichte und der Säuretemperatur sowie eine Sichtprüfung können wichtige Informationen liefern. All dies sind wichtige und empfohlene Prüfungen, die jedoch an jeder Zelle durchgeführt werden müssen. Das ist nicht nur aufwendig, sondern mitunter auch gefährlich, da eine Batteriezelle aufgrund ihrer hohen Energiedichte auch explodieren kann. Auch ist mit keiner dieser Messungen in nur einem Prüfzyklus eine zuverlässige Aussage über die Ladekapazität der Gesamtanlage möglich. Dies lässt sich nur mit einem Kapazitätstest erreichen.

Torkel 900: ein intelligenter Lastwiderstand

Prinzipiell handelt es sich beim Torkel 900 um einen großen Widerstand, der eine adäquate Belastung für die Batterieanlage simuliert. Daher wird das Gerät auch als Batterielast-Simulator bezeichnet. Allerdings handelt es sich um einen intelligenten Lastwiderstand, weil er seinen Widerstand während eines Kapazitätstests elektronisch nachregelt. Das ist notwendig, weil die Batteriespannung beim Entladetest kontinuierlich abnimmt. Damit der Strom nicht ebenfalls sinkt – er muss über den Testverlauf zwingend konstant bleiben –, wird der Lastwiderstand analog zur abnehmenden Spannung ebenfalls reduziert, sodass entsprechend dem ohmschen Gesetz der Strom konstant bleibt. Genau dafür sorgt der Torkel 900. Er regelt den Lastwiderstand nach Bedarf ab. Dabei darf jedoch die Entladeschlussspannung – ein wichtiger Kennwert einer Batterie – nicht unterschritten werden. Ansonsten kann die Batterie beschädigt werden. Daher wird auch die Entladeschlussspannung vom Torkel 900 überwacht.

Torkel 900: Batterieanlagen einfach und sicher prüfen
Bild 2. Für den Kapazitätstest muss das Torkel 900 lediglich mit dem Plus- und Minuspol der Batterieanlage verbunden werden.

Ergebnis des Kapazitätstests ist eine zuverlässige Aussage darüber, ob die Batterieanlage den Strom im vom Hersteller definierten Zeitraum tatsächlich wie geplant abgibt und so die geplanten Aufgaben erfüllen kann. Der Prüfaufbau ist dabei einfach. Das Torkel 900 muss lediglich mit dem Plus- und Minuspol der Batterieanlage verbunden werden (Bild 2).

Torkel 900 arbeitet autark

Anschaffungskosten und Transport für einen externen PC sind für den Betrieb des Messgeräts nicht notwendig. Das ist wichtig für das schnelle, einfache Handling. Alle Prüfergebnisse werden im Gerät dauerhaft gespeichert. So können sie jederzeit bei Wiederholungsprüfungen oder zum Vergleich mit anderen baugleichen Anlagen herangezogen werden. Trends im Lebenszyklus einer Batterie lassen sich so sehr effizient ermitteln. Die Ergebnisse werden in Form von Entladekurven als Grafik dargestellt und hinterlegt. Das Torkel 900 speichert alle wichtigen Messwert für Strom und Spannung in Abhängigkeit von der Zeit.

Battery-Voltage-Monitoring-System (BVM) von Megger

Der Kapazitätstest selbst gibt jedoch keine Aussagen über den Zustand einzelner Zellen. Oft gibt es schwache Zellen in der Batterieanlage, die ihre Aufgabe zwar gerade noch erfüllen, aber bald ersetzt werden müssen. Um diese zu erkennen, bietet Megger das Battery-Voltage-Monitoring-System (BVM) an (Bild 3). Dabei handelt es sich um einen Datenlogger, mit dem die Klemmenspannung jeder einzelnen Zelle während des Kapazitätstest in definierten Intervallen registriert und dokumentiert wird. An jeder Zelle wird dazu der Datenlogger mit einer Klemme befestigt.

Torkel 900: Batterieanlagen einfach und sicher prüfen
Bild 3. Mit dem Datenlogger BVM kann die Klemmen­spannung jeder einzelnen Zelle während des Kapazitätstest ermittelt werden.

Zeigt die Kennlinie der Spannung in einer Zelle ein auffälliges Verhalten, wird während des Kapazitätstest die kritische Zelle sofort identifiziert und beurteilt. Steht eine kritische Zelle sogar kurz vor der Explosion, bricht das Messgerät den Kapazitätstest ab. Das BVM erkennt unmittelbar, ob sich der Kapazitätstest überhaupt lohnt, wenn sich bereits zu Beginn der Messung einzelne Zellen auffällig verhalten und so das gesamte Testergebnis möglicherweise nicht aussagefähig ist.

Darüber hinaus kontrolliert das BVM-System zusammen mit dem Torkel 900 das Wiederaufladen der Batterie mit dem angeschlossenen Ladegleichrichter, weil die Batterien nach einem Kapazitätstest leer sind. Dabei wird der korrekte Verlauf des gesamten Ladeprozesses überwacht. So kann das System relativ schnell erkennen, ob der Kapazitätstest eventuell nicht selbst einen Schaden an der Batterie verursacht hat.

BVM schützt Prüfpersonal

Das BVM übernimmt eine weitere wichtige Funktion: Es schützt den Prüfer vor Explosionsgefahren, denn er muss während des eigentlichen Kapazitätstests den Batterieraum nicht betreten: die Explosion einer Zelle kündigt sich nicht an, es bildet sich vorab kein Rauch, es schlagen keine Funken und man kann auch nichts hören oder riechen. Anders ist dies bei Prüfungen ohne BVM. Hier muss das Prüfpersonal während des Tests den Batterieraum betreten und bei jeder einzelnen Zelle die Klemmenspannung manuell prüfen.

Fazit

Wetterabhängige, dezentrale Stromerzeugungsanlagen ersetzen Schritt für Schritt zentrale Großkraftwerke. Damit auch künftig die Stromversorgung sicher bleibt, sind zuverlässige Zwischenspeicher in Form leistungsfähiger Batterieanlagen notwendig. Diese Anlagen müssen regelmäßig überwacht werden. Nur der Kapazitätstest bietet dabei eine zuverlässige Gesamtschau auf die komplette Anlage. Daher ist der Kapazitätstest mit dem Torkel 900 die Königsdisziplin unter den Batterieprüfungen.

Autor

Georg Halfar, Marketingleitung,
Megger GmbH, Oberursel, E-Mail: georg.halfar@megger.com

Gastbeitrag aus ew 7-8/2018

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