Warum sollte die Batterietemperatur überwacht werden?

Fehler einer Batterie und angeschlossener Schaltkreise können die Batterietemperatur beeinflussen. Häufige Fehler, die zu einer erhöhten Temperatur von Batterien führen, sind Erdungsfehler, kurzgeschlossene Zellen, schlechte Belüftung oder unzureichende Kühlung und eine fehlende Regulierung der Ladung. Die Überwachung der Batterietemperatur kann diese Fehler identifizieren und im Voraus warnen, bevor es zu einer thermischen Entgleisung kommt. 

Wenn die Batterietemperatur nicht überwacht und richtig reguliert wird, kann es zu dauerhaften Schäden kommen. Im besten Fall kommt es zu einer mechanischen Verformung oder einer Veränderung der chemischen Zusammensetzung, was zu einem kostspieligen Austausch der Batterie führt. Im schlimmsten Fall kann die Batteriezelle platzen oder explodieren, es können Chemikalien auslaufen oder es kann ein Brand verursacht werden. 

Wo sollte die Batterietemperatur überwacht werden?

Die erhöhte Batterietemperatur zeigt sich normalerweise am Minuspol der Batterie. Bei normalen Betriebsbedingungen, wie Laden und Batteriebelastung, sollte die Temperatur nicht mehr als etwa 3°C über die Umgebungstemperatur ansteigen. Es können zwei Temperatursensoren eingesetzt werden, von denen sich einer am Minuspol der Batterie befindet und der andere die Umgebungstemperatur überwacht. Die Differenz zwischen den beiden Sensoren kann dann verwendet werden, um potenzielle Probleme des Batteriezustandes oder Ausfälle der angeschlossenen Schaltkreise anzuzeigen. 

Was ist die ideale Betriebstemperatur für eine Batterie?

Vereinfacht ausgedrückt, ist eine Batterie ein Energiespeicher. Sie enthält Chemikalien und der Strom ist das Ergebnis von Reaktionen, die zwischen diesen Chemikalien stattfinden. Wie bei allen chemischen Reaktionen steigt mit zunehmender Temperatur auch die Geschwindigkeit der Reaktion. Diese erhöhte Geschwindigkeit der chemischen Reaktion kann die Leistung der Batterie bis zu einem gewissen Punkt verbessern. Wenn die Temperatur zu weit steigt, kann es zu einer dauerhaften Schädigung der Chemikalien (Elektrolyte) kommen, was die Lebensdauer der Batterie und die Anzahl der Ladezyklen verkürzt. Im schlimmsten Fall kommt es zu einer thermischen Entgleisung. 

Bei niedrigeren Temperaturen verlangsamen sich die chemischen Reaktionen der Batterie. Der Innenwiderstand der Batterie erhöht sich und ihre Fähigkeit, bei Bedarf hohen Strom zu erzeugen, nimmt ab. Dies ist ein Grund, warum eine Autobatterie an kalten Tagen Probleme haben kann, genügend Strom zu erzeugen, um den Motor effektiv zu starten. Bei extrem niedrigen Temperaturen können die Elektrolyte in der Batterie sogar einfrieren, was dazu führt, dass die Batterie komplett ausfällt. 

Was ist eine thermische Entgleisung und wieso sollte ich mir deshalb Sorgen machen?

Eine thermische Entgleisung tritt auf, wenn die durch die chemische Reaktion erzeugte Wärme nicht schnell genug abgeführt werden kann. Eine Kettenreaktion führt zu einem weiteren Anstieg der Batterietemperatur und zur Zerstörung der Batteriezelle. Schwerwiegender als die Beschädigung des Akkus, der dann ausgetauscht werden muss, ist die Gefahr von Feuer und Explosion. Wenn die Batterie die Hitze nicht schnell genug ableiten kann, können die Temperaturen schnell den Siedepunkt und darüber hinaus erreichen. Physikalische Komponenten der Batterie können schmelzen, explosive Gase können freigesetzt werden, Batteriesäure kann herausbefördert werden. Bei etwa 160°C schmelzen die Kunststoffteile der Batterie.

Blei-Säure-Batterien durchlaufen während des Ladens eine exotherme Reaktion. Dies bedeutet, dass durch die stattfindenden chemischen Reaktionen Wärme erzeugt wird. Unter normalen Umständen wird diese Wärme abgeleitet. Wenn die Batterie jedoch überladen wird, kann der Ladestrom die Batterieflüssigkeit zersetzen. Wenn sich Wasser zersetzt, werden Wasserstoff und Sauerstoffgas freigesetzt. Dieses Gas kann die positive Platte passieren. Wenn dies passiert, reagiert es und verwandelt sich wieder in Wasser. Wenn das geschieht, wird Wärme freigesetzt. Die freigesetzte Wärme lässt die Temperatur der Batterie ansteigen, was die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigt. Wenn die Reaktionsgeschwindigkeit steigt, nimmt die Batteriezelle mehr Ladestrom auf, was zu mehr Gasbildung führt, und so wird der Prozess weiter fortgeführt. Ein Batterietemperatur-Überwachungssystem kann prüfen und warnen, wenn sich solch eine Situation entwickelt. 

Einfluss der Batterietemperatur auf den Ladevorgang

Um eine Batterie effizient und sicher zu laden, sollte die Ladespannung genau kontrolliert werden. Die ideale Ladespannung ändert sich in Abhängigkeit von der Temperatur. Wenn Sie einen Batterietemperatursensor als Eingang für Ihr Ladesystem verwenden, können Sie Entscheidungen treffen, welche die Ladespannung anpassen. Wenn die Batterietemperatur steigt, sollte die Ladespannung sinken. 

Ohne Temperaturkompensation wäre die Ladespannung bei niedrigen Batterietemperaturen zu niedrig. Dies führt zu einer Unterladung der Batterie. Bei Blei-Säure-Batterien führt eine Unterladung zu Schäden durch Sulfatierung. Bei hohen Temperaturen ist die Ladespannung zu hoch. Dies führt zu einer Degradation der positiven Platte im Inneren der Batterie. Beide Bedingungen führen zu einer verkürzten Lebensdauer der Batterie und zu einer Verringerung der Leistung. 

Batterietemperatur-Überwachungssystem

Ein einfaches manuelles System zur Überwachung der Batterietemperatur besteht darin, dass jemand den Batteriestrang ein- oder zweimal pro Woche physisch überprüft. Dies kann mit einer IR-Temperaturpistole geschehen und Sie können die Daten in einer Tabelle aufzeichnen. Denken Sie daran, dass Sie einen Unterschied von nicht mehr als 3 °C zwischen der Batterie- und der Umgebungstemperatur anstreben. 

Warum sollte man in der heutigen Zeit der Automatisierung nicht ein permanentes 24/7-Batterietemperatur-Überwachungssystem installieren? Die einfachste Möglichkeit ist ein Temperatursensor, welcher am Minuspol der Batterie installiert wird. Sie erhalten ein Diagramm der Temperatur und mit dem zusätzlichen Sensor für die Umgebungstemperatur können die beiden im selben Diagramm verzeichnet und angezeigt werden. Fortschrittlichere Batterieüberwachungssysteme können einzelne Zellentemperaturen, Ladestrom, Spannung sowie Laststrom und -spannung überwachen.