Grundlagen Batterien

Regel 1: Vollständig und mit der richtigen Kennlinie laden

Eine Blei-Batterie braucht die vollständige Ladung einschließlich der zeitintensiven Nachladephase. Wer regelmäßig abbricht, weil das Fahrzeug gebraucht wird, kauft sich Sulfatierung ein, die sich später nicht mehr rückgängig machen lässt. Ebenso wichtig ist, dass Kennlinie, Spannungsklasse und Kapazität am Ladegerät zur Batterie passen. Nach jedem Batteriewechsel gehört das überprüft, auch wenn der Steckverbinder passt.

Zwischenladungen in kurzen Pausen sind bei Blei kontraproduktiv, bei Lithium dagegen ausdrücklich vorgesehen. Wer diese beiden Technologien im selben Betrieb einsetzt, sollte die Regeln getrennt kommunizieren, weil eine gut gemeinte Gewohnheit aus dem einen Bereich im anderen Schaden anrichtet.

Regel 3: Die Temperatur im Griff behalten

Als Faustregel halbiert eine dauerhaft um zehn Kelvin erhöhte Temperatur die zu erwartende Lebensdauer einer Blei-Batterie. Ein Batterieraum, der im Sommer auf über dreißig Grad läuft, kostet damit ohne jedes weitere Zutun die Hälfte der geplanten Nutzungsdauer. Das ist der Grund, warum bei stationären Anlagen die Raumtemperatur überwacht und nicht nur einmal beim Bau betrachtet werden sollte.

In der Praxis heißt das: Ladeplätze nicht neben Wärmequellen einrichten, Belüftung nicht zustellen, Batterien nach der Ladung nicht in geschlossenen Bereichen ohne Luftbewegung stehen lassen und den Temperaturfühler des Ladegeräts tatsächlich anschließen. Ein überbrückter oder nicht montierter Fühler führt zu systematischer Über- oder Unterladung.

Regel 4: Wasser richtig nachfüllen

Bei geschlossenen Blei-Batterien wird durch die Gasung Wasser verbraucht, das ersetzt werden muss. Dabei gelten drei Regeln ohne Ausnahme. Erstens: Es wird ausschließlich Wasser nachgefüllt, das den Anforderungen für Batteriefüllwasser entspricht, also entmineralisiertes oder destilliertes Wasser. Säure wird niemals nachgefüllt, außer nach nachgewiesenem Elektrolytverlust durch eine Fachkraft.

Zweitens: Nachgefüllt wird nach der Vollladung, nicht davor. Der Elektrolytstand steigt während der Ladung an. Wer vorher auffüllt, riskiert einen Überlauf und damit Säureaustritt, Korrosion und Kriechströme.

Drittens: Die Füllstandsmarken sind einzuhalten. Ein zu niedriger Stand legt Plattenoberflächen frei, die dann dauerhaft ausfallen. Wassernachfüllsysteme nehmen diese Arbeit ab, ersetzen aber nicht die regelmäßige Kontrolle, weil ein defektes Schwimmerventil sonst unbemerkt bleibt.

Ein deutlich gestiegener oder gesunkener Wasserverbrauch ist übrigens eines der aussagekräftigsten Frühwarnsignale überhaupt: Steigt er, wird überladen. Sinkt er, wird unterladen oder eine Zelle nimmt nicht mehr teil.

Regel 5: Sauber und trocken halten

Feuchtigkeit, Staub und Säurefilm auf dem Batteriedeckel bilden leitfähige Brücken zwischen den Polen. Die Folge sind Kriechströme, erhöhte Selbstentladung, Korrosion an Verbindern und im ungünstigen Fall Wärmenester. Der Deckel gehört deshalb trocken und sauber gehalten.

Gereinigt wird mit Wasser und einem geeigneten Tuch, bei geschlossenen Stopfen und ohne Lösungsmittel oder ölhaltige Reiniger, die Kunststoffe angreifen können. Trog und Kabel gehören dabei mit angesehen: Scheuerstellen an Leitungen und angeschmorte Steckverbinder fallen bei dieser Gelegenheit auf, bevor sie zum Problem werden.

Regel 6: Verbinder und Kontakte kontrollieren

Übergangswiderstände an Zellverbindern, Polklemmen und Steckverbindern erzeugen Wärme, begrenzen den Ladestrom und verfälschen jede Messung. Verbinder sind mit dem vom Hersteller vorgegebenen Anzugsmoment anzuziehen, nicht nach Gefühl, weil zu fest angezogene Verbindungen die Polbolzen beschädigen.

Auffällig warme Steckverbinder nach kurzer Ladezeit sind ein klares Warnsignal und gleichzeitig ein Sicherheitsrisiko, das nicht bis zur nächsten Wartung warten sollte. Kontaktfett gehört auf die Klemmstelle nach der Montage, nicht dazwischen.

Regel 7: Ausgleichsladung im richtigen Maß

Ausgleichsladungen gleichen Unterschiede zwischen den Zellen aus und bilden leichte Sulfatierung zurück. Sie sind bei geschlossenen Blei-Batterien in den vom Hersteller vorgegebenen Abständen sinnvoll. Zu häufig durchgeführt erhöhen sie Wasserverbrauch, Gasung und Korrosion und verkürzen damit genau das, was sie verlängern sollen. Bei verschlossenen Batterien sind sie nur nach ausdrücklicher Freigabe zulässig.

Regel 8: Stillstand und Lagerung richtig organisieren

Blei-Batterien werden ausschließlich geladen eingelagert und in Abständen von wenigen Wochen nachgeladen, weil die Selbstentladung sonst zu Sulfatierung führt. Kühl gelagert läuft die Selbstentladung langsamer, die Nachladeintervalle können dann länger ausfallen. Eine Erhaltungsladung über das Ladegerät ist die einfachste Lösung, sofern der Ladeplatz belegt bleiben kann.

Lithiumbatterien werden dagegen nicht vollgeladen eingelagert, sondern bei einem mittleren Ladezustand, weil ein dauerhaft hoher Ladezustand die Zellen belastet. Die Herstellervorgabe zu Ladezustand, Lagertemperatur und Nachladeintervall ist hier maßgeblich und unterscheidet sich zwischen den Systemen deutlicher als bei Blei.

Wartungsplan im Überblick

Die genauen Intervalle richten sich nach Batterietyp, Einsatzprofil und Herstellervorgabe. Verbindlich ist immer die Dokumentation der konkreten Anlage.

Sicherheit beim Arbeiten an Batterien

Batterien sind auch im ausgeschalteten Zustand energiegeladen und lassen sich nicht abschalten. Bei Arbeiten an geschlossenen Blei-Batterien gehören Schutzbrille und säurefeste Handschuhe zur Grundausstattung, ebenso isoliertes Werkzeug. Ringe, Uhren und Armbänder werden vorher abgelegt, weil ein Kurzschluss über ein metallisches Schmuckstück innerhalb von Sekunden zu schweren Verbrennungen führt.

Gearbeitet wird bei ausreichender Belüftung, ohne offenes Feuer und ohne Funkenbildung im Sicherheitsabstand. Säurespritzer auf der Haut werden sofort mit reichlich Wasser gespült, bei Augenkontakt ist zusätzlich ärztliche Hilfe erforderlich. Arbeiten an Batteriesystemen mit gefährlicher Spannung sind ausschließlich Sache einer Elektrofachkraft.

Wie regelmäßige Wartung den Unterschied macht

Der eigentliche Nutzen einer geplanten Wartung liegt weniger in den einzelnen Handgriffen als in der Verlaufsbetrachtung. Wasserverbrauch, Säuredichte, Kapazitätswerte und Ladezeiten ergeben über die Jahre eine Kurve, an der sich Entwicklungen erkennen lassen, lange bevor sie zu einem Ausfall führen. Aus dieser Kurve entsteht der planbare Austausch statt des ungeplanten Stillstands.

Steurer fasst diese Punkte in Wartungsverträgen für Traktionsbatterien und stationäre Batterieanlagen zusammen, dokumentiert die Ergebnisse einheitlich und wertet sie über die Jahre aus.

Warum die Spannung keine Kapazitätsaussage ist

Die verbreitetste Fehlannahme im Umgang mit Batterien lautet, dass eine normale Spannung eine intakte Batterie anzeigt. Die Ruhespannung sagt bei Blei etwas über den Ladezustand aus, die Erhaltungsladespannung sagt lediglich, dass das Ladegerät arbeitet. Beide sagen nichts darüber, wie viel Energie unter Last zur Verfügung steht.

Eine gealterte Batterie kann eine völlig unauffällige Spannung zeigen und trotzdem nach wenigen Minuten unter Last einbrechen. Genau dieser Fall ist der Grund, warum Anlagen einen Betriebsdauertest nicht bestehen, obwohl im laufenden Betrieb nichts auffällig war.

Verfahren 2: Innenwiderstands- und Impedanzmessung

Bei diesem Verfahren wird der Innenwiderstand oder die Wechselstromimpedanz eines Blocks gemessen, ohne die Batterie nennenswert zu entladen. Die Messung dauert Sekunden statt Stunden und lässt sich im laufenden Betrieb durchführen.

Was sie liefert, ist ein Vergleichswert, kein Kapazitätswert. Der Innenwiderstand einer alternden Batterie steigt, und Blöcke mit deutlich abweichenden Werten fallen sofort auf. Damit ist das Verfahren hervorragend geeignet, um Ausreißer in einem Strang zu finden und Trends über die Jahre zu verfolgen. Ein einzelner Messwert ohne Vergleichsbasis ist dagegen wenig wert.

Für die Praxis heißt das: Innenwiderstandsmessungen sind das richtige Werkzeug für die Zeit zwischen zwei Entladetests. Sie ersetzen den Entladetest nicht, sie machen ihn aber planbarer, weil sie zeigen, wann er dringend wird.

Verfahren 3: Säuredichtemessung

Bei geschlossenen Blei-Batterien mit flüssigem Elektrolyt lässt sich die Säuredichte mit einem Aräometer oder einem Refraktometer messen. Da die Säure an der Reaktion beteiligt ist, hängt ihre Dichte direkt vom Ladezustand ab: Eine vollgeladene Zelle zeigt eine hohe Dichte, eine entladene eine niedrige.

Auch dieses Verfahren misst keine Kapazität, sondern den Ladezustand. Sein eigentlicher Wert liegt im Vergleich der Zellen untereinander. Weicht eine Zelle deutlich von den übrigen ab, deutet das auf einen Zellenfehler hin. Große Unterschiede zwischen oberer und unterer Elektrolytschicht weisen auf Säureschichtung hin. Gemessen wird sinnvollerweise am Ende der Vollladung und immer an denselben Zellen, damit die Werte vergleichbar bleiben.

Verfahren 4: Ladungsbilanzierung im Betrieb

Batteriewächter an Traktionsbatterien und Batteriemanagementsysteme in Lithiumsystemen zählen die ein- und ausgehende Ladungsmenge und rechnen daraus einen Ladezustand hoch. Das ist im Alltag außerordentlich nützlich, weil es dem Bediener eine verlässliche Restreichweite anzeigt.

Für die Zustandsbewertung taugt der Wert nur eingeschränkt. Ein Zähler kennt die tatsächliche Kapazität der Batterie nicht, er kennt nur seinen hinterlegten Bezugswert. Ohne regelmäßige Kalibrierung durch eine vollständige Ladung oder Entladung driftet die Anzeige. Ein Ladezustand von hundert Prozent bedeutet, dass die Batterie voll ist, und nicht, dass sie noch ihre Nennkapazität hat.

Was bei Lithiumsystemen anders ist

Bei Lithiumbatterien liefert das Batteriemanagementsystem in der Regel bereits einen Zustandswert, oft als State of Health bezeichnet, zusammen mit Zellspannungen, Temperaturen, Zyklenzahl und Fehlerspeicher. Diese Daten sind auszulesen und über die Zeit zu dokumentieren, weil sich daraus Alterungsverläufe und Auffälligkeiten einzelner Zellen erkennen lassen.

Ein echter Kapazitätsnachweis entsteht auch hier erst über eine kontrollierte vollständige Entladung mit definiertem Strom, die innerhalb der vom Hersteller freigegebenen Grenzen durchzuführen ist. Eine Entladung an einem Lithiumsystem ohne Beteiligung des Batteriemanagements ist weder zulässig noch sinnvoll.

Wie das Ergebnis bewertet wird

Als allgemein anerkannte Schwelle gilt: Unterschreitet die gemessene Kapazität achtzig Prozent des Nennwerts, hat die Batterie das Ende ihrer Brauchbarkeitsdauer erreicht und ist zu ersetzen. Nähert sie sich der Neunzig-Prozent-Marke oder fällt sie gegenüber der Vormessung um mehr als zehn Prozentpunkte ab, ist das Prüfintervall zu verkürzen, weil die Alterung in dieser Phase beschleunigt verläuft.

Zwei Besonderheiten sind dabei zu beachten. Stationäre Batterien sind so ausgelegt, dass sie die zugesagte Kapazität bis zum Ende ihrer Brauchbarkeitsdauer bereitstellen, weshalb neue Batterien regelmäßig über hundert Prozent liegen und sich diesem Wert erst mit den Jahren annähern. Blei-Traktionsbatterien erreichen ihre Nennkapazität dagegen häufig erst nach mehreren Ladezyklen. Eine Abnahmemessung direkt nach der Inbetriebnahme kann deshalb einen zu niedrigen Wert ausweisen, ohne dass etwas nicht in Ordnung wäre.

In einem in Reihe geschalteten Strang bestimmt immer der schwächste Block das Ergebnis. Erst die Erfassung der Einzelblockspannungen beantwortet die entscheidende Frage, ob der gesamte Strang gealtert ist oder ob es einen Ausreißer gibt. Aus dieser Unterscheidung ergibt sich, ob ein gezielter Eingriff genügt oder ob die Anlage als Ganzes zu ersetzen ist.

Wie oft gemessen werden sollte

Bei Sicherheitsbeleuchtungsanlagen ist der jährliche Nachweis der vollständigen Bemessungsbetriebsdauer nach DIN VDE 0108-100 vorgeschrieben. Bei stationären Batterien in USV- und Netzersatzanlagen richtet sich das Intervall nach Anlagenkritikalität und Herstellervorgabe, üblich sind jährliche Prüfungen im Rahmen der Wartung. Bei Traktionsbatterien ist die Messung dann angezeigt, wenn Reichweite oder Ladeverhalten auffällig werden, spätestens aber vor einer geplanten Ersatzbeschaffung, damit die Entscheidung auf Zahlen und nicht auf Eindrücken beruht.

Typische Fehler bei der Messung

Die häufigsten Fehler sind schnell aufgezählt und in ihrer Wirkung erheblich: Prüfung mit einem Strom, der nicht zum Anwendungsfall passt, sodass sich das Ergebnis mit keiner Vormessung vergleichen lässt. Prüfung ohne vorherige vollständige Ladung. Fehlende oder nicht dokumentierte Temperatur, wodurch keine Korrektur möglich ist. Verzicht auf die Einzelblockerfassung, wodurch ein einzelner schwacher Block eine intakte Anlage als verbraucht erscheinen lässt. Und schließlich der Abbruch der Entladung beim Erreichen der Sollzeit, wodurch nur ein Bestanden-Vermerk und kein Zahlenwert für die Trendbetrachtung entsteht.

Was in ein Prüfprotokoll gehört

Ein verwertbares Protokoll enthält Batterietyp, Nennkapazität mit zugehörigem Entladeregime, Baujahr und Inbetriebnahmedatum, den verwendeten Prüfstrom, die Entladeschlussspannung, die gemessene Entladedauer, die Elektrolyt- oder Umgebungstemperatur, die daraus errechnete Kapazität in Prozent, die Einzelblockspannungen sowie eine Bewertung mit Empfehlung. Nur ein so aufgebautes Protokoll ist im nächsten Jahr noch etwas wert.

Steurer führt Kapazitätsprüfungen an stationären Batterien und Traktionsbatterien durch, dokumentiert sie in dieser Form und fasst sie im Rahmen von Wartungsverträgen zu einer Verlaufsbetrachtung über die Jahre zusammen.

Die klassische Gegenmaßnahme und ihr Preis

Ohne technische Hilfe gibt es nur einen Weg, den Elektrolyten zu durchmischen: die Gasung am Ladeende. Die aufsteigenden Blasen rühren die Säure um. Genau deshalb sehen klassische Bleikennlinien eine kräftige Nachladephase vor. Der Preis dafür ist hoch: längere Ladezeit, Wasserverlust, Wärmeeintrag, Gitterkorrosion und ein Ladefaktor von rund 1,20.

Die Durchmischung wird hier also über einen Prozess erkauft, der die Batterie gleichzeitig altern lässt. Die Elektrolytumwälzung trennt diese beiden Dinge voneinander.

Was sich dadurch konkret verändert

Der Ladefaktor sinkt spürbar, in der Praxis von etwa 1,20 auf Werte im Bereich von 1,05 bis 1,10. Das bedeutet unmittelbar weniger Energieeinsatz je geladener Amperestunde und damit geringere Stromkosten über die gesamte Nutzungsdauer.

Die Ladezeit verkürzt sich, weil die zeitintensive Nachladephase kürzer ausfällt. In vielen Anwendungen wird damit eine Ladung innerhalb einer Schichtpause überhaupt erst realistisch, und für einen Teil der Anwendungen eröffnet sich die Möglichkeit einer Schnellladung.

Der Wasserverbrauch geht deutlich zurück, weil weniger Wasser elektrolytisch zersetzt wird. Nachfüllintervalle verlängern sich, der Wartungsaufwand sinkt. Gleichzeitig entsteht weniger Wasserstoff, was für die Auslegung der Lüftung am Ladeplatz relevant ist.

Die Batterie erwärmt sich weniger, weil weniger Energie in Gasung und Verlustwärme geht. Da Temperatur einer der stärksten Alterungstreiber ist, wirkt das direkt auf die Lebensdauer. Zusammen mit der vermiedenen Schichtung ergibt sich eine deutlich gleichmäßigere Belastung der Platten über die gesamte Höhe.

Was dafür vorhanden sein muss

Elektrolytumwälzung ist kein Zubehör, das sich an eine beliebige Batterie anschließen lässt. Die Batterie muss dafür ausgerüstet sein: Zellen mit Steigrohr und passenden Stopfen, ein Luftverteilersystem über die gesamte Batterie und eine Kupplung am Batterietrog. Nachrüstungen sind bei manchen Zellentypen möglich, bei anderen nicht, und sie sind nur sinnvoll, wenn die Batterie noch eine ausreichende Restlebensdauer hat.

Auf der Geräteseite braucht es eine Pumpe mit ausreichender Förderleistung für die Zellenzahl sowie eine Kennlinie, die den Umwälzbetrieb tatsächlich berücksichtigt. Ein Ladegerät, das die Pumpe zwar ansteuert, aber weiter nach der klassischen Kennlinie lädt, gibt einen Großteil des Vorteils wieder ab.

Die Drucküberwachung ist sicherheitsrelevant

Ein loser Schlauch, eine undichte Kupplung, ein verstopftes Steigrohr oder eine ausgefallene Pumpe würden dazu führen, dass die Batterie mit der verkürzten Kennlinie geladen wird, ohne dass der Elektrolyt umgewälzt wird. Das Ergebnis wäre eine dauerhaft unvollständige Ladung mit genau der Schichtung, die eigentlich verhindert werden sollte.

Ladegeräte mit Elektrolytumwälzung überwachen deshalb den Luftdruck im System. Erkennt das Gerät einen Druckabfall oder einen zu hohen Gegendruck, schaltet es entweder auf die konventionelle Kennlinie zurück oder gibt einen Alarm aus. Diese Meldung ist ernst zu nehmen und nicht zu quittieren, ohne die Ursache zu beheben.

Häufige Verwechslung: Umwälzung ist kein Wassernachfüllsystem

Beide Systeme arbeiten mit Schläuchen und Stopfen auf der Batterie, und beide werden über eine Kupplung am Trog angeschlossen. Sie haben aber nichts miteinander zu tun. Ein Wassernachfüllsystem füllt bei Bedarf destilliertes Wasser nach und arbeitet mit Schwimmerventilen in den Stopfen. Die Elektrolytumwälzung fördert Luft und durchmischt den Elektrolyten.

Viele Traktionsbatterien haben beides, und dann liegen tatsächlich zwei getrennte Schlauchsysteme mit unterschiedlichen Kupplungen auf der Batterie. Werden sie beim Anschließen verwechselt, funktioniert im günstigen Fall nichts und im ungünstigen wird Wasser in das Umwälzsystem gedrückt. Eine eindeutige Kennzeichnung am Ladeplatz ist deshalb keine Formalie.

Wann sich Elektrolytumwälzung lohnt

Sinnvoll ist die Ausstattung bei geschlossenen Blei-Traktionsbatterien im Mehrschichtbetrieb, bei kurzen Ladefenstern, bei hohen Zellen mit entsprechend großer Schichtungsneigung, bei hohen Umgebungstemperaturen sowie überall dort, wo Zwischenladungen zum Betriebsalltag gehören. Je intensiver die Batterie genutzt wird, desto schneller amortisiert sich die Mehrinvestition über Energie, Wasser und Lebensdauer.

Nicht sinnvoll oder schlicht nicht möglich ist sie bei verschlossenen Batterien in AGM- oder Gel-Ausführung, weil dort kein frei beweglicher Elektrolyt vorhanden ist, und bei Lithiumsystemen, bei denen der beschriebene Effekt gar nicht auftritt. Bei Batterien im reinen Einschichtbetrieb mit langer Ladepause und moderaten Temperaturen fällt der wirtschaftliche Vorteil geringer aus.

Was die Wartung umfasst

Das Umwälzsystem ist wartungsarm, aber nicht wartungsfrei. Zu prüfen sind der Zustand von Schlauch und Kupplung, die Dichtheit des Verteilersystems auf der Batterie, der Sitz der Stopfen, die freie Durchgängigkeit der Steigrohre und der Zustand des Pumpenfilters. Eine funktionierende Drucküberwachung ersetzt diese Kontrolle nicht, sie zeigt lediglich, wenn etwas bereits ausgefallen ist.

Steurer nimmt diese Punkte in die Wartung von Ladeplätzen mit auf und dokumentiert sie zusammen mit Elektrolytkontrolle, Steckverbinderprüfung und Funktionscheck der Ladetechnik.

Phase 1: Die I-Phase

Das Ladegerät gibt einen konstanten Strom ab, der sich an der Kapazität der Batterie orientiert. Die Batteriespannung steigt dabei langsam an. Diese Phase bringt den größten Teil der Ladung in die Batterie, üblicherweise etwa achtzig Prozent, und sie ist die zeitlich effizienteste.

Die I-Phase endet, wenn die Batterie die sogenannte Gasungsspannung erreicht, bei geschlossenen Blei-Zellen etwa 2,4 Volt je Zelle. Ab diesem Punkt beginnt die Zersetzung des Wassers im Elektrolyten, es entsteht Wasserstoff und Sauerstoff. Deshalb wird der Strom ab hier nicht weiter aufrechterhalten.

Die Umschaltung: das kleine o

Zwischen den beiden Spannungsstufen entscheidet das Gerät selbstständig, wann die Ladung abgeschlossen ist. Als Kriterium dient meist der Ladestrom: Fällt er über eine definierte Zeit unter einen Schwellwert, gilt die Batterie als voll. Ergänzend arbeiten viele Geräte mit einer Spannungsanstiegsauswertung, mit einer Ladungsmengenbilanz oder mit einer maximalen Ladezeit als Sicherheitsabschaltung.

Genau diese Zeitüberwachung ist es, die bei alternden Batterien anschlägt: Wenn eine Batterie die Abschaltbedingung nicht mehr innerhalb der hinterlegten Zeit erreicht, meldet das Gerät eine Zeitüberschreitung. Das ist kein Gerätefehler, sondern ein Hinweis auf die Batterie.

Phase 3: Die zweite U-Phase

Nach der Umschaltung hält das Ladegerät eine deutlich niedrigere Spannung, bei geschlossenen Blei-Zellen typischerweise zwischen 2,23 und 2,27 Volt je Zelle. Diese Erhaltungsladung gleicht lediglich die Selbstentladung aus und hält die Batterie einsatzbereit, ohne sie weiter zu belasten. Sie ist der Zustand, in dem eine stationäre Batterie im Bereitschaftsparallelbetrieb den größten Teil ihres Lebens verbringt.

Bleibt das Gerät dagegen dauerhaft auf der hohen Ladespannung stehen, etwa weil die Umschaltung nicht funktioniert oder die Parametrierung falsch ist, wird die Batterie permanent überladen. Die Folgen sind Wasserverlust, Gitterkorrosion und deutlich verkürzte Lebensdauer.

Die drei Phasen im Überblick

Warum die Spannungswerte so genau eingehalten werden müssen

Zwischen Über- und Unterladung liegt bei Blei nur ein schmales Fenster. Ist die Ladespannung zu hoch eingestellt, gast die Batterie stärker als nötig, verliert Wasser, erwärmt sich und die positiven Gitter korrodieren schneller. Ist sie zu niedrig, wird die Batterie nie vollständig geladen. Das nicht zurückverwandelte Bleisulfat wandelt sich mit der Zeit in eine grobkristalline, schwer rückführbare Form um, und die Kapazität sinkt dauerhaft.

Beide Fehler sehen im Alltag gleich aus: Die Batterie verliert Kapazität. Erst ein Blick auf die eingestellte Kennlinie, die tatsächlich gemessene Ladespannung und den Wasserverbrauch trennt die beiden Ursachen.

Temperaturkompensation gehört dazu

Die richtige Ladespannung hängt von der Batterietemperatur ab. Wird kalt geladen, ist eine höhere Spannung nötig, wird warm geladen, eine niedrigere. Ladegeräte für Industriebatterien gleichen das über einen Temperaturfühler aus, mit einem üblichen Kompensationswert in der Größenordnung von einigen Millivolt je Zelle und Kelvin, bezogen auf die im Datenblatt genannte Referenztemperatur.

Ein nicht angeschlossener, defekter oder überbrückter Temperaturfühler führt deshalb zu einem systematischen Fehler: Im Sommer wird überladen, im Winter unterladen. Beides kostet Lebensdauer, und beides bleibt ohne Messung lange unbemerkt.

Der Ladefaktor

Eine Blei-Batterie muss mehr Ladung aufnehmen, als ihr vorher entnommen wurde, weil ein Teil der Energie in Gasung und Wärme geht. Das Verhältnis zwischen zugeführter und entnommener Ladung heißt Ladefaktor. Bei geschlossenen Traktionsbatterien liegt er ohne besondere Maßnahmen bei etwa 1,10 bis 1,20. Mit Elektrolytumwälzung sinkt er deutlich, was Ladezeit, Wasserverbrauch und Energiekosten reduziert.

Der Ladefaktor ist damit eine der wenigen Kennzahlen, an denen sich die Qualität eines Ladeprozesses direkt ablesen lässt.

Andere Kennlinien und wo sie noch vorkommen

Ältere Ladegeräte mit Streufeldtransformator arbeiten mit einer W-Kennlinie, bei der der Strom mit steigender Batteriespannung von selbst zurückgeht. Diese Geräte sind einfach und robust, laden aber unpräzise und lange und werden im Bestand zunehmend ersetzt. Varianten wie WoW oder WoWa ergänzen eine automatische Umschaltung beziehungsweise eine zusätzliche Abschlussstufe.

IU ohne zweite Stufe wird dort eingesetzt, wo nach der Ladung ohnehin getrennt wird. IUIa und IUIU ergänzen dagegen eine zusätzliche Stromstufe am Ende, die gezielt eine Ausgleichs- oder Abschlussladung durchführt. Welche Kennlinie richtig ist, gibt die Batterie vor und nicht das Ladegerät.

Was für Lithium gilt

Lithiumbatterien werden nach dem CCCV-Verfahren geladen, also mit konstantem Strom und anschließender konstanter Spannung. Eine Erhaltungsladung im Sinne der zweiten U-Stufe gibt es nicht und sie ist auch nicht erwünscht, weil ein dauerhaftes Halten der Ladeschlussspannung die Zellen belastet. Über Start, Strom, Spannung und Ende entscheidet nicht das Ladegerät, sondern das Batteriemanagementsystem.

Deshalb ist ein Bleiladegerät mit IUoU-Kennlinie für Lithium grundsätzlich ungeeignet, auch wenn Nennspannung und Steckverbinder zufällig passen.

Wann ist ein Fachbetrieb notwendig?

Sobald nach einem Batteriewechsel Kennlinie, Spannungsklasse oder Kapazität am Ladegerät angepasst werden müssen, sobald das Gerät wiederholt Zeitüberschreitungen meldet, sobald der Wasserverbrauch auffällig steigt oder sinkt oder sobald die tatsächliche Ladespannung nicht mehr zum Sollwert passt, gehört die Prüfung in fachkundige Hände. Steurer prüft dabei Ladetechnik und Batterie gemeinsam, weil sich beide Seiten nur zusammen sinnvoll beurteilen lassen.

Innerhalb der Bleifamilie gibt es erhebliche Unterschiede

Wer Blei mit Lithium vergleicht, sollte zuerst wissen, welches Blei gemeint ist. Geschlossene Zellen mit flüssigem Elektrolyt, wie sie in Traktionsbatterien und vielen stationären Anlagen stehen, sind wartbar: Wasser lässt sich nachfüllen, Säuredichte und Elektrolytstand sind messbar, eine Ausgleichsladung ist möglich. Verschlossene Batterien in AGM- oder Gel-Ausführung binden den Elektrolyt in einem Vlies oder in Kieselsäure und rekombinieren das entstehende Gas weitgehend intern. Sie sind nicht wartungsfrei, aber nicht nachfüllbar, und sie reagieren empfindlicher auf Überladung und Wärme.

Diese Unterscheidung ist keine Feinheit. Ein großer Teil der Aussagen über kurze Lebensdauer und hohen Wartungsaufwand von Blei-Systemen stammt aus Anwendungen, in denen der falsche Bleityp verbaut oder mit der falschen Kennlinie geladen wurde.

Nutzbare Kapazität ist nicht gleich Nennkapazität

Eine Blei-Traktionsbatterie sollte im Regelbetrieb höchstens zu achtzig Prozent entladen werden. Von einer Batterie mit 600 Amperestunden stehen damit rund 480 Amperestunden zur Verfügung. Hinzu kommt, dass die entnehmbare Kapazität bei Blei mit steigendem Entladestrom sinkt. Die Nennkapazität gilt immer nur für ein bestimmtes Entladeregime, bei Traktionsbatterien üblicherweise über fünf Stunden. Wer die Batterie in zwei Stunden leerfährt, bekommt spürbar weniger heraus.

Lithiumbatterien sind über einen weiten Strombereich deutlich unempfindlicher und lassen sich je nach Auslegung tiefer entladen. Die nutzbare Energie liegt bezogen auf dieselbe Nennkapazität daher höher. Für einen belastbaren Vergleich zweier Angebote ist deshalb nicht die Amperestundenzahl entscheidend, sondern die tatsächlich nutzbare Energie im vorgesehenen Lastprofil.

Lebensdauer, Zyklen und Alterung

Blei-Traktionsbatterien erreichen bei sachgerechter Pflege und normkonformem Laderegime typischerweise 1.200 bis 1.500 Zyklen bei achtzig Prozent Entladetiefe, was in den meisten Anwendungen fünf bis sieben Jahren entspricht. Stationäre Blei-Systeme in Bereitschaftsparallelbetrieb werden kaum zyklisch belastet und erreichen je nach Bauart und Temperatur zehn bis fünfzehn Jahre und mehr.

Lithium-Eisenphosphat liegt zyklisch deutlich darüber, üblich sind mehrere tausend Zyklen bis zum Erreichen der Achtzig-Prozent-Schwelle. Entscheidend ist allerdings, dass beide Technologien nicht nur zyklisch, sondern auch kalendarisch altern. Eine Batterie, die überwiegend steht, altert über die Zeit und über die Temperatur, nicht über die Zyklen.

Die Temperatur ist dabei der am meisten unterschätzte Faktor. Als Faustregel halbiert eine dauerhaft um zehn Kelvin erhöhte Betriebstemperatur die zu erwartende Lebensdauer einer Blei-Batterie. Auch Lithium altert bei Wärme schneller, ist aber toleranter.

Wartungsaufwand im laufenden Betrieb

Bei geschlossenen Blei-Batterien gehören Elektrolytkontrolle und Wassernachfüllen, Reinigung der Deckel, Kontrolle der Verbinder, gelegentliche Ausgleichsladungen und die regelmäßige Kapazitätsprüfung zum Pflichtprogramm. Der Aufwand ist beherrschbar, wenn er organisiert ist, und er ist die häufigste Ursache für Enttäuschungen, wenn er es nicht ist. Wassernachfüllsysteme reduzieren den Aufwand erheblich, ersetzen die Kontrolle aber nicht.

Lithiumbatterien benötigen kein Wasser und keine Ausgleichsladung. An ihre Stelle treten andere Aufgaben: Auslesen des Fehlerspeichers im Batteriemanagementsystem, Kontrolle der Kommunikation zur Ladetechnik und zum Fahrzeug, Prüfung von Steckverbindern und Kühlung, Beobachtung der Zellspannungsdifferenzen. Der Aufwand verlagert sich also von der Mechanik in die Datenauswertung, er verschwindet nicht.

Aufstellung, Lüftung und Brandschutz

Blei-Batterien setzen beim Laden Wasserstoff frei. Deshalb sind Ladeplätze und Batterieräume nach DIN EN IEC 62485-2 für stationäre Anlagen beziehungsweise DIN EN IEC 62485-3 für Antriebsbatterien zu belüften, mit einer rechnerisch nachgewiesenen Luftmenge, einem zündquellenfreien Sicherheitsabstand und der vorgeschriebenen Kennzeichnung. Für Flurförderzeuge ist ergänzend die DGUV Vorschrift 68 zu beachten.

Lithiumsysteme gasen im Normalbetrieb nicht und stellen an die Lüftung deutlich geringere Anforderungen. Dafür rückt der Brandschutz in den Vordergrund: Abstände zu brennbaren Stoffen, Anforderungen an Lager- und Ladebereiche, Vorgaben des Sachversicherers und die Regelungen für Transport und Lagerung nach Gefahrgutrecht. Wer von Blei auf Lithium wechselt, tauscht die Lüftungsfrage gegen eine Brandschutzfrage, er wird sie nicht los.

Der Sonderfall Gegengewichtsstapler

Bei Gegengewichtsstaplern ist die Blei-Batterie kein reiner Energiespeicher, sondern konstruktiver Bestandteil des Gegengewichts. Auf dem Typenschild des Fahrzeugs steht ein Mindestbatteriegewicht, das nicht unterschritten werden darf, weil sonst die Standsicherheit und damit die zulässige Tragfähigkeit nicht mehr gegeben ist. Eine Lithiumbatterie wiegt bei gleicher Energie deutlich weniger und muss in diesen Fällen mit Zusatzballast auf das erforderliche Gewicht gebracht werden.

Damit relativiert sich einer der häufigsten Vorteilsargumente. Der Gewichtsvorteil zahlt sich dort aus, wo Gewicht wirklich stört, etwa bei Lagertechnikgeräten, Hubwagen und Fahrzeugen ohne Gegengewichtsfunktion.

Was kostet was über den Lebenszyklus?

Der Anschaffungspreis einer Lithium-Traktionsbatterie liegt je nach Größe und Ausführung erheblich über dem eines vergleichbaren Blei-Systems. Ein belastbarer Vergleich entsteht erst, wenn die Gesamtkosten über die geplante Nutzungsdauer betrachtet werden. In diese Rechnung gehören auf beiden Seiten:

Auf der Blei-Seite die Anschaffung inklusive Ladetechnik, gegebenenfalls Wechselbatterien und Wechselstation, der Platzbedarf für Ladeplätze mit Lüftung, der Wartungsaufwand, der Energieverbrauch inklusive Ladefaktor sowie der geplante Batteriewechsel innerhalb der Nutzungsdauer.

Auf der Lithium-Seite die höhere Anschaffung, die Ladetechnik mit Kommunikationsschnittstelle, ein möglicher Zusatzballast, Anpassungen im Brandschutz, der geringere Energieverbrauch und der entfallende Aufwand für Wechselvorgänge und Batteriewechselplätze.

Der Faktor, der die Rechnung in der Praxis am häufigsten entscheidet, taucht in keinem Datenblatt auf: die Zeit, die Fahrzeuge nicht für Wechsel oder Ladung ausfallen.

Die wichtigsten Unterschiede auf einen Blick

Wann welche Technologie sinnvoll ist

Für Lithium spricht ein Betrieb über mehrere Schichten ohne ausreichende Ladepausen, ein hoher täglicher Energiebedarf je Fahrzeug, ein Umfeld, in dem Batteriewechselplätze und Lüftung kaum unterzubringen sind, sowie Anwendungen mit vielen kurzen Standzeiten, die sich für Zwischenladung nutzen lassen.

Für Blei spricht ein Ein- oder Zweischichtbetrieb mit planbarer Ladepause, ein vorhandener, funktionierender Ladeplatzbestand, ein Fahrzeugpark mit Gegengewichtsanforderung sowie ein Investitionsrahmen, in dem die Anschaffung stärker wiegt als der Betriebskostenvorteil über zehn Jahre.

In gemischten Fuhrparks ist die Frage ohnehin selten binär. Häufig ist die wirtschaftlichste Lösung eine Aufteilung: Lithium dort, wo die Fahrzeuge laufen, Blei dort, wo sie überwiegend stehen.

Rücknahme und Entsorgung

Beide Technologien unterliegen der Rücknahmepflicht nach dem Batteriegesetz. Blei-Batterien werden über eine etablierte Kreislaufführung nahezu vollständig recycelt, die Rücknahme ist Routine und wird dokumentiert. Für Lithiumbatterien bestehen zusätzliche Anforderungen an Transport, Verpackung und Zwischenlagerung, insbesondere bei beschädigten Batterien. Steurer übernimmt die Abholung für beide Technologien und stellt die Entsorgungsnachweise bereit.