Projekt 20770/01

Versuch zur teilweisen Aufhebung der Sulfatation bei Blei-Akku-Einzelzellen durch Nachladung mit kleinem Strom und Dokumentation der Betriebsführung auf der Tutzinger Hütte (1.327 m ü. NN, Benediktenwand / Deutschland)

Projektträger

Deutscher Alpenverein (DAV) e. V. Sektion Tutzing
82323 Tutzing
Telefon: 08158-8119

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

30 % der 58 Blei-Akku-Einzelzellen einer 110 V Batterieanlage der Tutzinger Hütte mussten nach 3 jähriger Betriebszeit nach einer Begutachtung des Herstellers durch neue Zellen ersetzt werden. Eine allgemein festgestellte Sulfatation der Einzelzellen ergab bei 20 Zellen stark abweichende Betriebsparameter, wie z. B. Umpolung, verminderte Ladeende-Spannung, vergleichsweise stärkere Erwärmung, erhöhter Innenwiderstand, geringe Ladung/ Säuredichte.
Bei 15.000 Euro Erstellungskosten wurde die Kapazität der Akku-Anlage für eine 10 jährige Nutzungsdauer ausgelegt. Der aktuelle Anlagenzustand deutete auf eine bis 60% verminderte Nutzungsdauer hin.In einem abgesetzten Betrieb sollte mit Geräten für eine anwendungsbezogene Ladung und Entladung einer Akkuzellen-Gruppe (z. B. 6 Stück) und verfeinerten Messmethoden (Strom, Spannung, Temperatur, Säuredichte) die Sulfatation von Industrie Akkuzellen soweit rückgebildet werden, dass die Zellen wieder voll funktionsfähig in einer Batterieanlage verwendbar sind. Es wurde mit unterschiedlichen Vorgehensweisen ein Arbeitsablauf gesucht, der auch von anderen Betroffenen mit entsprechenden Geräten ausgeführt werden könnte. Das Langzeitverhalten regenerierten Akkuzellen wurde beobachtet.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden- Grunddatenerfassung der defekten Akku-Einzelzellen zu Beginn der Desulfatation: Spannung, Umpolung, Reststrom, Innenwiderstand, Säuredichte.
- Gruppenbildung (je 6 Stück) von Zellen mit ähnlichen Messergebnissen.
- Erzwingen eines Anfangsladestromes je Einzelzelle und Folgeladung mit Konstantstrom
- Langzeitladung der Gruppen mit Konstantstrom, Kontrolle der Ladespannung und des Ladezustandes
- Entladung der Gruppen zur Kapazitätsbestimmung und zwei Wiederholungszyklen


Ergebnisse und Diskussion

Es wurden 20 Akkuzellen, des Typs Varta 7OpzS490 (Bleiakku PbO2/ PB, 490 Ah, mit positiver Röhrchenplatte, 40 kg, Preis ca. 150 €) ohne Vorrichtung einer Säureumwälzung behandelt. Die Zellen waren angeblich unbrauchbar wegen falscher Nutzung.
Bei 18 Zellen ließ sich die Sulfatation in ca. drei Wochen teilweise auflösen mit einer Konstantstromladung von 10 A (25 A kurzzeitig am Anfang). Die Stromstärke entspricht (50) 25 % des so genannten 10 Stunden Entladestromes bis zu einer Ende-Entladespannung von 1,9 V pro Zelle. Nach zwei Lade-/ Entladezyklen zeigten die Zellen volle Kapazität.
Die Zellen befinden sich bereits seit Oktober 2002 wieder im Einsatz auf der Tutzinger Hütte als Ersatz für weitere ausgefallene Zellen. Die regenerierten Zellen arbeiten einwandfrei. Sie liegen durchschnittlich bis 0,15 V unter den Messwerten der 20 neuen Zellen vom Juli 2002, aber über den Werten der bisher nicht regenerierten Original-Akkuzellen.
Die Gründe für die Sulfatation der Akkuzellen lassen sich im Fall der Tutzinger Hütte nicht eindeutig nachweisen. Diverse Tiefentladungen sowie längere Zeiträume mit geringer Belastung könnten die Hauptursache sein. Diese Ereignisse sollen im verbesserten Betrieb vermieden werden. Mit den überzähligen Zellen aus der Ersatzbeschaffung hat die Sektion ständig ausreichend regenerierte Zellen ver-fügbar, um ausgefallene Zellen zu ersetzen und der örtlich getrennten Regenerierung zuzuführen. Somit ist der Inselbetrieb auf der Hütte bezüglich Akku-Anlage mittelfristig gesichert. Die Sektion verlängert mit der beschriebenen Methode die Nutzungsdauer der geschädigten Akkuanlage. Des Weiteren werden die Anlagen-Unterhaltskosten gesenkt und die Umweltbelastung (2400 kg Akkuschrott) reduziert.
Das Lademanagement der Anlage der Tutzinger Hütte hat die Sektion von einer spannungsabhängigen Steuerung auf eine Uhrzeit abhängige umgestellt. Die Zeitsteuerung funktioniert aber nur bei konstanten Lastzyklen (z. B während der Winterpause) oder mit manuellem Nachjustieren der Zeitfenster zur An-passung an den durchschnittlichen Tagesverbrauch. Um wieder einen vollautomatischen Betrieb zu er-reichen geht die Überlegung der Sektion in Richtung einer leistungsabhängigen Steuerung.Die Akku-Hersteller verhalten sich nach Ansicht der Sektion Tutzing nachvollziehbar. Übersteht eine Akku-Anlage die Garantiezeit, werden alle späteren Produktfehler dem Betreiber angelastet. Zur Kundenbindung werden allenfalls Vergünstigungen der Ersatzbeschaffung angeboten. Das Thema Regenerierung von Sulfatation wird zwar bestätigt, aber Hinweise auf bewährte Verfahren gibt es nicht. Das selbe gilt zum Thema Pulsatoren.
Die ersten eigenen Versuche in der Praxis bestätigen überzeugend, dass eine unbrauchbare Akkuzelle in einer Anlage nicht definitiv kaputt sein muss, sondern weiterhin genutzt werden kann, wenn sie entsprechend regeneriert wird.
Zusätzlich beobachtet die Sektion die Auswirkung so genannter Pulsatoren. Leider gibt es für die hohe Kapazität der Akkuzellen in der Tutzinger Hütte auf dem Markt keine maßgeschneiderten Pulsatoren wegen der geringen Nachfrage. Doch nach längerer Einwirkungszeit mit handelsüblichen Pulsatoren lassen sich positive Veränderungen feststellen im Vergleich zu nicht bepulsten Zellen. Die Sektion wird daher in einem Langzeitversuch die Wirkung von Pulsatoren auf Sulfatation beobachten.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Erkenntnisse der Sektion Tutzing werden im Sektionsjahresbericht und auf der Homepage der Sektion im Internet darlegen. Dem DAV wird eine Notiz zur Veröffentlichung in den DAV eigenen Schriften angeboten. Die Sektion strebt an, während der Hüttenöffnungszeit die Regenerierung von Akkuzellen auf der Tutzinger Hütte durchzuführen. Bei Präsentationen des Umweltkonzeptes der Tutzinger Hütte wird das Thema Regeneration von Akkuzellen als innovativer Baustein enthalten und auch zu besichtigen sein.


Fazit

Nach Ansicht der Sektion Tutzing ist es besser, Sulfatation zu verhindern, als Sulfatation wieder abzubauen. Sulfatation bedeutet aber nicht das Aus für eine Akku-Anlage. Regenerieren sulfatierter Akku-Zellen ist von der Sektion positiv nachvollzogen worden. Welche Methode besonders wirkungsvoll und wirtschaftlich ist, versucht die Sektion derzeit noch herauszufinden. Die Sektion ist der Ansicht, dass Hüttenbetreiber, die ähnliche Probleme mit ihrer Akku-Anlage haben wie die Sektion Tutzing, dem Beispiel folgen und mit nach einer noch besseren Lösung suchen sollten.