Batterie-Lexikon / Glossar B

Batteriekapazität

Die Batteriekapazität beschreibt die Menge an elektrischer Energie, die eine Batterie speichern und wieder abgeben kann. Sie ist ein zentrales Leistungsmerkmal eines Energiespeichers und bestimmt maßgeblich, wie lange ein Gerät oder System betrieben werden kann, bevor eine erneute Ladung erforderlich ist.

Es gibt zwei grundlegende Arten der Kapazitätsangabe:

• Amperestunden (Ah) – die Ladungskapazität, also wie viel Strom über eine bestimmte Zeit entnommen werden kann.
• Wattstunden (Wh) – die Energiekapazität, also die tatsächlich nutzbare Energiemenge (Spannung × Kapazität).

Die Angabe in Wh ist aussagekräftiger, da sie die Spannung berücksichtigt und damit die reale Energie beschreibt.

Einflussfaktoren auf die Batteriekapazität

Die nutzbare Kapazität einer Batterie hängt von mehreren technischen und betrieblichen Faktoren ab:

• Temperatur

  • Niedrige Temperaturen reduzieren die chemische Reaktionsfähigkeit.
  • Hohe Temperaturen beschleunigen Alterung und verringern die Lebensdauer.

• Entladestrom

  • Hohe Ströme führen zu einer geringeren nutzbaren Kapazität (Peukert‑Effekt).
  • Niedrige Ströme ermöglichen eine nahezu vollständige Nutzung der Nennkapazität.

• Alterung & Lade-/Entladezyklen

  • Mit zunehmender Nutzung sinkt die Kapazität irreversibel.
  • Der Innenwiderstand steigt, was die Leistungsfähigkeit weiter reduziert.

• Entladetiefe (Depth of Discharge, DoD)

  • Tiefe Entladungen verkürzen die Lebensdauer.
  • Flachere Zyklen erhöhen die Zyklenfestigkeit.

Die tatsächliche Kapazität kann daher deutlich von der Nennkapazität im Datenblatt abweichen.

Batteriepol

Ein Batteriepol ist ein elektrischer Anschlusspunkt einer Batterie, über den Strom in einen Stromkreis hinein- oder herausfließt. Jede Batterie besitzt mindestens ein Polpaar, bestehend aus:

• Pluspol (+) – höheres elektrisches Potential
• Minuspol (−) – niedrigeres elektrisches Potential

Über diese beiden Pole wird die Batterie mit dem Verbraucher oder Ladegerät verbunden.

Bei großen stationären Batteriezellen, insbesondere 2‑V‑Zellen mit hoher Kapazität, können auch zwei Polpaare vorhanden sein. Dies dient:

• der besseren Stromverteilung
• der Reduzierung von Übergangswiderständen
• der sicheren Ableitung hoher Ströme

Die Pole bestehen meist aus massiven Bleianschlüssen, Kupferbolzen oder Edelstahlgewinden.

Batterieraum

Ein Batterieraum ist ein speziell ausgelegter Raum zur sicheren Unterbringung und zum Betrieb stationärer Batterieanlagen, beispielsweise mit Nassbatterien, AGM‑Batterien, Gel‑Batterien oder NiCd‑Systemen. Er dient dem Schutz von Personen und Anlagen vor Gefahren durch:

• elektrische Spannung
• explosive Gase (insbesondere Wasserstoff)
• austretenden Elektrolyt
• Brand- und Kurzschlussrisiken

Der Betrieb eines Batterieraums unterliegt strengen Normen und Vorschriften.

Relevante Normen und Vorschriften

• DIN EN 50272‑2 – Sicherheit von stationären Batterieanlagen
• EltBauVO / M‑EltBauVO – Anforderungen an elektrische Betriebsräume
• DIN VDE 0105‑100 – Zugang nur für elektrotechnisch unterwiesene Personen

Typische Anforderungen an einen Batterieraum

Ein ordnungsgemäß ausgeführter Batterieraum ist essenziell für die Betriebssicherheit stationärer Energiespeicher.

Batterieraumbelüftung

Die Belüftung eines Batterieraums ist ein zentraler Sicherheitsaspekt, insbesondere bei Blei‑Säure‑Batterien, da beim Laden Wasserstoffgas entsteht. Wasserstoff bildet mit Luft ein explosives Gemisch (Knallgas), wenn die Konzentration über ca. 4 Vol.-% steigt.

Eine fachgerechte Belüftung verhindert die Ansammlung gefährlicher Gase und stellt einen sicheren Betrieb sicher.

Wesentliche Anforderungen an die Batterieraumbelüftung

• Luftwechselrate Die Lüftung muss so ausgelegt sein, dass die Wasserstoffkonzentration stets unter 4 Vol.-% bleibt. Ladeleistung und Batterietyp sind zu berücksichtigen.
• Natürliche vs. mechanische Belüftung
  • Kleine Räume: natürliche Lüftung über Zu- und Abluftöffnungen möglich
  • Größere Anlagen: mechanische Lüftung mit Ventilatoren erforderlich
• Abluftführung
  • Abluftöffnungen im oberen Bereich, da Wasserstoff leichter als Luft ist
  • direkte Ableitung nach außen
• Überwachungssysteme
  • Wasserstoffsensoren erhöhen die Sicherheit
  • automatische Aktivierung der Lüftung oder Alarm bei Grenzwertüberschreitung
• Stromversorgung
  • Lüftungssysteme sollten über eine USV abgesichert sein, um auch bei Netzausfall funktionsfähig zu bleiben

Eine korrekt ausgelegte Belüftung ist ein unverzichtbarer Bestandteil jeder stationären Batterieanlage.

Batteriestrang in Reihe / parallel

Ein Batteriestrang beschreibt die elektrische Verschaltung mehrerer Batterien, um bestimmte elektrische Eigenschaften zu erreichen. Je nach Verschaltungsart können Spannung, Kapazität oder beides erhöht werden.

Verschaltungsarten

Hinweise zur Praxis

• In Reihenschaltungen bestimmt die schwächste Batterie die Gesamtleistung.

• Parallelschaltungen erfordern identische Batterietypen und Ladezustände.

• Unsymmetrische Verschaltung kann zu Überlastung einzelner Batterien führen.

Batteriezyklus

Batteriezyklus – siehe Vollzyklus. Ein Vollzyklus beschreibt eine vollständige Entladung und anschließende Wiederaufladung einer Batterie.

Bleiakku

Ein Bleiakkumulator (kurz: Bleiakku oder Blei‑Säure‑Batterie) ist ein wiederaufladbarer elektrochemischer Energiespeicher. Er nutzt verdünnte Schwefelsäure als Elektrolyt und Blei bzw. Bleidioxid als Elektrodenmaterial. Bleiakkus gehören zu den ältesten und am weitesten verbreiteten Akkutechnologien.

Eine einzelne Zelle besitzt eine Nennspannung von ca. 2 V. Ein 12‑V‑Bleiakku besteht daher aus sechs in Reihe geschalteten Zellen.

Aufbau einer Bleiakku‑Zelle

• Positive Elektrode: Bleidioxid (PbO₂)
• Negative Elektrode: poröses Blei (Pb)
• Elektrolyt: Schwefelsäure (H₂SO₄)
• Separator: poröse Isolierschicht zur Verhinderung von Kurzschlüssen
• Gehäuse: säurebeständiger Kunststoff

Varianten

• Nassbatterie (flüssiger Elektrolyt)
• AGM‑Batterie (Elektrolyt im Glasfaservlies gebunden)
• Gel‑Batterie (Elektrolyt in Gelstruktur gebunden)

Bleiakkus sind robust, kostengünstig und für hohe Ströme geeignet, jedoch schwer und weniger energiedicht als moderne Lithiumsysteme.

Bleibatterie

Siehe Bleiakku.

Bleischlamm

Siehe Verschlammen einer Bleibatterie. Bleischlamm entsteht durch Ablösung aktiver Masse von den Elektroden und sammelt sich am Boden der Zelle.

Blindleistung

Blindleistung ist ein Begriff aus der Wechselstromtechnik und beschreibt den Anteil der elektrischen Leistung, der nicht in nutzbare Energie umgewandelt wird. Stattdessen pendelt sie zwischen Erzeuger und Verbraucher hin und her.

Blindleistung entsteht durch induktive oder kapazitive Lasten, z. B.:

• Motoren
• Transformatoren
• Drosseln
• Kondensatoren

Sie belastet das Stromnetz, ohne Arbeit zu verrichten.

Zusammenhang mit anderen Leistungsarten

• Wirkleistung (P) – tatsächlich nutzbare Leistung
• Blindleistung (Q) – pendelnde, nicht nutzbare Leistung
• Scheinleistung (S) – geometrische Summe aus Wirk- und Blindleistung

Blindleistung beeinflusst die Netzqualität und wird in industriellen Anlagen häufig kompensiert.

Blei-Säure-Batterie

BSV / ZSV

• Höchste Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit (DIN VDE 0100-710, DIN VDE 0558-507):

  • Im Falle eines Netzausfalls müssen medizinisch-technische Geräte wie OP-Beleuchtung, Herz-Lungen-Maschinen, Beatmungsgeräte oder Patientenmonitore sofort und unterbrechungsfrei weiterversorgt werden.
  • Die Umschaltzeit bei einem Netzausfall muss extrem kurz sein (teilweise unter 0,5 Sekunden für bestimmte Verbraucher wie OP-Leuchten).

• Mindestbetriebsdauer (Autonomiezeit):

  • Die DIN EN 50171 fordert eine Mindestautonomiezeit von 1 Stunde, die in speziellen Anwendungen verlängert werden kann.
  • Für Kliniken und Krankenhäuser, insbesondere bei OP-Beleuchtung und lebenserhaltenden Systemen, wird oft eine Betriebsdauer von 3 Stunden gefordert.
  • Diese Dauer kann unter Umständen auf 1 Stunde reduziert werden, wenn eine zweite, unabhängige Sicherheitsstromversorgung (z.B. ein Stromerzeugungsaggregat) die restliche Mindestbetriebsdauer von 3 Stunden sicherstellt.

• Lange Designlebensdauer und Alterungsreserve (DIN EN 50171):

  • Die Batterien müssen eine Designlebensdauer von mindestens 10 Jahren im Erhaltungsladungsbetrieb aufweisen. Produkte mit "Very Long Life" (12+ Jahre) sind hier bevorzugt.
  • Bei der Bemessung der Batteriekapazität muss eine Alterungsreserve von 25% berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass die Batterie auch am Ende ihrer Lebensdauer noch die volle, geforderte Autonomiezeit liefern kann.
  • Der Kapazitätsverlust durch Alterung sollte durchschnittlich maximal 2% pro Jahr betragen, um die 80% Restkapazität nicht vor 10 Jahren zu unterschreiten.

• Sicherheitsrelevante Batterietypen und Umgebungsbedingungen:

  • Bevorzugt werden verschlossene, wartungsfreie Batterien (VRLA) wie
    • Gel-Batterien (z.B. Exide Sonnenschein A-Serien) oder
    • AGM-Batterien,
    • OPzV-Batterien

• Offene Batterien (z.B. OPzS) sind ebenfalls zulässig, erfordern jedoch zusätzliche Lüftungs- und Wartungsmaßnahmen.
• Die Batterieräume müssen so temperiert sein, dass die Batterien möglichst konstant bei 20°C bis 25°C betrieben werden, um die Lebensdauer zu maximieren.

• Regelmäßige Prüfungen und Wartung (DIN VDE 0100-710, DIN VDE 0558-507):

  • Jährliche Kapazitätsprüfungen der Batterien sind zwingend erforderlich, um deren Funktionstüchtigkeit zu gewährleisten.
  • Regelmäßige Überprüfung der lichttechnischen Erfordernisse (z.B. nach DIN EN 1838) und der Gerätefunktionen.
  • Bereitstellung einer detaillierten Anlagendokumentation und Prüfberichte, die über mindestens 3 Jahre rückverfolgbar sein müssen.

• Spezifische Normen und Zertifizierungen:

  • Batterien und Anlagen müssen den Anforderungen der DIN EN 50171 (Zentrale Stromversorgungssysteme für Sicherheitszwecke) und DIN EN 50272-2 (Sicherheitsanforderungen an stationäre Batterien) entsprechen.
  • Zusätzlich sind die nationalen Installationsnormen für medizinisch genutzte Bereiche relevant, in Deutschland ist das die DIN VDE 0100-710.
  • Zertifizierungen durch unabhängige Prüfstellen sind oft gefordert oder wünschenswert.