Zeitlicher Spannungsverlauf von Mono (D) Alkali und Zink Batterien bei konstanter Last: Vorbemerkungen

Inhaltsverzeichnis

01. Einleitung
02. Wesentliche Ergebnisse im Überblick
03. Energieinhalt von Batterien
04. Nutzbarer Energieanteil
05. Ladezustand vs. Ruhespannung: Theorie
06. Ladezustand vs. Ruhespannung: Diagramme
07. Ladezustand vs. Ruhespannung: Tabellen
08. Spannungsverlauf vs. Zeit: Einleitung
09. Spannungsverlauf vs. Zeit: Alkali, 100 Ohm
10. Spannungsverlauf vs. Zeit: Alkali, 10 Ohm
11. Spannungsverlauf vs. Zeit: Zink, 100 Ohm
12. Spannungsverlauf vs. Zeit: Zink, 10 Ohm
13. Überblickseite über alle Einzeltests
14. Vergleichende Bewertung: Rangfolgen
15. Vergleichende Bewertung: Energieinhalte
16. Exemplarstreuungen: Beispiele

Ab hier geht es um den Verlauf der Batteriespannung von Alkalibatterien über die Zeit bei konstanter Last. Mit steigendem Entleerungsgrad nimmt die Batteriespannung allmählich ab. Das trifft für alle nicht wiederaufladbaren Batterien in einem so grossen Ausmass zu, dass anhand der Batteriespannung ihr Ladezustand ermittelt werden kann (genau darum geht es in den vorigen Seiten).
Die Bilder auf den folgenden Seiten stellen die zeitlichen Spannungsverläufe bei 10 bzw. 100 Ohm Last einiger Alkali und Zinkbatterien gemeinsam dar. Es sind alle namhaften Hersteller vertreten.

Qualitativ gute Batterien erkennt man eindeutig an folgendem:

Je länger die Kurve mit fortschreitender Zeit möglichst weit oben bleibt, desto mehr Energieinhalt ist tatsächlich nutzbar, und desto besser ist daher die Batterie.
Mathematisch nicht ganz sauber, aber für praktische Zwecke ausreichend, kann man die Fläche unterhalb der Spannungslinie heranziehen: Je grösser, desto besser.

Allerdings muss man hier einschränken:

Flächenanteile unterhalb von 1,2V bzw. 1,0V (je nachdem welche Massstäbe man anlegt) gelten nicht.
Etwas schmäler, dafür etwas höher, ist besser als breiter und dafür niedriger.

Die "Spitzen" in den Messreihen stehen für Erholungsphasen Die Batterien wurden ab und zu für 1 bis 2 Wochen aus dem Test genommen, um beim gegenwärtigen Entladungszustand die erholte Spannung zu messen. Dann wurden sie wieder dem Test zugeführt. Die Erholungszeit wurde in den Diagrammen ausgeblendet. Das folgende Bild zeigt einen Ausschnitt für 2 Batterien, die bereits fast zur Hälfte (~40%) entladen sind:

Man erkennt an dem Beispiel, dass die Spitzen nicht sehr hoch und nicht sehr breit sind. Per Auge liest man für die blaue Spitze etwa folgendes ab: Höhe etwa 5 Kästchen; wenn man mit dieser Höhe ihre Fläche angeben wollte, würde man etwa 1 Kästchen Breite ansetzen. Gemittelt ergeben sich so 2,5 Kästchen hoch und 2 Kästchen breit. Das entspricht auf elektrischer Seite folgendem Effekt: Die Batterie konnte nach der Erholung für etwa 20 Stunden 1,350V anstelle 1,325V an 100 Ohm halten; das sind etwa 8% mehr Leistung für die Dauer von 20 Stunden, also nicht sehr viel. Mit fortschreitendem Entladungszustand verstärkt sich dieser Effekt zwar, aber er wird trotzdem nicht bedeutend.

Bei 10 Ohm Last liegen ähnliche Verhältnisse vor; die in folgendem Bild dargestellten Batterien sind bereits deutlich mehr als halb entladen:

Per Auge liest man für die blaue Spitze etwa folgendes ab: Höhe etwa 12 Kästchen; wenn man mit dieser Höhe ihre Fläche angeben wollte, würde man etwa 0,5 Kästchen Breite ansetzen. Gemittelt ergeben sich so 6 Kästchen hoch und 1 Kästchen breit. Das entspricht auf elektrischer Seite folgendem Effekt: Die Batterie konnte nach der Erholung für etwa 5 Stunden 1,31V anstelle 1,25V an 10 Ohm halten; das sind etwa 10% mehr Leistung für die Dauer von 5 Stunden, also auch hier nicht sehr viel. Mit fortschreitendem Entladungszustand verstärkt sich dieser Effekt auch hier, aber er wird wieder nicht bedeutend.

Aus den beschriebenen Sachverhalten folgt, dass intermittierender oder sporadischer Betrieb die nutzbare Lebensdauer der Batterie, und damit den nutzbaren Energieinhalt, lediglich in kleinem Umfang erhöht.

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Ende 2018