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2.5 Lagerfähigkeit und Betriebsdauer
Es hat sich herausgestellt, daß es fast unmöglich ist,
das Langzeitverhalten von Lithium/Thionylchlorid-Bat-
terien mit den üblichen Methoden der beschleunigten
Alterung zuverlässig vorauszusagen. Es gibt aber den-
noch drei Methoden mit denen man zu verwertbaren
Aussagen kommen kann. Diese umfassen die tatsäch-
liche Langzeit-Entladung, die Extrapolations-Methode
und die Mikrokalorimeter-Methode.
Tatsächliche Entladung
Die tatsächliche Langzeit-Entladung ist die genau-
este und zuverlässigste Methode, auch wenn sie sehr
zeitaufwendig ist. Es wurde aber bei Tadiran eine
umfangreiche Datenbasis zusammengestellt, die für
einen Bereich von Umgebungsbedingungen und Lebens-
daueranforderungen, welcher die Hauptanforderungs-
gebiete abdeckt, eine Voraussage der zu erwartenden
Lagerfähigkeit und Betriebsdauer zuläßt. Die Abbil-
dung 2-9 enthält ein Beispiel.
Zwei weitere Methoden
Die anderen beiden Methoden können angewendet
werden, wenn die Ergebnisse schneller benötigt werden
und der Bezug zu vorhandenen Daten aus der tatsäch-
lichen Langzeit-Entladung hergestellt werden kann.
Beide Methoden können die Testdauer beschleunigen
und zwar auf etwa 10 % bis 30 % der tatsächlichen
Lager- oder Betriebsdauer, die für die betreffende
Anwendung erforderlich ist.
Bei der Extrapolations-Methode wird eine Anzahl von
Batterien über längere Zeit gelagert oder entladen. In
regelmäßigen Abständen entnimmt man nun Stich-
proben und bestimmt ihre Restkapazität. Die Parameter
für die Restentladung müssen sorgfältig ausgewählt
werden. Strombelastbarkeit und Anodenpassivierung
können sich nämlich im Laufe der Zeit ändern und zu
fehlerhaften Ergebnissen führen, wenn die Entladung zu
schnell erfolgt oder nicht bei der optimalen Temperatur.
Abbildung 2-10 enthält ein Beispiel für die Extrapola-
tions-Methode.
Bei der Mikrokalorimeter-Methode wird die Wärmeab-
gabe von Batterien bestimmt, die gelagert oder belastet
werden. Daraus wird der Energieverlust pro Zeiteinheit
ermittelt um so zu einer Aussage über die Selbstentla-
dung zu kommen. Diese Methode ist ziemlich kostenauf-
wendig und verlangt einige Vorkenntnisse. Man erhält
die Wärmeabgabe entsprechend dem gegenwärtigen
Zustand der Probe. Wenn man diesen Wert über die
bevorstehende Betriebsdauer extrapoliert, kann man
einen Schätzwert für den gesamten Energieverlust erh-
alten. Die Eigenschaften des Prüflings ändern sich aller-
dings normalerweise im Laufe der Zeit ein wenig. Daher
ist es erforderlich, das Gerät sehr sorgfältig zu kalibri-
eren und die Wärmeabgabe der Batterie über mehrere
Monate zu beobachten, wenn man nicht unzutreffende
oder gar widersprüchliche Ergebnisse in Kauf nehmen
will. Außerdem ist es wichtig, daß man eine statistisch
aussagefähige Stichprobengröße betrachtet. Wenn bei
den Daten innerhalb der Stichprobe erhebliche Abwei-
chungen festgestellt werden, gibt das in der Regel eher
ein Bild für die Fehleranfälligkeit der Prüfmethode als
für die Eigenschaften der Batterie selbst. Es sei hier
angemerkt, daß die Ergebnisse aus der tatsächlichen
Langzeit-Entladung üblicherweise innerhalb der Stich-
probe um nicht mehr als ±5 % schwanken, während
eine Standardabweichung von ±50 % für eine Mikroka-
lorimeter-Untersuchung typisch ist, wenn sie nicht mit
außerordentlicher Sorgfalt durchgeführt wird.
Ergebnisse
Die verschiedenen Methoden ergeben übereinstimmend,
daß Batterien der Baureihen SL-300 und SL-500 einen
Kapazitätsverlust bei Lagerung von weniger als 0,5 %
pro Jahr haben, wohingegen er bei der Baureihe SL-700
bei 2 % pro Jahr liegt. Die Selbstentladung bei der
Entladung ist, wie oben ausgeführt, vom Entladestrom
abhängig. Sie beträgt 3 bis 4 % pro Jahr bei einer
Betriebsdauer von 10 Jahren und nimmt in der Reihen-
folge der Baureihen SL-700, SL-300, SL-800 ab.
0
20
40
60
80
100
120
% der Nennkapazität
Betriebsdauer
stöchiometrische Kapazität
Selbstentladung
elektrische Entladung
Kapazitäts-
verlust
Rest-
kapazität
entnommene
Kapazität
verfügbare
Kapazität
Abbildung 2-10
Extrapolationsmethode zur
Vorhersage der Betriebs-
dauer an kontinuierlicher
Last ohne Pulse.
Zeit /Stunden
Spannung /V
0,1
10
1
10
2
10
3
10
4
10
5
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
Abbildung 2-9
Datenbank für die Entla-
dung von ½AA-Zellen der
Type SL-350 bei +25 °C.
Das Diagramm enthält ins-
gesamt 85 Entladekurven
bei konstanter Last
zwischen 180 Ω (links)
und 390 kΩ (rechts).
Die Widerstandslasten
betrugen 180 Ω; 560 Ω;
1,8 kΩ; 5,6 kΩ; 18 kΩ;
39 kΩ; 82 kΩ; 180 kΩ
und 390 kΩ. Die Batterien
waren zuvor ein Jahr
lang bei Raumtemperatur
gelagert worden. Während
des ersten Prozents
der Entladung findet die
Depassivierung statt.
Tadiran Batteries
Technische Broschüre