Ein weit verbreiteter und sehr beliebter Batterietester im Wartungsbereich ist das Handgerät BT3554 von HIOKI. In weniger als drei Sekunden misst er präzise den Batteriewiderstand bei 1000 Hz sowie die Batteriespannung und ermöglicht Ihnen Pass/Fail-Vergleiche auf der Grundlage frei definierbarer Schwellenwerte. Je nach Version verfügt der Tester über Bluetooth-Konnektivität, um Daten in der Cloud oder wo auch immer zu speichern, und je nach Version gibt es auch verschiedene Messleitungen, die entweder gerade oder L-förmig sind. Alternativ gibt es eine Clip-Messleitung namens HIOKI 9460 – diese Sonde hat einen in die Messleitung integrierten Temperatursensor, der mit dem Temperatursensoreingang des BT3554 verbunden wird.
Ich wollte wissen, wie groß der Einfluss der Temperatur auf die Messergebnisse von Batterien ist, die typischerweise mit dem BT3554 gemessen werden, und ob es sinnvoll ist, die Temperaturwerte bei den Messungen zu berücksichtigen. Da ich bei HIOKI arbeite, habe ich Zugang zu allen möglichen Testgeräten, denn der europäische Demopool ist weniger als 20 m von meinem Schreibtisch entfernt. Für diesen Test habe ich mir eine spezielle Version des BT4560 Batterie-Impedanzmessers von HIOKI ausgeliehen. „Spezialversion“ deshalb, weil dieses Messgerät bis 20V geht, während das normale BT4560 nur bis 5V geht, da dieses Gerät in erster Linie für die Messung von Lithium-Ionen-Zellen konzipiert ist. Der Grund, warum ich diese spezielle Version des BT4560 gewählt habe, anstatt einfach ein BT3554 zu verwenden, war, dass ich neugierig war, den Temperatureffekt auch in Abhängigkeit von der Testfrequenz zu sehen, und das BT3554 hat nur eine feste Testfrequenz von 1000 Hz. Meine Testbatterie war eine 12V / 1,2A „wiederaufladbare verschlossene Bleibatterie“ namens „WP1.2-12“ von „Kung Long Batteries“, die ich zufällig in einer Schublade in meinem Keller herumliegen hatte. Um die Messspitzen der BT4560-Messleitungen anschließen zu können, habe ich einige Messingklammern „angepasst“, die zu den Batterieanschlüssen passen. Der komplette Testaufbau sieht wie folgt aus:
Ich habe mich für drei verschiedene Testtemperaturen entschieden: Raumtemperatur bei etwa 20°C, Kühlschranktemperatur bei 6°C und Gefrierschranktemperatur bei etwa -18°C. Ich bin mir übrigens nicht sicher, wie ich es deuten soll, wenn meine Frau morgens die Kühlschranktür öffnet und zwischen dem Joghurt und der Marmelade eine Bleibatterie vorfindet, ohne einen Ausdruck der Überraschung oder eine „Bitte um einen Kommentar“. Entweder ist sie an solche Dinge gewöhnt, nachdem sie fast 20 Jahre lang mit einem Technikfreak verheiratet war, oder sie war noch nicht ganz wach. Wahrscheinlich war es etwas dazwischen…
Jedenfalls habe ich etwa 50 Messpunkte zwischen 0,1 Hz und 1050 Hz ausgewählt. Die übliche Ausgabe einer solchen Messung mit dem BT4560 wäre ein Nyquist- oder Cole-Cole-Diagramm (zwei Namen für dieselbe Sache – Nyquist ist in der westlichen Welt gebräuchlicher, Cole-Cole ist in Asien gebräuchlicher), aber nachdem ich die Daten in Excel exportiert hatte, beschloss ich, die Widerstands- und Reaktanzwerte zu trennen, um zwei getrennte Diagramme zu erstellen. Beginnen wir mit den Widerstandswerten:
Wie Sie sehen können, habe ich alle Messwerte aus dem Diagramm entfernt, die über 0,3 Ohm liegen. Ich habe dies nur getan, um das Diagramm besser lesbar zu machen, denn je näher die Frequenz an 0,1 Hz herankommt, desto mehr nehmen die Werte ab. Der bei 0,1 Hz gemessene Widerstand bei Raumtemperatur betrug 0,92 Ohm, bei Kühlschranktemperatur 1,62 Ohm und bei Gefrierschranktemperatur konnte ich keinen Messwert ermitteln, da der maximale Messbereich des Geräts 3 Ohm beträgt und die Messung „über dem Bereich“ lag. Hier sind die Reaktanzwerte:
Auch hier habe ich zur besseren Lesbarkeit alle Werte aus dem Diagramm entfernt, bei denen der Reaktanzwert unter -0,3 Ohm liegt. Wenn man beide Diagramme vergleicht, wird meiner Meinung nach ziemlich deutlich, dass die Betrachtung der Reaktanzwerte einer Bleibatterie nicht allzu viele zusätzliche Informationen zu den Widerstandswerten liefert. Auch wenn man sich die Widerstandswerte der drei Diagramme bei 1000 Hz anschaut, kann man sehen, dass das Verhältnis der Werte bei 20 Hz oder 200 Hz nicht so sehr unterschiedlich ist. Man verpasst also nichts, wenn man eine Blei-Säure-Batterie nur bei 1000 Hz misst, was auch der typische Wert für den ACIR (AC-Innenwiderstand) ist, der für Batterien angegeben wird.
Wie Sie aus der Widerstandsgrafik ersehen können, sind die Werte bei Tiefkühltemperatur (-18°C) etwa doppelt so hoch wie die Werte bei Raumtemperatur (20°C). In Anbetracht dessen halte ich es für absolut sinnvoll, bei der Verwendung des BT3554 Temperaturmessungen vorzunehmen, es sei denn, die Batterien, die Sie messen, befinden sich immer in derselben Temperaturumgebung. Wenn Ihr Batterietyp oder Ihr Aufbau die Verwendung des Clipsensors HIOKI 9460 mit integriertem Temperatursensor nicht zulässt oder wenn Sie einfach die geraden oder L-förmigen Kabel bevorzugen, dann ist die Alternative ein separater Sensor namens HIOKI 9451S.
Ein kurzer Hinweis: Vorsicht bei diesen Testwerten:
Die Batterie, die ich verwendet habe, war eine recht kleine Bleibatterie, weil ich etwas brauchte, das in den Kühl- und Gefrierschrank passt. Das bedeutet, dass die gemessenen Werte höher sind als die, die man von einer typischeren, größeren Blei-Säure-Batterie erwarten kann, denn je größer die Batteriekapazität, desto geringer der Batteriewiderstand. Außerdem habe ich keine genaue Vorstellung vom Gesundheitszustand dieser speziellen Batterie, da sie schon ein paar Jahre alt ist und viel Zeit unbenutzt in einer Schublade verbracht hat – was nicht die beste Art ist, eine Blei-Säure-Batterie zu behandeln. Jede andere Batterie könnte also sehr wahrscheinlich andere Werte aufweisen, und die Verhältnisse zwischen den drei Temperaturen können ebenfalls variieren.
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