Diese Batterientypen sind geeignet
Zuverlässige Batterien für die Sicherheitstechnik
In der Sicherheitstechnik als kritischem Anwendungsbereich muss nicht nur das System, sondern auch die Batterie im Einsatzfall bedingungslos funktionieren. Welche Aufgabe erfüllt die Batterie hier, welche Batterien eignen sich und worauf gilt es zu achten?
Bild: BHE 09/2018Das Thema Sicherheitstechnik ist nicht nur in Deutschland, sondern auch international ein wachsender und zudem sehr sensibler Markt. Aus der Sicht eines Batterieherstellers gliedert sich die elektronische Sicherheitstechnik in die Hauptbereiche Videoüberwachung, Einbruchmeldetechnik, Zutrittskontrolle, Brandmeldetechnik und Gefahrenmelder im Allgemeinen, wobei diese zugleich den Oberbegriff für alle Meldetechniken bilden. Laut eines Berichts des BHE Bundesverband Sicherheitstechnik e.V. aus dem vergangenen Jahr verzeichnet die Branche seit 2015 ein solides Wachstum. Das gesamte Marktvolumen stieg von rund 3,7Mrd.? 2015 auf rund 4,4Mrd.? in 2018 an. Dabei liegt der Fokus insbesondere auf den Bereichen Brandmeldetechnik und Einbruchmeldetechnik. Alle diese Systeme sind in der Regel batteriegepuffert. Bei einem Netzausfall sorgen die Batterien dafür, dass die Anlagen eine definierte Zeit lang weiterhin funktionsfähig bleiben, bis ein Notstromaggregat zugeschaltet wird oder das Netz wieder Strom liefert. Doch welche Art von Batterien kommt hier zum Einsatz und ist es möglich, jede Batterie in solch ein System einzubauen? Wie lange hält eine Batterie und wovon hängt ihre Lebensdauer ab? Gibt es zudem Vorschriften, die es zu beachten gilt?
Diese Batterietypen sind geeignet
Zum Einsatz kommen hier prinzipiell Blei-Säure-Batterien, und zwar sogenannte 'wartungsfreie' ventilgeregelte Batterien (VRLA, valve regulated lead acid). Deren Säure ist in einem Vlies (AGM, absorbent glass mat) oder bei der älteren Technologie als Gel gebunden. Beide Batterietypen sind verschlossen, es kann keine Flüssigkeit nachgefüllt werden. Bei genauerer Betrachtung ist dieser Batterietyp jedoch nur im Betrieb komplett wartungsfrei. Bei der Lagerung hingegen hat die Batterie eine Selbstentladung von ca. drei Prozent pro Monat und sollte nach einem halben Jahr nachgeladen werden, um der sogenannten Sulphatierung vorzubeugen. Tritt diese nachhaltig ein, wird die Batterie zerstört. Durch die Lagerung selbst altert die Batterie im Übrigen nicht, eine Alterung findet nur in der Schwebeladung statt. Wird z.B. eine drei- bis fünf-Jahresbatterie nach einem halben Jahr fachmännisch nachgeladen, hält sie weitere drei bis fünf Jahre. Nimmt der Hersteller das Nachladen vor, verbrieft er dies auch durch ein entsprechendes Siegel.
Wie lange halten die Batterien?
Eine Batterie befindet sich im Betrieb, wenn sie mit der sogenannten Schwebeladespannung versorgt wird. Da alle Batterien, die in Gefahrenmeldeanlagen verbaut sind, auf ihren Einsatz warten, sollte während dieser Wartezeit eine Spannung von 2,275V/Zelle angelegt sein, um ihrer Selbstentladung entgegenzuwirken. Je nach Batteriehersteller variiert diese Vorgabe minimal. Die Spannung bezieht sich auf eine Temperatur von 20°C und definiert in der Kombination auch gleichzeitig die zu erwartende Lebensdauer der Batterie im System. In der Regel verlangen Gefahrenmeldesysteme nach Batterien, die eine Lebensdauer von drei bis fünf Jahren nach Eurobat erreichen können. Diese Lebensdauer bezieht sich immer auf den Betrieb der Batterie unter Anwendung der genannten Bedingungen. Um eine möglichst hohe Lebensdauer der Batterie zu erreichen, sollte die Batterie idealerweise bei 20°C mit einer gemäß des Batterieherstellers angelegten Versorgungsspannung betrieben werden. Höhere wie auch niedrigere Temperaturen verlangen nach einer Spannungskompensation, die in der Betriebsanleitung des Herstellers zu finden ist. Insbesondere höhere Temperaturen schaden der Batterie und lassen sie vorzeitig altern. Der Grund: Die chemischen Prozesse innerhalb der Batterie sowie die Korrosion der Platten werden beschleunigt und die Batterie erreicht schneller ihr Lebensende. Das Lebensende einer Batterie ist laut Definition dann erreicht, wenn diese nur noch 80 Prozent ihrer ursprünglichen Nennkapazität erreicht. Das hört sich zunächst viel an, allerdings ist der Kapazitätsverlust der Batterie keine lineare Funktion, sondern eine Kurve. Deren Gefälle nimmt im Laufe der Zeit überproportional zu, fällt ab 80 Prozent Restkapazität steil ab und ist dann nicht mehr zu kalkulieren. Deshalb beobachten Installateure im Feld häufig das Phänomen, dass Batterien, die vor geraumer Zeit getestet worden sind, immer noch eine gute Restkapazität aufweisen, dann aber ganz plötzlich abfallen. Gefahrenmeldesysteme sind also in der Regel batteriegepuffert, damit das System bei einem Netzausfall weiter zuverlässig arbeiten kann. Die Batterie befindet sich dazu in der Erhaltungsladung, um der Selbstentladung vorzubeugen und die Batterie so zu versorgen, dass sie die angestrebte Lebenszeit bzw. geforderte Betriebsdauer erreichen kann. Falsches Laden oder hohe Temperaturen schränken die Lebensdauer der Batterie ein, so dass diese unter Umständen schon früher ausgetauscht werden muss.
Im Vergleich: Lithium-Ionen-Batterien
Hätte der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien hier einen Vorteil? Diese benötigen keine Erhaltungsladung, weil ihre Selbstentladung sehr gering ist. Je nach Kathoden/Anoden-Kombination hat der Anwender zudem eine gute Kontrolle darüber, wann die Batterie ihr Lebensdauerende erreicht hat. Außerdem sind Lithium-Batterien nicht so temperaturempfindlich und gasen nicht. Auch wenn diese Gründe dafür sprechen, haben die Batterien immer noch einen deutlich höheren Preis als VRLA-Batterien und benötigen eine spezielle Steuerungselektronik (BMS, Batteriemanagement-System), die das Laden und Entladen sowie den Zustand der Batterien kontrolliert. In Sicherheitssystemen könnte man Lithium-Ionen-Batterien nicht sich selbst überlassen, weil eine nicht entdeckte Fehlfunktion verheerende Folgen haben kann.
Welche Prüfvorschriften müssen die Batterien erfüllen?
Welcher Batterietyp in das jeweilige System eingebaut werden darf, definiert in der Regel der Hersteller. Hinsichtlich nationaler Vorschriften ist jedoch entscheidend, dass die Batterie VDS-geprüft ist und eine entsprechende Prüfnummer besitzt. Nur Batterien mit dieser Prüfung dürfen in Deutschland in entsprechende Systeme verbaut werden. Im Rahmen seiner Richtlinien legt der VDS fest, welche Eigenschaften eine Batterie haben muss, um die Prüfung zu bestehen. Dort wird z.B. definiert, dass die Batterie nach vier Jahren noch mindestens 80 Prozent ihrer Restkapazität aufweisen muss, wie hoch ihre maximale Selbstentladungsrate sein darf, nach welcher Ladedauer die Batterie wieder 90 Prozent ihrer Nennkapazität erreicht haben muss, dass die Batterie dicht verschlossen sein muss und dass durch die Ladung entstehendes Gas per Ventil aus der Batterie entweichen kann. Denn hier ist Vorsicht geboten. Das Gas muss nicht nur die Batterie verlassen können, sondern auch das Gehäuse, in dem die Batterie verbaut ist. Selbst wenn sich die Batterie vorschriftsmäßig in der Schwebeladespannung befindet, tritt eine wenn auch sehr kleine Menge an Gas aus. Der Rekombinationszyklus, der bei einer verschlossenen Batterie dafür sorgt, dass das Gas in der Batterie bleibt, beträgt nur 99,9 Prozent. Aus diesem Grund darf das Batteriegehäuse in einer Gefahrenmeldeanlage nie Gas-dicht verschlossen sein, sondern es muss eine natürliche oder gesteuerte Entlüftung enthalten, damit sich eventuell entstehendes Gas abführen lässt. Die Vorschriften dazu finden sich in der DIN EN50272-2.
Die passende Batterie finden
Auf dem Markt für VDS-Batterien steht eine Vielzahl an Batterien in den gängigen Kapazitätsbereichen von 7Ah bis 65Ah zur Auswahl. Hier tummeln sich diverse Marken, aber nur wenige davon stellen wie GS Yuasa ihre Batterien selbst her. Die meisten davon sind Eigenmarken von Importeuren, die ihre Batterien in Asien fertigen lassen und dann unter ihrer Marke in Deutschland oder Europa vertreiben. Ist das negativ zu bewerten? Nein, doch man muss wissen, worauf man sich einlässt. Auch unter den Eigenmarken gibt es wenige sehr gute Batterien, die es in die Erstausrüstung geschafft haben und einen einwandfreien Dienst verrichten. Das vorherrschende Preisgefälle entsteht jedoch dadurch, dass Markenhersteller das Ziel verfolgen, eine möglichst hohe gleichbleibende und reproduzierbare Qualität zu erreichen. Dies drückt sich durch eine hohe Fertigungstiefe sowie bereits im Produktionsprozess implementierte Qualitätskontrollen, niedrige Fertigungstoleranzen und hochwertige Rohstoffe aus - und kostet Geld. Es führt aber auch dazu, dass die erste ebenso wie die hunderttausendste Batterie nahezu identisch sind. Damit lässt sich eine gleichbleibend hohe Qualität bei einer verschwindend geringen Reklamationsrate erreichen. Elektroinstallateure schätzen genau diesen Vorteil, denn ein Kundendienst-Einsatz kostet ebenfalls. Die Hersteller günstiger Produkte hingegen haben eine sehr niedrige Fertigungstiefe und sind daher eher als Konfektionäre einzustufen. Gekauft werden die Komponenten dort, wo sie gerade am billigsten sind. Dies führt zu sehr niedrigen Preisen, nicht aber zu einer stabilen und hohen Qualität beim Endprodukt, die in einem kritischen Einsatzbereich entscheidend sein kann.
In der Sicherheitstechnik als kritischem Anwendungsbereich muss nicht nur das System, sondern auch die Batterie im Einsatzfall bedingungslos funktionieren. Welche Aufgabe erfüllt die Batterie hier, welche Batterien eignen sich und worauf gilt es zu achten?
Bild: BHE 09/2018Das Thema Sicherheitstechnik ist nicht nur in Deutschland, sondern auch international ein wachsender und zudem sehr sensibler Markt. Aus der Sicht eines Batterieherstellers gliedert sich die elektronische Sicherheitstechnik in die Hauptbereiche Videoüberwachung, Einbruchmeldetechnik, Zutrittskontrolle, Brandmeldetechnik und Gefahrenmelder im Allgemeinen, wobei diese zugleich den Oberbegriff für alle Meldetechniken bilden. Laut eines Berichts des BHE Bundesverband Sicherheitstechnik e.V. aus dem vergangenen Jahr verzeichnet die Branche seit 2015 ein solides Wachstum. Das gesamte Marktvolumen stieg von rund 3,7Mrd.? 2015 auf rund 4,4Mrd.? in 2018 an. Dabei liegt der Fokus insbesondere auf den Bereichen Brandmeldetechnik und Einbruchmeldetechnik. Alle diese Systeme sind in der Regel batteriegepuffert. Bei einem Netzausfall sorgen die Batterien dafür, dass die Anlagen eine definierte Zeit lang weiterhin funktionsfähig bleiben, bis ein Notstromaggregat zugeschaltet wird oder das Netz wieder Strom liefert. Doch welche Art von Batterien kommt hier zum Einsatz und ist es möglich, jede Batterie in solch ein System einzubauen? Wie lange hält eine Batterie und wovon hängt ihre Lebensdauer ab? Gibt es zudem Vorschriften, die es zu beachten gilt?
Diese Batterietypen sind geeignet
Zum Einsatz kommen hier prinzipiell Blei-Säure-Batterien, und zwar sogenannte 'wartungsfreie' ventilgeregelte Batterien (VRLA, valve regulated lead acid). Deren Säure ist in einem Vlies (AGM, absorbent glass mat) oder bei der älteren Technologie als Gel gebunden. Beide Batterietypen sind verschlossen, es kann keine Flüssigkeit nachgefüllt werden. Bei genauerer Betrachtung ist dieser Batterietyp jedoch nur im Betrieb komplett wartungsfrei. Bei der Lagerung hingegen hat die Batterie eine Selbstentladung von ca. drei Prozent pro Monat und sollte nach einem halben Jahr nachgeladen werden, um der sogenannten Sulphatierung vorzubeugen. Tritt diese nachhaltig ein, wird die Batterie zerstört. Durch die Lagerung selbst altert die Batterie im Übrigen nicht, eine Alterung findet nur in der Schwebeladung statt. Wird z.B. eine drei- bis fünf-Jahresbatterie nach einem halben Jahr fachmännisch nachgeladen, hält sie weitere drei bis fünf Jahre. Nimmt der Hersteller das Nachladen vor, verbrieft er dies auch durch ein entsprechendes Siegel.
Wie lange halten die Batterien?
Eine Batterie befindet sich im Betrieb, wenn sie mit der sogenannten Schwebeladespannung versorgt wird. Da alle Batterien, die in Gefahrenmeldeanlagen verbaut sind, auf ihren Einsatz warten, sollte während dieser Wartezeit eine Spannung von 2,275V/Zelle angelegt sein, um ihrer Selbstentladung entgegenzuwirken. Je nach Batteriehersteller variiert diese Vorgabe minimal. Die Spannung bezieht sich auf eine Temperatur von 20°C und definiert in der Kombination auch gleichzeitig die zu erwartende Lebensdauer der Batterie im System. In der Regel verlangen Gefahrenmeldesysteme nach Batterien, die eine Lebensdauer von drei bis fünf Jahren nach Eurobat erreichen können. Diese Lebensdauer bezieht sich immer auf den Betrieb der Batterie unter Anwendung der genannten Bedingungen. Um eine möglichst hohe Lebensdauer der Batterie zu erreichen, sollte die Batterie idealerweise bei 20°C mit einer gemäß des Batterieherstellers angelegten Versorgungsspannung betrieben werden. Höhere wie auch niedrigere Temperaturen verlangen nach einer Spannungskompensation, die in der Betriebsanleitung des Herstellers zu finden ist. Insbesondere höhere Temperaturen schaden der Batterie und lassen sie vorzeitig altern. Der Grund: Die chemischen Prozesse innerhalb der Batterie sowie die Korrosion der Platten werden beschleunigt und die Batterie erreicht schneller ihr Lebensende. Das Lebensende einer Batterie ist laut Definition dann erreicht, wenn diese nur noch 80 Prozent ihrer ursprünglichen Nennkapazität erreicht. Das hört sich zunächst viel an, allerdings ist der Kapazitätsverlust der Batterie keine lineare Funktion, sondern eine Kurve. Deren Gefälle nimmt im Laufe der Zeit überproportional zu, fällt ab 80 Prozent Restkapazität steil ab und ist dann nicht mehr zu kalkulieren. Deshalb beobachten Installateure im Feld häufig das Phänomen, dass Batterien, die vor geraumer Zeit getestet worden sind, immer noch eine gute Restkapazität aufweisen, dann aber ganz plötzlich abfallen. Gefahrenmeldesysteme sind also in der Regel batteriegepuffert, damit das System bei einem Netzausfall weiter zuverlässig arbeiten kann. Die Batterie befindet sich dazu in der Erhaltungsladung, um der Selbstentladung vorzubeugen und die Batterie so zu versorgen, dass sie die angestrebte Lebenszeit bzw. geforderte Betriebsdauer erreichen kann. Falsches Laden oder hohe Temperaturen schränken die Lebensdauer der Batterie ein, so dass diese unter Umständen schon früher ausgetauscht werden muss.
Im Vergleich: Lithium-Ionen-Batterien
Hätte der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien hier einen Vorteil? Diese benötigen keine Erhaltungsladung, weil ihre Selbstentladung sehr gering ist. Je nach Kathoden/Anoden-Kombination hat der Anwender zudem eine gute Kontrolle darüber, wann die Batterie ihr Lebensdauerende erreicht hat. Außerdem sind Lithium-Batterien nicht so temperaturempfindlich und gasen nicht. Auch wenn diese Gründe dafür sprechen, haben die Batterien immer noch einen deutlich höheren Preis als VRLA-Batterien und benötigen eine spezielle Steuerungselektronik (BMS, Batteriemanagement-System), die das Laden und Entladen sowie den Zustand der Batterien kontrolliert. In Sicherheitssystemen könnte man Lithium-Ionen-Batterien nicht sich selbst überlassen, weil eine nicht entdeckte Fehlfunktion verheerende Folgen haben kann.
Welche Prüfvorschriften müssen die Batterien erfüllen?
Welcher Batterietyp in das jeweilige System eingebaut werden darf, definiert in der Regel der Hersteller. Hinsichtlich nationaler Vorschriften ist jedoch entscheidend, dass die Batterie VDS-geprüft ist und eine entsprechende Prüfnummer besitzt. Nur Batterien mit dieser Prüfung dürfen in Deutschland in entsprechende Systeme verbaut werden. Im Rahmen seiner Richtlinien legt der VDS fest, welche Eigenschaften eine Batterie haben muss, um die Prüfung zu bestehen. Dort wird z.B. definiert, dass die Batterie nach vier Jahren noch mindestens 80 Prozent ihrer Restkapazität aufweisen muss, wie hoch ihre maximale Selbstentladungsrate sein darf, nach welcher Ladedauer die Batterie wieder 90 Prozent ihrer Nennkapazität erreicht haben muss, dass die Batterie dicht verschlossen sein muss und dass durch die Ladung entstehendes Gas per Ventil aus der Batterie entweichen kann. Denn hier ist Vorsicht geboten. Das Gas muss nicht nur die Batterie verlassen können, sondern auch das Gehäuse, in dem die Batterie verbaut ist. Selbst wenn sich die Batterie vorschriftsmäßig in der Schwebeladespannung befindet, tritt eine wenn auch sehr kleine Menge an Gas aus. Der Rekombinationszyklus, der bei einer verschlossenen Batterie dafür sorgt, dass das Gas in der Batterie bleibt, beträgt nur 99,9 Prozent. Aus diesem Grund darf das Batteriegehäuse in einer Gefahrenmeldeanlage nie Gas-dicht verschlossen sein, sondern es muss eine natürliche oder gesteuerte Entlüftung enthalten, damit sich eventuell entstehendes Gas abführen lässt. Die Vorschriften dazu finden sich in der DIN EN50272-2.
Die passende Batterie finden
Auf dem Markt für VDS-Batterien steht eine Vielzahl an Batterien in den gängigen Kapazitätsbereichen von 7Ah bis 65Ah zur Auswahl. Hier tummeln sich diverse Marken, aber nur wenige davon stellen wie GS Yuasa ihre Batterien selbst her. Die meisten davon sind Eigenmarken von Importeuren, die ihre Batterien in Asien fertigen lassen und dann unter ihrer Marke in Deutschland oder Europa vertreiben. Ist das negativ zu bewerten? Nein, doch man muss wissen, worauf man sich einlässt. Auch unter den Eigenmarken gibt es wenige sehr gute Batterien, die es in die Erstausrüstung geschafft haben und einen einwandfreien Dienst verrichten. Das vorherrschende Preisgefälle entsteht jedoch dadurch, dass Markenhersteller das Ziel verfolgen, eine möglichst hohe gleichbleibende und reproduzierbare Qualität zu erreichen. Dies drückt sich durch eine hohe Fertigungstiefe sowie bereits im Produktionsprozess implementierte Qualitätskontrollen, niedrige Fertigungstoleranzen und hochwertige Rohstoffe aus - und kostet Geld. Es führt aber auch dazu, dass die erste ebenso wie die hunderttausendste Batterie nahezu identisch sind. Damit lässt sich eine gleichbleibend hohe Qualität bei einer verschwindend geringen Reklamationsrate erreichen. Elektroinstallateure schätzen genau diesen Vorteil, denn ein Kundendienst-Einsatz kostet ebenfalls. Die Hersteller günstiger Produkte hingegen haben eine sehr niedrige Fertigungstiefe und sind daher eher als Konfektionäre einzustufen. Gekauft werden die Komponenten dort, wo sie gerade am billigsten sind. Dies führt zu sehr niedrigen Preisen, nicht aber zu einer stabilen und hohen Qualität beim Endprodukt, die in einem kritischen Einsatzbereich entscheidend sein kann.
GS YUASA Battery Germany GmbH
Dieser Artikel erschien in GEBÄUDEDIGITAL 5 2019 - 04.09.19.Für weitere Artikel besuchen Sie www.gebaeudedigital.de
