Anstatt Batterien wegzuwerfen, hatten erfinderische Unternehmer die Geschäftsidee, verbrauchten Batterien ein zweites Leben einzuhauchen. Das begann in der Handy-Branche, wo es gängige Praxis ist Batteriepacks einfach auf Verdacht auszutauschen, ohne dass sie zuvor getestet werden. Das Einsetzen einer neuen Batterie vermag das erkannte Problem wohl nicht zu lösen, und die Müllkisten unter der Ladentheke füllen sich mit weggeworfenen Batterien. Handy-Hersteller und Netzbetreiber haben festgestellt, dass mehr als 90 Prozent der unter Inanspruchnahme von Garantieleistung zurückgegebenen Batterien leicht zu warten sind und als B-Ware erneut verkauft werden können.
Wiederaufbereitungszentren schossen vor allem in den USA, Großbritannien und Israel aus dem Boden. Sie kauften tonnenweise überschüssige Batterien auf und überprüften sie über eine Schnelltestfunktion mit Cadex-Batterieanalysatoren wie dem C7400 oder dem C5100. Aufzeichnungen beweisen, dass Kunden, welche diese geprüften B-Klasse-Batterien einsetzen, nahezu gleiche Leistungswerte verzeichnen können wie bei neuen Akku-Packs; bei den Rückgabewerten ist keine Steigerung festzustellen. Abbildung 1 zeigt eine Box mit angelieferten Handy-Batterien, die zum Service anstehen.
Nun mag eine schwächer werdende Batterie in einem Mobiltelefon lediglich zu geringen Unannehmlichkeiten führen, in einem medizinischen Gerät jedoch spielen Batterien eine sicherheitskritische Rolle. Mit der wachsenden Anzahl mobiler Instrumente in der Medizinbranche wächst auch die Besorgnis über Probleme durch alternde Batterien. Die Association for the Advancement of Medical Instrumentation (AAMI) stufte das Batterie-Management als eine der Top-10-Herausforderungen für die biomedizinischen Abteilungen eines Krankenhauses ein. Eine Untersuchung der US-amerikanischen Gesundheitsbehörde FDA stellte fest, dass „bis zu 50 Prozent der in Krankenhäusern auftretenden Wartungsprobleme mit Batterien in Zusammenhang stehen“.
Eine Batterie hat eine verhältnismäßig kurze Betriebsdauer und muss genau wie jedes andere betriebsbereite System in einem Gerät behandelt werden, das häufig eine Lebensdauer von zehn Jahren und länger hat. Fragt man Anwender, „bei welcher Rest-Kapazität tauschen Sie Ihre Batterie aus?“, ist die Antwort häufig ein verständnisloser Blick, aber keine klare Aussage. Ohne einen anwendungsbezogenen, strategischen Management-Plan werden Batterien meist zu früh und manchmal zu spät ausgewechselt.
Sind keine Geräte zur Batterie-Diagnose vorhanden, werden Batterien häufig nach ihrem Datumsstempel ausgetauscht, völlig unabhängig von ihrem Zustand. Die meisten Akku-Packs erfreuen sich noch ausgezeichneter „Gesundheit“, wenn ihre Verfallszeit abläuft, und trotzdem ist der Austausch fällig. Gerätehersteller programmieren ein solches Verfallsdatum häufig ab Lagerverkauf. Dadurch ergibt sich eine meist unnötige Zeitbegrenzung für die Nutzung analog zu ablaufenden Halbwertszeiten von Radioisotopen in der Nuklearmedizin. Batterien jedoch sind besser geworden und leben länger; sie sind darüber hinaus hochpreisiger geworden. Dadurch wird es ineffektiv und teuer, wenn man sich alleine auf den Datumsstempel verlässt. Heutzutage wird die Batterielebensdauer überwiegend vom Gebrauch und nicht von der Lebens-/Lagerzeit bestimmt. Mithilfe von Datumsstempeln lassen sich Batterien, die wegen starken Gebrauchs vorzeitig schwach werden, nicht identifizieren. Um diese frühzeitige Fehler zu kompensieren, fordern Gerätehersteller eine energischere „Worst Case“-Austausch-Richtlinie. In der Medizintechnik findet mittlerweile weitgehend ein Verfalls-Zeitraum von zwei Jahren Verwendung.
Zu gut für den Müll
Nickel-basierte Batterien bieten jedoch in den meisten Nutzungsprofilen einen mindestens dreijährigen Betrieb, Li-Ion größer fünf Jahre. Außerdem sind die Speicherkennwerte bei modernen, auf Lithium basierenden Systemen besser geworden. In vielen Branchen ist ein zu schwacher Einsatz das Normalmaß, was eine erhebliche Verlängerung der Einsatzdauer bedeutet. Dies führt dazu, dass große Mengen noch brauchbarer Batterien weggeworfen werden.
Datumsstempel haben das Batterieproblem nicht gelöst, sondern zu neuen Problemen geführt. Das Wegwerfen ungeprüfter Batterien treibt die Kosten in die Höhe und schadet der Umwelt. Dr. Imre Gyuk, Manager des US Energy Storage Research Program bei der Energiebehörde (DOE) behauptet, dass jedes Jahr ungefähr eine Million noch brauchbarer Lithium-Ionen-Batterien zum Recycling geschickt werden, obwohl die meisten noch eine Rest-Kapazität von über 80 Prozent aufweisen.
Es tauchen mehr gute Batterien im Markt auf und stehen für die Wiederaufbereitung zur Verfügung. Selbst wenn sie weniger als 100 Prozent Kapazität haben, enthalten robuste industrielle Batterien noch immer genug Lebenskraft, um weniger anspruchsvollen Anwendungen auf Jahre zu speisen. GM und ABB verwenden bereits Batteriepacks aus dem Chevrolet Volt zur Speicherung elektrischer Energie für den Einsatz im Netz. Ein Medizintechniker, aus einem großen Hospital in Michigan, betreibt mithilfe von ausgemusterten Herzpumpen-Batterien einen elektrischen Rasenmäher. Auf diese Weise wird grüne Energie noch grüner.
Der führende „Gesundheitsindikator“ einer Batterie ist deren Rest-Kapazität. Diese bestimmt, wie viel Energie ein Pack noch aufnehmen und wieder abgeben kann. Die gemessene Kapazität weist auch auf den Preis hin, der mit einer generalüberholten Batterie noch erzielt werden kann. 80 bis
100 Prozent werden überwiegend als gut betrachtet; Batterien für kritische Anwendungen werden oft bereits dann ersetzt, wenn die Kapazität auf unter 80 Prozent abfällt. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Batterie nicht mehr für weniger anspruchsvolle Anwendungen eingesetzt werden kann. Für eine lohnende Aufarbeitung und Wiederverwendung sollte jedoch beachtet werden dass die Rest-Kapazität bei mindestens bei 50 bis 60 Prozent liegen muss. Bei Batterien unter 50 Prozent kann die Kapazität beim Wiedereinsatz im Feld rasch abfallen und andere Probleme hervorrufen.
Die Kapazität spielt auch dann eine wichtige Rolle, wenn Zellen und Monoblocks zu einem neuen Batterie-Packs zusammengepasst werden. Je enger die Anpassung, desto besser wird die Leistung der aufbereiteten Batterie und desto länger wird die Lebensdauer sein.
Packs, die für schwere Lasten und weite widrige Temperaturbereiche entwickelt wurden, sind normalerweise für Kapazitätsschwankungen von +/– 2,5 Prozent ausgelegt. Eine solch niedrige Toleranz ist mit wiederaufbereiteten Zellen und Monoblocks so gut wie unmöglich. Die Kapazität von Li-Ion-Batterien lässt sich, wenn sie schwach geworden ist, nicht wesentlich steigern, wie das bei Nickel-basierten Batterien möglich ist, da die erstgenannten keinen signifikanten Memory-Effekt kennen, der umgekehrt werden könnte.
Voll bedeutet nicht in Ordnung
Die grüne „Ready“-Anzeige auf einem Ladegerät bedeutet nicht betriebsbereit. Sie besagt lediglich, dass die Batterie voll aufgeladen ist. Schwach gewordene Batterien laden sich rascher auf als gute Packs und werden irrtümlich als betriebsbereit eingestuft. Auch die Füllstandsanzeige auf einem Pack gibt hier keine Antwort. Sie zeigt nach jeder Ladung
100 Prozent an, selbst wenn sich die Kapazität eines Akkus auf die Hälfte reduziert hat.
Es sind mehrere Batterie-Schnelltestmethoden bekannt, doch ist die Abschätzung der Kapazität schwierig zu bewerkstelligen, weil kein Messgerät den „Gesundheitszustand“ einer Batterie in einer einzigen Messung erfassen kann. Ähnlich wie bei der Untersuchung eines Patienten durch einen Arzt, oder bei der Wettervorhersage durch einen Meteorologen, muss man beim Testen von Batterien auf eine Vielzahl von Attributen achten, um eine eindeutige Bewertung auf Basis von messbaren Symptomen zu erhalten. Das Ablesen des Innenwiderstands einer Batterie bietet keine zuverlässigen Hinweise auf die Batterie-Leistung mehr. Die Chemie moderner Li-Ionen-Zellen hat sich inzwischen so verbessert, dass sie einen geringen Widerstand bei zyklischer Belastung und Alterung beibehält. Die Kapazität fällt vorhersehbar mit den Zyklen ab, und der Innenwiderstand bleibt tendenziell auf niedrigem Niveau.
Cadex empfiehlt, bei der Batterieanalyse zuerst festzustellen, ob eine Batterie noch funktioniert. Die meisten Cadex-Analysatoren werden kundenspezifische (Custom) programmiert, das so konfiguriert werden kann, dass mithilfe eines kurzen Tests zunächst Spannung und Innenwiderstand untersucht werden können sowie ob die Batterie grundsätzlich in der Lage ist, eine Ladung aufzunehmen und im Anschluss daran auch eine Entladung liefert.
Tests in der Praxis
Zur Prüfung einer unbekannten Batterie gibt der User die Chemie (Ni-Cad, Li-Ion,...) der Batterie, die Spannung und den Ah-Nennwert ein. Der Test beginnt mit einer kurzen Entladung, gefolgt von einer kurzen Ladung und einer erneuten Entladung, um feststellen zu können, ob eine Ladung gehalten werden kann. Außerdem ist im Test ein Batteriewiderstands-Check enthalten, der zum Ende jedes Zyklus wiederholt wird. Der Anwender kann das Batterieverhalten während des Tests mithilfe der PC-Battery-Shop-Software auf dem Monitor beobachten und den Test abbrechen, wenn die Batterie nicht normal reagiert. Die Batterie wird als funktionell eingestuft, wenn die Spannung innerhalb eines definierten Fensters bleibt. Ausschläge außerhalb der Grenzwerte weisen auf eine fehlerhafte Batterie hin. Die typische Testzeit beträgt drei Minuten, eine fehlerhafte Batterie ist oft innerhalb von Sekunden erkennbar. Anschließend sollten die funktionierenden Batterien einem umfassenden Service unterzogen werden, ehe sie im Betrieb eingesetzt werden, da der endgültige Kapazitätswert nur so mit absoluter Sicherheit bestimmt werden kann. Ein voller Zyklus dient auch zur Kalibrierung von „smarten“ Batterien mit Füllstandsanzeige. Diese Methode ist sowohl für Li-Ion als auch für Nickel-basierte und Blei-Säure-Batterien geeignet.
Der Anschluss von verschiedenen Batterietypen an ein Testgerät war immer eine der größten Herausforderungen, welche Cadex über ein patentiertes Batterieadaptersystem gelöst hat. Häufig verwendete Batterien werden am besten mit einem kundenspezifischen Adapter bedient. Das Smart Cable eignet sich für ein breites Spektrum an größeren Batterien, die sich außerhalb des Tester-Akkufachs befinden, und RigidArm-
Adapter sind bequem für Handy- und andere Klein-Batterien einsetzbar. Federbelastete Anschlüsse werden von oben nach unten auf die Batteriekontakte aufgesetzt und ermöglichen eine schnelle und wiederholte Überprüfung. Der ein- und ausziehbare Boden hält die Batterie in einer senkrechten Position, ein Temperaturfühler überwacht die Batterien während des Tests.
Fazit
Verbrauchte Batterien werden zunehmend wiederaufbereitet und mit einem zweiten „Leben“ versehen, denn in ihnen steckt nach einem Ausmustern, das häufig zu früh erfolgt, noch viel Lebenskraft. Die Wiederaufbereiter von Batterien stehen vor einer wachsenden Zahl guter Batterien, die im Zuge rigider Ersatzrichtlinien weggeworfen werden. Ergebnis: hohe Betriebskosten und eine Belastung der Umwelt. Die steigende Anzahl mobiler Geräte, wie auch der Bereich Elektromobilität, werden den Markt der Batterie-Wiederaufbereitung weiter wachsen lassen. Der Schlüssel zum Erfolg liegt hier im Sortieren derjenigen Packs, die noch eine hohe Lebensenergie besitzen, um danach eine komplette Überprüfung durchzuführen, welche die Bestimmung von Rest-Kapazität, Selbstentladung, Innenwiederstand und Spannung umfasst. Schnelltests können bei Handy-Batterien sinnvoll sein, sind jedoch für größere Packs nicht empfehlenswert. Nur ein vollständiger Zyklus enthüllt alle Batteriekennwerte, die dann dem Zweit-Käufer als Leistungsnachweis an die Hand gegeben werden können.
