Rein subjektiv habe ich beim Tauchen den Eindruck, dass meine Tauchlampe im Winter deutlich kürzer brennt als im Sommer. Die Temperaturabhängigkeit von Bleiakkumulatoren ist zwar allgemein bekannt, doch welche Auswirkungen die Umgebungstemperatur auf meine Tauchlampe während des Tauchgangs hat konnte ich bisher leider nur vermuten. Also habe ich schnell mit Hilfe meines Fluxkompensators ein paar Messungen vorgenommen und komme zu interessanten Ergebnissen.

Als Akkumulator verwende ich in meiner Tauchlampe drei unterschiedlich alte 12V/7Ah Blöcke die jeweils aus zwei parallel geschalteten Panasonic Akkus (Conrad Artikel Nummer: 254932-62) bestehen. Der bei der Messung verwendete Block ist ca. 1 Jahr alt und wurde mit ca. 50 Ladezyklen belastet. Um Einflüsse durch das Ladegerät zu minimieren wurde der Akku mit einem Konstantspannungslader gemäß der Empfehlung des Herstellers für "Normales Aufladen" (siehe Abbildung 1) geladen.



Laut Datenblatt von Panasonic (Download als PDF von Conrad) verringert sich die Nennkapazität (25 °C) bei einer Temperatur von 0 °C auf 85%. Stimmen diese Herstellerangaben eigentlich? Verkürzt sich die Brennzeit wirklich um 15% wenn ich im Winter tauchen gehe? Wie verringert sich die Brennzeit im für Taucher relevanten Temperaturbereich von 20°C und 4°C? Kann ich die Brennzeit eventuell sogar erhöhen wenn ich den Akku vor dem Tauchgang auf die Heizung lege?



In einer ersten Messreihe habe ich versucht die Herstellerangaben zu verifizieren und dazu das Temperaturverhalten des Akkus ohne Gehäuse gemessen. Dazu wurden bei 2°C, 10°C und 21°C jeweils drei Messungen mit dem Fluxkompensator durchgeführt. In drei weiteren Kontrollmessungen wurde ausgeschlossen, dass die Temperatur beim Laden ebenfalls eine Rolle spielt. Das Ergebnis der Messungen ist interessant und wird in der folgenden Grafik zusammengefasst.



Die rote Kurve ergibt sich aus den Angaben im Datenblatt des Akkus. Um einen direkten Vergleich zu ermöglichen, wurden die Angaben von Panasonic auf die Fluxkompensationszeit eines virtuellen Akkus umgerechnet. Dieser virtuelle Akku hat bei 21°C dieselbe Brennzeit wie der in den Messungen verwendete, reale Akku. Die grüne Kurve zeigt die oben erwähnten 9 Messungen bei drei unterschiedlichen Temperaturen. Auffällig ist, dass die gemessene Temperaturabhängigkeit deutlich höher ist als die theoretischen Herstellerangaben. Bei 2°C erreicht mein Akku anscheinend einen Kapazitätsverlust, der laut Hersteller eigentlich erst bei -15°C eintreten sollte. Bei meinem Akku verringert sich die Kapazität zwischen 21°C und 2°C um über 30%.

Erstes Fazit:

• Die Temperaturabhängigkeit ist deutlich höher als in dem Datenblatt angegeben. Sie ist so hoch, dass ein Einfluss beim Tauchen merkbar sein sollte.


• Man sollte nicht blind den Herstellerangaben trauen. Je nach Bedingungen, dem Alter und der Vorgeschichte des Akkus kann es im Einzelfall erhebliche Abweichungen geben. Datenblätter sind Werbeprospekte!

Nachdem jetzt klar ist, wie der Akku sich bei veränderter Temperatur verhält stellt sich nun die Frage welchen Einflüssen der Akku in der Lampe unter realen Verhältnissen ausgesetzt ist. Wie schnell und wie stark kühlt der Akku während eines Tauchgangs ab wenn ich im Sommer unter die Sprungschicht in 4°C kaltes Wasser tauche? In einem Internetforum vertrat ein Autor die Ansicht, dass der Akku sich während der Entladung sogar erwärmt und damit die Abkühlung durch die Umgebung kompensiert wird. Andere Autoren vertreten die Ansicht, dass die Plastikwand sowie die Luftschicht im Tank den Akku ausreichend isoliert und es daher keinen Unterschied zwischen Sommer und Winter gibt.

Also habe ich zunächst die Erwärmung des Akkus beim Entladen untersucht. Erhöht sich die Temperatur wirklich durch den Entladestrom? Die folgende Messung bestätigt die Behauptung. Der Akku wurde Aufgeladen und mit Zeitungspapier und Styropor isoliert. Zwei Temperatursensoren wurden auf den Akku geklebt. Ein dritter Sensor befindet sich in der Mitte der ca. 20 cm dicken Isolationsschicht. Das "Paket" wurde für 24 h im Keller an die Umgebungstemperatur von ca. 11,5°C angepasst. Anschließend wurde der Akku wieder mit einer Leistung von 50 Watt über den Fluxkompensator entladen.



Abbildung 4 zeigt deutlich, dass die Temperatur des Akkus bei der Entladung um 3,5°C ansteigt. Es stimmt also! Die chemischen Prozesse sowie der fließende Strom in den Elektroden und Zuführungen erwärmen einen Bleiakku während einer Entladung. Bei geringeren Entladeströmen wird der Einfluss vermutlich nicht mehr so deutlich ausfallen. Um jedoch vergleichbar zu bleiben, habe ich alle Messungen mit derselben Belastung des Akkus durchgeführt.

Zweites Fazit:

• Ein Bleiakku erwärmt sich durch den Entladeprozess

Aber kann diese innere Erwärmung die Abkühlung des Akkus durch die kalte Umgebung kompensieren? Es bleibt also die spannende Frage wie sich der Akku unter realen Tauchbedingungen verhält? Um das zu klären habe ich meinen Akku in einen modifizierten Tank meiner alten Extreme Exposure Explorer 6 aus dem Jahr 2001 eingebaut. In den Deckel wurden an Stelle des Ein/Aus Schalters die Kabel für insgesamt 3 Temperatursensoren eingebaut. Alle drei Sensoren befinden sich an unterschiedlichen Positionen auf dem Akku. Ein vierter Sensor kontrolliert die Außentemperatur der Kühlflüssigkeit in einem Abstand von ca. 1 cm von der Außenwand des Tanks.



Das ursprüngliche Lampenkabel wurde durch das Anschlußkabel des Fluxkompensator ersetzt. Damit sollen Einflüsse durch unterschiedliche Kabelwiderstände ausgeschlossen werden. Der modifizierte Tank wird zunächst für 24 Stunden bei einer Raumtemperatur von 21°C gelagert. Für die Messungen wird er dann in ca. 20 Liter Eiswasser getaucht, die Entladung über den Fluxkompensator beginnt ungefähr 90 Sekunden nach dem Eintauchen. Ein vorher im Eiswasser abgekühltes Bleigewicht drückt den Tank in das Eis/Wasser-Gemisch und verhindert, dass der Tank aufschwimmt und sich während der Messung bewegt.



Das Ergebnis der Messung ist eindeutig. Der Akku kühlt trotz der oben nachgewiesenen "Entladungswärme", der isolierenden Luftschicht und dem isolierenden Plastikgehäuse sehr schnell ab. Der in der Messung sichtbare Temperatursprung von Sensor 3 könnte auf die Position des Sensors auf dem Akku zurückgeführt werden. Der dritte Sensor befindet sich nämlich an einer der Ecken des Akkus am unteren Ende des Blocks, während die anderen beiden Sensoren in der Mitte des Blocks befestigt wurden. Wahrscheinlich befindet sich der dritte Sensor zusätzlich in der Nähe einer Elektrode die durch den Entladestrom von innen gewärmt wird. Nach Ende der Entladung fehlt die "Entladungswärme" und der Akku kühlt am Rand schneller aus als in der Mitte.



Insgesamt habe ich bei dem eingebauten und in Eiswasser gelegten Akku eine Fluxkompensationszeit von 0,86 h gemessen. Diese Zeit liegt nur knapp über der Zeit einer Entladung des auf 2°C abgekühlten Akkus.



Gesamtfazit:
Bei einem Tauchgang in winterlich kaltem Wasser muss mit einer deutlichen Reduktion der Brennzeit gerechnet werden. Weder die vorherige Aufwärmung des Akkus auf Raumtemperatur, noch die "Entladungswärme" haben merklichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des Akkus. Bei dem von mir gemessenen Akku muss ich mit einer Verkürzung der Brennzeit um bis zu 30% rechnen wenn ich im Winter tauchen gehe.

Ausblick:
Die Messungen sind zwar sehr interressant, sie werfen aber mehr Fragen auf als ich ursprüglich angenommen hatte. Folgende Punkte bleiben ungeklärt:

• In weiteren Versuchen müsste der genaue Einfluss des Entladestroms untersucht werden. Es ist anzunehmen, dass der Temperatureinfluss bei einer Halbierung der Entladeleistung noch deutlicher wird weil die innere Erwärmung geringer wird. Eine Halbierung der Leistung entspricht etwa der Verwendung eines 18 Watt HID-Leuchtmittels anstelle des hier simulierten 50 Watt Halogenbirnchens.


• Das Alter des Akkus und seine Vorgeschichte scheinen einen großen Einfluss auf die Temperaturabhängigkeit zu haben. Verhält sich ein neuer Akku am Ende wirklich gemäß den Angaben im Datenblatt? Habe ich bei meinem Akku ein besonders schlechtes Exemplar erwischt und treffe damit nun falsche Aussagen?


• Darüber hinaus könnte eine Wiederholung der Messungen mit einer Umgebungstemperatur von 12°C interessant sein. Immerhin ergeben die ersten Messungen bei einer Temperatur von 10°C eine Reduktion der Nennkapazität um 18%. Wie schnell kühlt sich der Akku bei einer Umgebungstemperatur von 12°C ab? Mit einer genauen Messung könnte die Brennzeit des Akkus bei Höhlentauchgängen aus der vorher gemessenen Fluxkompensationszeit genau vorherberechnet werden.


• Ebenfalls interessant wird ein Vergleich der Temperaturabhängigkeit von Bleiakkus gegenüber NiCd- oder NiMH-Akkus sein.


• Auch noch ungeklärt ist die Fragestellung wie stark die Luftschicht um den Akku und das Plastikgehäuse des Tanks den Akku thermisch vom umgebenden Wasser isolieren. Hierzu reicht eigentlich eine kurze Vergleichsmessung im Eiswasser ohne Anschluss an den Fluxkompensator.

Ich werde bei Gelegenheit und Lust weitere Messungen vornehmen und an dieser Stelle berichten.....