Strom & USV
Batterie-Backup-Referenz
Entladetiefe nach Batteriechemie, Temperaturabminderungs-Tabellen, DC-Bus-Spannungen, Batterietyp-Vergleich, typische Laufzeiten und IEEE 485 / EN 50272-2 Regeln. Ergänzung zum Batterie-Backup-Rechner.
Stand: Juni 2026
Abkürzungen
- IECInternational Electrotechnical Commission
- Die internationale Organisation, die elektrische Sicherheitsnormen für weite Teile der Welt außerhalb Nordamerikas festlegt. Wenn eine Tabelle eine IEC-Nummer nennt, verweist sie auf das offizielle Regelwerk hinter einer Berechnung.
- UPSUninterruptible Power Supply
- Eine Batterie-Notstromversorgung, die Geräte für kurze Zeit weiterlaufen lässt, wenn der Netzstrom ausfällt — damit ein Notstromaggregat starten kann oder Geräte sicher heruntergefahren werden können.
Batteriechemie-Vergleich
Häufige Akkutypen für USV-, Rechenzentrum- und kritische Infrastruktur-Backup-Systeme.
| Chemie | Typische DoD | Zyklenlebensdauer | Energiedichte | Selbstentladung / Monat | Temperaturbereich | Typische Spannung je Einheit | Hinweise |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| VRLA / AGM (Blei-Säure) | 50 % | 200–500 Zyklen | 30–50 Wh/kg | 2–3 % | −20 bis +50 °C | 2 V / 6 V / 12 V | Häufigste USV-Batterie; Austausch alle 3–5 Jahre |
| Gel (Blei-Säure) | 50–60 % | 300–700 Zyklen | 30–50 Wh/kg | 1–3 % | −20 bis +50 °C | 2 V / 6 V / 12 V | Bessere Tiefentlade-Toleranz als AGM; auslaufsicher |
| Li-Ion (NMC) | 80 % | 1 000–2 000 Zyklen | 100–200 Wh/kg | 1–2 % | 0 bis +45 °C | 3,6–3,7 V / Modul | Aufkommend in Rechenzentrum-USV; höhere Anschaffungskosten |
| LiFePO₄ (Lithium-Eisen) | 80–90 % | 2 000–6 000 Zyklen | 80–160 Wh/kg | < 1 % | −20 bis +60 °C | 3,2 V / Modul | Sicherste Li-Chemie; breiter Temperaturbereich; Heim und Telekom |
| Nickel-Cadmium (NiCd) | 60–80 % | 1 000–2 000 Zyklen | 40–60 Wh/kg | 10–20 % | −40 bis +50 °C | 1,2 V / Zelle | Extreme Temperaturtoleranz; in EU eingeschränkt (REACH) |
DoD vs. Zyklenlebensdauer — Blei-Säure
Die Entladetiefe (DoD) hat einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtlebensdauer von Blei-Säure-Batterien. Für die flachste praktisch mögliche DoD auslegen.
| DoD | Ca. Zyklenlebensdauer (VRLA/AGM) | Auslegungsempfehlung |
|---|---|---|
| 20 % | 1 500 – 2 000+ Zyklen | Ideal für täglichen Zyklenbetrieb; große Bankgröße |
| 30 % | 1 000 – 1 500 Zyklen | Gut für täglichen Betrieb mit moderater Bankgröße |
| 50 % | 500 – 800 Zyklen | Standard für USV-Standbyanwendungen (IEEE 485) |
| 80 % | 200 – 300 Zyklen | Nur für seltene Notfallentladungen akzeptabel |
| 100 % | < 100 Zyklen | Vermeiden — schwere Schäden; Garantieverlust |
Temperaturabminderung — Blei-Säure
Die Batteriekapazität sinkt bei niedrigen Temperaturen erheblich. Die folgenden Werte sind Richtwerte — stets das Herstellerdatenblatt für die tatsächliche Kapazitäts-/Temperaturkurve prüfen.
| Temperatur | Kapazitätsfaktor (VRLA/AGM) | Kapazität bei 100-Ah-Nennwert | Hinweise |
|---|---|---|---|
| 40 °C | 1,05 – 1,10 | ~105 Ah | Kapazität leicht erhöht; Lebensdauer stark reduziert |
| 25 °C | 1,00 (Referenz) | 100 Ah | Standard-Bewertungstemperatur (IEEE 485) |
| 20 °C | 0,96 – 0,98 | ~97 Ah | Geringe Abminderung; typischer Innen-USV-Raum |
| 10 °C | 0,85 – 0,90 | ~87 Ah | 15 % Abminderung — für unbeheizte Räume anwenden |
| 0 °C | 0,70 – 0,75 | ~72 Ah | 25–30 % Abminderung — Außengehäuse im Winter |
| −10 °C | 0,55 – 0,65 | ~60 Ah | 40 % Abminderung — beheiztes Gehäuse prüfen |
| −20 °C | 0,40 – 0,50 | ~45 Ah | Starke Abminderung; AGM-Anlauf ggf. nicht möglich |
Häufige DC-Bus-Spannungen
| DC-Bus-Spannung | Typische Anwendung | Batteriestrang (12-V-Zellen) | Normreferenz |
|---|---|---|---|
| 12 V | Consumer-USV, Heim-Backup | 1 × 12 V | Herstellerspezifikation |
| 24 V | Kleine USV, Solaranlagen | 2 × 12 V in Reihe | Herstellerspezifikation |
| 48 V | Telekommunikation, kleine DC-USV, Heimspeicher | 4 × 12 V in Reihe | ETSI EN 300 132-2; ITU-T L.12 |
| −48 V | Telekom-Vermittlungsstellen (negativer Pol geerdet) | 4 × 12 V (neg. Erdung) | ETSI EN 300 132-2 |
| 120 V DC | Versorgungs- / Industrie-USV, Schaltanlagen-Steuerung | 10 × 12 V in Reihe | IEEE 485; NFPA 70 |
| 240 V DC | Große Rechenzentrum-USV, Hochleistungssysteme | 20 × 12 V in Reihe | IEC 60896-2; IEEE 1188 |
| 380 V DC | Rechenzentrum DC-Verteilung (aufkommend) | Modulbasiert (Li-Ion) | IEC 60906-3; ETSI EN 300 132-3 |
Rechenbeispiel — Serverraum-Batterie-Dimensionierung
Kritische Last: 5 000 W. Ziel-Laufzeit: 1 Stunde. DC-Bus: 48 V. Batterie: 12 V / 100 Ah AGM. USV-Wirkungsgrad: 92 %. DoD: 50 %. Temperaturabminderung: 90 %. Alterungsfaktor: 80 %.
Schritt 1 — Benötigte Energie: 5 000 W × 1 h ÷ 0,92 = 5 435 Wh
Schritt 2 — Kombinierte Abminderung: 0,50 (DoD) × 0,90 (Temp.) × 0,80 (Alterung) = 0,36 effektiv
Schritt 3 — Erforderliche Ah: 5 435 Wh ÷ (48 V × 0,36) = 315 Ah
Schritt 4 — Batterien in Reihe: 48 V ÷ 12 V = 4 in Reihe je Strang
Schritt 5 — Stränge parallel: 315 Ah ÷ 100 Ah = ⌈3,15⌉ = 4 Stränge
Schritt 6 — Batterien gesamt: 4 Reihe × 4 Parallel = 16 Batterien (12 V / 100 Ah AGM)
Tatsächliche Kapazität: 4 × 100 Ah = 400 Ah bei 48 V = 19 200 Wh brutto
Typische Laufzeiten nach Anwendung
| Anwendung | Typische Backup-Anforderung | Zweck |
|---|---|---|
| Serverraum-USV (IT-Abschaltung) | 5 – 15 Minuten | Geordnetes Herunterfahren oder Generator-Übernahme |
| Rechenzentrum-USV (mit Generator) | 15 – 30 Minuten | Generator-Start und Umschaltsequenz |
| Rechenzentrum-USV (ohne Generator) | 2 – 4 Stunden | Überbrückung bis Netzversorgung wiederhergestellt |
| Telekom-Vermittlungsstelle | 4 – 8 Stunden | Regulatorisches Minimum; typisch 8 h in EU (ETSI) |
| Kritische Medizin- / Sicherheitsanlagen | 2 – 24 Stunden | Regulatorische Anforderung; je nach Gesetzgebung |
| Heim / SOHO-Backup | 30 min – 4 Stunden | Überbrückung typischer lokaler Stromausfälle |
| Abgelegener / Inselbetrieb-Standort | 24 – 72 Stunden | Zwischen Generator-Betankungszyklen oder Solaraufladung |
Häufig gestellte Fragen
Welcher C-Wert ist für die USV-Batterie-Dimensionierung richtig?
Batterie-Ah-Angaben gelten bei C/10 (10-Stunden-Entladung). Eine USV, die in 15 Minuten entlädt, arbeitet mit C/4 — bei hohen Entladeströmen ist die verfügbare Kapazität geringer als der Nennwert. Die Entladetabelle des Herstellers für die tatsächliche Laufzeit bei gegebener Last verwenden. Beispiel: Eine 100-Ah-AGM-Batterie liefert bei C/2 ca. 65–70 Ah. Der Rechner verwendet den Nenn-Ah-Wert — 20 % Zuschlag einrechnen.
Was regelt IEEE 485 zur Batterie-Dimensionierung?
IEEE 485 (Recommended Practice for Sizing Lead-Acid Batteries for Stationary Applications) legt fest: Dimensionierung bei 25 °C mit Korrektur der Säuredichte, Planungszuschlag von mindestens 10 % auf berechnete Ah, Alterungsfaktor 1,25 (entspricht 80 % Kapazität am Lebensende) und maximale DoD von 80 % der Nennkapazität. Primäre Referenz für Industrie-USV und Batteriebetriebsräume in Nordamerika.
Wann ist eine gesonderte Ladegerät-Berechnung erforderlich?
Das Ladegerät muss die Batteriebank in der site-spezifischen Ladezeit (typisch 8–12 Stunden) auf 95 % laden. Ladestrom = Bank-Ah × 1,15 ÷ Ladezeit (Stunden). Bei großen Banken (> 500 Ah) oder schnellem Nachladen (< 4 h) kann der Ladestrom 50–100 A übersteigen — Kabelquerschnitt, Sicherungen und Wärmeabfuhr erfordern dann eine ingenieurtechnische Prüfung.
Wie sind Belüftungsanforderungen für Blei-Säure-Batterien zu beachten?
Blei-Säure-Batterien gasen beim Laden Wasserstoff aus. IEC 60896-2 und IEEE 1187 regeln Belüftungsanforderungen, um Wasserstoff unter 1 % (LEL liegt bei 4 %) zu halten. Der Mindest-Volumenstrom (m³/h) hängt von Batterieanzahl und Ladestrom ab. Versiegelte VRLA/AGM-Batterien gasen deutlich weniger als offene Zellen, benötigen aber dennoch ausreichende Belüftung in geschlossenen Räumen. Niemals in geschlossenen, unbelüfteten Schränken installieren.
Kann ich nachträglich weitere Batterien hinzufügen, um die Laufzeit zu verlängern?
Nur wenn vollständige Stränge identischer Batterien gleichen Alters und Gesundheitszustands ergänzt werden. Das Hinzufügen neuer Batterien zu einer vorhandenen Bank führt zu ungleichmäßigem Laden/Entladen — die neuen Zellen fallen vorzeitig aus. Den Batterieraum von Anfang an für die volle geplante Bankgröße auslegen oder einen vollständigen Austauschzyklus planen.