Eckdaten von offenen Blei- Akkumulatoren insbesondere

Eckdaten von offenen Blei- Akkumulatoren insbesondere
12 V Starterbatterien
1. Eckdaten
Alle Werte beziehen sich auf eine Umgebungstemperatur von 20 °C Ein etwaiger Temperaturgradient gibt an,
um welches Maß sich die nachstehenden Werte pro 1 K (volkstümlich 1°C) Temperaturänderung ändern
Größen
pro Zelle 6 Zellen
Erklärung
Nennspannung
2V
12 V
In der Regel die Klemmenspannung einer Batterie während des
größten Teils der Entladezeit. Dabei Strom in [A] ca. 10% der
Kapazität. Für die wirkliche Spannungsauslegung der
Verbraucher im Kfz ist jedoch die Ladespannung maßgebend.
Erhaltungsladespannung
2,23 V
13,38
Ist die Mindestspannung eines Ladegerätes, mit der die Batterie
auf Volladung gehalten wird, mit dem geringsten
Elektrolytverlust durch Wasserzersetzung.
Erhaltungsladestrom
Neu: ca. 1,0 mA/Ah.
Nach 5 Jahren ca. 2,0 mA/Ah
Gasungsspannung
2,4 V
14,4 V
Ist die Spannung, bei der die sog. Starkgasung beginnt und der
größte Teil des Ladestromes nur die Zelle erwärmt und das
Wasser im Elektrolyten zersetzt. Kostet Wartung und
Lebensdauer. Das Erreichen der Gasungsspannung bedeutet nicht,
dass die Batterie voll geladen ist.
Ladespannung im Kfz
2,35 V
14,1 V
Nennspannung bzw. Maximalspannung des Generators im Kfz.
Die Ladespannung bestimmt hier die Spannungsauslegung der
Verbraucher. Sie muss merklich unter 2,4 V/Zelle also 14.4 V und
über 2,23V/Zelle also 13,38 V liegen. Normal sind ca.14,1 V
Ladespannung eines
Konstant- SpannungsLadegerätes (IU Ladung)
Grenzwerte der
Ladespannung unter
Berücksichtigung des
Temperaturgradienten
nach VARTA
13,4 bis 14,1 V Hier bestimmt teilweise auch die Ladespannung die Zeit bis zur
gängig 13,7 bis Volladung, nicht allein der Strom. Es ist jedoch auch der
13,8 V
Temperaturgradient zu berücksichtigen. Ein Kompromiss sind
13,7 bis 13,8 V
2,5 V bis
2,25 V
15 V bis 13,5 V
von tieferer zu
höherer
Temperatur
Nennkapazität C
Der Temperaturgradient beträgt bei Starterbatterien
(–7 bis 10 mV)/K d. h. bei tiefen Temperaturen sollte die
Ladespannung höher sein. Das Problem der Generatorregler ist,
dass die Temperaturmessung meist an dem wärmeren Generator
und nicht an der Batterie erfolgt.
Dimension: Amperestunden [Ah] bei 20 h Entladezeit
Näheres Seite 2, Pkt. 2.1
Temperaturgradient der
Kapazität
0,5–0,25 %/K
0,25 %/K bei höheren Strömen wegen der Batterieerwärmung
durch den Strom.
Bei –20 °C und ca. 8 A hat eine 55 Ah Batt. ca. 30 Ah
Kaltstartstrom
Maximaler Strom (in der Regel mehr als das vierfache der Kapazität) der bei –18°C 10 sec der Batterie entnommen werden kann,
ohne das eine Klemmenspannung von 7,5 V unterschritten wird
Elektrolyt
verdünnte Schwefelsäure 1,285 g/ml für Erstbefüllung.
Volladung ca. 1,28 50 % 1,22 entladen 1,13 g/ml
Einfriergrenze
abhängig vom
Ladezustand
Bei 75 % der Nennkap. u. höher frostsicher bis unter –50 °C, bei
50 % ca. - 30 °C bei 25 % ca. –10 °C darunter ca. –2°C
Temperaturgrenzen
+50 bis –40 °C
über 50 °C kostet es Lebensdauer. –40 °C nur theoretisch, da
Ladegrenze ca. –30 °C
10,5 V
Außer beim Starten darf dieser Wert besonders für längere Zeit
nicht unterschritten werden, sonst Einbuße an Lebensdauer.
Außerdem Einfriergefahr ab –1 °C
Entladeschlußspannung
1,75 V
Selbstentladung
ca. 25 % pro Jahr bei 0 °C u. 25 % in 2 Monaten bei 40 °C
Zyklenfestigkeit
Bedeutet, dass die Batterie viele Entlade- und Ladezyklen von der
Lebensdauer her aushält. Starterbatterien sind nicht zyklenfest,
analog zum normalen Kfz Betrieb
Tabelle 1
1
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2. Bemerkungen zu den Eckdaten und weitere Erklärungen
2.1 Batteriekapazität C und Kaltstartstrom
Die Nennbatteriekapazität ist bei voll geladener Batterie das Produkt aus entnommenem Strom, bei
Starterbatterien in Ampere [A] und der Entladezeit in Stunden [h] bis zur Entladeschlussspannung, also
Amperestunden [Ah]
Bei den Kapazitätsprüfungen ist die Entladezeit durch entsprechend Normen festgelegt, bei Starterbatterien sind
es 20 Stunden. Eine 60 Ah Starterbatterie muss bei einer Kapazitätsprüfung also mit 3 A entladen werden (I20).
Bei höherem Strom fällt die Zeit überproportional, es sind also bei 6 A nicht 10 Stunden, sondern wesentlich
weniger. Würde man nur 1,5 A entnehmen liegt die Entnahmedauer nicht bei 40 Stunden sondern höher. Ein
Beispiel dazu:
Eine Batterie für Antriebe und Beleuchtung hat 2 Kapazitätsangaben, 60 Ah fünfstündig und 80 Ah
zwanzigstündig. Man sieht aus diesem Beispiel, wie wesentlich die Entladezeit in die Dimensionierung eingeht
Der Maximalstrom (z. B. für den Anlasser) der einer Starterbatterie kurzzeitig entnommen werden kann, hängt
nur teilweise von der Kapazität ab. Genannt wird jedoch für Starterbatterien der Kaltstartstrom, der in der Regel
mehr als das vierfache der Kapazität beträgt, bei einer 60 Ah Batterie also mehr als 240 A! Aus der Höhe dieses
Stromes erkennt man u. a., dass Starterbatterien kurzzeitig sehr hohe Ströme abgeben können. Die Prüfzeit liegt
hier allerdings bei 10 Sekunden!
2.2. Stromdefinitionen für Lade- und Entladeströme nach derzeitigen Normen
Neuerdings werden Lade und Entladeströme als Vielfaches der Nennkapazität C (in Amperestunden [Ah] mit
dem Begriff CA angegeben. Beispiel, bei 60 Ah Nennkapazität sind 0,05 CA 60x0,05= 3 A, entspricht obigen I20.
2.3 Entladeschlussspannung , bei 12 V Batterien 10,5 V
Gilt für Dauerstrom bis ca. 18 A (bei 60 Ah 0,3 CA). Bei kurzeitigen höheren Strömen (Startvorgang) darf die
Spannung auch weiter fallen bis ca. 7,5 V. Unterhalb der 10,5 V beginnt die Tiefentladung und die kostet
Lebensdauer der Batterie. Bei 10,5 V sollte die Batterie umgehen geladen werden, sonst sulfatiert die Batterie
und verliert auf Dauer einen Teil ihrer Kapazität. Dies gilt auch bereits für Batterien, die auf 50 % ihrer
Nennkapazität entladen sind.
2.4 Was ist Sulfatierung
Vereinfacht, bei Bleiakkumulatoren, bildet sich beim Entladen an den Platten schwammiges Bleisulfat, das beim
Laden wieder aufgelöst wird. Es wird jedoch nur bei Volladung vollständig aufgelöst. Bei Teilladung verbleiben
Sulfatreste an den Platten, die langsam verhärten können. Das harte Sulfat wirkt wie ein Isolator und lässt sich
manchmal durch Ladung mit sehr kleinen Strömen teilweise wieder auflösen. Starterbatterien sind hier durch das
beim Kfz übliche Ladeverfahren etwas gefährdet, da Volladung kaum erreicht werden kann. 70 % der Kapazität
werden dabei sehr schnell erreicht, für die restlichen 30 % wären 8 bis 10 Stunden notwendig, und so viel fährt
selten jemand an einem Stück. Sulfatierung bedeutet Kapazitätsverlust. Näheres und Abhilfe siehe Pkt. 2.7 .
2.5 Selbstentladung und Einlagerung von Batterien
Wie Tabelle 1 zeigt, hält sich die Selbstentladung in Grenzen, lediglich bei hohen Temperaturen wird es nach
2 Monaten kritisch. Trotzdem, eine Batterie, die längere Zeit unbenutzt herumsteht, sulfatiert. Ist sie dabei im Kfz
eingebaut und angeschlossen kommt der Ruhestromverbrauch der Bordelektrik dazu und der kann erheblich sein.
Vor Urlaubsreisen über 3 Wochen ohne Auto ist eine Ausgleichsladung nach Pkt. 2.7.3 empfehlenswert,
besonders im Winter, wegen der Einfriergefahr der Batterie. Wird ein Kfz für längere Zeit eingemottet, gibt es
mehrere Möglichkeiten:
2.5.1 Batterie angeschlossen im Fahrzeug lassen und ca. alle 4 Wochen nach Pkt. 2.7.3 Ausgleichsladungen
durchführen. Wenn kein Stromanschluss vorhanden ist, kommt aber nur Pkt. 2.5.3 in Frage.
2.5.2 Batterie im Fahrzeug lassen, aber das Massekabel (Minus) von der Batterie abklemmen. Jetzt entfällt der
Ruhestromverbrauch, im Winter reicht eine Ausgleichsladung alle 3 bis 4 Monate, im Sommer alle 2 Monate.
(Vorher aber ermitteln, ob man die etwaige Geheimzahl vom Radio hat.)
2.5.3 Batterie ausbauen und in einem kühlen frostsicheren Raum, z. B. im Keller einlagern. Die Batterie noch mal
nach Pkt. 2.7.3 volladen, danach, wenn die Raumtemperatur ungefähr bei 15 °C liegt, alle 3 bis 4 Monate
nachladen.
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2.6 Elektrolytdichte und Ladezustand
Befüllt werden die trocken vorgeladenen Starterbatterien mit verdünnter Schwefelsäure nach DIN 43530 mit
einem spez. Gewicht von 1,285 g/ml (bei 20 °C). Die obige DIN Norm sagt auch etwas über die Reinheit aus.
Ca. 14 Tage nach Neubefüllung und Betrieb der Batterie empfiehlt es sich, den Elektrolytstand zu überprüfen und
bei Bedarf durch Nachfüllen von Säure auf gleiche Höhe in allen Zellen zu bringen.
In den Tropen, also bei ständig hohen Temperaturen, wird Schwefelsäure mit 1,23 g/ml verwendet.
Beim Gasen und durch Verdunstung verliert die Batterie normalerweise nur Wasser, Säure braucht also nicht
nachgefüllt zu werden, nur vollentsalztes (destilliertes) Batteriewasser Wasser nach VDE/DIN 57510 oder besser.
(VDE 0510 oder DIN 57510 sollte auf dem Kanister stehen.)
Bei Volladung der Batterie hat der Elektrolyt bei uns dann ca. 1,28 g/ml, bei 50 % 1,22 g/ml, leer ca. 1,13 g/ml
Während der Ladung oder Entladung die Elektrolytdichte messen zu wollen ist wegen der Säureschichtung
sinnlos. Außerdem, billige Messgeräte sind ungenau, die Säurepanscherei ist gefährlich. Volladung kann auch
über den Ladestrom ermittelt werden. Fällt er bei Ladung mit konstanter Spannung (13,7 bis 13,8 V) längere Zeit
nicht mehr oder liegt er unter 0.1 A ist die Batterie in der Regel voll geladen.
Es gibt noch ein weiteres Verfahren, die Säuredichte mit einer Faustformel über die sog. Ruhespannung zu
ermitteln. Die Formel lautet in Worten: Ruhe- Zellenspannung abzüglich 0,84 ergibt die Säuredichte. Dieses
Verfahren ist auch in weiten Grenzen von der Temperatur unabhängig.. Ruhe bedeutet für die Batterie hier eine
Stunde ohne Ladung und ohne Verbraucher. Bei der 12 V Batterie wäre das dann 1/6 der Klemmenspannung
minus 0,84 oder bei Volladung eine Ruhespannung von mindestens 12,72 V. Hat das Fahrzeug einen hohen
Ruhestromverbrauch, müsste man zur Messung die Batterie abklemmen. Das hat aber evtl. Folgen für das
Autoradio (Geheimzahl muss neu eingegeben werden).
2.7 Ladeverfahren und Batterielebensdauer
Die Vielfalt der Ladeverfahren ist groß, also werden nur die wichtigsten zwei Verfahren beschrieben. Wozu muss
man überhaupt Starterbatterien laden, das besorgt doch der Generator im Kfz. Im Normalfall stimmt das auch, die
Batterien verlieren im ersten Betriebsjahr zwar ca. 30 % ihrer Nennkapazität, über die Folgejahre hält sich aber
der weitere Kapazitätsverlust in Grenzen. Warum das so ist wird in Pkt. 2.4 und 2.7.3 erklärt. Die 30 % werden
auch bei der Batterieauslegung bereits berücksichtigt.
Wenn alles gut geht, leben Starterbatterien 5 Jahre und mehr. Schriftlich wird ein Lieferant kaum eine solche
Lebensdauer zusichern. Dazu sind die Betriebsbedingungen von Starterbatterien zu unterschiedlich. Die Vorglühzeiten bei Dieselmotoren im Winter beanspruchen beispielsweise Batterien stärker, als bei Benzinmotoren.
Wenn man aber seine Starterbatterie pflegen will, was in den meisten Fällen Geschmackssache ist, kann man ihr
hin und wieder eine Ausgleichsladung spendieren. Vorteil, man kann unter Umständen plötzliche Ausfälle
vermeiden und die Batterie lebt vielleicht etwas länger. Die genannten 5 Jahre werden dann mit ziemlicher
Sicherheit überschritten, Erfahrung des Verfassers.
Nicht mehr Geschmackssache ist es, wenn Fahrzeuge für längere Zeit nicht benutzt werden. Hier müssen die
Batterien geladen werden, wenn sie nicht Schaden nehmen sollen, siehe hierzu Pkt. 2.5, am besten mit Ladeverfahren nach Pkt 2.7.3
Was ist eine Ausgleichsladung? Eine Batterie, die im normalen Betrieb nie ganz auf Volladung kommt wird hin
und wieder mit kleinen Strömen ca. 0,5 A und langer Ladezeit geladen. Ladeverfahren nach 2.7.3, IU- Ladung.
Sehr beliebt ist es, dazu das IU- Ladegerät an der Steckdose vom Zigarrenanzünder anzuschließen.
2.7.1 Was passiert beim "Gasen"
Stark vereinfacht: Wird eine "volle" Zelle bzw. Batterie weiter mit Strömen höher als der Erhaltungsladestrom
geladen, finden keine chemischen Prozesse zur Stromspeicherung mehr statt und der Ladestrom zersetzt dann den
Wasseranteil des Elektrolyten in Wasserstoff und Sauerstoff. Auch dieser Prozess kann nur eine bestimmte
Stromstärke absorbieren, der überschüssige Strom erwärmt dann die Zelle. Das entstehende Gas wird bei offenen
Zellen ins Freie abgeleitet (bei Starterbatterie über die Gasableitungsöffnung). Bei offenen Zellen kann der
gasungsbedingte Wasserverlust ersetzt werden (nachfüllen von vollentsalztem "destilliertem" Wasser). Die
Elektroden (Bleiplatten) werden aber unnötig beansprucht (Lebensdauer). Bleiakkus gasen schon leicht während
der Ladung unterhalb der Gasungsspannung. Diese Gasung mit Wasserverlust konnte besonders bei Erhaltungsladung durch Verwendung antimonarmer Bleilegierungen für ortsfeste- und Starterbatterien erheblich reduziert
werden, ebenso die Selbstentladung (wartungsarme Batterien).
Ab 2,4 V/Zelle (14,4 V bei 12 V Batterien) beginnt bei Bleiakkus die "starke" Gasung. Zu beachten ist bei der
Batterieladung, dass beim Erreichen der Gasungsspannung der Akku keinesfalls voll geladen ist.
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2.7.2 Laden nach der sog. W (Widerstands) Kennlinie mit fallendem Ladestrom
Diese einfachen und billigen Ladegeräte bestehen grundsätzlich aus einem Netztrafo mit nachgeschaltetem
Gleichrichter. Will man eine fast entladene Starterbatterie (was selten vorkommen sollte) einigermaßen schonend
laden, sollte der Anfangsstrom bei ca.10 % der Batteriekapazität liegen, das wären dann ca. 6 A bei einer 60 Ah
Batterie. Der Strom fällt dann kontinuierlich mit zunehmender Ladung der Batterie. Ladezeit ca. 12 bis 15
Stunden je nach Ladezustand der Batterie zu Beginn der Ladung. Irgendwann ca. nach 2/3 der Ladezeit
überschreitet man die Gasungsspannung von 14,4 V (2,4 V/Zelle). Jetzt sollte der Strom noch bei ca. 5 % der
Batteriekapazität liegen, also bei 3 A, besser noch tiefer. Dann sind noch weitere zwei bis vier Stunden mit
Gasung zu laden. Fazit, man muss dabei auf die Batterie aufpassen, damit sie nicht "zerkocht". Für den Fall der
Fälle (Batterie leer, weil das Standlicht bei Urlaubsbeginn nicht ausgeschaltet war) sollte man ein solches
Ladegerät haben.
Man kann auch mit höheren Anfangsladeströmen laden, damit es schneller geht. Das schadet der Batterie nicht,
wenn man bei Erreichen der 14,4 V den Ladestrom zurück nimmt, aber das heißt: noch mehr aufpassen.
Da diese Geräte wie gesagt preisgünstig sind, werden sie auch heute noch häufig zum werktäglichen Laden von
Traktionsbatterien verwendet. Da hat dann jedes Elektrofahrzeug bzw. jeder Gabelstapler sein eigenes Ladegerät.
Hier kann man auch mit höheren Anfangsladeströmen beginnen. Eine Automatik schaltet bei 2,4 Volt pro Zelle
dann auf eine fest vorgegebene Nachladezeit um, die zu der jeweiligen Batterie passt. Zum Arbeitsbeginn am
folgenden Tag steht wieder eine voll geladene Batterie zur Verfügung.
Der große Unterschied zum sporadischen Laden einer Starterbatterie ist, das man die Nachladezeiten bei fast
täglich zu ladenden Traktionsbatterien kennt, um Sulfatierung zu vermeiden. Bei der sporadischen Ladung von
Starterbatterien ist das leider nicht so, man arbeitet nach "Gefühl".
Beliebt ist auch, Ausgleichsladungen mit kleinen Strömen durchführen. Dazu genügt ein Gerät mit ca. 0,5 A, also
ein ungeregeltes sehr preiswertes Steckerladegerät. Auch mit diesen kleinen Geräten wird die Gasungsspannung
erreicht und überschritten. Wird damit in der heimischen Garage dauernd geladen, sollte man deshalb nach ca. 3
Monaten den Säurestand der Batterie kontrollieren. Man wird sich wahrscheinlich über den Wasserverbrauch
wundern. Das ist also auch nicht die optimale Lösung.
2.7.3 Laden mit konstanter Spannung bzw. IU Ladung (ähnlich wie mit der Kfz- Lichtmaschine)
Bei diesem Ladeverfahren wird in der Regel mit ca. 13,7 bis 13,8 V geladen, der Ladestrom hängt wieder vom
Ladegerät ab, er bleibt aber zunächst konstant. Wenn die Batterie etwa 2/3 voll ist, 13,7 oder 13,8 V sind fast
erreicht, fällt der Ladestrom sehr stark, in der Regel auf 0,2 bis 0,3 A. Bei einer Starterbatterie im Kfz muss man
dann bis zur Volladung ungefähr 36 Stunden weiterladen bzw. so lange, bis der Ladestrom nicht mehr weiter
fällt. Die 36 Stunden widersprechen den 8 bis 10 Stunden nach Pkt. 2.4. Hier ging man aber von einer neuen,
kaum sulfatierten Batterie aus und jetzt muss Sulfat abgebaut werden. Wenn man den Wagen zwischenzeitlich
braucht, kann man am nächsten Abend weitermachen. Um die Gasung und ihre Folgen braucht man sich aber
nicht zu kümmern, die Gasungsspannung wird nicht erreicht, Dauerladung ist möglich. Dieses Verfahren eignet
sich deshalb besonders gut für Ausgleichsladungen und die entsprechenden geregelten Steckerladegeräte mit ca.
0,6 A sind mittlerweile erschwinglich (ca. € 20,-). Ein 6 A Ladegerät kostet heute ca. € 54,- der Preisverfall
gegen früher ist gewaltig. Man findet solche Geräte z. B. im Conrad Hauptkatalog.
Ein weiterer Vorteil dieser Geräte: Man kann an ein 12 V Ladegerät mehrere 12 V Bleiakkus unterschiedlicher
Größe parallel anschließen und gleichzeitig laden. Natürlich muss das Gerät entsprechend leistungsfähig sein,
6 A reichen aber. Wenn man im Keller einige 12 V Batterien von eingemotteten Fahrzeugen stehen hat, die man
hin und wieder laden will, ist das eine Lösung, auch für etwaige Dauerladung.
Ist man auch noch in der Lage den Ladestrom zu messen, gibt es ein gutes Indiz, wann eine Batterie am Ende ist.
Wenn man bisher am Ende der Ausgleichsladung Ströme um 0,1 A gemessen hat und man bekommt irgendwann
den Ladestrom nicht unter einen um ca. 0,3 A höheren Wert als vorher, ist das Ende der Batterie nahe.
2.7.4 Weitere Ladeverfahren
Die heutige Elektronik macht es möglich, verschiedene Ladeverfahren zu kombinieren. Letzter Schrei: Einer
Konstantstrom- Ladung wird nach Überschreitung der Gasungsspannung eine einstündige Ladung oberhalb der
Gasungsspannung mit fallendem Strom nachgeschaltet. Damit soll schneller Sulfat abgebaut werden. Anschließend Umschaltung auf normale IU Erhaltungsladung. Für Starterbatterien bringen diese Kombinationen
kaum Vorteile, wohl aber für Semitraktions- und Beleuchtungs- Batterien, siehe auch Pkt. 2,8.
Gewarnt werden muss vor einem Verfahren, das eine Ladung nach der W- Kennlinie nach Pkt. 2.72 nach
erreichen der Gasungsspannung abbricht. Hierbei erreicht die Batterie nie die Volladung. Auch solche Ladegeräte
schmücken sich mit dem Zusatz "Automatik".
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2.8 Zyklenfestigkeit oder kann man Starterbatterien auch für andere Zwecke einsetzen
Starterbatterien sind ein Massenprodukt und daher preisgünstig. Sie sind ausgelegt für sehr hohe Stromabgabe
auch bei tiefen Temperaturen bei kleinem Bauvolumen. Sie werden im Normalbetrieb wenig entladen und
brauchen auch nur wenig geladen werden. Zyklenfest brauchen sie nicht zu sein. Daraus folgt, dass sie
überspitzt ausgedrückt, auch etwas leichter gebaut sind.
Von der Vorschriftenseite her sollen diese Batterien u. a. nicht als Anlasserbatterien für Notstromdiesel (obwohl
von den elektrischen Daten dafür geeignet) und auch nicht für Sicherheitsbeleuchtungen eingesetzt werden,
obwohl Stromausfälle bei uns bisher relativ selten sind, die Batterien deshalb auch relativ selten entladen
werden. Die Vorschriftenmacher haben also berücksichtigt, das es sich bei Starterbatterien um eine "light oder
leicht" Version der Bleibatterien handelt, für sog. Sicherheitsanlagen daher nicht gern gesehen.
Zyklenfest bedeutet, dass eine Batterie ständig betriebsmäßig entladen und anschließend wieder geladen wird.
Lebensdauer gewünscht und erreicht ca. 5 Jahre bzw. 1500 Lade- Entlade- Zyklen, d. h. 300 Zyklen pro Jahr.
Die Lebensdauer hängt weniger von der Zeit und mehr von den Zyklen ab. Anwendung z. B. als
Traktionsbatterie, für Fahrzeuge, wie Gabelstapler usw.. Derartige Batterien unterscheiden sich in der
Konstruktion wesentlich von Starterbatterien und kosten auch erheblich mehr. Hier Starterbatterien z. B. bei
kleinen Flurförderzeugen Hubwagen usw. einzusetzen ist daher erfahrungsgemäß unsinnig, eine solche
Betriebsart halten sie nicht lange aus.
Am anderen Ende der Skala steht beispielsweise die Bordbatterie eines Wohnmobils für Beleuchtung und
Wasserpumpe, für einen Rasenmäher oder Elektro- Rollstuhl. Hier spricht man von Semitraktion. Der
Preisunterschied zu Starterbatterien ist nicht besonders groß.
Daraus folgt zunächst, ein der Betriebsart angepasster Batterietyp wird weniger Probleme bringen.
Jetzt kommt es aber durchaus vor, dass auch einmal eine Starterbatterie gerade zur Verfügung steht, wenn man
für den Wohnanhänger, die private unterbrechungsfreie Stromversorgung oder Notbeleuchtung eine Batterie
braucht. Dazu eine Praxiserfahrung: Eine Starterbatterie allerdings aus dem oberen Preissegment, wurde die
ersten 18 Monate im Kfz eingesetzt und anschließend als Bordbatterie im Wohnanhänger. Dort wurde sie auf
drei längeren Reisen sehr stark gefordert, weil in den besuchten Ländern die Stromanschlüsse teuer und häufig
auch nicht vorhanden waren. Ladung über das Kfz Bordnetz während der Fahrt. Den Rest der Reisen hing sie
ständig am Kfz Bordnetz bzw. am 13,8 V Wohnanhängernetz in Bereitschaft. Lebensdauer ziemlich genau 8
Jahre.
Quellen: Bleiakkumulatoren 11. Auflage 1986 VDI Verlag, herausgegeben von der VARTA Batterie AG
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Vom plötzlichen Ausfall der Autobatterie bei sommerlichen
Temperaturen,
Ursachen und was man evtl. dagegen tun kann
Es passiert relativ selten, aber wenn es passiert, dann meist ohne Ankündigung und manchmal schon bei drei Jahre alten
Batterien. Nach kurzer oder längerer Fahrt wird das Auto geparkt. Weil es warm ist, läuft der Kühlerlüfter nach. Wenn man
nach einiger Zeit zurück kommt und starten will, geht nichts mehr, die Batterie ist leer. Sie war bereits "schwach auf der
Brust" und der Kühlerlüfter hat ihr den Rest gegeben. Mit Starthilfe kommt man wieder weg, und meist tauscht die nächste
Tankstelle oder Werkstatt die Batterie dann aus. Sind Fachleute am Werk, fällt vielleicht noch die Bemerkung "total
sulfatiert" und die Generatorspannung wird überprüft. Meist ist sie in Ordnung. Eine eventuelle Untersuchung der
sulfatierten Batterie würde ergeben, daß sie weder vom Generator, noch von normalen Ladegeräten nennenswert Strom
aufnimmt. Die Klemmenspannung der "leeren" Batterie steigt bei Ladeversuchen sofort auf Normalwerte, Strom kann sie
aber kaum liefern, die Spannung bricht gleich wieder zusammen. Über die Ursachen wird dann gerätselt.
Was ist nun Sulfatierung? Vereinfacht, bei Bleiakkumulatoren, zu denen auch die Starterbatterien gehören, bildet sich beim
Entladen an den Platten schwammiges Bleisulfat, das beim Laden wieder aufgelöst wird. Es wird jedoch nur bei Volladung
vollständig aufgelöst. Bei Teilladung verbleiben Sulfatreste an den Platten, die langsam verhärten können. Dieses harte
Sulfat wirkt wie ein Isolator, der die Platten zunehmend verklebt und den Stromfluß unterbindet. Wenn es einmal so weit
ist, spielt es auch keine Rolle mehr, ob man vor dem Ausfall zwei oder zweihundert Kilometer gefahren ist.
Für die Batterieladung im Auto ist der Generator (früher auch Lichtmaschine genannt) zuständig. Wenn also eine Batterie
sulfatiert, weil sie nicht voll geladen wird, wäre der erste schnelle (Fehl-) Schluß: Der Generator ist zu schwach ausgelegt.
Wie häufig bei Schnellschlüssen liegt man aber mit dieser Meinung in der Regel völlig daneben, es liegt am im Kfz
üblichen Ladeverfahren, und gleich vorweg, leider gibt es hier zur Zeit kein besseres.
Starterbatterien sollen wartungsfrei sein und dürfen nicht Schaden durch ständige Überladung nehmen,
verbunden mit Elektrolytverlust durch Wasserzersetzung. (Bei Überladung zersetzt der Strom das Wasser in der
verdünnten Schwefelsäure zu Wasserstoff und Sauerstoff, man spricht von Gasung.) Deshalb muß bei 12 Volt
[V] Batterien im Kfz die Ladespannung unter 14,4 V liegen, d. h. unter der sog. Gasungsspannung von
2,4 V/Zelle. Ab ca. 13,4 V (2,23 V/Zelle) ist eine Volladung möglich. (Alle Werte bezogen auf 20 °C)
Die Generator- bzw. Bordnetzspannung wird daher auf ca. 14,1 V eingestellt, mit geringen fertigungsbedingten
Toleranzen. Unter Last sind es meist ca. 13,8 V. Eine entladene Batterie wird bei diesen Spannungen sehr
schnell, abhängig von der Leistungsfähigkeit des Generators, auf ca. 70 % ihrer augenblicklichen Maximalkapazität geladen. Im normalem Fahrbetrieb mit heutigen Generatoren werden auch bei eingeschalteten
Verbrauchern diese 70 % in wenigen Minuten erreicht, denn durch den kurzen Startvorgang und den geringen
Verbrauch im Stand (von großen Lautsprecheranlagen einmal abgesehen) sind die Batterien kaum besonders
stark entladen. Oberhalb der ca. 70 % kann aber die Batterie nur noch kleine Ströme aufnehmen. Für die
Volladung sind dann noch etwa 6 bis 8 Stunden anzusetzen und so lange fährt man selten an einem Stück.
Die Starterbatterien bleiben daher meist immer etwas im Ladedefizit, nicht alles Sulfat wird abgebaut und das
bedeutet auf Dauer Sulfatierung. Bei täglichen Fahrstecken mit 2 x 20 km am Stück und mehr, braucht man sich
weniger Sorgen zu machen, als im täglichen Kurzstreckenbetrieb so um 1 bis 5 km. Der etwas längere
Sonntagsausflug bringt es dann auch nicht mehr.
Es wurde und wird über Verbesserungen an dem oben beschriebenen, an sich optimalen, Ladeverfahren
nachgedacht, das auch dort eingesetzt wird, wo Batterien viel Strom entnommen wird und kurze Ladezeiten
verlangt werden, wie z. B. bei Gabelstaplern. Wenn Batterien in der Regel viel Strom entnommen und etwas
Wartung in Kauf genommen wird (z. B. Elektrolytstand überwachen, bei Bedarf destilliertes Wasser nachfüllen)
gibt es Lösungen. Bei normalen Starterbatterien im Kfz- Betrieb ist es zur Zeit aber nur mit dem obigen
Ladeverfahren möglich, Batterieschäden durch Überladung (Gasung, Elektrolytmangel) mit Sicherheit zu
vermeiden.
Sulfat an den Platten der Batterie ist nur dann richtig schlimm, wenn es sich verhärtet. Die Hersteller der
Starterbatterien mixen deshalb dem Plattenmaterial Komponenten bei, Bariumsulfat wird u. a. hier genannt, die
das Verhärten des Sulfates verhindern oder wenigstens verzögern sollen. Meist halten sich dann die bleibenden
Kapazitätsverluste durch Sulfatierung in Grenzen. Man rechnet mit ca. 30 % Verlust bereits im ersten
Betriebsjahr, der weitere Verlustanstieg in den Folgejahren ist jedoch wesentlich geringer. Außerdem werden
Batterien bei Neuwagen jetzt kurz vor der Auslieferung ordnungsgemäß aufgeladen, das Autoleben beginnt
dann nicht mit einer durch längere Standzeit schon teilentladenen Batterie und einer Menge Sulfat an den
Platten.
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Wenn allerdings alle Sterne ungünstig stehen, dann verhärtet sich das Sulfat irgendwann doch zu stark, und die
Batterie fällt, wie beschrieben, vorzeitig aus, meist ohne Vorankündigung. Lediglich ein Indiz spricht für einen
bereits starken Kapazitätsrückgang: Sie haben Ihr Auto im Urlaub ca. 3 Wochen nicht benutzt und können
anschließend nur noch schlecht oder überhaupt nicht starten.
Kann man selbst etwas gegen die Sulfatierung tun? Im Prinzip ja, mit sog. Ausgleichsladungen im Anschluß an
den normalen Fahrbetrieb. Die erforderlichen Ladeströme liegen dann in der Regel unter 1 A [Ampere]. Was aber
über Ausgleichsladungen in Fachbüchern steht, gilt beispielsweise für Gabelstaplerbatterien, die täglich mit dem
oben beschriebenen Verfahren geladen werden und muß wöchentlich erfolgen. Dann werden Kapazitätsverluste
durch Sulfatierung mit Sicherheit vermieden. Da beim Auto, abgesehen vom Stromanschluß für das Ladegerät,
dies mühevoll ist, und die meisten Starterbatterien auch ohne Ausgleichsladungen oft 5 Jahre und mehr Ihren
Dienst tun, ist es meist besser, die Sache wieder zu vergessen.
Hat man einen Stromanschluß und den notwendigen Ehrgeiz, bringt es schon sehr viel, mit einem kleinen
Steckerladegerät monatlich mit Strömen um 0,2 – 0,4 A ca. 50 Stunden zu laden. Am besten wäre hier ein auf ca.
13,7 Volt geregeltes Steckerladegerät mit ca. 0,5 Ampere. (Für Elektronikbastler ist der Eigenbau eine der
leichtesten Übungen). Auch wäre hier eine Anwendung für die Solartechnik, ca. 0,1 m² würden reichen, wie und
wo aber die Solarzellen diebstahl- und vandalensicher anbringen, abgesehen von den hohen Kosten. Sogenannte
Automatikladegeräte, die lediglich bei 14,4 Volt den Ladestrom abschalten (und nicht auf unschädliche Werte
herunterregeln) sind für Ausgleichsladungen völlig unbrauchbar.
Wann ist eine Batterie voll geladen? Die Elektrolytdichte direkt zu messen (volle Batterie ca. 1,28 kg/l) ist umständlich,
wegen der Säurepanscherei gefährlich und wegen der Säureschichtung beim Laden ungenau. Einfacher geht es bei
Erhaltungsladung mit der Ladestrommessung. Fällt bei Ladung mit 13,7 V der Strom einige Stunden nicht mehr oder
erreicht Werte unter 0,1 A, ist die Batterie angenähert voll geladen.
Zum Abschluß, um dem Sulfat im Ernstfall beizukommen braucht man kleine Ströme und Geduld. Fällt eine ca.
drei Jahre alte Starterbatterie wie eingangs beschrieben aus, ist eine Reparatur mit Ladeströmen unter 0,2 A
manchmal möglich. (Keine Bücherweisheit, sondern Praxiserfahrung.) Das dauert dann um die 100 Stunden und
eine solche Batterie kann dann noch Jahre halten, wenn man ihr hin und wieder eine Ausgleichsladung mit
ca. 0,2 – 0,4 A spendiert.
Nachtrag (August 2003):
Dieser Aufsatz wurde 1999 geschrieben, was hat sich hier zwischenzeitlich getan? Leider bisher nicht viel.
Seit einiger Zeit werden sog. Batterie- Konditionierer angeboten. Die werden im Kfz an die Batterieklemmen
angeschlossen und sollen wahrscheinlich mit sporadischen Stromstößen die Sulfatierung rückgängig machen
bzw. verhindern. Wie das genau funktionieren soll, ist natürlich geheim. Etwas Vorsicht ist angesagt, einmal sind
die Geräte zusätzliche Verbraucher, und dann könnte es auch Probleme mit der Bordelektronik geben.
Von VW wird die Blei-Kalzium Batterie beworben, die nicht neu ist. Im Varta-Handbuch "Bleiakkumulatoren" von 1986
kann man auf Seite 60 u. a. lesen, Vorteil extrem niedriger Wasserverbrauch, Hauptnachteil geringe Zyklenfestigkeit. Nun
spielt allerdings die Zyklenfestigkeit bei Starterbatterien im normalen PKW keine so große Rolle, von Taxis abgesehen.
Interessanter, diese Batterie hat auch ein "magisches Auge", das sich verfärben soll, wenn es ihr nicht gut geht. Mal sehen,
was daraus wird. Erste Erfahrungen, Ausgleichsladungen gehen wesentlich schneller, d. h. die Batterie kann in kürzerer Zeit
mehr Ladestrom aufnehmen.
Die geregelten Steckerladegeräte gibt es mittlerweile. Auch ein Solar- Panel ca. 12x37 cm (reine Solarzellenfläche 8,5x 29 cm) wird angeboten, das 1,8 W bzw. 125 mA maximal liefern soll. Hinter der Windschutzscheibe
werden es vielleicht 30 mA sein, sehr wenig. Doppelt so groß wäre besser. Die Handhabung ist im täglichen
Betrieb natürlich umständlich, es ist mehr für die 3 Wochen Urlaub gedacht. Hier könnte es eine minimale
Lösung sein, falls der Wagen im Freien steht. Anbieter ist jeweils u. a. der Elektronikversender Conrad.
Man wird also weiter mit dem Problem leben müssen
Anmerkung: Der Verfasser hatte während seiner beruflichen Tätigkeit von 1959 bis 1993 u. a. mit Traktionsbatterien und
stationären Batterien bis ca. 350 kW Leistung zu tun. (Projektierung, Beschaffung, Inbetriebsetzung, Instandhaltung) und
konnte so die Entwicklung auf dem Batteriesektor über längere Zeit verfolgen. Starterbatterien waren nicht dabei. Für den
Ruhestand hatte sich der Verfasser vorgenommen, Störfälle mit Starterbatterien, von denen wir seinerzeit Kenntnis bekamen,
mit Moral und Nutzanwendung aufzuklären. Auch ein Massenprodukt kann faszinieren.
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75882032 15.05.2016 03:06:00