Batterie

Themen:

Allgemeines
Gesundheitliche Vorteile
Aufbau der Batterie
Plus- und Minusplatten
Batteriezellen
Laden entladen
Kapazität
Kaltstartstrom
Klemmen Sie die Batterieklemmen ab
Beginnen Sie mit Überbrückungskabeln

Gesamt:
Die Aufgabe der Batterie besteht darin, Verbraucher in Zeiten mit Energie zu versorgen, in denen die Lichtmaschine keine oder nur geringe Energie liefert, beispielsweise beim Starten des Motors. Die Batterie ist ein Puffer, der Energie speichert. Die von der Lichtmaschine gelieferte Energie wird in der Batterie gespeichert und muss bei Bedarf wieder abgegeben werden. Da elektrische Energie schwer zu speichern ist, wird die vom Generator gelieferte elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Muss die Batterie dann elektrische Energie an die Verbraucher liefern, wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt.

Wenn die Autobatterie in einem guten Zustand ist, aber nach einigen Stunden Stillstand wieder leer ist, liegt möglicherweise ein Problem vor. heimlicher Konsument.

Operation:
Die Batterie enthält mehrere dünne Bleiplatten in einem Behälter mit Schwefelsäure. Das Blei verbindet sich mit Schwefel. Dann kommt es zu einer chemischen Reaktion. Das Blei wird in Bleisulfat (PbSO4) umgewandelt.
Verdünnte Schwefelsäure ist eine Mischung aus Schwefelsäure und demineralisiertem (gereinigtem) Wasser. Verdünnte Schwefelsäure wird oft als Elektrolyt bezeichnet. Wenn die Bleiplatten an eine Ladevorrichtung angeschlossen werden, erfahren die Bleiplatten eine Veränderung. Die mit dem Minus verbundene Platte gibt Schwefel an den Elektrolyten ab. Das Bleisulfat wird in poröses Blei umgewandelt. Die mit dem Plus verbundene Platte nimmt Sauerstoff aus dem Elektrolyten auf und gibt Schwefel an den Elektrolyten ab. Diese Platte enthält nach dem Laden Bleidiozid (PbO2). Der obige Vorgang erzeugt eine Spannungsdifferenz zwischen der Plus- und der Minusplatte.

Wird ein Verbraucher an die auf die oben beschriebene Weise aufgeladenen Bleiplatten angeschlossen, fließt ein Strom. Das Bleidioxid aus der Plusplatte wird wieder in Bleisulfat umgewandelt. Auch das poröse Blei der negativen Platte wird in Bleisulfat umgewandelt. Beim Laden und Entladen der Batterien kommt es zu einer Veränderung der positiven und negativen Platten (chemischer Effekt). Auch der Elektrolyt verändert sich beim Laden und Entladen. Bei entladener Batterie bestehen die positiven und negativen Platten aus Bleisulfat. Der zur Bildung von Bleisulfat verwendete Schwefel wurde dem Elektrolyten entzogen. Der Elektrolyt einer entladenen Batterie weist daher einen geringen Schwefelgehalt auf. Bei einer geladenen Batterie wurde das Bleisulfat von den Platten auf den Elektrolyten übertragen. Der Elektrolyt weist dann einen hohen Schwefelgehalt auf. Da die Schwefelpartikel die schwereren Partikel im Elektrolyten sind, nimmt die spezifische Masse des Elektrolyten mit steigendem Ladezustand der Batterie zu. Der Elektrolyt einer vollgeladenen Batterie hat eine ähnliche Masse von 1280 kg/m3. Bei vollständig entladener Batterie hat der Elektrolyt eine spezifische Masse von 1140 kg/m3. Zum Vergleich: Wasser hat eine spezifische Masse von 1000 kg/m3.

Aufbau der Batterie:
Batterien bestehen aus mehreren Zellen, wobei jede Zelle eine Reihe positiver und negativer Platten enthält. Jede Zelle hat eine Spannung von ca. 2V. Eine 12-V-Batterie besteht aus 6 in Reihe geschalteten Zellen. Die Plus- und Minusplatten sind durch Trennstege voneinander getrennt.

Plus- und Minusplatten:
Die positiven Platten sind mit dem Pluspol verbunden, die negativen Platten mit dem Minuspol. Um Anschlussfehler zu vermeiden, sind beide Pole gekennzeichnet und der Pluspol hat immer einen größeren Durchmesser als der Minuspol. Die Plus- und Minusplatten sind durch ein Brückenstück miteinander verbunden. Die Platten bestehen aus einem Gitter aus Bleistrukturen. Die Gitter sind mit Paste (einer Mischung aus Bleipulver, Schwefelsäure und verschiedenen Anwendungen) gefüllt. Die Separatoren bestehen aus Kunststoff und Zellulose. Bei der Energieumwandlung in der Batterie entsteht an der positiven Platte mehr Wärme als an der negativen Platte. Um ein Verziehen der Plusplatte zu verhindern, wird die Plusplatte immer zwischen zwei Minusplatten platziert.

Batteriezellen:
Alle Zellen der Batterie sind mit dem sogenannten Elektrolyten gefüllt, einer Mischung aus destilliertem Wasser und Schwefelsäure. Destilliertes (auch demineralisiertes) Wasser ist Wasser, aus dem Schadstoffe wie Kalk und Chlorverbindungen entfernt wurden. Bei älteren Batterien verfügen die Zellen über Einfüllöffnungen. Über diese Öffnungen kann vollentsalztes Wasser nachgefüllt werden. Die Einfüllöffnung kann mit einem Einfülldeckel verschlossen werden. Bei neueren Batterien ist ein Befüllen nicht mehr möglich. Es handelt sich um wartungsfreie Batterien, deren Wasserverbrauch so gering ist, dass ein Nachfüllen nicht erforderlich ist.

Laden entladen:
Der Ladezustand einer Batterie kann mit einem Säuremessgerät gemessen werden. Ein gutes Batterieladegerät reduziert automatisch den Strom, wenn die Ladespannung 2,35 V pro Zelle überschreitet (also ca. 14 V bei einer 12-V-Batterie). Wird dieser Wert überschritten, zerfallen die Wassermoleküle in Sauerstoff und Wasserstoff, es entsteht Wasserstoffgas. Wenn eine große Menge dieses Gases entsteht, bildet es ein explosionsfähiges Gemisch (Sauerstoff).

Normales Laden:
Beim normalen Laden wird die Akkukapazität auf 100 % wiederhergestellt. Die Höhe des Ladestroms beträgt 5 bis 10 % der Kapazität. Eine Batterie mit einer Kapazität von 40 Ah wird beim Normalladen mit einem Ladestrom von 2 bis 4 A geladen.
Schnellladung: Schnell vollständig entladene Akkus können mittels Schnellladung wieder teilweise aufgeladen werden. Der Ladestrom beträgt 30 bis 50 % der Akkukapazität. Bei einem Akku mit einer Kapazität von 40 Ah beträgt der Ladestrom 12 bis 20 A. Schnellladen wird nicht so oft genutzt. Viele Schnellladegeräte können auch als Starthilfe und normales Ladegerät verwendet werden.
Erhaltungsladung: Wird ein Akku über einen längeren Zeitraum nicht genutzt, kommt es zu Spannungsverlusten durch Selbstentladung. Durch ständiges Anschließen eines Erhaltungsladegeräts an die Batterie bleibt die Batterie immer voll. Der Ladestrom beträgt ca. 0,1 % der Akkukapazität. Anschließend wird eine Batterie mit einer Kapazität von 40 Ah mit einem Strom von 0,04 A geladen. Es gibt Batterieladegeräte, die am Ende der normalen Ladung automatisch auf Erhaltungsladung umschalten.
Pufferladung: Bei der Pufferladung sind sowohl die Verbraucher als auch das Ladegerät an die Batterie angeschlossen. Das Ladegerät liefert einen solchen Strom, dass der Akku praktisch voll bleibt. Die Batterie liefert den Spitzenstrom an die Verbraucher. Die Pufferladung erfolgt, wenn die Lichtmaschine die Batterie lädt und gleichzeitig die Verbraucher mit Strom versorgt. Die Lichtmaschine verfügt über einen Spannungsregler, der für eine 14,4-Volt-Installation auf 12 V eingestellt ist. Nach dem Start wird die Lichtmaschine für eine Weile schnell aufgeladen. Während der Fahrt fällt der Ladestrom stark ab. Wenn der Akku vollständig geladen ist, wird der Ladestrom so gering, dass das Ladegerät den Akku nur noch geladen hält.

Wenn das Auto in der Garage steht, ist es gut, die Batterie am Erhaltungsladegerät zu haben. Die Batterie hat dann eine geringere Lebensdauer als eine Batterie, die oft längere Zeit entladen wird und durch den Dynamo schnell wieder aufgeladen wird. Eine Batterie wird entladen, wenn ein Verbraucher bei ausgeschaltetem Motor eingeschaltet bleibt (z. B. die Beleuchtung). Wenn eine Batterie tiefentladen ist (die Batterie ist völlig leer), wird die Batterie intern beschädigt. Dadurch verkürzt sich die Lebensdauer drastisch.

Kapazität:
Die Kapazität der Batterie ist die maximale Menge an elektrischer Energie, die die Batterie aufnehmen kann. Die Kapazität wird in Ah (Amperestunden) ausgedrückt. Die Kapazität wird anhand der Testergebnisse ermittelt. Beispiel: Eine Batterie hat eine Kapazität von 60 Ah. Dieser Akku kann 20 Stunden lang einen Strom von 3A liefern. (60Ah : 20h = 3A). Die Klemmenspannung wird nicht unter 1,75 V pro Zelle fallen.

Kaltstartstrom:
Im Allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass die Größe des Kaltstartstroms das 4- bis 5-fache der Kapazität der Batterie beträgt. Der Kaltstartstrom gibt Auskunft über die Geschwindigkeit, mit der die Batterie elektrische Energie liefern kann. Bei Starterbatterien für Autos ist der Kaltstartstrom noch wichtiger als die Kapazität. Der Kaltstartstrom nimmt mit sinkender Temperatur stark ab. Dies liegt daran, dass die chemischen Reaktionen bei niedrigeren Temperaturen viel langsamer ablaufen. Die Bedingungen, unter denen der Kaltstartstrom gemessen wird, werden im Voraus festgelegt.

Laut DIN-Norm gilt: Der Kaltstartstrom ist der maximale Strom, den die Batterie bei einer Temperatur von 255 K (-18 Grad) für eine bestimmte Zeit und bei ausreichender Spannung liefern kann:

Nach 30 Sek. Entladen mit dem Kaltstartstrom sollte die Klemmenspannung noch mindestens 1,5 V pro Zelle betragen.
Nach 150 Sek. Bei der Entladung mit dem Kaltstartstrom muss die Klemmenspannung noch mindestens 1V pro Zelle betragen.

Abklemmen der Batteriepole:
Bei bestimmten Arbeiten (z. B. Airbags, Anlasser, Lichtmaschine) muss die Batterie abgeklemmt werden. Andernfalls kann es zu einem Kurzschluss oder zur unbeabsichtigten Auslösung eines Airbags kommen. In diesen Fällen reicht es aus, den Minuspol zu demontieren. Der Pluspol kann dann an der Batterie verbleiben. Entfernen Sie niemals nur den Pluspol! Berührt es die Karosserie (die als Masse dient und somit mit dem Minuspol verbunden ist), entsteht ein Kurzschluss. Beim Ausbau der Batterie sollte immer zuerst der Minuspol und dann der Pluspol entfernt werden.

Eine Batterie sollte niemals abgeklemmt werden, während der Motor läuft. Heutige Motoren werden vollständig elektronisch gesteuert. Durch die Spitzenströme der Lichtmaschine kann die Elektronik schwer beschädigt werden.
Früher konnte ein (nicht elektronisch gesteuerter) Dieselmotor auf diese Weise abgeschaltet werden, da die Kraftstoffpumpe mechanisch angetrieben wurde und die Einspritzdüsen bei einem bestimmten Einspritzdruck öffneten. Durch den mechanischen Betrieb konnte der Motor nach dem Start ohne Batterie weiterlaufen.

Inbetriebnahme mit Überbrückungskabeln:
Wenn die Batterie leer ist, muss die Batterie aufgeladen werden, bevor der Motor erneut gestartet werden kann. Es ist möglich, die Batterie mithilfe von Überbrückungskabeln in ein anderes Auto einzubauen. Es ist wichtig, dass gute (dicke) Überbrückungskabel verwendet werden. Dünne Kabel erzeugen bei hohen Strömen einen großen Widerstand und werden daher sehr heiß. Es besteht die Möglichkeit, dass ein schwererer/größerer Motor mit zu leichten Kabeln nicht gestartet werden kann.

Die Reihenfolge der Verbindung ist wichtig; Schließen Sie niemals das Pluskabel (rot) und das Minuskabel (schwarz) gleichzeitig an eine Batterie an, da es sonst schnell zu einem Kurzschluss kommen kann, da sich die Kontakte auf der anderen Seite des Kabels berühren. Befolgen Sie daher diese Reihenfolge:

Verbinden Sie das Minuskabel mit einem Auto und die andere Seite des Minuskabels mit dem anderen Auto.
Schließen Sie dann das Pluskabel an ein Auto und dann an das andere an. Dabei spielt es keine Rolle, ob zuerst das Pluskabel und dann das Minuskabel angeschlossen wird oder umgekehrt.

Jetzt sind beide Batterien parallel zueinander. Wenn die Batterien parallel geschaltet sind, bleibt die Spannung 12 V. Es ist also nicht so, dass die gesamte Batteriespannung jetzt 24 Volt beträgt. Das wäre der Fall, wenn die Batterien in Reihe geschaltet wären, was beispielsweise bei Elektro-/Hybridfahrzeugen der Fall ist. Weitere Informationen zu Reihen- und Parallelschaltungen (am Beispiel von Widerständen) finden Sie auf der Seite Strom, Spannungswiderstand.

Nachdem nun die Batteriekabel angeschlossen sind, lädt die Lichtmaschine des „Ladeautos“ die leere Batterie auf. Lassen Sie dies am besten eine Minute lang stehen, da sonst der Motor möglicherweise nicht gestartet werden kann. Vor allem, wenn es sich um einen schweren Dieselmotor handelt. Nach einer Minute (oder länger) kann das Auto mit der leeren Batterie gestartet werden.

Wichtig sind auch die Maßnahmen bei der Demontage der Überbrückungskabel; Da das Auto, das dem anderen Auto die Starthilfe leistet, immer noch viel Ladestrom über die Überbrückungskabel an die leere Batterie weiterleitet, ist es nicht sinnvoll, die Überbrückungskabel auf einmal zu entfernen. Der Ladestrom/die Ladespannung ist beim Laden sehr hoch, aber wenn man ein Kabel abzieht, kann der Strom nirgendwohin fließen, außer in die eigene Autoelektronik. Es kommt dann zu einer Stromspitze, die auch in den Steuergeräten landen kann. Diesem Problem kann vorgebeugt werden, indem man im Ladewagen (also dem Wagen, der die leere Batterie auflädt) alle Starkverbraucher einschaltet. Denken Sie an die Heckscheibenheizung, ggf. Beleuchtung. Sitzheizung usw. Bei der Demontage eines Starthilfekabels kann sich der Spitzenstrom auf diese Komponenten verteilen, die ohnehin viel Strom benötigen. Die Steuergeräte werden dann geschont. Die Demontage der Überbrückungskabel erfolgt ebenfalls in der gleichen Reihenfolge wie das Anschließen; Zuerst das Plus- oder Minuskabel beider Autos und dann das andere. Entfernen Sie niemals beide gleichzeitig aus einer Batterie.

Eine leere Batterie lädt man am besten mit einem Batterieladegerät auf, denn ein Dynamo lädt sie mit dem maximalen Ladestrom auf. Ein Batterieladegerät passt den Ladestrom an den Zustand der Batterie an. Wenn eine Batterie tiefentladen ist (d. h. wenn die Batteriespannung unter 6 Volt gesunken ist), wird sie intern beschädigt. Dadurch verkürzt sich die Lebensdauer drastisch.

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