Batteriegrundwissen
Wenn das Auto nicht anspringt
„Die Batterie ist leer“, heißt es oft im Volksmund. Technisch korrekt wäre der Ausdruck „Die Batterie ist entladen“. Die häufigsten Ursachen für dieses Problem sind elektrische Verbraucher im Fahrzeug, welche über eine zu lange Dauer betrieben wurden, oder gar defekt sind. Die versehentlich angelassen Scheinwerfer können eine so starke Entladung hervorrufen, dass das Fahrzeug nicht mehr starten kann. In dem Fall, dass die Autobatterie nur teilweise entladen ist, ist es grundsätzlich möglich diese wieder bis zu ihrem vollen Leistungsniveau aufzuladen. Mittels einer Starthilfe durch ein weiteres Fahrzeug, kann der Motor gestartet werden und innerhalb von ca. 30 min Fahrt, sollte die Batterie wieder vollständig geladen sein.
Bevor der Einbau einer neuen Fahrzeugbatterie in Betracht gezogen wird, sollten im Vorfeld die eventuellen Mängel der Fahrzeugelektrik abgeklärt werden. Ein Defekt der Lichtmaschine, des Spannungsreglers oder eines Schaltrelais können ebenso zu einer negativen Belastung der neu erworbenen Batterie führen.
Ein Austausch der Batterie muss erfolgen, wenn die Lebensdauer dieser erreicht ist. Das bedeutet, wenn die aktive Masse der Platten altersbedingt verbraucht ist, da ein Kurzschluss der Zellen erfolgen kann. Ausfallursachen einer Batterie können weiterhin ein zu niedriger Säurestand, eine verunreinigte Säurefüllung durch Leitungswasser oder Schäden durch eine Tiefenentladung sein.
Wann ist die Batterie wartungsfrei
Vor einigen Jahren war der Wasserverbrauch in Batterien noch sehr hoch, sodass Autofahrer fast wöchentlich den Säurestand prüfen mussten. Heutzutage sind die modernen Antriebsbatterien wartungsfrei und kommen bei normalen Betriebsbedingungen während ihrer gesamten Lebensdauer ohne Wasserzugabe aus. Im Übrigen hat sich im gleichen Zeitraum die Batterielebensdauer von 2 auf 4-5 Jahre erhöht. Die Batteriegitter bestanden in der Vergangenheit aus einer Bleilegierung mit 10 % Antimon. Dieses war für die Stabilität notwendig, da Blei alleine zu weich gewesen wäre. In der Säure löste sich ein Teil des Antimons auf, was zu einem Wasserverlust der Batterie führte.
Durch die Weiterentwicklung der Batterietechnologie war es möglich, den Antimonanteil von 10 % auf 1,5 % zu reduzieren. Diese Verringerung ergibt wartungsarme Batterien, die nur jährlich kontrolliert werden müssen. Bei Bedarf ist der Säurestand mit destilliertem Wasser zu korrigieren.
Mittlerweile verwendet man 0,1 % Kalzium in Gittern als Härtemittel anstelle von Antimon. Dadurch wird die Säure viel weniger verunreinigt und der Wasserverlust minimiert. Die Batterie ist somit wartungsfrei.
Betriebsprobleme einer Batterie
Überladung
Einen großen Einfluss auf den optimalen Ladevorgang haben die Temperatur, die Spannung und die Stromstärke. Nur ein kleiner Stromfluss gelangt bei modernen Autoladesystemen in die Fahrzeugbatterie, wenn diese vollständig geladen ist. Doch wenn die Lichtmaschine fehlerhaft ist, kann eine überhöhte Ladespannung auftreten und zu viel Strom wird in die Batterie eingespeist. Damit geht eine Erwärmung der Batterie einher und Gasaustritt ist die Folge. Die Lebensdauer der Antriebsbatterie wird durch das korrodierende Material an den positiven Platten verkürzt. Die wartungsfreien Merkmale der Batterie werden zerstört.
Im Extremfall kann es zu einem anschwellen der Batterie kommen, da aufgrund der erhöhten Reaktionstätigkeiten vermehrt Sauerstoff und Wasserstoff produziert wird. Die Autobatterie erhält einen irreparablen Schaden. Ein deutliches Zeichen für eine Überladung ist eine dunkelbraune bis schwarze Verfärbung am Boden der Ventilstopfen. Das Ladesystem sollte schnellstmöglich repariert bzw. ausgetauscht werden.
Tiefentladung
Während der meisten Betriebsbedingungen des Autos halten moderne Ladesysteme die Batterie in einem hohen Ladezustand. Jedoch bei ungünstigen Bedingungen oder wenn das Auto mit elektrischer Last, zum Beispiel bei eingeschalteten Scheinwerfern abgestellt wird, entlädt sich die Batterie. Bei modernen Autos wird die Batterie in Parkposition ständig durch Komponenten wie Bordelektronik, Alarmsystem, Uhr usw. beansprucht und entladen. Die Entladung kann je nach Fahrzeug Wochen oder Monate dauern. Erfolgt eine Stromentnahme bis unter die Entladeschlussspannung, wurde der Akkumulator tiefenentladen.
Die Fahrzeugbatterien wurden so konzipiert, dass diese eine gewisse Anzahl an Entlade-/Ladezyklen überstehen. Ungeeignet sind die Starterbatterien hingegen, für Anwendungen in denen diese ständig aufgeladen und weit entladen werden. Die Tiefenentladung kann eine Sulfatierung der aktiven Masse bewirken, was die Kapazität sinken lässt. Weiterhin erfolgt durch die niedrige Säuredichte und einer erhöhten Temperatur, eine Korrosion an den Elektroden. Wird eine Batterie diesem tiefenentladenen Zustand über einen längeren Zeitraum ausgesetzt, führt dies zu einer Rekristallisation und somit entsteht grobkristallines Bleisulfat. Die Batterie erhält irreversible Schäden durch die erhöhte Abschlammung der aktiven Masse aus der positiven Elektrode, was bis hin zu Kurzschlüssen zwischen den Platten führen kann. Ein deutliches Zeichen dafür, dass die Batterie tiefentladen wurde, ist eine große Anzahl von kleinen schwarzbraunen Partikeln im Elektrolyt.
Unterladung
Wenn die Batterie nicht ausreichend aufgeladen wird, um wieder zu einem vollständigen Ladezustand zu gelangen, nennt man dies Unterladung. Es führt allmählich zur Sulfatierung, was oftmals auftritt, wenn das Auto nur gelegentlich für Kurzstrecken verwendet wird. Nicht ausreichende Ladung tritt auch auf, wenn die Ausgangsspannung der Lichtmaschine bei 13,6 bis 13,8 Volt liegt. Der Effekt tritt ebenfalls ein, wenn das Ladegerät zu früh abgeschaltet wird. Moderne Ladegeräte haben eine Ausgleichsphase integriert, um alle Ladungsunterschiede zwischen den Zellen auszugleichen. Diese Phase kann mehrere Stunden in Anspruch nehmen.
Sulfatierung
Die Sulfatierung (Bleisulfat) wird bei Aufladung der Batterie wieder in aktives Material umgewandelt. Wenn die Batterie aber längere Zeit entladen bleibt, ändert die Sulfatierung langsam ihre Form und kann beim Aufladen nicht mehr in aktives Material umgewandelt werden. Es entstehen weiß graue Ablagerungen an der positiven Platte. Folglich hat die Batterie nach dem Aufladen nicht mehr ihre ursprüngliche Leistung. Oftmals tritt dieser Effekt bei Batterien auf, welche in Fahrzeugen mit geringen Nutzungszeiten verbaut sind. Beispielsweise wie in einem Traktor, Motorrad, Boot oder sogar in PKW oder LKW, wenn diese mit angeklemmter Batterie über einen längeren Zeitraum abgestellt werden.
WIE FUNKTIONIERT EINE BATTERIE
Die Batterie ist eine elektrochemische Vorrichtung, die Energie in chemischer Form speichert. Diese setzt sich aus einer oder mehreren elektrochemischen Zellen zusammen, wobei eine einzelne Zelle aus positiven und negativen Platten besteht, welche mittels Abstandshaltern (Separatoren) getrennt sind. Die Separatoren sind dünne Schichten aus elektrisch isolierendem, mikroporösem Material und verhindern einen Kurzschluss der Platten, aber lassen den Ionenfluss für die Energieumwandlung zu. Wird die Zelle in das Elektrolyt (Lösung aus Schwefelsäure und Wasser) getaucht, dann entsteht eine chemische Reaktion und die Spannung wird aufgebaut. In einer typischen Blei-Säure-Batterie beträgt die Spannung ungefähr 2 Volt pro Zelle, sodass bei sechs Zellen eine Spannung von 12 Volt entsteht. Sobald ein Stromkreis zwischen Pluspol und Minuspol hergestellt wird und ein Strom verbrauchendes Gerät, zum Beispiel ein Radio, an die Batterie angeschlossen wird, gibt diese Elektrizität ab.
Eine Blei-Säure-Batterie (Akkumulator) fungiert in einem ständigen Wechsel von Entladung und Ladung. Wenn eine Batterie an einen Verbraucher angeschlossen wird, liefert diese Strom. Die Batterie beginnt sich zu entladen und Blei(ll)-sulfat scheidet sich als Überzug auf den Elektroden und als Bodenkörper ab. Die Säure wird schwächer und die Spannung sinkt. Im umgekehrten Prozess wird die Batterie wieder aufgeladen und der Strom fließt zurück, dann wird die chemische Differenz zwischen den beiden Platten wiederhergestellt. Ist das beim Entladen gebildete Blei(II)-sulfat verbraucht, so entsteht an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff. Der Akku beginnt dann zu „gasen“!
Dieser einzigartige Zyklus von Entladung und Ladung bei Blei-Säure-Batterien bedeutet, dass Energie immer wieder abgerufen und wieder eingespeist werden kann. Je öfter eine Batterie ent- und wieder aufgeladen werden kann, desto „zyklenfester“ ist diese.
Autobatterie richtig laden
Innerhalb des Fahrzeuges
Am besten ist es über das eigene Stromnetz im Auto. Die bei dem Kaltstart verbrauchte Energie ist normalerweise nach ca. 10-15 km durch die Lichtmaschine wiederaufladen. Um die Ladestromstärke sowie Ladespannung kümmert sich automatisch der Ladestromregler nach der idealen IU-Ladekennlinie.
Außerhalb des Fahrzeuges
Bei dem Laden außerhalb des Fahrzeuges ist ein geregeltes Ladegerät mit IU-Kennlinie zu verwenden. Hierbei ist zu beachten, dass die Dimensionierung des Ladegerätes immer in Abhängigkeit zur Kapazität der Batterie erfolgen muss. (Faustformel: Ladestrom ca. 10% der Nennkapazität der Batterie) Ein zusätzlicher Faktor ist die Batterietechnologie (beispielsweise AGM, GEL oder Lithium), welche aber von modernen Ladegeräten meist automatisch erkannt wird.
Der Ladevorgang ist beendet, wenn alle Zellen zu gasen beginnen, d.h., dass das Wasser (H2O) in seine Gasbestandteile (H2) und Sauerstoff (O2) zersetzt wird. Dies wiederum heißt in allen Zellen ist im Elektrolyt eine Bläschenbildung sichtbar und die Gasungsspannung ist erreicht (2,4 Volt pro Zelle) – bei elektronischen Ladegeräten geht eine „grüne Lampe“ an. Nur bei richtig dimensionierten Ladegeräten ist die Batterie auch wirklich vollgeladen.
Weiterhin sollten die bekannten Sicherheitsvorkehrungen, wie das Tragen einer Schutzbrille und Sicherheitshandschuhe eingehalten werden. Wichtig! Niemals eine beschädigte oder gefrorene Batterie versuchen aufzuladen.
Für das Anschließen des Lagegeräts an die Autobatterie sollte das Ladegerät ausgeschaltet sein um Funken zu vermeiden. Zuerst wird das rote Kabel (+) mit dem Pluspol (+) der Batterie und das schwarze Kabel (–) mit dem Minuspol (–) der Batterie verbunden. Die Anschlusskabel dürfen nicht gebrochen, abgenutzt oder lose sein. Nach der Kontrolle kann das Ladegerät eingeschaltet werden und die Laderate langsam gesteigert werden, bis die gewünschte Stromstärke (A) erreicht ist. Im Falle die Batterie wird heiß, gast aus oder Elektrolyt verspritzt, ist die Laderate zu reduzieren oder das Ladegerät zeitweise auszuschalten. Ist der Ladevorgang beendet sollte das Ladegerät vor dem entfernen abgeschaltet werden, um gefährliche Funken zu vermeiden.
Bodenleisten der Batterien
Wichtig beim Kauf einer neuen Starterbatterie sind natürlich auch die Maße und die Bodenleiste. Schließlich soll diese auch auf ihren vorgesehenen Platz passen. Batterien gibt es mit verschiedenen Abmessungen (L x B x H) und variierenden Bodenleisten. Die Bodenleisten dienen der optimalen Befestigung der Batterie im Fahrzeug und unterscheiden sich durch ihre Höhe und die Ausführungsform. Bei den meisten Automodellen ist die sogenannte B13 Bodenleiste die Richtige, mit einer Höhe von 10,5mm.
Hier die verschiedenen Varianten der Bodenleisten:
Sicherer Umgang mit Batteriesäure
Batteriesäure (auch Elektrolyt genannt) ist mit Wasser verdünnte Schwefelsäure, die die Haut verätzen oder verbrennen und Kleidungsstücke beschädigen kann. Deshalb ist Vorsicht bei dem Umgang mit der Batteriesäure geboten. Das Tragen von Sicherheitshandschuhen und einer Schutzbrille, um die Haut davor zu schützen, ist zu empfehlen. Sollte ein Spritzer Batteriesäure danebengegangen sein, kann dieser mittels einer säureneutralisierenden Lösung, z.B. in Wasser gelöstes Natron (Backpulver) oder Haushaltsammoniak beseitigt werden.
Sollte Batteriesäure ins Auge gespritzt sein, dann das Auge unbedingt offenhalten und mit frischem, kühlem Wasser für mindestens 15 Minuten ausspülen. Am besten sofort einen Arzt aufsuchen. Wenn Batteriesäure verschluckt wurde, dann große Mengen an Wasser oder Milch trinken und auf keinen Fall einen Brechreiz erzeugen. Augenblicklich einen Arzt aufsuchen.
Um Elektrolyt mit einem bestimmten Verdünnungsgrad herzustellen, immer die konzentrierte Säure langsam in das Wasser gießen. Auf keinen Fall darf das Wasser in die Säure gegossen werden. Das Wasser gut durchrühren, während die Säure in kleineren Mengen dazugeben wird. Eine merkliche Hitzeentwicklung kann auftreten. Die Lösung in diesem Fall abkühlen lassen und anschließend erst weitere Säure hinzugeben.
WELCHE BATTERIE IST DIE RICHTIGE
Welche Batterie ins Auto passt, verrät das Bordbuch oder man orientiert sich an der bisher verbauten Starterbatterie. Wichtig sind die Abmaße (LxBxH), die Kapazität (Amperestunden) und die Pluspollage (rechts oder links). Neuere Batterien haben eine Typennummer (ETN, European Type Number) aufgedruckt – wenn diese bei alter und neuer Batterie übereinstimmt, können die Akkus problemlos getauscht werden. Die ETN Nummer unterteilt sich in 3 Zahlengruppen. Die ersten 3 Ziffern geben Auskunft über die Spannung und die Kapazität. Die nachfolgenden 3 Ziffern lassen Aussagen zu der Anmeldung des Typs geben, sowie zu der Bauform, Polung und Deckelausführung. Die letzten 3 Ziffern geben mit 10 multipliziert die Kaltstartleistung in Icc an.
Weiterhelfen kann ebenfalls die Typschlüsselnummer (KBA-Nummer) des Fahrzeugs:
Bei der Angabe dieser Nummer im Fachhandel oder im Onlineshop können die passenden Batterien für das Fahrzeug, egal ob PKW, Motorrad oder LKW bestimmt werden. Für alle Fahrzeugtypen können prinzipiell moderne Calcium-Blei-Akkus verwendet werden. Autos mit Start-Stopp-Technik benötigen allerdings AGM oder zumindest EFB-Batterien, die den Stress der zusätzlichen Starts und daraus resultierenden Lade- und Entladevorgänge verkraften. Kapazität, Abmessung und Preis der Batterie spielen zusammen. Je mehr Amperestunden, desto größer und auch teurer ist die Batterie in der Regel. Schaden kann generell mehr Kapazität nicht. Die Batterie passt nicht mehr in die vorgesehene Halterung oder kann nicht richtig befestigt werden, wenn sie zu groß oder zu klein ist. Die Maße der Batteriekästen sind in Europa markenübergreifend genormt. Das Kastenmaß besitzt immer eine Tiefe von 175 mm und eine Höhe von entweder 175 mm oder 190 mm. Nur die Länge variiert und ist abgestuft: 207, 242, 278, 315 und 353 mm (L1-L5).
Für eine gute Startfähigkeit ist der Kaltstartstrom die entscheidende Größe. Es handelt sich um die Stromstärke, die eine Batterie bei –17,8 °C für 30 Sekunden abgeben kann, bis die Batteriespannung unter ein unbrauchbares Niveau fällt. Die Reservekapazität hält die elektrische Anlage des Fahrzeugs aufrecht, wenn die Lichtmaschine ausfällt. Diese gibt an, wie lange (in Minuten) eine Batterie in der Lage ist, genug Strom zu liefern, ohne unter das Spannungsniveau zu fallen. Für Kaltstartstrom und Reservekapazität gilt: Je höher die Zahl, desto besser. Im Winter ist der Kaltstartstrom besonders wichtig für die Wahl der richtigen Batterie.
Tipps für die Batteriepflege
Die Batterie sollte immer sauber und trocken gehalten werden, um mögliche Kriechströme zu vermeiden. Ein regelmäßiges Prüfen der Befestigung der Batterie im Fahrzeug sowie der Anschlussklemmen auf den Batteriepolen lässt frühzeitig Schäden erkennen. Hinzu kann mittels Polfett Korrosion an den Anschlusspolen der Bleiakkumulatoren vermieden werden. Bei wartungsarmen Fahrzeugbatterien sollte der Füllstand periodisch kontrolliert werden und gegebenenfalls mit destilliertem Wasser nur bis zu der maximalen Säurestandsmarkierung korrigiert werden.
Die häufigste Ursache für Batterieausfälle ist eine mangelhafte Ladung. Bei einer Ausgangsspannung von 12,5 Volt kann eine Lagerzeit von bis zu 9 Monaten vorausgesetzt werden. Für die Lagerzeit spielt die Lagertemperatur eine entscheidende Rolle, diese beeinflusst direkt und maßgeblich die Lagerdauer (kühl, trocken, frostfrei – optimal 20 Grad). Aus Sicherheitsgründen sollte eine Prüfung des Ladezustandes ca. alle 2 Monate erfolgen, wobei erst bei einer Spannung von 12,3 Volt nachgeladen werden muss. Das Nachladen schützt vor Mangelladung und verhindert den frühzeitigen Ausfall der Batterie.
Vorsicht Explosionsgefahr
Batterien enthalten ätzende Schwefelsäure. Bei der Ladung wird das Wasser in seine Bestandteile zerlegt und es entsteht eine explosive Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff. Das sogenannte Knallgas. Aus diesem Grund sollte die Batterie nur an gut belüfteten Orten gelagert und an diesen an- oder abgeklemmt werden.
Für die Arbeit an Batterien ist das Tragen einer Schutzbrille, Sicherheitshandschuhe und eines Gesichtsschutzes zu empfehlen. Funken, offenes Feuer oder Zigaretten sind von Batterien fernzuhalten. Durch das austretende Gas besteht ein erhöhtes Risiko.
Eine wartungsfreie Batterie mit nicht entfernbaren Stopfen sollte nicht geöffnet werden. Bei wartungsarmen Batterien mit entfernbaren Stopfen ist auf einen festen Sitz dieser zu achten, sowie auf eine waagerechte Einbau- und Lagerungsposition.
Vorsicht gilt ebenfalls bei der Arbeit an Batterien, vor allem mit Metallwerkzeugen oder leitenden Materialien, um Kurzschlüsse und Funkenflug zu vermeiden.