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Basisinformationen für die Batterie

 

… denn die wenigsten Batterien sterben wegen ihrem Alter

… sie werden umgebracht!

Was ist denn überhaupt eine Batterie?

Im Prinzip ist eine Batterie nichts anderes als ein Speicher für Energie und funktioniert ähnlich wie ein Wassertank, nur dass eben elektrische Energie (Elektrizität) gespeichert wird. Um diese Energie zu speichern bzw. auch wieder abzurufen, werden chemische Prozesse in der Batterie genutzt. Diese chemischen Prozesse in den Batteriekomponenten benötigen selbst auch Energie und somit geht sowohl bei der Speicherung als auch beim Verbrauch zusätzlich Energie verloren. Es sollten bei Batterien gewisse Grundlagen beachtet werden, sonst sind die Nebenwirkungen beim Be- und Entladen echte Batteriekiller.

Hier ein paar grundlegende Punkte zum Umgang mit Batterien, die ein sicheres Arbeiten mit Batterien gewährleistet – ganz ohne technisches Hintergrundwissen:

  • RAUCHVERBOT beim Arbeiten mit Batterien!
    …denn in der Batterie befindet sich immer auch hochexplosives Knallgas.
  • KURZSCHLIEßEN von Batterien ist UNTERSAGT
    …denn ansonsten besteht die Gefahr, dass Kurzschlussströme über 1000A fließen können. Deshalb empfiehlt es sich, die Minus-Klemme beim Lösen der Polklemmen als erstes zu lösen, damit im Falle einer zufälligen Verknotung mit etwas Metallischem (z.B. ein Schraubenschlüssel) kein Kurzschluss entstehen kann, da das Metallische die Energie (den Strom) leitet.
  • TIEFENTLADEN einer Batterie VERMEIDEN
    …denn das wirkt sich negativ auf den Alterungsprozess der Batterie aus, da dieser dadurch beschleunigt werden kann. Bei häufigen Entladungen unterhalb von 50% der Nennkapazität wird die Batterie wesentlich schneller altern. Somit sind Tiefentladungen äußerst schädlich für Batterien.
  • Keine entladenen Batterien stehenlassen
    …denn das wirkt sich negativ auf den Zustand der Batterie aufgrund der Sulfatierung aus. Empfehlenswert ist daher auch auf Stand-by-Optionen zu achten, die die Batterie leersaugen können ohne, dass man es bemerkt.
  • ZUSTAND der Batterie regelmäßig ÜBERPRÜFEN
    …dabei sollte man auf den allgemeinen Zustand, den Flüssigkeitsstand, den Ladezustand, die Befestigung und den Polklemmenzustand achten. Außerdem wäre die Durchführung eines Belastungstests sinnvoll.
  • GEEIGNETE LADEGERÄTE verwenden
    ..denn andere Ladegeräte können sich auf den Zustand der Batterie negativ auswirken. Ein Anhaltspunkt für ein geeignetes Ladegerät wäre beispielsweise eine IU-Ladekennlinie. Um einer Selbst- oder Tiefentladung entgegenzuwirken, sollten Batterien auch während längeren Standzeiten geladen werden. Denn diese Formen der Entladungen wirken sich ebenfalls schädlich auf die Batterie aus.

Die Technik der Batterie

Der prinzipielle Aufbau

Zunächst seien die elementaren Substanzen der Batterie genannt. Diese sind Blei und Schwefelsäure. Als nächstes gehen wir genauer auf die Elektroden ein. Nimmt man die positive Elektrode, die aus Bleidioxid besteht und die negative Elektrode, die aus fein verteiltem Schwammblei besteht, so erhält man weitere wichtige Bestandteile der Batterie. Kommt man zurück auf eine der elementaren Substanzen der Schwefelsäure, so ist zu erwähnen, dass sie den sogenannten Elektrolyten bilden. Diese sorgen für den Ionen-Stromfluss. Je ein Plattenpaket liefert eine Gleichspannung von ca. 2V, weshalb bei einer Batterie mit 12V 6 Zellenstopfen zusehen sind. Eine Batterie kann durch eine umkehrbare elektrochemische Reaktion  dieser Komponenten elektrische Energie aufnehmen und abgeben. Diesen Energiespeicher nennt man auch Sekundärelement. Er kann nur Energie liefern, wenn diese vorher elektrisch eingeladen wurde.

Euch sind einige Begriffe noch unbekannt? Dann schaut doch einfach mal in unserem Batterielexikon nach.

Der prinzipielle Aufbau einer Batterie

Die Kenngrößen

Die wichtigesten Kenngrößen der Batterien sind Kapazität, Nennspannung und Kälteprüfstrom. Diese werden im Folgenden kurz dargestellt:

1. Kapazität (angegeben in Amperestunden Ah)

Im Grunde zeigt sie das Ergebnis der Multiplikation von Entladezeit und Entladestrom an, bis die Zellenspannung auf 1,95 V abgefallen ist, d.h. eine 12V Batterie ist bei einer Ruhespannung von <12V absolut leer. Die Batterie darf für min. 4 Stunden weder geladen noch entladen werden. Nur so kann die richtige Ruhespannung gemessen werden. Der auf der Batterie ablesbare Wert entspricht nicht der Realität, da die tatsächlich vorhandene Kapazität weniger ist. Es gibt einige Faktoren, die in diesem Zusammenhang wichtig sind:

  • Die Batterietemperatur – bei sinkender Temperatur muss die Ladespannung erhöht, bei steigender verringert werden. Dieser Zustand, der sich durch hohe Temperaturen bei gleichbleibender Ladespannung abzeichnet, kann die Batterie ruinieren und auch für den Benutzer der Batterie gefährlich sein.
  • Höhe des Entladestroms und Entladezeit – Der bei der Kapazität angegebene k-Wert gibt an, über welchen Zeitraum die Gesamtkapazität entnommen wird. Die vorhandene Kapazität kann weniger werden, wenn die Batterie sich rapide entleert, da in diesem Fall der Entladestrom hoch ist. Bei Starterbatterien ist aus diesem Grund immer die kleinste k-Wert oder auch k5-Wert ablesbar, wobei die 5 für die Stunden stehen, die die Batterie braucht, um gänzlich entladen zu sein. Im Gegensatz dazu ist ein Verbraucherbatterie der k20- oder k100-Wert ablesbar, weil diese über geringere Entladeströme verfügen. Das erklärt auch, weshalb ein Kapazitätsvergleich nur bei denselben k-Werten sinnvoll sind.
  • Zulässige Entladespannung nach der Entladung.

2. Nennspannung (angegeben in Volt V)

6, 12 oder 24 Volt sind gängige Nennspannungen (das bezieht sich auf die Zellenanzahl, beispielsweise bedeutet 6 Volt = 3 Zellen).

3. Kälteprüfstrom (angegeben in Ampere A oder ColdCrankingAmpere CCA)

Im Prinzip ist dieser Punkt nur bei Starterbatterien aufschlussreich. Er gibt nach DIN an, welche Stromstärke eine Batterie bei -18 Grad abgeben kann, ohne vorzeitig eine bestimmte Spannung zu unterschreiten. Eine Batterie mit den Werten 12V 135Ah 390CCA ist trotz größerer Kapazität zum Starten schlechter geeignet als eine mit folgenden Werten 12V 110Ah 450CCA.

Die Arten der Batterie

Grundsätzlich sollten die beiden Verwendungsarten unterschieden werden und zwar in

  • Starten
  • Versorgen

Es ist wichtig, dass man die Batterien auch nur in den jeweiligen Bereichen anwendet, für den sie konzipiert sind.

Starterbatterien

Starterbatterie sind dazu konzipiert, während der wenigen Zeit beim Startvorgang einen hohen Strom auszustoßen, was auch gleichzeitig ihre Hauptfunktion ist. Das lässt sich auch eindeutig an ihrem inneren Aufbau belegen, der aus zahlreichen schmalen, parallel geschalteten Elektroden besteht. Diese eignen sich nur für den Startvorgang. Bei Verwendungen für Versorgungstätigkeiten würden diese Zellen zyklusartig betrieben werden, was sich negativ auf die Laufzeitdauer der Batterie auswirkt. Deshalb sind Starterbatterien nicht dazu geeignet, z.B. elektronische Verbraucher zu versorgen.

Versorgungsbatterien

Versorgungsbatterien werden auch Solarbatterien genannt. Diese Art von Batterie funktioniert im Gegensatz zu Starterbatterien anders, da Versorgungsbatterien für eine zyklusartige Versorgung dienen sollen. Dies geschieht, indem diese Batterie über einen längeren Zeitraum mit kleinen Strömen ge- und entladen werden. Dabei ist zu beachten, dass mit zyklusartig in diesem Fall das Entladen von 60% – 80% der Nennkapazität mit anschließendem Wiederaufladen gemeint ist und wird daher auch als Zyklusfest bezeichnet. Allerdings ist jede Batterie vom Alterungsprozess durch Entladung belastet, was wiederum niemals zu einer 1000%igen Zyklenfestigkeit führen kann. Zum Aufbau ist zu sagen, dass die Versorgungsbatterie über weniger aber dafür dickere Batterieplatten besitzen. Zudem verfügt sie über eine andere Abstützung der Plusplatten. Somit wird die Zyklenfestigkeit, gegenüber der Starterbatterie auf das Doppelte bis Dreifache erhöht.

Nass- & Gel-Batterien

Je nach Füllung kann man Batterien in Nass- oder Gel-Batterien unterteilen. Wir bevorzugen die Gel-Batterie. Vorteile gegenüber der Nassbatterie zeigen sich in der Kippsicherheit, der Langlebigkeit, sowie der sicheren Tiefenentladung. Zur Kippsicherheit ist zu sagen, dass sie so sicher sind, dass man diese Batterien sogar kopfüber einbauen könnte. Zur Langlebigkeit gehört immer die Ladetechnik dazu. Besonders sollte auf die Art und Häufigkeit der Entladung und die generelle Batteriepflege geachtet werden, um zur Langlebigkeit positiv beizutragen. Bei der Gel-Batterie muss insbesondere auf die Verwendung eines speziellen Ladegerätes geachtet werden, um für eine gute Ladetechnik zu sorgen. Dazu gehört auch, auf die Ladespannung zu achten, die 14,4V nicht überschreiten darf, denn andernfalls könnte es zum Platzen des Batteriegehäuses kommen. Insgesamt wirkt sich eine zu hohe Ladespannung negativ auf das Gels der Batterie aus. Das bedeutet im Prinzip, eine zu hohe Belastung durch Strom verkürzt die Lebensdauer einer Batterie.

Vorteil

Zum Vorteil der  Sicherheit der Tiefenentladung ist Folgendes zu sagen: Nimmt man als Beispiel eine längere Ruhepause eines Autos, weil es einige Tage nicht benutzt wurde und lässt die Batterie eingebaut, übersieht aber, dass irgendeine Leuchte noch an ist, wird man sowohl bei einer Nass- als auch bei einer Gel-Batterie einen Defekt feststellen. Mit dem Unterschied, dass die Nassbatterie etwas schneller kaputt geht. Das wird allerdings nach einer längeren Nicht-Benutzung des Fahrzeugs kaum auffallen. Deshalb empfiehlt es sich bei beiden Batterien, die Last nur über einen Unterspannungswächter anzuschließen. Zum Preisunterschied kann festgehalten werden, dass es mehr Sinn macht, einmal mehr zu investieren, dafür aber eine längere Laufzeit der Batterie zu haben, statt weniger aber dafür öfters Geld auszugeben für eine neue Batterie. Wenn Sie bereit sind, mehr Geld auszugeben, sollten Sie auf den Unterspannungswächter achten.  Dieser sollte erst nach einer deutlichen Hysterese (d.h. nach einem deutlichen Wiederanstieg der Batteriespannung) die Last automatisch wieder einschaltet.

Laderegler

Bei der Einstellung der Laderegler bei Verwendung von Gel-Batterien, sollte man darauf achten, das Gel- und Flüssigkeitsbatterien zusammen verwendet werden (z.B. beim Versorgen und Starten). Sie sollten an einem Laderegler angeschlossen werden. Dabei ist es gleichgültig, wozu dieser gehört (z.B. Lichtmaschine oder Solaranlage). Allerdings sollte der Laderegler dann auf die Gelbatterien eingestellt werden, da diese geringere Ladespannung benötigen. Allerdings ist hier nachteilig, dass die Nassbatterien dann nicht mehr vollständig aufgeladen werden. Zu beachten ist auf jeden Fall der Temperaturausgleich bei den Gelbatterien. Gefährlich wäre es, wenn die Batterien in wärmeren Gegenden in den Gasungsbereich kämen, wohingegen sie in kälteren Regionen vollständig geladen werden.

Ladekennlinien

Beim Laden der Versorgungs- und Starterbatterien wird nach unterschiedlichen Ladeverfahren (oder auch Ladekennlinien genannt) gearbeitet.  Auch hier merkt man sofort, dass die Ladequalität vom Preis abhängt. Deshalb lohnt es sich nicht, billige Geräte im Baumarkt zu kaufen (Richtwert: weniger als 50€). Kauft man dennoch ein solches Gerät, läuft man der Gefahr, die Batterie vorzeitig kaputt zumachen. Folgende Ratschläge sollen verhelfen, das geeignete Ladegerät zu finden:

  • wenn keine Angabe über die Ladekennlinie gemacht ist, handelt es sich mit ziemlicher Sicherheit um ein Ladegerät mit W-Kennlinie
  • der Ladestrom sollte 105 Ah (ca. 10A) betragen
  • zur Verwendung mit Generatoren sollten primär getaktete Ladegeräte verwendet werden – diese Geräte (auch Wechselrichter) sollte man beispielsweise nicht unter dem Bett einbauen, da sie unschöne Geräusche verursachen und erzeugen ein elektrisches Feld. Speziell bei Wechselrichter sollten längere ausgangsseitige Leistungen  abgesondert ausgeführt werden.

Die einzelnen Kennlinien

W-Ladekennlinie (z.B. Wohnwagen)

Ist eher nur zum kurzfristigen Aufladen einer Starterbatterie zu gebrauchen. Allerdings sollte man den Vorgang nur unter Beobachtung durchführen.

IU-Kennlinie

Ist besser als die W-Kennlinie, weil sie sowohl zu Beginn einen konstanten Stromverlauf haben als auch einen konstanten Spannungsbereich. Da im Prinzip bei dieser Kennlinie nur der Erhaltungsladevorgang nicht vorhanden ist, sollte auch dieser Ladevorgang besser unter Beobachtung stattfinden.

IUoU-Kennlinie

Ein unbeaufsichtigter Ladeprozess ist hier möglich, da folgender Ablauf stattfindet: Zunächst beginnt das Aufladen mit einem großen Strom, was die Batteriespannung deutlich erhöht. Danach wird der Ladestrom verringert. Anschließend wird die Batterie dann vollständig geladen. Es vergehen etwa 6 Stunden, bis die Batterie den vollen Ladezustand erreicht hat. Da danach auf Erhaltungsladen umgeschaltet wird, kommt es zum Ausgleich von Selbstentladung.

Der Temperaturausgleich

Dieser spielt beim Laden der Batterie eine große Rolle und sollte optimal genutzt werden, damit die Batterie ihre vollständige Lebensdauer wahrnehmen kann. Deshalb ist es von Vorteil, abhängig von der Temperatur zu laden. Allerdings spielen hier mehrere Faktoren eine Rolle, wie beispielsweise die Umgebungstemperatur als auch die Erwärmung durch den Stromfluss. Bei niedrigen Temperaturen sind höhere Ladespannungen erforderlich, um eine vollständige Ladung zu erreichen. Im Gegensatz dazu sollten bei höheren Temperaturen die Ladespannungen verringert werden, damit die Batterie nicht beschädigt wird (darauf ist insbesondere bei den Gelbatterien zu achten). Die nachfolgende Grafik zeigt den prinzipiellen Ladespannungsverlauf für Gelbatterien.

Grafik zeigt den prinzipiellen Ladespannungsverlauf für eine Gelbatterie

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