Allgemeines

Eine 12V-batterie hat in ihrem inneren 6 in serie geschalteten zellen mit der jeweiligen zellspannung von 2V. Ohne angeschlossene verbraucher haben sie im geladenen zustand (nachdem das ladegerät und auch verbraucher seit mindestens 3 stunden abgekoppelt sind), etwa 2,1 V, die gesamte batterie sollte also 12,6 V haben - die sog. ruhespannung.

Volt, watt, ampere:

Für das energetische vermögen einer jeden batterie ist die leistung in watt (W), die sie in einer bestimmten zeit abgeben (und auch aufnehmen) kann, massgebend. Sie wird meist bei den stromverbrauchern angegeben und ergibt sich als produkt von spannung in volt (V) und stromstärke (strom) in ampere (A).

Aufbau und funktionsweise einer bleizelle

Plus = positive elektrode - anode

Minus = negative elektrode - kathode

Beide elektroden, durch separatoren getrennt, sind im elektrolyt (verdünnte schwefelsäure) getaucht.

Achtung! Der elektrolyt ist ätzend

Sie säure macht vielleicht kurzfristig an der handfläche nichts, bei längerem oder häufigem hautkontakt kann sie verätzungen verursachen. Andere hautpartien als handflächen reagieren um einiges empfindlicher. Gelangt sie ins auge, sofort reichlich mit möglichst sauberem wasser (aber auch [u]frischer[/u] urin im notfall besser als nichts) ausspülen und sobald wie möglich vom augenarzt kontrollieren lassen, besonders wenn es sich um eine grössere menge der säure gehandelt hat und/oder genügendes spülen nicht sofort möglich war.

Gelangt die säure auf kleider oder sonstige gegenstände, sollen diese auch möglichst schnell mit seife, soda oder sonstiger leicht basischer lösung gewaschen werden (bem.: manche wasch- und reinigungsmittel sind pH-neutral, haben hier also keine neutralisierende wirkung).

Die kathode eines vollgeladenen Pb-akkus besteht aus reinem, silbergrauem blei, die anode aus dunkelschokoladebraunem bleioxid (PbO) und der elektrolyt aus wasserverdünnter schwefelsäure vom spezifischen gewicht 1,285 kg/l. Beim entladen übergeht schwefel aus dem elektrolyt in beide elektroden, es bildet sich der hellbraune feinkristalline blei(II)-sulfat (PbSO4), während die konzentration der säurelösung sinkt (auch ihr spezifisches gewicht). Um eine grosse aktive oberfläche zu erreichen, dh. belastbarkeit mit hohen stromstärken, wie auch möglichst viel der elektrodenmasse zur speicherung der energie zu nützen, haben die elektroden eine feinschwammige struktur, sie sind mit dem elektrolyt vollgesaugt).

Betriebs- und Aufbewahrungslage
Die batterie soll möglichst immer - nicht nur im betrieb - in senkrechter lage sein. Eine schräglage, bei der ein teil der elektroden aus dem elektrolyt rauskommt, ist nur kurzzeitig zulässig. Erreicht der elektrolyt die füllöffnungen, kann es zu seinem austritt durch die entlüftungslöcher kommen. Beim umkippen können zusätzlich elektrodenpartikel, die sich im betrieb gelöst und am boden niedergesetzt haben, zwischen die elektroden gelangen und u.u. kurzschlüsse bilden - je älter die batterie, desto heikler.

Kapazität

Die kapazität wird in amperestunden (Ah) angegeben und gibt an, wie lange man einer vollgeladenen batterie welchen strom entziehen kann. Um dies in watt auszudrücken - bei den meisten stromverbrauchern wird der energiekonsum ja in dieser einheit angegeben - muss die kapazität mit der batteriespannung multipliziert werden, um den wert in wattstunden (Wh) zu bekommen.

Die kapazität der batterie ist in praxis nicht unbedingt genau die, die vom hersteller angegeben. Sie verändert sich während des lebenszeit des akkumulators. Am anfang liegt sie bei ca. 60% des nominalwerts, durchs entladen/laden erhöht sich bald auf bis zu 120%, wonach sie allmählich zu sinken beginnt. Am ende ihrer lebensdauer angelangt ist die batterie, wenn sie nicht mehr als 50% ihrer nennkapazität erreichen kann. Bei guter behandlung kann man eine lebensdauer von ca. 4 jahren erwarten.

Weiter verändert sich die kapazität durch die belastung mit strom. Die nennkapazität gilt i.d.r. bei 20 std. entladung, also mit einem strom, der 5% der nennkapazität entspricht. Als faustregel kann man sagen, bei jeder halbierung/verdoppelung der entladungszeit vermindert/vergrössert sich die kapazität um 10%. (Bei extrem langen entladungen tritt jedoch zusätzlich die selbstentladung zum vorschein, die eine so berechnete kapazität als verfäscht aussehen lässt.)

Entladung

Durch belastung mit dem nominalen entladestrom (10% des kapazitätwerts) fällt die spannung einer vollgeladenen batterie rasch auf 2,1 V runter und durch weitere entladung mit diesem strom bis auf 1,75V hinab; danach gilt die zelle als entladen, die spannung sinkt sehr schnell gegen 0, was allerdings vermieden werden muss, da das weitere entladen unter diesen wert für die batterie schädlich ist. Bei mehreren in serie geschalteten zellen (wie bei den fahrzeubgatterien) kann es sogar zum umpolen einzelner zellen kommen, was für sie ausgesprochen verderblich ist.

Die batteriespannung variiert auch mit dem belastungsstrom - die grösste belastung stellt bei den fahrzeugen normalerweise der anlasser dar, bei dessen betrieb die spannung an den polklemmen - je nach fahrzeug und zustand der batterie - durchaus auch nur 8V betragen kann, aber auch die komplette lichtanlage übersteigt bei PWs und motorrädern die "10%-entladung" meist ums mehrfache.

Die angegebenen 12 V sind die nennspannung, also die mittlere betriebsspannung der anlage, in der die batterie eingesetzt wird, die freilich auch je nach betriebsmodus bis zu +/-30% schwanken kann.

Das laden

[b][color=red]Vorsicht! EXPOLOSIV !!![/color][/b] - Beim laden der batterie entsteht knallgas -----> [b][color=red]BITTE KEIN OFFENES FEUER[/color][/b]

Nach dem laden, wenn sich das sprudlen der gase beruhigt hat, destiliertes oder ebenbürtiges wasser nachfüllen, damit die elektrolytoberfläche 0,5 bis 1,5 cm (bei einer grossen autobaterie eher mehr als bei einem motorradakku) über der oberkannte der isolationsplatten zwischen den elektroden ist; zuvor mit der batterie noch ein wenig wackeln, damit noch zwischen den platten verbliebene gasblasen entweichen können und nicht zusätzlich den elektrolytpegel anheben. Nie säure nachfüllen falls nicht nachweislich eine relevante menge auf irgendeine art ausgetreten ist!

Eine geladene batterie soll nicht länger als unbedingt nötig unter vollem ladestrom stehen bleiben - neben erhöhtem verlust an wasser aus dem elektrolyt (muss nachgefüllt werden, absinken des pagels unter die elektrodenoberkante ist schädlich), reissen die sprudelnden gasblasen material von den elektroden mit und tragen so deren verschleiss bei.

Besonders bei der schnelladung es ist unbedingt darauf zu achten, das ladegerät rechtzeitig abzustellen.

Ladungsarten

Nach ladestromverlauf kann man unterscheiden:

- [u]laden mit konstantem strom:[/u] Während der ganzen ladedauer fliesst durch die batterie ein konstanter strom, die spannung steigt dabei nach der lade-spannungskurve. Gegen ende des ladeprozesses erreicht die spannung 2,7 bis 2,8 V/zelle und die der batterie zugeführte energie entfaltet sich nur noch in elektrolytischer zersetzung des wassers im elektrolyt in sauerstoff und wasserstoff, die batterie "kocht" intensiv. [b]Achtung!![/b] [color=red]Dieses gasgemisch ist ein knallgas, der batterie am ladegerät oder frisch nach dem laden darf man sich nicht mit offenem feuer nähern![/color]

Die so hohe zellspannung von gut 2,7 V kommt nicht etwa nur von der aus blei, bleioxid und schwefelsäure bestehenden zelle - diese beträgt auch jetzt bloss die etwa 2,2 V - sondern durch die elektrolytische freisetzung von sauerstoff und wasserstoff entsteht zusätzlich eine brennstoffzelle drin, die diese zusatzspannung leifert. Nach dem abstellen der ladequelle verschwinden diese gase allmählich und die spannung sinkt auf den normalen wert einer bleizelle.

-das laden mit konstanter spannung: Die batterie wird an einer spannungsquelle angeschlossen, die der endspannung der batterie entspricht. Im idealfall bleibt diese spannung an den polklemmen während des ganzen vorgangs unverändert, der strom ist hingegen anfangs sehr gross - entsprechend der grossen differenz der spannung des ladegeräts und der eigenspannung einer entladenen batterie und wie diese durch das laden steigt, vermindert sich der ladestrom, bis er am ende nur einen relativ kleinen wert aufweist Die folge ist, dass die batterie ziemlich rasch eine gute ladungsgrade erlangt. Je nach dem, wie hoch die spannung des ladegeräts, wird aber u.u. der theoretische 100% ladezustand gar nicht erreicht. In der tat ist dies aber nicht so schlimm, weil jener zustand, wo der akku 2,7 V/zelle hat, ist schon ein wenig überladen, der spannungswert hat eigentlich nur den sinn eines indikateors, dass der ladeprozess beendet ist.

Der vorteil ist, wenn der akku leer war und man ihn wieder schnell braucht, ist ein betriebsfähiger (nicht vollgeladener) zustand ziemlich rasch erreicht. Vergisst man mal die geladene batterie am ladegerät, ist der überladestrom verhältnismässig klein, was viel weniger schädlich ist, als wenn es der volle normale ladestrom wäre. Die endspannung sollte zwischen 2,4 und 2,5 V/zelle (also etwas gegen 15 V beim 12V-akku) liegen, die ladedauer ist derjenigen mit normalem ladestrom im etwa gleich.

- stufenladung: Die batterie wird bis zu den ersten anzeichen des geladenen zustands mit konstantem strom geladen, danach wird dieser auf die hälfte bis viertel reduziert. Im endeffekt ist es eigentlich annäherungsweise eine kombination der beiden vorgängigen methoden.

Normalladung :

Bei der normalladung wird mit dem sog. 10-std.-strom geladen, also 10% des kapazitätswerts der batterie. Wegen energieverlusten dauert eine solche volladung aus ganz entladenem zustand ca. 13 stunden. Der vorteil ist schonnung der batterie, nachteil eine relativ lange zeit, bis der akku wieder voll einsatzbereit ist.

Schnellladung :

Bei der schnelladung wird das mehrfache des normalen ladestroms verwendet, typischerweise das 8-fache. Vorteil ist eine schnelle einsatzbereitschaft der batterie, nachteil neben höheren ansprüchen an das ladegerät ein schnellerer verschleiss des akkus, weshalb dies immer, wenn nicht unbedingt nötig, zu vermeiden ist. Auch ist unbedingt darauf zu achten, dass die geladene batterie rechtzeitig vom ladegerät abgekoppelt wird. Besonders bei hohen umgebungstemperaturen ist wichtig aufzupassen, damit die batterie nicht wärmer als 40°C wird, ansonsten muss auf geeignete art für kühlung gesorgt werden.

Betriebsladung :

Im betrieb werden die fahrzeugbatterien mit - mehr oder weniger - konstanter spannung geladen (unter berücksichtigung der durch die motorendrehzahl etwas variierenden spannung der lichtmaschine).

Ausgleichladung :

Um eine optimale batterieleistung zu erhalten ist sinnvoll die batterie 2 bis 4x im jahr voll zu entladen (achtung auf unterschreitung der zulässigen minimalspannung!), mit konstantem 10%-ladestrom voll aufladen und dann noch ca. 3 stunden mit auf 1/3 reduziertem strom weiter zu laden.

Stöpsel beim laden entfernen - ja oder nein?

Seit der ältesten literatur zum laden von nassen akkumulatoren jeder art steht der obligate satz drin: "Die verschlüsse der zellen beim laden entfernen, damit die entstehenden gase frei entweichen können." Doch da muss man sich fragen, wohin entweichen denn die gase beim laden im fahrzeug, wenn die stöpsel drin sind? Dabei bei einer richtig entworfenen anlage, an der nicht abnormal viele verbraucher angeschlossen sind, sind stromentnahmen aus der batterie meist nur kurzfristig, also verhältnismässig gering (besonders seit als generator alternatoren statt dynamo verwendet werden, die auch im leerlauf eine zum laden genügende spannung und leistung liefern) und werden durch den motorenlauf rasch wiederergänzt; die batterie steht also praktisch immer im vollgeladenen zustand unter ladestrom, es sprudelt dirn, was das zeug hält. Zu diesem zweck haben also die akkus schon immer entlüftungsöffnungen gehabt, die für das entweichen der gase völlig ausreichend sind. Nimmt man sie hingegen beim laden heraus, spritzt mit den gasblasen der agressive elektrolyt nach aussen, je heftiger es sprudelt (besonders wenn sich das laden seinem ende nähert), desto weiter weg. Heutzutage richtet er wenigstens auf der batterieoberfläche keine direkten schäden an - je nach dem, wie sehr diese verwinkelt ist, kann man die säure mehr oder weniger gut abwischen; früher jedoch, als noch die zellabdeckungen mit asfalt vergossen wurden, hat sich dieser damit vollgesogen worauf erhebliche kriechströme und daraus folgende schnelle selbstentladung die folge war. Von dem her wäre man eigentlich schon immer besser beraten, die verschlüsse beim laden drin zu lassen. Doch selbst heute muss man darauf achten, dass die spritzer eine weitere umgebung erreichen können oder kann man sich z.b. kleider daran abschmieren und so beschädigen. Ausserdem, wenn die öffnungen frei sind, besteht ein gewisses risiko, dass auch irgendwann fremdartiges reinfallen kann, womit ggf. die batterie zerstört werden könnte. Werden sie also rausgesnommen, soll man sie auf den öffnungen frei liegen lassen.

Selbstentladung der zellen

Die meisten akkumulatoren haben eine eigene selbstentladung, sie entleeren sich allmählich, selbst wenn keine last angeschlossen ist. Normalerweise geht dieser prozess in den ersten tagen nach dem aufladen schneller vor sich, dann verlangsamt er sich. Bei den Pb-akkus kann mit einem mittelwert von 1% pro tag gerechnet werden. Demzufolge ist es erforderlich eine batterie, die nicht im betrieb ist, alle 1 bis 2 monate nachzuladen.

Sulfatierung der elektroden

Da PbSO4, in das sich die elektroden durchs entladen verwandeln, wasserlöslich ist, löst sich ein teil davon im elektrolyt auf; je tiefer die batterie entladen, desto mehr (mehr PbSO4, wie auch mehr wasser), bei höheren temperaturen auch mehr als bei niedrigen. Sinkt also z.b. die temperatur in der nacht, löst sich ein teil des PbSO4 aus dem wasser wieder aus, setzt sich auf den elektroden nieder, jedoch nicht mehr in den feinen kristallen, wie für die elektroden erforderlich, sondern viel grösser, es bilden sich weisse flecken daraus. Weil dann pro die gleiche masse die oberfläche solcher grossen kristalle viel kleiner ist, können sie auch durchs laden nur teilweise wieder in den PbO resp. blei verwandelt werden, es entsteht eine tote, inaktive masse, die erreichbare kapazität des akkus sinkt. Weil dieser prozess nicht nur an der oberfläche der elektroden, sondern auch in ihrem schwammartigen inneren stattfindet, zerstören diese groben kristalle durch mechanischen druck deren struktur, es entstehen risse, die elektroden fallen langsam auseinander. Um das zu verhindern, muss man diese "pest" im schach halten, nicht zulassen, dass die kristalle zu gross werden. Wie denn?

1. Vorbeugen: Die batterie möglichst im geladenen zustand halten, nie länger als 24 stunden entladen stehen lassen. Soll sie z.b. über winter stillgelegt werden, wo das unvermeidbare selbstentladen massgebend ist, regelmässig nachladen und bei konstanter, eher niedriger temperatur lagern.

2. Heilen: Voll entladen (achtung auf unterschreitung der zulässigen minimalspannung!) und mit auf ca. 1/3 reduziertem ladestrom voll aufladen, ggf. das ganze wiederholen. Durch das volle entladen wird der elektrolyt zu fast reinem wasser, in dem sich möglichst viel von diesen kristallen auflösen kann. Dank dem kleinen ladestrom bleibt zeit genug, um auch die grossen kristalle an der chemischen reaktion beteiligen zu lassen. Grundsätzlich kann man sagen, je kleiner der strom, desto besser. Ist er jedoch zu klein, dauert die angelegnheit unverhältnismässig lange und im extremfall gleicht dann der ladestrom nur die natürliche selbstentladung aus, kein laden findet statt, im gegenteil, der schädliche sulfatierungsprozess geht weiter. Sind freilich die schäden schon so gross, dass risse in den elektroden sind, kann man höchstens eine schadensminderung erreichen, eine vollständige regeneration ist nicht mehr möglich.

Solange es zu keinen schäden an den elektroden kommt, ist dieses phänomen mit dem besonders bei den NiCd-akkus bekannten umkehrbaren memoryeffekt vergleichbar.

Sonstige wartung und Pflege

Losn raucha den Boog.....
 
Heute waren schon 2 Besucher (52 Hits) hier!
=> Willst du auch eine kostenlose Homepage? Dann klicke hier! <=