Starterbatterie

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Autobatterie mit einer Spannung von 12 Volt und einer Kapazität von 36 Ah

Die Starterbatterie (beim Kraftfahrzeug: Autobatterie oder Fahrzeugbatterie) ist ein Akkumulator, z. B. Bleiakkumulator, der den elektrischen Strom für den Anlasser eines Verbrennungsmotors liefert, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Stromerzeugungsaggregaten oder der Gasturbine eines Flugzeuges.

Eine Batterie, die als Energiequelle für den Antrieb eines Elektrofahrzeugs, wie Elektroautos oder Hybridfahrzeugen dient, wird dagegen eher als Traktionsbatterie bezeichnet. Ergänzend und zur Erhöhung der Ausfallsicherheit besitzen diese Fahrzeuge oftmals auch eine Starterbatterie zur Versorgung ihres Bordnetzes.

Anforderungen[Bearbeiten]

Kraftfahrzeuge[Bearbeiten]

Neben der Aufgabe des Anlassens versorgt die Batterie bei nicht oder zu langsam laufender Lichtmaschine (= Generator) die elektrischen Verbraucher im Fahrzeug – eine Aufgabe, die bei einer wachsenden Zahl von Komfortfunktionen im Auto immer bedeutender wird. Die Lichtmaschine lädt bei laufendem Verbrennungsmotor die Starterbatterie wieder auf.

Das Anlassen eines Verbrennungsmotors durch den elektrischen Anlassermotor erfordert kurzzeitig hohe Stromstärken von mehreren 100 bis zu 1000 Ampere. Die Starterbatterie muss in der Lage sein, diese Stromstärke auch im Winter bei niedrigen Temperaturen zu liefern. Zudem darf die elektrische Spannung während des Startvorgangs nicht zu stark abfallen. Daher weisen Starterbatterien einen geringen elektrischen Innenwiderstand auf.

Pkw- und Lkw-Starterbatterien unterscheiden sich in ihrer Kapazität und damit auch in Gewicht und Abmessungen. Außerdem beträgt bei Lkw die Spannung meist 24 statt 12 Volt, so dass hier zwei gleichartige, in Reihe geschaltete 12-Volt-Batterien oder spezielle 24-Volt-Batterien mit doppelter Zellenanzahl verwendet werden.

Flugzeuge[Bearbeiten]

Im Vergleich mit anderen Akkutechnologien ist der Bleiakkumulator bei gleicher Speicherkapazität sehr schwer. Bei Flugzeugen werden zum Anlassen von Kolbenmotoren bzw. Hilfsturbinen daher als Akkus (abnehmend) Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, zunehmend Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, Silber-Zink-Akkumulatoren und neuerdings auch Lithium-Ionen-Akkumulatoren als Starterbatterien eingesetzt.

Aufbau[Bearbeiten]

Starterbatterien sind Reihenschaltungen von meist Bleiakkumulator-Zellen, die jeweils eine Nennspannung von 2,12 Volt aufweisen. Um eine Nennspannung von 6 Volt bzw. 12 Volt bzw. 24 Volt zu erreichen, bedarf es daher der Reihenschaltung von drei bzw. sechs bzw. zwölf solcher Zellen zu einer Batterie.

Bleistarterbatterien lassen sich in Flüssigbatterien (Nasszellen) und VRLA-Akkumulatoren (Vlies- und Gelbatterien) unterteilen, je nach Konsistenz des Elektrolyts.

Porsche bietet als erster Automobilhersteller gegen Aufpreis ab Werk auch einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (LiFePO4) als Starterbatterie an[1]. Dieser recht neue Akkutyp wird auch für Motorräder im Nachrüstbereich angeboten.

Polarität und Polanordnung[Bearbeiten]

Unterschiedliche Anordnungen der Pole an einer Starterbatterie

Starterbatterien sind mit zwei Polen ausgestattet. Es gibt einen Plus-Pol (i.d.R. mit einem Pluszeichen und in Farbe Rot gekennzeichnet) und einen Minus-Pol (i.d.R. mit einem Minuszeichen und in Farbe Schwarz oder Blau gekennzeichnet). Der Minuspol wird auch als Masse bezeichnet, da er mit der Fahrzeugkarosserie elektrisch kontaktiert ist. An die zwei Pole der Starterbatterie sind die Polklemmen des Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs angeschlossen. Um schwere Schäden zu vermeiden, muss der Akkumulator mit richtiger Polarität angeschlossen werden. Die Polbolzen besitzen daher außer der Polaritätskennzeichnung unterschiedliche Durchmesser (Minuspol: geringerer Durchmesser). Die richtige Polung muss auch insbesondere bei einer Starthilfe (Parallelschaltung eines geladenen Akkus zu einer schwachen Starterbatterie) eingehalten werden: bei Verpolung entsteht ein Kurzschluss beider Akkus. Um bei Akkuwechsel Kurzschlüsse beim Ab- und Anklemmen mit Werkzeugen gegen Fahrzeugmasse (Brand- und Verbrennungsgefahr!) zu vermeiden, soll der Minuspol stets zuerst ab- und zuletzt angeklemmt werden. Überdies ist der Pluspol isolierend abgedeckt, um einen Kurzschluss bei Verkehrsunfällen zu vermeiden.

Die Polanordnung beschreibt die geometrische Lage der Pole im Raum, an welcher Seite der Starterbatterie sich die jeweiligen Pole befinden. Die Polanordnung ist je nach Modell der Starterbatterie unterschiedlich. Die Batterie-Hersteller richten sich nach dem Bedarf der Fahrzeughersteller. In Deutschland wird i.d.R. zur Benennung der Polanordnung ein numerisches Schema angewandt. Für 12-Volt-Starterbatterien gilt:

  • Polanordnung 0 (PLUS=rechts/vorne, MINUS=links/vorne)
  • Polanordnung 1 (PLUS=links/vorne, MINUS=rechts/vorne)
  • Polanordnung 2 (PLUS=rechts/vorne, MINUS=links/hinten)
  • Polanordnung 3 (PLUS=links/hinten, MINUS=links/vorne)
  • Polanordnung 4 (PLUS=links/vorne, MINUS=links/hinten)

Probleme und Behandlungsmöglichkeiten[Bearbeiten]

Da Starterbatterien derzeit (2012) noch hauptsächlich als Bleiakkumulatoren ausgeführt sind, beziehen sich die folgenden Abschnitte, falls nicht anders erwähnt, speziell auf diese Ausführung.

Säure und Schwermetall[Bearbeiten]

Die Elektroden bestehen aus Blei bzw. Bleiverbindungen und sind deshalb giftig, die enthaltene 37-prozentige Schwefelsäure ist stark ätzend. Daher ist beim Umgang mit Batterien große Vorsicht geboten. Eine geborstene Batterie, z. B. bei einem Unfall, soll nur mit entsprechenden Schutzmaßnahmen berührt werden. Das Entsorgen auch einer unbeschädigten Batterie ist nur durch Rückgabe über den Händler oder die Werkstatt gestattet. Batteriesäure ist umgehend mit Wasser abzuwaschen.

Temperaturabhängigkeit[Bearbeiten]

Je tiefer die Starterbatterie abgekühlt ist, desto höher ist ihr Innenwiderstand. Durch den erhöhten Widerstand nimmt der Spannungsabfall unter Last zu, so dass bei gleicher Last eine geringere nutzbare Kapazität zur Verfügung steht. Im Handel werden verschiedene Systeme angeboten, um die Abkühlung zu verhindern oder eine Erwärmung zu ermöglichen. Vor Eintritt des Winters sollte die Starterbatterie überprüft werden, ob die Leitfähigkeit noch für das Starten bei tiefen Minusgraden ausreicht. Bei Nasszellen kann dazu die Säuredichte mittels eines Säurehebers geprüft und korrigiert werden. Wird auf die Überprüfung verzichtet, wird das Ende der Lebenszeit einer Batterie meist im Winter erreicht, weil die notwendige Starterleistung, und damit der notwendige höhere Strom bei gleichzeitig höherem Spannungsabfall, durch Kälte beträchtlich ist und alten, schwachen Batterien, deren Energie im Sommer noch für den Start gereicht hat, die Energie fehlt, einen längeren Kaltstart durchzustehen. Bei minus 18 Grad steht nur noch etwa die Hälfte der normalen Kapazität zur Verfügung. Gleichzeitig ist aber durch die Kälte das Motorenöl besonders zäh und der Startvorgang deutlich erschwert. Bei Extremtemperaturen wird daher manchmal die Batterie ausgebaut und über Nacht oder bei längerem Stillstand in einem beheizten Raum gelagert.

Schlammbildung und Gitterkorrosion[Bearbeiten]

Die ständige Ladung und Entladung im Betrieb sorgt für eine ständige chemische Veränderung der eingepressten Stoffe Blei, Bleidioxid oder Bleisulfat. Das führt zwangsläufig zur allmählichen Lockerung der Pressung. Ähnliches geschieht durch Erschütterungen beim Fahren. Die eingepressten Stoffe fallen aus und bilden einen Bodensatz (Bleischlamm). Das zunehmende Ausrieseln der Gitter ist gleichzusetzen mit einem zunehmenden Kapazitätsverlust. Diese Erscheinung wird in der Umgangssprache als Verschlammung der Zellen bezeichnet und bewirkt das Ende der Lebensdauer eines Bleiakkus: Am Boden von Starterbatterien mit flüssigem Elektrolyten sind Mulden vorhanden, in denen sich der „Schlamm“ sammelt, irgendwann sind diese jedoch voll und der Bodensatz berührt die Zellen. Das bewirkt einen Zellenschluss einer oder mehrerer Zellen. Man bezeichnet den Akkumulator dann auch als „zusammengerutscht“. Ein Defekt kann auch plötzlich entstehen, wenn ein bereits verschlammter Akku ruckartig oder nicht waagerecht transportiert wird bzw. schräg hingestellt wird. Ferner tritt im Laufe der Nutzungsdauer eine fortschreitende Umwandlung der positiven Bleigitter in Bleidioxid auf, genannt Gitterkorrosion. Diese Gitterkorrosion führt ab einer gewissen Schwelle zu Unterbrechungen der Stromableiter und damit zum Zellenausfall.

Überladung[Bearbeiten]

Ein weiteres Problem ist die Überladung der Batterie. Ursächlich waren die bis in die 1970er Jahre gebräuchlichen elektromechanischen Laderegler, deren mangelhafte Spannungsregelung oder ein ungeregeltes oder zu starkes Ladegerät. Beim Laden wird zunächst das gesamte Bleisulfat wieder in Blei und Bleidioxid umgesetzt. Bei Überschreitung der Ladeendspannung fließt der Ladestrom weiter, dabei wird das Blei des Gitters angegriffen. Dabei wird neben der Knallgasbildung das Gitter größer und die Festigkeit der eingepressten Stoffe lässt nach.

Ladespannung und „Gasen“[Bearbeiten]

Die Ladeschlussspannung sollte bei einer Temperatur von 15 bis 25 °C für die 12 V Starterbatterie im Bereich von 13,8 bis 14,4 Volt liegen. Der Ladestrom in Ampere sollte ein Zehntel der Batteriekapazität in Amperestunden betragen (z. B. 4 A bei einer Batterie mit einer Kapazität von 40 Ah), um eine hohe Lebensdauer zu erreichen. Bei Schnellladung sollte der Ladestrom ein Drittel des Wertes der Kapazität nicht übersteigen. In Kraftfahrzeugen regelt der Lichtmaschinenregler auf die Ladeschlussspannung (ca. 14 Volt), es fließt daher nach dem Start je nach Entladungszustand zunächst ein oft noch höherer Ladestrom.

Liegt die Ladespannung über 2,4 Volt pro Zelle (bei 12-Volt-Batterien sind das insgesamt max. 14,4 Volt), beginnt die Gitterkorrosion, die sich durch „Gasen“ bemerkbar macht. Das ist auch der Grund dafür, dass die Batterie nicht bis zur Vollladung mit hohen Strömen geladen werden kann. Ein Schnellladegerät kann einen entladenen Bleiakkumulator sehr schnell aufladen, allerdings nur bis zu ca. 70 %, dann sollte mit geringen Ladeströmen weitergeladen werden, um Gitterkorrosion zu vermeiden. Ladegeräte und auch die KFZ-Lichtmaschinenregler besitzen daher eine Spannungsbegrenzung, die bei kurzzeitigem Laden 14,4 Volt und beim Dauerladen (Notstromaggregate) 13,8 Volt nicht überschreiten soll.

Eine sogenannte Erhaltungsladung verwendet so geringe Ströme oder eine geregelte Spannung, dass die Zellenspannung 2,3 Volt (13,8 Volt bei 12-Volt-Akku) nicht überschritten wird.

Explosionsgefahr[Bearbeiten]

Bei der Überladung kommt es zur „Gasung“ der Starterbatterie. Die Gasung ist die elektrolytische Zersetzung des Wassers, das in der verdünnten Schwefelsäure enthalten ist. Dabei entstehen Sauerstoff und Wasserstoff, die zusammen hochexplosives Knallgas bilden. In der Nähe von Batterien sind daher Funken, offenes Licht und heiße oder glühende Gegenstände zu vermeiden.

Flüssigkeitsstand, Sauberkeit[Bearbeiten]

Auch bei einer wartungsfreien Batterie sollte – sofern möglich – turnusmäßig der Flüssigkeitsstand überprüft werden. Die Flüssigkeit sollte etwa 10 mm über dem oberen Plattenrand stehen. Bei aktuellen, absolut wartungsfreien Batterien können die Zellendeckel ohne Werkzeug oder Zerstörung nicht mehr entfernt werden. Die Prüfung beschränkt sich somit auf eine reine äußere Sichtprüfung des Flüssigkeitsniveaus durch das oft milchigtrübe Gehäusematerial sowie eine Prüfung des Spannungseinbruchs unter einer definierten Belastung. Wenn die Batterie noch über Schraubverschlüsse verfügt und die innere Sichtprüfung selbst durchgeführt werden kann, sind, insbesondere direkt nach einer Fahrt, an den Platten haftende Gasblasen festzustellen. Es gilt als ein Zeichen, dass Wasser zersetzt wird und damit verlorengeht. Bedeckt der Flüssigkeitsspiegel die Platten nicht mehr, sinkt die Kapazität der Batterie, und die trockene Zone nimmt einen nicht mehr rückgängig zu machenden Schaden. Scheinbar ist die Lösung des Problems einfach: Es müsste nur die Ladespannung herabgesetzt werden, dann würde die Batterie nicht bis zum Gasen aufgeladen. Das Herabsetzen der Ladespannung, wenn auch nur um ein Zehntelvolt, führt aber zu einer nicht vollgeladenen Batterie mit auf anderer Seite eklatanten Nachteilen. Die Zellen dürfen nur mit dem Originalzellverschluss verschlossen werden. Es muss sehr sauber gearbeitet werden, da Verschmutzungen des Elektrolyten diesen elektrisch leitfähiger machen und es zu einer erhöhten Selbstentladung kommt. Zum Nachfüllen des betriebsbedingten Schwundes darf nur demineralisiertes Wasser oder destilliertes Wasser benutzt werden.

Zu geringe Ladung[Bearbeiten]

Weitaus häufiger als diese Fehler ist eine zu geringe Ladung der Batterie. Auch bei Nichtbenutzung des Fahrzeugs entlädt sich die Batterie in gewissem Maße selbst, da ein gewisser Teil der elektrischen Anlage dauerhaft unter Spannung steht und somit kleine Verbraucher (Uhr, Alarmanlage) bzw. Kriechströme eine stetige Entladung zur Folge haben.

Außerdem werden im Winter, wenn die Leistungsfähigkeit der Akkumulatoren durch tiefere Temperaturen schon eingeschränkt ist, oft noch zusätzliche Verbraucher (Sitz- und Scheibenheizung, häufigeres Fahren mit Licht, u. a.) genutzt. Dies kann dazu führen, dass die Lichtmaschine die Starterbatterie im Betrieb nicht mehr vollständig nachladen kann.

Standschaden[Bearbeiten]

Wird ein Fahrzeug längere Zeit nicht benutzt, ist ein Standschaden durch eine selbstentladene Batterie möglich. Dabei wird an beiden Platten Bleisulfat gebildet. Zunächst erscheint es, wie die Ausgangsstoffe, in pulverförmigem Zustand, es sind jedoch winzige Kristalle. Diese haben eine große Oberfläche, die beim Laden eine schnelle Reaktion ermöglicht. Sie haben aber die unangenehme Eigenschaft, dass sie zusammenwachsen. Wenn die Batterie längere Zeit mit geringer Spannung ruht, bilden sich große und harte Kristalle. Diese haben einerseits eine vergleichsweise geringe Oberfläche, was gleichbedeutend mit geringerer Kapazität ist, und sind andererseits fast nicht mehr durch Ladung zu zerstören. Das bedeutet einen größeren Verlust an Kapazität. Man spricht in diesem Fall von „grobkristalliner Sulfatierung“. Sie führt schließlich zum Totalausfall der Batterie. Auf eine immer gut geladene Batterie sollte also Wert gelegt werden. Insbesondere bei saisonal benutzten Fahrzeugen wie Zweirädern, Wohnmobilen, Motorbooten, Snowmobilen usw. sind nach längerer Nichtbenutzung die Probleme schon sicher vorhersehbar. [2]

Der Fachhandel lehnt in der Regel eine Gewährleistung oder Garantieleistung für nutzungsbedingte Fehler wie „versulfatierte Batterien“ ab, was meist bei den Kunden Unverständnis hervorruft. Meist wird schon von vornherein die Garantie auf ein Jahr, bzw. auf eine Saison (nicht über den Winter) gekürzt. Die Regeln der gesetzlichen Gewährleistung werden dadurch aber nicht außer Kraft gesetzt.

Im Handel gibt es verschiedene Geräte, die eine grobkristalline Sulfatierung verhindern sollen. Meist wird ein Kondensator mit großer Kapazität wiederholt aufgeladen, der bei Entladung einen starken Stromstoß abgibt. Weil das mehrmals in der Minute geschieht, soll ein – wenn auch sehr geringer – Ladestrom das Zusammenwachsen der Kristalle verhindern.

Bei längerem Stillstand des Fahrzeuges ist es immer ratsam, den Minuspol der Batterie abzuklemmen oder aber wenn möglich ein Erhaltungsladegerät anzuschließen. Das ist ein Ladegerät mit sehr kleinem Ladestrom (etwa 50 bis 100 mA), bei möglichst auf 14,4 Volt beschränkter Spannung. Dieser Strom gleicht die Selbstentladung aus, ohne Schaden anzurichten. Solche Geräte werden auch solarbetrieben angeboten. Dabei muss die Batterie nicht einmal mehr abgeklemmt werden.

Wartung, Pflege und Prüfung[Bearbeiten]

  • Vor dem Winter sollte bei Nasszellen eine Kontrolle des Flüssigkeitsstandes (bzw. Elektrolyten) stattfinden. Ist er zu tief, muss die Batterie mit demineralisiertem Wasser bis zur Markierung aufgefüllt werden. In den letzten Jahren haben sich absolut wartungsfreie Batterien durchgesetzt, deren Zellen nicht mehr zu öffnen sind und deren Elektrolyt somit auch nicht nachgefüllt werden kann. Diese Batterien sind so konstruiert, dass die Zersetzung des Elektrolyten in Wasserstoff und Sauerstoff minimiert wird. Unreines Wasser, dazu zählt in diesem Fall auch Leitungs- und Mineralwasser, würde die Batterie innerhalb kurzer Zeit unbrauchbar machen (Korrosion der Elektroden). Schlecht arbeitende Spannungsregler der Lichtmaschine begünstigen die Zersetzung des Wassers und erfordern einen höheren Wartungsaufwand der Batterie.
  • Überprüfung des Reglers durch eine Fachwerkstatt auf Ladespannung und Ladestrom. Die Ladespannung muss mindestens 13,8 Volt betragen und soll 14,4 Volt nicht überschreiten. Bei zu hoher Ladespannung verlieren auch an sich wartungsfreie Batterien schnell zu viel Wasser, was sich negativ auf ihre Lebensdauer auswirkt. Liegt die Spannung darunter, wird die Batterie eventuell nicht komplett geladen, was folgende Startvorgänge erschwert und ihre Lebensdauer verkürzt.
  • Batterieladegeräte sollten im oberen Ladebereich mit ca. 14,4 Volt arbeiten, und der Ladestrom sollte bei ungeregelten Ladegeräten höchstens ein Zehntel der Kapazität der Batterie, geteilt durch 1h, betragen. Bei tiefentladener Batterie ist bis ca. 70 Prozent der Vollladung eine Schnellladung mit hohen Strömen möglich, doch darf auch dabei die Spannung nicht über 14,4 Volt betragen.
  • Nach dem Laden sollte die Batterie geprüft werden. Dabei ist zu beachten, welche Dichte diese Batterie bei Vollladung hat. Im Handel werden verschiedene Systeme angeboten. So kann die Säuredichte mittels Aräometer (auch Spindel oder Säureheber genannt) bestimmt werden, alternativ mittels Refraktometer.
Säuredichte Ungefährer Ladezustand
1,28 g/cm³ Voll geladen
1,22 g/cm³ Normal geladen
1,18 g/cm³ Schwach geladen
1,12 g/cm³ Normal entladen
1,06 g/cm³ Tief entladen

Als Beispiel sei hier die häufigste Dichte von 1,28 g/cm³ bei Vollladung angenommen: Bei vollständiger Entladung ist die Dichte auf 1,06 g/cm³ abgesunken, bei 1,20 g/cm³ ist sie nur noch halb geladen. Wer mit einem solchen Aräometer arbeitet, erhält einen guten Überblick über den Ladezustand, muss aber die Zellen öffnen und eine Probe des Elektrolyten ansaugen. Das ist nur bei ausreichender Erfahrung zu empfehlen.

Klemmenspannung Ungefährer Ladezustand
>12,8 V Voll geladen
ca. 12,4 V Normal geladen
ca. 12,2 V Schwach geladen
ca. 11,9 V Normal entladen
<10,7 V Tief entladen

Eine andere Möglichkeit ist das Messen der Batteriespannung im Ruhezustand (Ruhespannung). Dazu ist keine Demontage erforderlich. Die meisten Geräte werden einfach an die Starterbatterie angeklemmt. Zu beachten ist dabei, dass diese Messung erst durchgeführt werden kann, wenn sich die Batterie beruhigt hat, d. h. etwa 2 Stunden nach der letzten Ladung/Fahrt/Entladung. Die beruhigte Batterie zeigt bei Vollladung eine Spannung von 12,65 Volt. Die Spannung sollte nicht unter 12,53 Volt absinken, das sind ca. 85 % der vollen Ladung. Bei 12,24 Volt ist die Batterie halb geladen, bei 11,89 Volt ist sie fast entladen. Sollte sie noch weiter entladen werden, kann sie auch bei nachfolgender Vollladung nur einen Teil ihrer ursprünglichen Kapazität erreichen.

Das Verfahren ergibt nur dann eine halbwegs verwertbare Angabe, wenn die Batterie nicht hochohmig geworden ist. Eine hochohmige Batterie erkennt man daran, dass sie beim Laden sehr schnell „voll“ ist (also keinen Strom mehr annimmt), die Spannung aber sofort, auch bei Entnahme kleiner Ströme, wieder zusammenbricht. Ist die Starterbatterie dagegen noch in Ordnung, sollte sie auch problemlos und ohne dass dabei die Spannung zu stark einbricht für ein paar Sekunden das ungefähr Dreifache ihrer Nennkapazität/1h an Strom liefern können.

Starterbatterien sollten auch nicht über längere Zeit (mehrere Monate) ohne Ladung stehengelassen werden. Muss eine Batterie doch einmal über längere Zeit stehen, sollte sie zuvor vollgeladen werden. Ältere Starterbatterien haben eine erhöhte Selbstentladung, zudem besteht beim Stehenlassen der Batterie ohne Nachladung eine erhöhte Gefahr von schädlicher Sulfatierung. Zu langes Stehenlassen schadet daher der Batterie. Die Spannung eines 12-Volt-Bleiakkumulator sollte nicht unter 11,8 Volt abfallen.

Hilfreich ist bei längerer Nichtbenutzung auch eine sogenannte Erhaltungsladung mit einem geringen Strom, der nur die Selbstentladung kompensiert.

Die Ladespannung sollte bei etwa 15 bis 25 °C im Bereich von 14,2 bis 14,4 Volt liegen. Der Ladestrom sollte bei ungeregelten Ladegeräten ein Zehntel bis höchstens ein Fünftel der Batteriekapazität/1h betragen und auch bei Schnellladung ein Drittel des Wertes der Kapazität/1h nicht übersteigen. Bei spannungsgeregelten Ladegeräten ist eine Begrenzung des Ladestroms nicht erforderlich.

Die Gasungsspannung liegt bei etwa 14,4 Volt und sollte vor allem beim Laden wartungsfreier Starterbatterien nicht überschritten werden.

Die Klemmenspannung kurz nach dem Beenden der Ladung einer soeben vollgeladenen Starterbatterie wird von der Ladespannung zuerst schnell auf etwa 13,2 Volt und von da ab langsamer bis auf etwa 12,7 Volt abfallen.

Ein anderes Problem, das zur Entladung der Starterbatterie führen kann, sind Kriechströme. Zu Kriechströmen kann es kommen, wenn die Oberfläche der Batterie oder die Pole verschmutzt sind (beispielsweise durch Umwelteinflüsse wie Schmutz und Feuchtigkeit).

Korrodierte Anschlüsse führen zu erhöhten Übergangswiderständen und beeinflussen das Startverhalten negativ. Außerdem verhindern sie, dass die Lichtmaschine die Batterie vollständig aufladen kann. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Anschlüsse sauber und die Kontaktflächen fest mit den Polen der Batterie verbunden sind. Schutz vor Korrosion bietet zudem die Verwendung von Polfett.

Wartungsarme, wartungsfreie und MF-Batterien (VRLA)[Bearbeiten]

Batterienbezeichnung Spezifischer Wasserverbrauch
wartungsarme Batterie maximal 16 g pro Ah Nennkapazität nach 42 Tagen
wartungsfrei - kühler Einbauort maximal 3 g pro Ah Nennkapazität nach 42 Tagen
wartungsfrei - heißer Einbauort maximal 8 g pro Ah Nennkapazität nach 42 Tagen

Eine Batterie heißt „wartungsarm“, wenn der ermittelte Gesamtwasserverbrauch nach 42 Tagen maximal 16 g/Ah der Nennkapazität beträgt. Wartungsarme Batterien werden meist nur noch für den Ersatzbedarf älterer Fahrzeuge eingesetzt.

Eine Batterie wird als „wartungsfrei“ bezeichnet, wenn unter normalen Umständen kein destilliertes Wasser nachgefüllt werden muss (siehe nachfolgende Tabelle).

Seit einigen Jahren sind wartungsfreie, versiegelte MF-Batterien, sogenannte VRLA-Akkumulatoren auf dem Markt, sie haben die klassische Blei-Säure-Batterie mit den farbigen Stopfen auf der Oberseite und dem seitlich aufgesteckten Entlüftungsschlauch nahezu verdrängt. »MF« bedeutet »Maintenance free«, auf Deutsch »wartungsfrei«. Doch dieses Versprechen ist trügerisch, denn ab und zu muss die Batterie ausgebaut und geladen werden. Dann bleibt sie auch mehr als nur zwei oder drei Jahre lang voll gebrauchstüchtig. Eine Batterie kann bei guter Pflege sechs oder sieben Jahre alt werden. Das »wartungsfrei« bezieht sich also vorwiegend darauf, dass kein destilliertes Wasser nachgefüllt werden muss, weil aus ihr nur wenig verschwindet.

Bei den VRLA-Batterien handelt es sich um Batterien mit festgelegtem Elektrolyt. Die Zellverschlussstopfen lassen sich nicht herausschrauben. Die beim Überladen entstehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff werden innerhalb der jeweiligen Zelle wieder in Wasser zurückgewandelt. In den nicht zugänglichen Verschlussstopfen befinden sich Entgasungsventile, die bei Überdruck eine gezielte Gasableitung in den zentralen Entgasungskanal ermöglichen.

Vorteil: Wartungsfrei, da das Kontrollieren und Nachfüllen des Elektrolyts (Schwefelsäure) entfällt. Kleinere und leichtere Bauart

Nachteil: Bei zu starkem Laden tritt das überschüssige Gas über ein Entgasungsventil aus. Da diese Flüssigkeitsmengen nicht ersetzt werden können, ist eine nachhaltige Beschädigung der Batterie möglich. Zusätzlich befindet sich unter dem Deckel auf dem Sicherheitsventil ein Keramikfilter, der als Schutz gegen Entzündung oder Explosion dient.

Ergänzender Hinweis: Bei der Zentralentgasung tritt das Gas an einer definierten Stelle aus der Batterie aus. Mit Hilfe eines Entgasungsschlauches kann die Ableitung des Gases gezielt zu einer unkritischen Seite erfolgen z.B. weg von zündungsführenden Teilen. Abhängig vom Einbauort kann die Batterie pluspolseitig oder minuspolseitig entgasen. Die Rückzündungshemmung: Die Rückzündungshemmung besteht aus einer porösen Kunststoffscheibe, der sogenannten Fritte. Die Fritte befindet sich vor der Öffnung der Zentralentgasung. Werden die aus der Entgasungsöffnung austretenden Gase von außen entzündet, soll die Fritte das Hineinschlagen der Flamme ins Innere der Batterie verhindern.

Sicherheitshinweise[Bearbeiten]

  • Beim Laden mit Batterieladegerät Verschlussstopfen entfernen, Funkenbildung vermeiden (nicht rauchen). Explosionsgefahr, da Knallgas entsteht.
  • Kinder von Batterien fernhalten.
  • Batteriesäure ist stark ätzend, deshalb Schutzbrille, säurefeste Schürze und Schutzhandschuhe tragen.
  • Nicht kippen, da durch die Entgasungsöffnungen Säure austreten kann.
  • Säurespritzer im Auge sofort mit kaltem Wasser gut ausspülen und danach sofort einen Augenarzt aufsuchen.
  • Akkumulatoren können je nach Typ erhebliche Kurzschlussströme liefern, die nicht nur eine Schädigung oder Zerstörung der Akkumulatoren, sondern auch Sach- und Personenschäden verursachen können. Tritt bei der Arbeit an den Polklemmen der Starterbatterie ein Kurzschluss durch ein Werkzeug oder Schmuckstück (metallenes Uhrarmband oder Ring) auf, kann dieses sekundenschnell glühend heiß werden und Verbrennungen oder Metallspritzer erzeugen. Daher gilt die Regel, dass die Masseverbindung (Kathode, gekennzeichnet mit einem „–“) immer zuerst zu lösen und zuletzt anzuschließen ist.

Abkürzungen und Begriffe[Bearbeiten]

Startstrom, CA[Bearbeiten]

Der Startstrom gibt den maximalen Strom an, den die Batterie bei 0 °C (32 °F) für eine Dauer von 30 Sekunden liefern kann, bei dem jede einzelne Zelle noch eine Spannung von 1,2 Volt aufweist.

Der englische Fachbegriff für Startstrom ist cranking amps (engl.), aus dem sich die Abkürzung CA ableitet.

Diese Angabe wird auch als MCA bezeichnet (kurz für engl. marine cranking amps).

Kaltstartstrom, CCA[Bearbeiten]

Der Kaltstartstrom gibt den maximalen Strom an, den die Batterie bei −18 °C (0 °F) für eine Dauer von 30 Sekunden liefern kann. Dabei weist jede einzelne Zelle noch eine Spannung von 1,2 Volt auf (nach amerikanischer Norm SAE). Nach dem deutschen Institut für Normung (DIN) sollte die Gesamtspannung nach 30 Sekunden noch 9 Volt betragen.

Der englische Fachbegriff für Kaltstartstrom ist cold cranking amps (engl.), davon leitet sich die Abkürzung CCA ab.

Der Kaltstartstrom von Pkw-Starterbatterien liegt meist zwischen 200 und 850 A, wobei die gängigsten Batterien zwischen 360 und 680 A liegen. Lkw verfügen über Starterbatterien mit höherer Kaltstartstromstärke zwischen 500 und 1200 A.

Beispiel:

Eine 12 Volt Batterie mit 300 CCA sollte einen Kaltstartstrom von 300 Ampere für mindestens 30 Sekunden bereitstellen, wobei die Spannung auf minimal 7,2 Volt absinken darf. (6 Zellen à 1,2 Volt)

Der Kaltstartstrom wird auch als Kälteprüfstrom bezeichnet.

Warmstartstrom, HCA[Bearbeiten]

Der Warmstartstrom (HCA) gibt die maximale Stromabgabe in Ampere bei einer Temperatur von 26,7 °C (80 °F) und einer Zeitdauer von 30 Sekunden an. Dabei darf die Spannung pro Zelle der Batterie nicht unter 1,2 Volt fallen, die Gesamtspannung also 7,2 Volt nicht unterschreiten.

Der englische Fachbegriff für Warmstartstrom ist hot cranking amps (engl.), davon leitet sich die Abkürzung HCA ab.

Reservekapazität, RCM / RC[Bearbeiten]

Die Reservekapazität gibt die Ladungsmenge an, die eine Batterie bei einer Belastung von 25 Ampere bis zur Entladeschlussspannung von 10,5 Volt abgeben kann. Dieser Wert entspricht der tatsächlichen Kapazität der Batterie. Er kann, vor allem bei alten Batterien, erheblich von der Nennkapazität abweichen. Durch moderne Messverfahren (elektrochemische Impedanzspektroskopie „EIS“) ist es möglich, die Reservekapazität relativ genau zu ermitteln.

Batteriegröße, BCI und Gewicht[Bearbeiten]

Aufgrund der Vielfalt von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor gibt es eine große Anzahl verschiedener technischer Spezifikationen für Starterbatterien. Die häufigsten Formen sind Pkw- und Lkw-Starterbatterien. Das Battery Council International (BCI) definiert zahlreiche Gruppen von Standardbatteriegrößen. Die relevante Norm für Kraftfahrzeugbatterien in Europa ist die Europanorm (EN) 50342 („Lead-Acid Starter Batteries“). Die Norm EN-50342-2 („Dimensions and Marking of 12V Batteries“) definiert unter anderem die Außenmaße von Pkw-Batterien und Norm EN-50342-4 („Dimensions of Batteries for Heavy Vehicles“) für Lkw.

Die maximalen Abmessungen für einen Pkw sind (H × B × L) 190 mm × 175 mm × 393 mm und 240 mm × 273 mm × 518 mm für Lkw. Gängig sind für erstere sechs Zellen in Reihe mit den Polen an der langen Seite und zwei Reihen von drei Zellen mit den Polen an der kurzen Seite für letztere. Da das Gewicht von der verwendeten Menge an Blei abhängt, unterscheiden sich die Gewichte von Pkw- und Lkw-Batterien stark: sie liegen zwischen 10 kg bis 30 kg für Pkw und 35 kg bis 65 kg für Lkw.

Nennspannung[Bearbeiten]

Die tatsächliche Spannung des Bordnetzes von Kraftfahrzeugen liegt während der Fahrt über der Nennspannung der Batterie, da diese während der Fahrt geladen werden soll. Die Ladeschlussspannung ist temperaturabhängig. Sie soll bei 12-Volt-Akkus bei 14,4 Volt liegen (Grund und Zusammenhänge s. o.). Dennoch wird gewöhnlich die Nennspannung der Batterie als Spannung des Bordnetzes angegeben. Bei Pkw sind üblicherweise 12 Volt, bei Lkw 24 Volt, bei älteren Pkw (z. B. älteren VW Käfern) waren und bei einigen Motorrädern sind auch noch 6 Volt verbreitet.

Nennkapazität[Bearbeiten]

Die Angabe der Kapazität Q erfolgt in der Maßeinheit Amperestunden (Ah) für hier z. B. 20 Stunden Entladezeit T bei 27 °C (K20). Eine voll geladene Starterbatterie mit einer angegebenen Nennkapazität Q = 36 Ah kann dann bei 27 °C für 20 Stunden einen mittleren Strom von I = 1,8 A liefern. Mit der Formel Q = I·T folgt bei gegebener Kapazität und gegebener Zeit der – bei etwas abnehmender Spannung auch abnehmende – mittlere Strom I = Q/T, hier also:

{Q_N} = 1{,}8\, \mathrm{A} \cdot 20\, \mathrm{h}

Wird eine elektrische Last an die Batterie geklemmt, ergibt sich die maximal mögliche Zeit mit:

T = \frac{Q_\mathrm{ist} \cdot U_\mathrm{nenn}}{P_\mathrm{nenn}}

mit:

Unenn: Nennspannung an den Klemmen
Pnenn: angeschlossene Nennleistung (Last)
Qist: Kapazität
T: Zeit

Bei höherer Stromstärke, niedrigerer Temperatur oder fortgeschrittener Alterung der Starterbatterie ist die tatsächliche Kapazität niedriger als die Nennkapazität.

Während einer Entladung mit gleichbleibender Stromstärke ändert sich die Geschwindigkeit, mit der die Spannung der Starterbatterie fällt. Der Mittelwert der Spannung während der Entladezeit, der die Berechnung der Energie beziehungsweise Arbeit in der Maßeinheit Wattstunde (Wh) ermöglichen würde, wird nicht angegeben.

Beispiele für die Kapazität von Starterbatterien[Bearbeiten]

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Praktische Erfahrung?
  • Motorroller 50 cm³: 4 bis 14 Ah (12/6 V)
  • Motorrad: 6 bis 19 Ah (12/6 V)
  • Kleinwagen: 36 Ah (12 V)
  • Pkw (Kompaktklasse): 28 bis 50 Ah (12 V)
  • Pkw (Mittelklasse): 40 bis 70 Ah (12 V)
  • Pkw (Oberklasse): 55 bis 120 Ah (12 V) und mehr (12 V, 24 V)
  • Lkw (bis 7,5 t): 175 Ah und mehr (12 V, 24 V)
  • Lkw (ab 7,5 t): bis 225 Ah (24 V)

Die benötigte Kapazität richtet sich nach mehreren Kriterien. Die Anzahl und Anordnung der Zylinder ist entscheidend. Einzylindermotoren benötigen im Vergleich zu Mehrzylindermotoren höhere Batteriekapazitäten, da sie wegen Fehlen eines Gegenspielers ein hohes Drehmoment für den Anlaßvorgang benötigen. Das Vorhandensein eines Gegenspielers wirkt sich bis auf Acht- und Zwölfzylindermoteren aus. So hatte z.B. das Modell 500 SE (W126) von Mercedes im Standard eine 55 Ah-Batterie.

Das Drehmoment eines Motors wird durch den Zahlenwert des Hubraums, aber auch durch die Konfiguration des Zylinders - Kurzhuber oder Langhuber - bestimmt. Langhuber haben ein höheres Drehmoment als Kurzhuber. Deswegen benötigen Kurzhuber im Vergleich zu Langhubern eine geringere Anlaßleistung und somit nur eine geringere Batteriekapazität. Dieselmotoren benötigen aufgrund ihrer höheren Kompression generell einen höheren Anlasserstrom als vergleichbar große Benzin- oder Gasmotoren. Auch starke elektrische Verbraucher beeinflussen die erforderliche Kapazität, da die Starterbatterie bei niedriger Lichtmaschinendrehzahl und hohem Verbrauch als Puffer dient. Einige Fahrzeughersteller liefern daher Fahrzeuge mit Klimaanlage serienmäßig mit einer stärkeren Starterbatterie aus.

Die Kapazität von Starterbatterien ist dabei oftmals ein Nebenprodukt, das sich aus dem benötigten Kaltstartstrom ergibt. Eine hohe Stromabgabe erfordert eine große Plattenoberfläche. Diese wiederum ergibt eine hohe Kapazität. Hauptsächlich daraus resultieren die, im Vergleich, hohen Batteriekapazitäten für Dieselmotoren (bei sonst gleicher Ausstattung). Die praktische Erfahrung zeigt, dass eine hochstromfähige Batterie (früher fälschlicherweise Gel-Batterien, richtig aber AGM-Batterien von Herstellern wie Optima, Northstar, Exide usw.) trotz geringerer Nennkapazität (55 Ah, original 70 Ah) ein Dieselfahrzeug trotz Vorentladung durch eine Standheizung über Jahre problemlos starten kann, auch im Kurzstreckenverkehr. Die „kleinere“ Batterie liefert durch einen besonderen Zellenaufbau deutlich mehr Stromstärke als eine herkömmliche Starterbatterie (870 A zu 630 A).

Rücknahmegesetz für Starterbatterien in Deutschland[Bearbeiten]

Nach dem seit 1. Dezember 2009 in Kraft getretenen Batteriegesetz (BattG) („Gesetz über das Inverkehrbringen, die Rücknahme und die umweltverträgliche Entsorgung von Batterien und Akkumulatoren“) besteht in Deutschland nach § 10 eine Pfandpflicht für Fahrzeugbatterien:

  • „(1) Vertreiber, die Fahrzeugbatterien an Endnutzer abgeben, sind verpflichtet, je Fahrzeugbatterie ein Pfand in Höhe von 7,50 Euro einschließlich Umsatzsteuer zu erheben, wenn der Endnutzer zum Zeitpunkt des Kaufs einer neuen Fahrzeugbatterie keine Fahrzeug-Altbatterie zurückgibt. Das Pfand ist bei Rückgabe einer Fahrzeug-Altbatterie zu erstatten. Der Vertreiber kann bei der Pfanderhebung eine Pfandmarke ausgeben und die Pfanderstattung von der Rückgabe der Pfandmarke abhängig machen.“
  • „(2) Werden in Fahrzeuge eingebaute Fahrzeugbatterien an den Endnutzer ab- oder weitergegeben, so entfällt die Pfandpflicht.“

Bis 1. Dezember 2009 galt hier der § 6 der Batterieverordnung (BattV).

Rücknahmeverordnung für Fahrzeugaltbatterien in Österreich[Bearbeiten]

Nach § 12 der am 26. Dezember 2008 in Kraft getretenen Batterienverordnung (Verordnung des Bundesministers für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft über die Abfallvermeidung, Sammlung und Behandlung von Altbatterien und -akkumulatoren) können Letztverbraucher in Österreich die Fahrzeugaltbatterien zumindest unentgeltlich zurückgeben. Rückgabemöglichkeiten sind der Letztvertreiber von Fahrzeugbatterien, bei vom Hersteller eingerichteten Sammel- und Verwertungssysteme oder bei Sammelstellen der Gemeinden (Gemeindeverbänden). Im Rahmen des Versandhandels ist der Letztvertreiber verpflichtet mindestens zwei öffentlich zugängliche Stellen je politischem Bezirk einzurichten und die Öffnungszeiten dem Letztverbraucher in geeigneter Weise bekannt zu geben.[3]

Umwelt[Bearbeiten]

Nach dem Basler Übereinkommen wird eine gebrauchte Autobatterie als gefährlicher Abfall betrachtet[4]. Eine Gefahr für Gesundheit und Umwelt ist das Recycling solcher alten Batterien in Entwicklungsländern, bei der Blei von Hand wiedergewonnen wird[5].

Literatur[Bearbeiten]

  • Jürgen Kasedorf, Richard Koch: Service-Fibel für die Kfz-Elektrik. Vogel Buchverlag, ISBN 3-8023-1881-1.
  • Rudolf Hüppen, Dieter Korp: Autoelektrik alle Typen. Motorbuchverlag, Stuttgart, ISBN 3-87943-059-4.
  • Adolf Senner: Fachkunde Elektrotechnik. 4. Auflage, 1965, Verlag Europa-Lehrmittel.
  • Norbert Adolph: Autoelektronik / Grundlagen und Bauvorschläge. Verlagsgesellschaft Schulfernsehen, Köln, ISBN 3-8025-1128-X.
  • Bosch Technische Unterrichtung Batterien. Robert Bosch GmbH, Stuttgart, VDT-UBE 410/1 (Fachbroschüre).

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Springer, 23. November 2009: Porsche: Erstmals Starterbatterie mit Lithium-Ionen-Technik lieferbar, aufgerufen 10. Juli 2013
  2. Zitat aus dvddemystifiziert:Ladesystem des Fahrzeugs
  3. https://www.ris.bka.gv.at/GeltendeFassung.wxe?Abfrage=Bundesnormen&Gesetzesnummer=20005815
  4. basel.int: A1160 – Waste lead-acid batteries, whole or crushedVorlage:Webarchiv/Wartung/Nummerierte_Parameter
  5. spiegel.de: Top Ten der Umweltsünden: Was die Welt belastet (22. Oktober 2008)