Starterbatterie

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

Die Starterbatterie, beim Kraftfahrzeug auch als Autobatterie oder als Fahrzeugbatterie bezeichnet, ist ein Akkumulator, der unter anderem die elektrische Energie für den Anlasser eines Verbrennungsmotors liefert, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Stromerzeugungsaggregaten oder der Gasturbine eines Flugzeuges. Als Starterbatterie werden unter anderem Bleiakkumulatoren eingesetzt.

Ein Akkumulator, welcher nicht nur zum Starten, sondern auch als Energiequelle für den Fahrantrieb eines Elektrofahrzeugs dient, beispielsweise in Elektroautos oder Hybridfahrzeugen, wird als Traktionsbatterie bezeichnet. Ergänzend und zur Erhöhung der Ausfallsicherheit haben diese Fahrzeuge oftmals einen von der Traktionsbatterie getrennten Akkumulator, welcher zur Versorgung des Bordnetzes dient.

Anforderungen

Kraftfahrzeuge

Neben der Aufgabe des Anlassens versorgt der Akkumulator bei nicht oder zu langsam laufender Lichtmaschine die elektrischen Verbraucher im Fahrzeug über das Bordnetz. 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 V statt 12 V, so dass hier zwei gleichartige, in Reihe geschaltete 12-Volt-Akkumulatoren oder spezielle 24-Volt-Akkumulatoren mit doppelter Zellenanzahl verwendet werden.

Bei PKWs mit Start-Stopp-Automatik werden übliche Starterbatterien schnell überfordert, da durch die im Verhältnis deutlich vermehrten Anlassvorgänge ein verändertes Anforderungsprofil an die Leistung und die Anzahl der Ladezyklen und somit die Zyklenfestigkeit der Akkumulatoren gestellt werden. Für diesen Zweck wurden die EFB- (Enhanced Flooded Battery) und AGM (Absorbent Glass Mat)-Akkumulatoren entwickelt.

EFB-Akkumulatoren sind für reine Start-Stopp-Systeme ohne Rekuperationstechnik vorgesehen. Für Fahrzeuge mit Rekuperationstechnik, die deutlich aufwändiger sind, wurden AGM-Akkumulatoren entwickelt. Hier wird zum Beispiel dem Akkumulator während des Bremsvorgangs zusätzlich Energie zugeführt. Die Vorteile der leistungsfähigen AGM-Akkumulatoren ergeben sich aus der bis zu viermal größeren Anzahl von Ladezyklen im Vergleich zu herkömmlichen Batterien. Auch der bauartbedingt geringe Innenwiderstand begünstigt eine schnelle Reaktion zwischen der Säure und den Platten, wodurch schnell hohe Energiemengen bewegt werden können. Die hochpreisigen AGM-Akkumulatoren sind sehr anfällig gegenüber hohen Temperaturen, weshalb sie häufig im Innenraum bzw. im Kofferraum verbaut werden.

Akkumulatoren, die andere Redoxsysteme benutzen, z.B. eine Lithium-Technologie, konnten sich vor allem aus Kostengründen bisher nicht gegen Bleiakkumulatoren durchsetzen. Die deutlich teureren Akkumulatoren benötigen zudem im Vergleich zu den Bleisystemen komplizierte Lade- und Schutzschaltungen. Auch das Gewichtseinsparungspotential ist für einen Austausch in der Großserie nicht hoch genug. Einzig Porsche bietet gegen Aufpreis einen LiFePO4-Akkumulator als Starterbatterie an. Im Nachrüstgeschäft nutzen vereinzelt Motorroller- und Motorradfahrer Akkumulatoren mit Lithiumsystemen.

Flugzeuge

Im Vergleich mit anderen Akkutechnologien weist der preisgünstige Bleiakkumulator bei gleicher Speicherkapazität ein vergleichsweise hohes Gewicht als andere Akkumulatortypen auf. Bei Flugzeugen werden zum Anlassen von Kolbenmotoren bzw. Hilfsturbinen als Starterbatterien daher Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, zunehmend auch Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, Silber-Zink-Akkumulatoren und auch Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt.

Aufbau und Polanordnung

Unterschiedliche Anordnungen der Pole an einer Starterbatterie

Starterbatterien sind Reihenschaltungen von meist Bleiakkumulator-Zellen, die jeweils eine Nennspannung von 2,12 V aufweisen. Um eine Nennspannung von 6 V bzw. 12 V bzw. 24 V zu erreichen, bedarf es daher der Reihenschaltung von drei bzw. sechs bzw. zwölf solcher Zellen. Je nach Konsistenz des Elektrolyts werden Bleiakkumulatoren in sogenannte Nasszellen und VRLA-Akkumulatoren (Vlies- und Gelakkumulatoren) eingeteilt.

Der Pluspol von Starterbatterien ist oft mit einem Pluszeichen und/oder der Farbe Rot gekennzeichnet, der Minuspol mit einem Minuszeichen und/oder der Farbe Schwarz oder Blau. Der Minuspol wird auch als Masse bezeichnet, da er bei den meisten Autos mit der Fahrzeugkarosserie elektrisch verbunden ist. Manche ältere englische und US-amerikanische Fahrzeuge verwenden jedoch den Pluspol als Fahrzeugmasse.

An die Starterbatterie ist über Polklemmen das Bordnetz eines Kraftfahrzeugs angeschlossen. Um schwere Schäden zu vermeiden, muss der Akkumulator mit richtiger Polarität angeschlossen werden. Die richtige Polung muss auch insbesondere bei einer Starthilfe (Parallelschaltung einer geladenen mit einer schwachen Starterbatterie) eingehalten werden – bei Verpolung entsteht ein gefährlicher Kurzschluss an beiden Akkus. Um bei einem Akkuwechsel Kurzschlüsse mit Werkzeugen gegen Fahrzeugmasse (Brand- und Verbrennungsgefahr!) zu vermeiden, sollte der Minuspol stets zuerst ab- und zuletzt angeklemmt werden. Überdies ist der Pluspol oft isolierend abgedeckt, um einen Kurzschluss bei Verkehrsunfällen zu verhindern.

Die Lage von Plus- und Minuspol einer Starterbatterie ist modellabhängig. Die sogenannte Polanordnung beschreibt die Position der Batteriepole, wenn man eine Batterie von vorne betrachtet. In Deutschland wird zur Benennung der Polanordnung ein numerisches Schema angewandt. Für 12-Volt-Starterbatterien gilt:

Polanordnung	Plus	Minus
0	rechts vorne	links vorne
1	links vorne	rechts vorne
2	rechts vorne	links hinten
3	links hinten	links vorne
4	links vorne	links hinten

Probleme und Behandlungsmöglichkeiten

Da Starterbatterien mit Stand 2012 hauptsächlich als Bleiakkumulatoren ausgeführt sind, beziehen sich die folgenden Abschnitte, falls nicht anders erwähnt, speziell auf diese Ausführung.

Säure und Schwermetall

Die Elektroden bestehen aus Blei bzw. Bleiverbindungen und sind deshalb giftig, die enthaltene 37-prozentige Schwefelsäure ist stark ätzend. Daher ist beim Umgang mit Akkumulatoren Vorsicht geboten. Ein geborstener Akkumulator, z. B. bei einem Unfall, soll nur mit entsprechenden Schutzmaßnahmen berührt werden. Das Entsorgen auch eines unbeschädigten Akkumulators ist durch Rückgabe über den Händler oder die Werkstatt gestattet. Ausgetretene Säure ist umgehend mit Wasser abzuwaschen.

Temperaturabhängigkeit

Je tiefer eine 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 überprüft werden, ob die Kapazität 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 Starterbatterie meist im Winter erreicht, weil die notwendige Starterleistung, und damit der notwendige höhere Strom bei gleichzeitig höherem Spannungsabfall, durch Kälte beträchtlich ist und einem alten, schwachen Akkumulator, dessen Energie im Sommer noch für den Start gereicht hat, die Energie fehlt, einen längeren Kaltstart durchzustehen. Bei -18 °C 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 der Akkumulator ausgebaut und über Nacht oder bei längerem Stillstand in einem beheizten Raum gelagert.

Schlammbildung und Gitterkorrosion

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

Ein weiteres Problem ist die Überladung des Akkumulators. 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“

Die Ladeschlussspannung sollte bei einer Temperatur von 15 bis 25 °C für die 12 V Starterbatterie im Bereich von 13,8 bis 14,4 V liegen. Der Ladestrom in Ampere sollte ein Zehntel der Akkukapazität in Amperestunden betragen (z. B. 4 A bei einem Akkumulator 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 V), daher fließt nach dem Start je nach Entladungszustand zunächst ein oft noch höherer Ladestrom.

Liegt die Ladespannung über 2,4 V pro Zelle (bei 12-Volt-Akkumulator sind das insgesamt max. 14,4 V), beginnt die Gitterkorrosion, die sich durch „Gasen“ bemerkbar macht. Das ist auch der Grund dafür, dass der Akkumulator 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 V und beim Dauerladen (Notstromaggregate) 13,8 V nicht überschreiten soll.

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

Explosionsgefahr

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 Akkumulatoren sind daher Funken, offenes Licht und heiße oder glühende Gegenstände zu vermeiden.

Flüssigkeitsstand, Sauberkeit

Auch bei wartungsfreien Akkumulatoren sollte – sofern möglich – turnusmäßig der Flüssigkeitsstand überprüft werden. Die Flüssigkeit sollte etwa 10 mm über dem oberen Plattenrand stehen. Bei aktuellen, wartungsfreien Akkumulatoren 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 der Akkumulator 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 des Akkumulators, und die trockene Zone nimmt einen nicht mehr rückgängig zu machenden Schaden. Das Herabsetzen der Ladespannung, wenn auch nur um ein Zehntelvolt, führt aber zu einem nicht vollgeladenen Akkumulator mit auf anderer Seite eklatanten Nachteilen. Zum Nachfüllen des betriebsbedingten Schwundes darf nur demineralisiertes oder destilliertes Wasser benutzt werden.

Zu geringe Ladung

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. Das kann dazu führen, dass die Lichtmaschine die Starterbatterie im Betrieb, insbesondere bei häufigen Kurzstrecken, nicht mehr vollständig nachladen kann.

Wird bei einem parkenden Fahrzeug das Licht (oder ein anderer großer Verbraucher) versehentlich angelassen, kann sich die Batterie in kurzer Zeit übermäßig entladen. In solchen Fällen muss durch sogenanntes „Überbrücken“ ein ausreichend hoher Ladestand wiederhergestellt werden (siehe auch Starthilfe).

Standschaden

Wird ein Fahrzeug längere Zeit nicht benutzt, ist ein Standschaden durch einen selbstentladenen Akkumulator 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 der Akkumulator 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 des Akkumulators. Insbesondere bei saisonal benutzten Fahrzeugen wie Zweirädern, Wohnmobilen, Motorbooten, Snowmobilen usw. sind nach längerer Nichtbenutzung diese Probleme wahrscheinlich.

Wartung, Pflege und Prüfung

Batterietester zum einfachen Prüfen von Startbatterien im ein- und ausgebauten Zustand. Bewertung von Innenwiderstand, aktueller Ladezustand in Volt, Ladezustand in Prozent und maximal möglicher (Kalt-) Startstrom (CCA/CA) in Ampere.

• Vor dem Winter sollte bei Nasszellen eine Kontrolle des Flüssigkeitsstandes (bzw. Elektrolyten) stattfinden. Ist er zu tief, muss der Akkumulator mit demineralisiertem Wasser bis zur Markierung aufgefüllt werden. Seit den 2000er Jahren haben sich wartungsfreie Akkumulatoren durchgesetzt, deren Zellen nicht mehr zu öffnen sind und deren Elektrolyt somit auch nicht nachgefüllt werden kann. Diese Akkumulatoren 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 den Akkumulator innerhalb kurzer Zeit unbrauchbar machen (Korrosion der Elektroden). Schlecht arbeitende Spannungsregler der Lichtmaschine begünstigen die Zersetzung des Wassers und erfordern einen höheren Wartungsaufwand.
• Überprüfung des Reglers durch eine Fachwerkstatt auf Ladespannung und Ladestrom. Die Ladespannung muss mindestens 13,8 V betragen und soll 14,4 V nicht überschreiten. Bei zu hoher Ladespannung verlieren auch an sich wartungsfreie Akkumulatoren schnell zu viel Wasser, was sich negativ auf ihre Lebensdauer auswirkt. Liegt die Spannung darunter, wird der Akkumulator eventuell nicht komplett geladen, was folgende Startvorgänge erschwert und die Lebensdauer verkürzt.
• Ladegeräte sollten im oberen Ladebereich mit ca. 14,4 V arbeiten, und der Ladestrom sollte bei ungeregelten Ladegeräten höchstens ein Zehntel der Kapazität des Akkumulators, geteilt durch 1 h, betragen. Bei tiefentladenen Akkumulator ist bis ca. 70 Prozent der Vollladung eine Schnellladung mit hohen Strömen möglich, doch darf auch dabei die Spannung nicht über 14,4 V betragen.
• Nach dem Laden sollte der Akkumulator geprüft werden. Dabei ist u. a. die Säuredichte bei Vollladung zu beachten. Im Handel werden verschiedene Systeme angeboten. So kann die Säuredichte mittels Aräometer, auch als Spindel, Säureheber oder mit Bezeichnungen wie als Magisches Auge bezeichnet, 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	tiefentladen

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 der Akku nur noch halb geladen. Wer mit einem 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	tiefentladen

Eine andere Möglichkeit ist das Messen der Akkumulatorspannung im Ruhezustand (Ruhespannung). Dazu ist keine Demontage erforderlich. Die meisten Geräte werden einfach an die Starterbatterie angeklemmt. Zu beachten ist, dass diese Messung erst durchgeführt werden kann, wenn sich der Akkumulator beruhigt hat, d. h. etwa 2 Stunden nach der letzten Ladung/Fahrt/Entladung. Ein beruhigter Akkumulator zeigt bei Vollladung eine Spannung von 12,65 V.

Die Spannung sollte nicht unter 12,53 V absinken, das sind ca. 85 % der vollen Ladung. Bei 12,24 V ist der Akkumulator halb geladen, bei 11,89 V ist er fast entladen. Sollte er noch weiter entladen werden, kann er auch bei nachfolgender Vollladung nur noch einen Teil seiner ursprünglichen Kapazität wieder erreichen.

Das Verfahren ergibt nur dann eine halbwegs verwertbare Angabe, wenn die Batterie nicht hochohmig geworden ist. Einen hochohmigen Akkumulator erkennt man daran, dass er beim Laden sehr schnell „voll“ ist, 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 nicht über längere Zeit (mehrere Monate) ohne Ladung stehengelassen werden. Muss ein Akkumulator doch einmal über längere Zeit stehen, sollte er zuvor vollgeladen werden. Ältere Starterbatterien haben eine erhöhte Selbstentladung, zudem besteht beim Stehenlassen der Starterbatterie ohne Nachladung eine erhöhte Gefahr von schädlicher Sulfatierung. Zu langes Stehenlassen schadet daher dem Akkumulator. Die Spannung eines 12-Volt-Bleiakkumulator sollte nicht unter 11,8 V 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 °C bis 25 °C im Bereich von 14,2 V bis 14,4 V 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 V 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 V und von da ab langsamer bis auf etwa 12,7 V abfallen.

Ein anderes Problem, das zur Entladung der Starterbatterie führen kann, sind Kriechströme. Dazu 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-Akkumulatoren (VRLA)

Bezeichnung	Spezifischer Wasserverbrauch
Wartungsarmer Akkumulator	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

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

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

Seit etwa den 1990er Jahren sind wartungsfreie, versiegelte VRLA-Akkumulatoren, auch als MF-Akkumulator bezeichnet, auf dem Markt. MF steht für englisch Maintenance Free. Sie haben ab den 2000er Jahren den klassischen Blei-Säure-Akkumulator mit den farbigen Stopfen auf der Oberseite und dem seitlich aufgesteckten Entlüftungsschlauch nahezu verdrängt. Ein solcher Akkumulator 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.

VRLA-Akkumulatoren besitzen ein festes 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. Zusätzlich befindet sich unter dem Deckel auf dem Sicherheitsventil ein Keramikfilter, der als Schutz gegen Entzündung oder Explosion dient.

Vorteile:

• Wartungsfrei, da das Kontrollieren des Elektrolyts (Schwefelsäure) und Nachfüllen mit destilliertem bzw. demineralisiertem Wasser entfällt.
• Kleiner und leichter

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.

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. Meist ist eine Rückzündungshemmung vorgesehen, bestehend aus einer porösen Kunststoffscheibe, der sogenannten Fritte. Diese 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.

Abkürzungen und Begriffe

Startstrom, CA

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

Der Kaltstartstrom gibt den maximalen Strom an, den der Akkumulator bei −18 °C (0 °F) für eine Dauer von 30 s liefern kann. Dabei weist jede einzelne Zelle noch eine Spannung von 1,2 V auf (nach amerikanischer Norm SAE). Nach dem deutschen Institut für Normung (DIN) sollte die Gesamtspannung einer 12 Volt Batterie nach 30 s noch 9 V, bzw. 1,5 V pro Zelle 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 Akkumulatoren zwischen 360 A und 680 A liegen. Lkws verfügen über Starterbatterien mit höherer Kaltstartstromstärke zwischen 500 A und 1200 A.

Warmstartstrom, HCA

Der Warmstartstrom (HCA) gibt die maximale Stromabgabe in Ampere bei einer Temperatur von 26,7 °C (80 °F) und einer Zeitdauer von 30 s an. Dabei darf die Spannung pro Zelle der Batterie nicht unter 1,2 V fallen, die Gesamtspannung also 7,2 V nicht unterschreiten. Der englische Fachbegriff für Warmstartstrom ist englisch hot cranking amps, davon leitet sich die Abkürzung HCA ab.

Reservekapazität, RCM/RC

Die Reservekapazität gibt die Ladungsmenge an, die eine Batterie bei einer Belastung von 25 A bis zur Entladeschlussspannung von 10,5 V 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 wie die elektrochemische Impedanzspektroskopie „EIS“ kann die Reservekapazität relativ genau ermittelt werden.

Batteriegröße, BCI und Gewicht

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 12 V 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 Pkw-Akkus sind (H × B × L) 190 mm × 175 mm × 393 mm und 240 mm × 273 mm × 518 mm beim Lkw. Gängig sind für Pkws 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 Lkws. 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 Pkws und 35 kg bis 65 kg für Lkws.

Nennspannung

Die tatsächliche Spannung des Bordnetzes von Kraftfahrzeugen liegt während der Fahrt über der Nennspannung der Starterbatterie, da diese während der Fahrt geladen werden soll. Die Ladeschlussspannung ist temperaturabhängig. Sie soll bei 12-Volt-Akkus bei 14,4 V liegen (Grund und Zusammenhänge s. o.). Dennoch wird gewöhnlich die Nennspannung der Starterbatterie als Spannung des Bordnetzes angegeben. Bei Personenkraftwagen sind üblicherweise 12 V, bei Lkw 24 V, bei älteren Pkws (v. a. vor Baujahr 1970) und bei einigen Motorrädern sind auch noch 6 V verbreitet.

Nennkapazität

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 den Akkumulator 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

• Motorroller 50 cm³: 4 bis 12 Ah (12/6 V)
• Motorrad: 4 bis 18 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. Einzylindermotoren mit gleichem Gesamthubraum brauchen im Vergleich zu Mehrzylindermotoren eine höhere Batteriekapazität, da der Anlasser für einen Verdichtungstakt ein höheres Drehmoment liefern muss. Dieselmotoren benötigen bei gleichem Hubraum wegen des höheren Verdichtungsdruckes einen größeren Akku. Das Drehmoment eines Anlassers wird wie das eines Motors durch den Hubraum bestimmt. 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.

Rücknahmegesetz für Starterbatterien in Deutschland

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 Fahrzeug-Altbatterien in Österreich

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 Fahrzeug-Altbatterien 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.

Umwelt

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

Literatur

• 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

• Bleiakku-Interna, detaillierte Vorgänge im Innern von Bleiakkuzellen
• Blacksmith Institute/Grünes Kreuz Schweiz: The World’s Worst Pollution Problems 2008: Used Lead Acid Battery Recycling – Recycling von Batterien und Folgen für die Umwelt
• Bauarten von Autobatterien