Starterbatterie

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Autobatterie mit einer Spannung von 12 V und Kapazität von 36 Ah. Offene Ausführung mit Blockdeckel, Zentralentgasung und der Möglichkeit zum Nachfüllen von destilliertem Wasser nach dem Herausschrauben der sechs runden Stopfen.

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 häufig 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. Zur Erhöhung der Sicherheit gegen ungewollte Entladung besitzen diese Fahrzeuge zusätzlich zur Traktionsbatterie häufig noch einen weiteren Akkumulator zur Versorgung des Bordnetzes.

Batterien in Kraftfahrzeugen und Schiffen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Starterbatterie erfüllt im Kraftfahrzeug verschiedenen Aufgaben:

  1. Sie versorgt relevante Baugruppen vor dem Startvorgang mit Spannung (Steuergeräte, Einspritzanlage, Zündspule, Vorglühanlage).
  2. Sie versorgt den Anlassmotor (Anlasser) mit Energie.
  3. Sie versorgt auch bei stehendem Motor die Notbeleuchtung (Licht, Warnblinkanlage) des Fahrzeugs.
  4. Sie glättet die Lichtmaschinenspannung und mindert Spannungsspitzen im regulären Fahrbetrieb.
  5. Sie versorgt im Standbetrieb des Fahrzeugs diverse Abnehmer mit Energie (Uhr, Radio, Steuergerät).

Sobald der Motor läuft, übernimmt die Lichtmaschine die Spannungsversorgung der Anlage und lädt die Starterbatterie wieder auf. Nach den Verbrauchern Starter, Licht und Zündung (engl. ignition) werden Starterbatterien auch mit der englischen Abkürzung als SLI-Batterie bezeichnet.

Das Anlassen eines Verbrennungsmotors durch den elektrischen Anlassmotor erfordert kurzzeitig Stromstärken von mehreren 100 bis zu 1000 Ampere. Der Pkw-Startvorgang dauert bei gut gewarteten Motoren zwei bis fünfzehn Sekunden und bis einhundert Sekunden bei älteren Fahrzeugen. Dabei verliert die Batterie bis etwa 0,2 Ah beim Benziner (bei 2 Sekunden Startzeit) und bis etwa 0,3 – 0,4 Ah beim Diesel (7 Sekunden Startzeit mit Vorglühen). Für die Nachladung des dadurch entstandenen Kapazitätsverlustes der Batterie von 0,2 Ah werden etwa 3–5 Minuten (Fahrzeit) benötigt. Die Starterbatterie muss die Stromstärke auch bei niedrigen winterlichen Temperaturen liefern können. Da die elektrische Spannung während des Startvorgangs nicht zu stark abfallen darf, weisen Starterbatterien einen geringen elektrischen Innenwiderstand auf.

Pkw- und Lkw-Starterbatterien unterscheiden sich in ihrer Kapazität und damit auch in Gewicht und Abmessungen.

Bei Lkw beträgt die Spannung des Bordnetzes meist 24 V statt 12 V. Meist werden hier zwei gleichartige 12-Volt-Akkumulatoren in Reihe geschaltete oder seltener 24-Volt-Akkumulatoren mit doppelter Zellenanzahl verwendet.

In PKWs mit Start-Stopp-Automatik werden übliche Starterbatterien schnell überfordert, da deutlich häufigeren Anlassvorgänge eine erhöhte Zyklenfestigkeit der Akkumulatoren erfordern. Für reinen Start-Stopp-Betrieb (ohne Rekuperation) wurden EFB- (Enhanced Flooded Battery) Batterien entwickelt, die Vliesmatten enthalten.

Auch die seit etwa 50 Jahren im Bereitschaftsbetrieb und für Kleinantriebe eingesetzten VRLA- bzw. AGM (Absorbent-Glass-Mat)-Akkumulatoren wurden zu Starterbatterien weiter entwickelt. Diese werden für Fahrzeuge mit Start-Stopp-System und Rekuperationstechnik verwendet. Bei diesen wird beim Bremsen ein Generator angetrieben, der den Akkumulator auflädt. AGM-Akkumulatoren erlauben eine bis zu viermal größere 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 aufgenommen werden können. Die teuren AGM-Akkumulatoren sind anfällig gegenüber erhöhten Temperaturen, weshalb sie oft nicht im Motorraum, sondern im Innenraum bzw. im Kofferraum verbaut werden.

Akkumulatoren, die andere Redoxsysteme benutzen, z. B. eine Lithium-Technologie, konnten sich aus Kostengründen noch nicht gegen Bleiakkumulatoren durchsetzen. Diese Akkumulatoren benötigen zudem komplizierte Lade- und Schutzschaltungen. Die Gewichtsersparnis ist noch nicht hoch genug, um den Einsatz in der Großserie zu rechtfertigen. Einzig Porsche bietet gegen Aufpreis LiFePO4-Akkumulatoren als Starterbatterie an. Im Nachrüstgeschäft nutzen vereinzelt Motorroller- und Motorradfahrer Akkumulatoren mit Lithiumsystemen.

Batterien in Flugzeugen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Vergleich zu anderen Akkutechnologien ist der preisgünstige Bleiakkumulator vergleichsweise schwer. Bei Flugzeugen werden als Starterbatterien zum Anlassen von Kolbenmotoren bzw. Hilfsturbinen daher Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, zunehmend auch Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren, Silber-Zink-Akkumulatoren und Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt.

Aufbau und Handhabung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Unterschiedliche Anordnungen der Pole an einer Starterbatterie

Starterbatterien enthalten meist eine Reihenschaltung von Bleiakkumulator-Zellen, die jeweils eine Nennspannung von 2 V aufweisen. Um eine Nennspannung von 6 V bzw. 12 V bzw. 24 V zu erreichen, werden drei bzw. sechs bzw. zwölf Zellen hintereinander geschaltet. Je nach Beschaffenheit des Elektrolyts werden bei Bleiakkumulatoren Nasszellen und Vlies- und Gelakkumulatoren (VRLA-Akkumulatoren) unterschieden.

Der Pluspol von Starterbatterien ist oft mit einem Pluszeichen und der Farbe Rot gekennzeichnet, der Minuspol mit einem Minuszeichen und der Farbe Schwarz oder Blau. Um eine Verwechslung zu vermeiden, haben die Pole unterschiedliche Durchmesser. Der Minuspol ist bei den meisten Fahrzeugen als Massepol der mit der Fahrzeugkarosserie elektrisch verbunden ist. Manche ältere englische und US-amerikanische Fahrzeuge verwenden jedoch den Pluspol als Fahrzeugmasse.

Über die Polklemmen ist die Starterbatterie an das Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen. Ein falscher Anschluss (Verpolung) des Akkumulators kann schwere Schäden an der Fahrzeugelektrik zur Folge haben.

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

Starthilfe[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die richtige Polung ist auch bei der Starthilfe durch Parallelschaltung einer geladenen Starterbatterie zu beachten, um eine Überspannung (24 V) in den angeschlossenen Bordnetzen zu vermeiden. Das führt bei Missachtung in der Regel zu Schäden an den Steuergeräten. Es wird empfohlen, den Minuspol der unterstützenden Batterie an den Motorblock oder einen von der Fahrzeugbatterie entfernteren Punkt der Karosserie anzuschließen, um hohe Ausgleichsströme zwischen den Batterien zu vermeiden.

Um zu verhindern, dass es beim Akkuwechsel und Hantieren mit Werkzeug zu einem Kurzschluß gegen Fahrzeugmasse kommt (Brand- und Verbrennungsgefahr!), sollte der Minuspol stets zuerst ab- und zuletzt angeklemmt werden. Der Pluspol ist oft abgedeckt, um einen Kurzschluss bei Verkehrsunfällen und Fehlbedienung zu verhindern.

Probleme und Behandlungsmöglichkeiten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die folgenden Abschnitte beziehen sich, falls nicht anders erwähnt, speziell auf Bleiakkumulatoren.

Säure und Schwermetall[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Elektroden bestehen aus Blei bzw. Bleiverbindungen und sind deshalb giftig. Die als Elektrolyt enthaltene 37-prozentige Schwefelsäure ist stark ätzend. Gegen den Kontakt der Säure mit der Haut ist Schutzausrüstung zu verwenden. Säure ist von der Haut umgehend mit viel Wasser abzuwaschen. Nach Säurespritzern auf Textilien bilden sich meist nach einigen Stunden Löcher im Gewebe.

Um die Wiederverwendung des Bleis und die Entsorgung der enthaltenen Säure zu gewährleisten, wird in Deutschland bei der Rückgabe von Bleiakkumulatoren an den Händler ein Pfand ausgezahlt.

Temperaturabhängigkeit der Kapazität[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Je tiefer eine (Starter-)Batterie abgekühlt ist, desto höher ist ihr Ausgangswiderstand bzw. deren Innenwiderstand. Durch den erhöhten elektr. Widerstand nimmt der Spannungsabfall unter gleicher Last zu, so dass eine geringere nutzbare Leistung Kapazität zur Verfügung steht. Bei −18 °C steht weniger als die Hälfte der normalen Kapazität zur Verfügung. Bei Extremtemperaturen gilt die Empfehlung, den Akkumulator auszubauen und über Nacht in einem beheizten Raum zu lagern.

Da das Anlassen des Motors unter anderem aufgrund des zäheren Motoröls im Winter mehr Leistung erfordert, kann es insbesondere bei älteren Batterien ratsam sein, vor Eintritt des Winters zu überprüfen, ob die verbleibende Kapazität noch für das Starten bei tiefen Minusgraden ausreicht. Bei älteren Batterien waren die einzelnen Zellen für gewöhnlich nach dem Abschrauben eines Stopfens zugänglich, um die Säuredichte mit einem Säureheber zu prüfen und gegebenenfalls destilliertes Wasser nachzufüllen.

Bei geschlossenen Akkus mit Nasszellen lässt sich die noch vorhandene Kapazität anhand der Ruhespannung der Starterbatterie abschätzen. Sie sollte bei einem gut geladenen Akku einige Stunden nach Abschluss des Ladevorgangs noch mehr als 12,7 V betragen.

Schlammbildung und Gitterkorrosion[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Lade- und Entladevorgänge während des Betriebs sorgen für eine Umwandlung des Bleis in Bleidioxid oder Bleisulfat. Das führt zur allmählichen Lockerung der Bleiplatten, zur Bildung eines Bodensatzes (Bleischlamm) und zu zunehmenden Kapazitätsverlust. Dies wird umgangssprachlich als Verschlammung der Zellen bezeichnet. Am Boden von Starterbatterien mit flüssigem Elektrolyten befanden sich früher Mulden, in denen sich der „Schlamm“ sammelte. Wenn der Bodensatz letztlich die Platten (Elektroden) berührte entstand ein Zellenschluss der Zellen. Man bezeichnete den Akkumulator dann auch als „zusammengerutscht“. Heute verhindern Taschenseparatoren, mit denen immer abwechselnd eine Platte (entweder Plus oder Minus) vollständig umschlossen ist, das Ausschlammen. Moderne Batterien haben keinen Schlammraum mehr, die Elektroden stehen direkt auf dem Boden des Gehäuses. Ferner tritt im Laufe der Nutzungsdauer eine fortschreitende Umwandlung der positiven Bleigitter in Bleidioxid auf. Diese sogenannte Gitterkorrosion führt zu Unterbrechungen der Stromableiter und damit zum Zellenausfall.

Überladung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die bis in die 1970er Jahre gebräuchlichen elektromechanischen Laderegler mit ungenauem Spannungsregler oder ungeregelte oder zu starke Ladegerät führten häufig zur Überladung der Zellen. Beim Laden wird zunächst das gesamte Bleisulfat wieder in Blei (Minuselektrode) und Bleidioxid (Pluselektrode) umgesetzt. Wenn nach dem Erreichen der Ladeendspannung der Ladestrom weiterfließt, wird das Blei des Gitters angegriffen (Gitterkorrosion). Dabei wird neben der Knallgasbildung das Gitter größer und die Festigkeit der eingepressten Stoffe lässt nach.

Ladespannung und „Ausgasen“[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einfaches Batterieladegerät für eine 12-V-Starterbatterie

Die Ladeschlussspannung sollte bei einer Temperatur von 15 bis 25 °C für die 12 V-Starterbatterie je nach Batterietyp im Bereich von 13,8 bis zu 14,8 V[1] 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 auch die Ladeschlussspannung (ca. 14 V), daher fließt nach dem Start des Motors je nach Entladungszustand oft zunächst ein höherer Ladestrom.

Liegt die Ladespannung bei über 2,4 V pro Zelle (beim 12-Volt-Akkumulator sind das zusammengenommen 14,4 V), beginnt die Gitterkorrosion, die sich durch die hörbare Bildung von Gasblasen im Akku bemerkbar macht. Um dies zu verhindern, sollte der Akkumulator nicht bis zur Vollladung mit hohen Strömen geladen werden. Ein Schnellladegerät sollte einen entladenen Bleiakkumulator nur bis zu ca. 70 % der Kapazität laden und dann auf einen geringeren Ladestrom umschalten. Ladegeräte sollten ebenso wie die KFZ-Lichtmaschinenregler eine Spannungsbegrenzung besitzen, die den Ladevorgang beim schnellen Laden bei 14,4 V (bzw. bis zu 14,8 V bei AGM-Akkumulatoren) und bei Dauerladung bei 13,8 V unterbricht. Die Dauer- oder Erhaltungsladung wird beispielsweise bei Notstromaggregaten verwendet. Dabei wird die Zellenspannung auf 2,3 V bzw. 13,8 V beim 12-Volt-Akku begrenzt.

Explosionsgefahr[Bearbeiten | Quelltext 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 Akkumulatoren sind daher Funken, offenes Licht und heiße oder glühende Gegenstände zu vermeiden.

Säurestand[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Früher war es üblich, regelmäßig den Flüssigkeitsstand der Zellen zu überprüfen. Sofern sich der Flüssigkeitsstand von außen durch das Gehäusematerial erkennen lässt, sollte dieser auch bei wartungsfreien Akkumulatoren gelegentlich überprüft werden. Die Flüssigkeit sollte etwa 10 mm über dem oberen Plattenrand stehen. Bedeckt die Säure die Platten nicht mehr, nimmt die trockengefallene Zone Schaden. Zum Nachfüllen darf nur demineralisiertes oder destilliertes Wasser benutzt werden.

Bei aktuellen, wartungsfreien Akkumulatoren können die Zellendeckel nicht mehr ohne weiteres entfernt werden.

Zu geringe Ladung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weitaus häufiger als diese Fehler ist eine zu geringe Ladung der Batterie. Moderne Fahrzeuge entnehmen der Batterie auch in der Standzeit Energie (Steuergerät, Uhr, Radio usw.). Dabei verliert die Batterie etwa 0,5 Ah pro Tag, 3,4 Ah pro Woche und mindestens 15 Ah pro Monat bei Nichtbenutzung.

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

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[2] ein ausreichend hoher Ladestand wiederhergestellt werden (siehe auch Starthilfe).

Standschaden[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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.[3]

Wartung, Pflege und Prüfung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Batterietester zum einfachen Prüfen von Startbatterien im ein- und ausgebauten Zustand. Bewertung von Innenwiderstand, aktueller Ladespannung 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 14,4 V betragen und soll 15,4 V (Nasszellen) und 14,8 V (AGM) 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 nicht komplett geladen, was folgende Startvorgänge erschwert und die Lebensdauer verkürzt.
  • Ladegeräte sollten im oberen Ladebereich mit mindestens 14,8 V arbeiten, und der Ladestrom sollte bei ungeregelten Ladegeräten höchstens ein Zehntel der Kapazität des Akkumulators, geteilt durch 1 h, betragen. Bei tiefentladenem 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 Aräometers, auch als Spindel, Säureheber oder mit Bezeichnungen wie als Magisches Auge[4] bezeichnet, bestimmt werden, alternativ mittels Refraktometers.
Säure-
dichte
Klemmen-
spannung
Ungefährer
Ladezustand
1,28 g/cm³ > 12,8 V voll geladen (100 %)
1,22 g/cm³ ca. 12,6 V normal geladen (070 %)
1,18 g/cm³ ca. 12,4 V schwach geladen (050 %)
1,12 g/cm³ ca. 12,0 V normal entladen (020 %)
1,06 g/cm³ < 11,8 V ent- und tiefentladen (000 %)

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.

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 12,6 V absinken, das sind ca. 70 % der vollen Ladung. Bei 12,4 V ist der Akkumulator halb geladen, bei 11,8 V ist er entladen. Sollte er noch weiter entladen werden, kann er nur bei sofortiger Aufladung seine ursprüngliche 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 ausreichenden Ladezustand 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. Eine Starterbatterie kann nach Volladung 12 – 15 Monate unbenutzt gelagert werden. Die Spannung eines 12-Volt-Bleiakkumulator sollte generell nicht unter 11,8 V abfallen und auch nicht über einen längeren Zeitraum unter 12,7 V.

Hilfreich ist bei längerer Nichtbenutzung auch eine sogenannte Erhaltungsladung mit einer geringen Spannung von 13 – 13,4 V, bei der sich ein geringer Strom einstellt, der nur die Selbstentladung kompensiert.

Die Ladespannung sollte bei etwa 15 °C bis 25 °C im Bereich von 14,8 V (AGM) bis 15,4 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 15,8 V und sollte vor allem beim Laden verschlossener 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 12,8 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 der Generator 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)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bezeichnung Spezifischer Wasserverbrauch
Wartungsarmer Akkumulator Maximal 16 g pro Ah Nennkapazität nach 42 Tagen
Wartungsfrei – kühler Einbauort Maximal 03 g pro Ah Nennkapazität nach 42 Tagen
Wartungsfrei – heißer Einbauort Maximal 08 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 heute nicht mehr hergestellt.

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 festgelegtes 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.
  • In beliebiger Lage einsetzbar (AGM- und Gel-Batterie).

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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Startstrom, CA[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Startstrom gibt den maximalen Strom an, den die Starterbatterie bei 0 °C 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Kaltstartstrom gibt den maximalen Strom an, den der Akkumulator bei −18 °C 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Warmstartstrom (HCA) gibt die maximale Stromabgabe in Ampere bei einer Temperatur von 26,7 °C 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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[Bearbeiten | Quelltext 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 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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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[Bearbeiten | Quelltext 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 25 °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:

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

mit:

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

Früher wurde die Kapazität üblicherweise mit einer Entladezeit von 10h angegeben. Durch die Umstellung auf 20h in den 1980er Jahren ist die Kapazität von Starterbatterien um ca. 20 % gestiegen, ohne eine technische Änderung der Batterie selbst (z. B. wurden aus 36 Ah -> 44 Ah). Bei höherer Stromstärke, niedrigerer Temperatur oder fortgeschrittener Alterung der Starterbatterie ist die tatsächliche Kapazität niedriger als die Nennkapazität. Ursächlich sind nichtlineare Zusammenhänge zwischen Ladung und Entladungsstromstärke, welcher als Peukert-Effekt bezeichnet wird und mit der Peukert-Gleichung überschläglich bestimmbar ist.

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:

  • Hubraum (Anlasserdrehmoment): Einzylindermotoren mit gleichem Gesamthubraum brauchen im Vergleich zu Mehrzylindermotoren eine höhere Batteriekapazität, da der Anlasser für einen Verdichtungstakt ein höheres Drehmoment liefern muss. Das Drehmoment eines Starters wird wie das eines Motors durch den Hubraum bestimmt.
  • Kraftstoffart: Dieselmotoren benötigen bei gleichem Hubraum wegen des höheren Verdichtungsdruckes einen größeren Akku.
  • Elektrischer Verbrauch bei Fahrt: Starke elektrische Verbraucher beeinflussen die erforderliche Kapazität, da die Starterbatterie bei niedriger Generatordrehzahl und hohem Verbrauch (ggf. negative Ladebilanz) als Puffer dient. Einige Fahrzeughersteller liefern daher Fahrzeuge mit starken elektrischen Verbrauchern (z. B. Klimaanlage) serienmäßig mit einer stärkeren Starterbatterie aus.
  • Elektrischer Verbrauch im Stand: Weiterhin wird durch elektrische Verbraucher, welche auch im Stand des Fahrzeuges aktiv sind (Diebstahlwarnanlage, Schlüsselloser Zugang etc.), die sog. Standzeit eines Fahrzeuges bis zum gerade noch erfolgreichen Motorstart (z. B. bei einem Motorrad nach dem Winter) verkürzt. Auch hier liefern einige Hersteller ihre Fahrzeuge mit stärkeren Batterien je nach elektrischen Verbrauchern aus.

Rücknahmegesetz für Starterbatterien in Deutschland[Bearbeiten | Quelltext 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. Der Vertreiber, der das Pfand erhoben hat, ist bei Rückgabe einer Fahrzeug-Altbatterie zur Erstattung des Pfandes verpflichtet. Der Vertreiber kann bei der Pfanderhebung eine Pfandmarke ausgeben und die Pfanderstattung von der Rückgabe der Pfandmarke abhängig machen. Wird die Fahrzeug-Altbatterie nicht dem Pfand erhebenden Vertreiber zurückgegeben, ist derjenige Erfassungsberechtigte nach § 11 Absatz 3, der die Fahrzeug-Altbatterie zurücknimmt, verpflichtet, auf Verlangen des Endnutzers die Rücknahme ohne Pfanderstattung schriftlich oder elektronisch zu bestätigen. Ein Vertreiber, der Fahrzeugbatterien unter Verwendung von Fernkommunikationsmitteln anbietet, ist abweichend von Satz 2 zur Erstattung des Pfandes auch bei Vorlage eines schriftlichen oder elektronischen Rückgabenachweises nach Satz 4, der zum Zeitpunkt der Vorlage nicht älter als zwei Wochen ist, verpflichtet.“
  • „(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[Bearbeiten | Quelltext 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 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.[5]

Umwelt[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Nach dem Basler Übereinkommen wird eine gebrauchte Starterbatterie als gefährlicher Abfall betrachtet.[6] Eine Gefahr für Gesundheit und Umwelt ist das Recycling solcher alten Batterien in Entwicklungsländern, bei der das Blei von Hand wiedergewonnen wird.[7]

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Jürgen Kasedorf, Richard Koch: Service-Fibel für die Kfz-Elektrik. Vogel Buchverlag, Würzburg 2001, ISBN 3-8023-1881-1
  • Rudolf Hüppen, Dieter Korp: Autoelektrik alle Typen. Motorbuchverlag, Stuttgart 1972, ISBN 3-87943-059-4
  • Adolf Senner: Fachkunde Elektrotechnik. 4. Auflage, 1965, Verlag Europa-Lehrmittel
  • Norbert Adolph: Autoelektronik / Grundlagen und Bauvorschläge. Verlagsgesellschaft Schulfernsehen, Köln 1979, ISBN 3-8025-1128-X
  • Bosch: Technische Unterrichtung Batterien. Robert Bosch GmbH, Stuttgart 1974, VDT-UBE 410/1 (Fachbroschüre)
  • Konrad Reif: Batterien, Bordnetze und Vernetzung. Vieweg + Teubner Verlag, Wiesbaden 2010, ISBN 978-3-8348-1310-7

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

WiktionaryWiktionary: Autobatterie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Johnson Controls Power Solutions Europe: Ladeempfehlung AGM Batterien. In: batteriedienst24.de, 21. März 2011
  2. Überbrücken wie die Profis. In: spiegel.de. 20. November 2002, abgerufen am 4. Mai 2015.
  3. Zitat aus Ladesystem des Fahrzeugs. In: dvddemystifiziert.de
  4. Das magische Auge der Batterie. In: volkswagen-nutzfahrzeuge.de. Abgerufen am 19. Januar 2015.
  5. RIS: Gesamte Rechtsvorschrift für Batterienverordnung – Bundesrecht konsolidiert. In: ris.bka.gv.at, Fassung vom 27. Oktober 2014
  6. A1160 – Waste lead-acid batteries, whole or crushed (Memento vom 10. Oktober 2005 im Internet Archive)
  7. Top Ten der Umweltsünden: Was die Welt belastet. In: spiegel.de, 22. Oktober 2008