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Liebe Jeep Kolleginnen und Kollegen
In diesem Tech Info Blatt befassen wir uns mit der Autobatterie und den dazugehörenden Aspekten.
Generelles zur Autobatterie
Laut Duden bedeutet Batterie eine Aneinanderreihung von Elementen. Im Falle der Autobatterie oder auch Starterbatterie genannt handelt es sich um galvanische Sekundärelemente. Sekundärelemente werden sie deshalb genannt, weil man sie zuerst aufladen muss bevor man Elektrizität entnehmen kann. Die Elemente lassen sich immer wieder aufladen und entladen, das heisst, man kann Elektrizität speichern (accumulieren) und dann entnehmen, wenn man sie braucht. Wiederaufladbare Batterien heissen deshalb auch Accumulatoren.
Im Falle der Autobatterie verwendet man Blei – Accumulatoren. Diese bestehen aus mehreren Elementen. Jedes Element gibt eine Spannung von 2 Volt ab. Durch die, in Serie geschaltete Aneinanderreihung kann man die Spannung erhöhen. Im Falle einer 6 Volt Batterie werden 3 Elemente à 2 Volt und im Falle einer 12 Volt Batterie werden 6 Elemente à 2 Volt in Serie geschaltet. Bei einer Serieschaltung kann man die Spannung der Einzelelemente zusammenzählen um die resultierende Spannung zu erhalten. Zum Beispiel beim Willys M38 und M38A1 sind 2 Batterien à 12 Volt (oder 12 Einzelelemente à 2 Volt) in Serie geschaltet = 24 Volt.
Wie funktioniert eine Autobatterie
Eine Blei-Sekundärzelle besteht im wesentlichen aus folgenden Komponenten:
– Einer Anode = Plus-Pol bestehend aus einem Bleigitter in das Bleioxid gepresst wurde.
– Einer Kathode = Minus-Pol bestehend aus porösem Blei. (porös = grosse Oberfläche)
– Einem Elektrolyten = Schwefelsäure 28 – 42%, Dichte 1.20 – 1.32
Bei der Ladung bzw. der Entladung läuft folgende, vereinfacht dargestellte chemische Reaktion ab, bei der Elektrizität aufgenommen bzw abgegeben wird.:
Ladung
2 PbO + 2 H2SO4 2PbSO4 + H2O
Entladung
Bleioxid + Schwefelsäure Bleisulfat + Wasser
Durch den Lade- oder Entladevorgang ändert sich die Dichte des Elektrolyten (Schwefelsäure). Durch eine „Dichtebestimmung“ mit dem Batterietester kann man dadurch den Ladezustand der Elemente bestimmen.
Leider läuft beim Laden in geringeren Masse zur oben erwähnten chemischen Reaktion noch eine Zweite chemische Konkurrenzreaktion ab, die wiederum in vereinfachter Form dargestellt wird.
Laden
2 H2O 2 H2 + O2
Wasser Wasserstoff + Sauerstoff
Das Gemisch Wasserstoff und Sauerstoff ist gasförmig und heisst Knallgas, weil es sich mit einer Zündquelle gezündet explosionsartig wieder zu Wasser vereinigt. Wenn man die Batterie mit dem Ladegerät auflädt sollte man deshalb die Deckel leicht lösen, damit das Knallgas entweichen kann. Aus oben erwähntem geht hervor, warum wir Wasser in die Batterie nachfüllen müssen und nicht Schwefelsäure. Dabei muss destilliertes oder deionisiertes (entsalztes, entmineralisiertes) Wasser verwendet werden. Leitungswasser enthält Kalk, was mit der Schwefelsäure zu Gips reagieren und die Batterie verschlammen würde. Man sollte auch tunlichst nicht mit der Zigarette oder dem Stumpen im Mund das Schwefelsäure – Niveau kontrollieren, wenn man nicht wie das Lehrlingsstück von Frankenstein aussehen möchte. Wie viel Wasser zu Knallgas elektrolysiert wird hängt von der Einstellung des Reglers und des Ladegerätes ab. Bei höherer Spannung entsteht mehr Knallgas. Die Spannung des Reglers und des Ladegerätes sollte nicht über 7.1 Volt bei einer 6 Volt Batterie und nicht über 14.2 Volt bei einer 12 Volt Batterie betragen.
Wie soll eine Autobatterie gewartet und gelagert werden ?
1. Die Oberfläche der Batterie soll stets sauber und trocken sein, andernfalls bilden sich Kriechströme aus, die die Batterie zusätzlich entladen.
2. Batterie und Anschlüsse sind in Abständen auf festen Sitz zu überprüfen und gegebenenfalls nachzuziehen. Kontaktflächen vorgängig reinigen.
3. Der Flüssigkeitsstand ist regelmässig zu überprüfen und ausschliesslich mit dest./deion. Wasser aufzufüllen. Im Sommer ist ein gewisser Wasserverbrauch normal. Bei hohem Wasserverbrauch ist die Spannung des Reglers zu überprüfen.
4. Batterie niemals unter 20% der Kapazität entladen. Batterie niemals im entladenen Zustand (auch teilentladenen) Zustand über einen längeren Zeitraum stehen lassen.
Auch auf Lager stehende oder „abgehängte“ Batterien regelmässig kontrollieren und bei einer Säuredichte von unter 1.20 ( = fast entladen) nachladen. Bei entladenen Batterien steigt der Gehalt an Bleisulfat in der Schwefelsäure so stark an, dass Bleisulfat auskristallisieren kann, was zur Sumpfbildung führen kann.
Wie gross ist die Kapazität einer Batterie ?
Eigentlich ist die Kapazität einer Autobatterie enttäuschend tief. Die gespeicherte Energie einer 30 kg schweren Batterie beträgt ca.1kWh während aus einem Liter Benzin ca. 10 kWh gewonnen werden können.
Die Kapazität errechnet sich aus:
Kapazität = Spannung x Strom x Zeit
kWh = Volt x Ampère x h
Da die Spannung für eine Batterie definiert ist und sich nicht verändert z.B. 6V oder 12V lässt man einfach die Spannung in der Gleichung weg und spezifiziert dementsprechend die Kapazität als Ah. Eine Kapazitätsangabe von 45 Ah bedeutet, dass ich theoretisch 45 Stunden lang einen Strom von 1 A der Batterie entnehmen könnte. Bei einer Stromentnahme von 2A würde der Vorgang 22.5 Stunden dauern etc.
Das Temperaturverhalten der Blei-Batterie ist relativ schlecht, d.h. die Batterie verliert bei tiefen Temperaturen sehr stark an Leistung. (bei – 10°C kann die Leistung auf 20% absinken).
Die Kapazität einer Batterie nimmt mit der Zeit ab. Wie schnell dies der Fall ist hängt stark von der Pflege der Batterie ab. Wenn der Flüssigkeitspegel öfters absinkt und der obere Teil der Zelle trocken liegt kann Bleioxid aus der Anode auf den Boden der Batterie fallen. Dieses Bleioxid kann nicht mehr für die Speicherung von Elektrizität genutzt werden. Mit der Zeit bildet sich am Boden der Batterie ein Schlamm aus Bleioxid. Anfänglich können sich dadurch Kriechströme bilden, die die Batterie entladen. Im krassen Falle kann die bis zum Kurzschluss führen und die Batterie stirbt einen schnellen Tod.
Wartungsfreie Batterien (VRLA Typen)
Die Lösung aller Übel scheint die Verwendung von wartungsfreien Batterien zu sein. Aber worin besteht der Unterschied zu normalen Batterien und wie funktionieren sie ?
Im Prinzip funktionieren diese Batterien auf die gleiche Art und Weise wie normale Blei Accumulatoren, jedoch mit folgenden Änderungen:
Der Elektrolyt also die Schwefelsäure ist als Gel in einer Glasmatte immobilisiert, das heisst sie liegt nicht mehr flüssig sondern als eine Art „Pudding“ vor. Die einzelnen Elemente verfügen über keine Deckel mehr, lediglich ein Überdruckventil verhindert, dass zu hohe Drücke in der Batterie entstehen können. Der an der Anode entstehende Sauerstoff wird durch das Gel an die Kathode geleitet, wo es durch einen chemischen „Trick“ zusammen mit dem an der Kathode entstehenden Wasserstoff zu Wasser umgewandelt wird. Es entsteht also gar kein Knallgas und somit auch kein Wasserverlust. Durch das Gel kann auch kein Bleioxid auf den Boden fallen. Toll nicht wahr !
Einen kleinen Haken hat die ganze Geschichte doch noch. Bei der Rückbildung von Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser entsteht ziemlich viel Wärme, die abgeführt werden muss. Nun in unseren Jeep’s ist für genügend Durchlüftung gesorgt. Die anfallende Menge an Sauerstoff und Wasserstoff hängt wiederum von der Reglerspannung oder der Spannung des Ladegerätes ab. Die Menge Sauerstoff und Wasserstoff die die VRLA Batterie umsetzen kann ist beschränkt. Wenn zuviel Sauerstoff und Wasserstoff anfallen, können diese nicht umgesetzt werden, was zu Überdruck in der Batterie führen kann. Das Überdruchventil würde natürlich in diesem Falle ansprechen. Das entwichene Knallgas (Wasser) kann jedoch nicht mehr ersetzt werden, was zu einem Kapazitätsverlust führt.
Aus diesem Grunde ist es bei der Verwendung von VRLA Batterien besonders wichtig. dass die Reglerspannung tief gehalten wird. (2.22 – 2.28 V pro Zelle).
Was ist wenn es doch einmal passiert ?
Ab und zu soll es doch tatsächlich dazu kommen, dass einer vergisst das Licht auszuschalten oder so ! Dann liegt die Batterie flach und es geht gar nichts mehr. In einem solchen Falle hat man ja Kollegen, die mit einem anderen Fahrzeug zu Hilfe eilen können. Wenn man dann noch zwei Überbrückungskabel hat ist dies ja absolut kein Problem, vorausgesetzt, dass man es richtig macht. Als Gedankenstütze gebe ist hier der genaue Ablauf erwähnt:
1. Sämtliche Verbraucher (z.B. Licht) am zu startenden Fahrzeug ausschalten. Motor des gebenden Fahrzeuges starten.
2. Mit dem ersten Kabel (meistens rot) beide positiven Pole der beiden Fahrzeuge verbinden.
3. Das Ende des zweiten Kabels (meistens schwarz) mit dem negativen Pol des gebenden Fahrzeuges und den negativen Pol oder einer blanken Stelle des Chassis des zu startenden Fahrzeuges verbinden.
4. Einige Minuten warten, bis die Batterie des zu startenden Fahlzeuges etwas aufgeladen hat.
5. Betroffenes Fahrzeug starten.
6. Die beiden Kabel in umgekehrter Reihenfolge an beiden Fahrzeugen entfernen. Die beiden Karosserien dürfen sich während der Starthilfe nicht berühren.
So, das wäre es wieder für dieses mal. Ist leider auch nicht kürzer geworden !
Euer Ueli Tribelhorn
Hier noch ein Nachtrag zum Tech Info Blatt Nr. 001/2000
Viele Kollegen haben mich bezüglich des Bleiersatzes angesprochen. Laut einem Oldtimer-Magazin sollen Bleiersatzprodukte bei Stahltanks Korrosion hervorrufen. Ich habe mich bei Shell Oil diesbezüglich erkundigt und folgende Antwort erhalten: