Wie "pflegt" man einen Solarakku - wer kennt sich

Verfasst am: 30.04.2008, 22:13

Hallo,

vor ca. 4 Jahren wurde bei mir in der Firma ein Set aus 45W-Solarmodul, Laderegler und Solarakku (Dryfit Solar A500 mit ca. 90Ah, Gel) angeschafft.
Dieses war für den mobilen Einsatz zum Betreiben von Messgeräten auf LKW gedacht. Zu diesem Einsatz ist es aber nie gekommen, der Akku wurde nur zwei bis dreimal kurzzeitig genutzt. Die restliche Zeit stand das Modul in der Sonne und hat den Akku stets auf Vollladung gehalten.

Vor einigen Wochen wurde dieser Akku dann doch für eine Anwendung mit (kurzzeitigem) hohem Stromverbrauch benötigt.
Dabei stellte sich dann heraus, dass er Schrott war. Die Spannung lag zwar bei etwa 13V, bei Belastung ist diese aber völlig zusammen gebrochen.

Darau hin habe ich als Ersatz einen neuen Akku 100Ah (12 V 2 OPzS 100, Bleiakku mit richtiger Säure) beschafft.
Natürlich möchte ich nicht, dass dieser auch nach relativ kurzer Zeit der Nichtbenutzung auch wieder defekt ist.
Wie pflegt man also solche selten genutzten Akkus ? Vielleicht regelmäßig entladen und dann wieder aufladen ?
Meine KFZ-Autobatterie ist jetzt schon 8 Jahre im Einsatz, einen Kapazitätsverlust habe ich aber bisher noch nicht festgestelt. Das muss doch auch bei Solarakkus funktionieren.
Nach meinem bisherigen Kenntnisstand ist die Aufbewahrung von Bleiakkus im stets geladenen Zustand optimal, oder doch nicht ?

Hier noch ein Link zu technischen Daten von Bleiakkus für Solaranwendungen http://www.heyde-windtechnik.de/batt.htm

Danke für Eure Antworten !

Gruß
Jörg

Verfasst am: 30.04.2008, 22:53

Hallo PhotonenSammler

Der Tod eines Blaiakkus entsteht in der Regel durch falsche Ladespannungen.
Die Spannung sollte nie unter 12,4 Volt liegen (Sulfatierung) und die Spannung sollte auf Dauer nicht über 13,8 V liegen da sich darüber das Batteriewasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet (Knallgasbildung).
Zur Erhaltung der Batteriekapazität die Batterie so laden, dass die Spannung konstant bei rund 13 V liegt.

Entladen und wieder laden schadet dem Akku. Wird die Spannung korrekt eingehalten, lebt dieser mindestens 10 Jahre. Es ist falsch zu glauben, dass ein Akku ständig Nachschub braucht. Die Selbstentladung beträgt ca. 0,5 % pro Tag. Bei einer Kapazität von 10 Ah sind das ca. 2 mAh. Eine Autobatterie mit 50 Ah verliert also rund 10 mA je Stunde, nach 6 Monaten ist sie leer (theoretisch). Deshalb müsste sie auch ständig mit einem Strom von 10 mA geladen werden (Erhaltungsladung). Es ist also vollkommen ausreichend, einmal im Monat die Spannung zu messen, und gegebenenfalls mit einem sehr geringen Strom nachzuladen.

Die meisten Akkus werden kaputt gemacht, weil sie mit zu hohen Strömen und dadurch auch mit zu hoher Spannung nachgeladen werden.

Jede Unterschreitung und jede Überschreitung der Spannung mindert die Lebensdauer. Man sollte auch bedenken, dass handelsübliche Messgeräte die Spannung nicht auf ein zehntel genau messen können, auch wenn sie 2 Stellen hinterm Komma anzeigen. 3 unterschiedliche Messgeräte werden 3 unterschiedliche Ergebnisse liefern. Wichtig ist auch, dass Bleiakkus je nach Konstruktion unterschiedliche Spannungen haben.

Im übrigen gibt es Pulser, die eine Sulvatierung des Akkus verhindern. Diese Pulser sind aber nicht notwendig, wenn die Akkus nur selten entladen werden. Für Akkus, die regelmäßig belastet werden, und auch mal einige Stunden mit geringer Spannung betrieben werden, kann ein Pulser Schäden vermeiden.

Hier noch eine Abhandlung die ich mal im Internet entdeckt habe:

Woran sterben Starterbatterien?
Alle Jahre wieder stellt man fest:
Der Wagen springt nicht an, die Batterie ist mal wieder kaputt. Nun ist es bei
"Batterien" (im Sinne von Primärelementen wie z.B. Taschenlampenbatterien) zwar normal, das sie nach Benutzung erneuert werden müssen, wenn sie leer und damit verbraucht sind. Nicht so jedoch bei Akkumulatoren, also wiederaufladbaren Batterien, kurz "Akkus" genannt. Unsere Autobatterie ist ja ebenfalls wiederaufladbar und damit stellt sich die Frage, weshalb sich die Fähigkeit der Wiederaufladbarkeit nach ein paar
Jahren (bei schlechter Behandlung auch oft schon viel früher) erschöpft und der
Akku erneuert werden muß. Die nun folgenden technischen Erläuterungen
gelten ausschließlich für Bleiakkumulatoren, nicht jedoch für Nickel-Cadmium- (NiCd),
Nickel-Metallhydrid- (NiMh) oder Litium-Ionen- (LiIon) Akkumulatoren, die
chemisch stark abweichend aufgebaut sind und für die dementsprechend andere
Zusammenhänge gelten.
Bleiakkus bestehen aus positiven Elektroden aus Bleidioxid (PbO2) und
negativen Elektroden aus reinem Blei (Pb), welches in schwammartiger Form vorliegt
und einem leitfähigen Elektrolyten in Form von verdünnter Schwefelsäure (H2SO4).
Die Hauptreaktion beim Laden und Entladen
Bei der Entladung verwandelt sich das reine Blei der negativen Elektrode in
Bleisulfat (PbSO4), ebenso das Bleidioxid (PbO2) der positiven Elektrode, welches
sich auch in Bleisulfat (PbSO4) verwandelt. Dabei wird dem Elektrolyten Schwefelsäure
entzogen, was ein absinken der Säuredichte zur Folge hat. Bei der Ladung kehren sich
die Vorgänge sinngemäß um.
Unterschiede der verschiedenen Batterieformen
Aus dem Kraftfahrzeugsektor seit nahezu 100 Jahren bekannt sind die rechteckigen
Kisten mit zwei Anschlußstiften. Früher meist schwarz und mit einem Gehäuse aus
Hartgummi ausgestattet, heute oft weiß und mit einem Gehäuse aus schlagzähem
Polypropylen umgeben. Allerdings darf man sich vom gleichen Einerlei des Äußeren
nicht täuschen lassen: Es gibt die unterschiedlichsten Ausführungsformen
solcher Energiespeicher, obwohl sie sich äußerlich kaum oder gar nicht unterscheiden.
Unterschiede finden sich zum einen in der Bleilegierung der Plattenableiter (Blei-Antimon
oder Blei-Kalzium/Silber), zum anderen in Menge, Form und Dicke der aktiven Bleiplatten, sowie Art des Elektrolyten und der Bauform (prismatisch oder rund). Weil es zur Auswahl der richtigen Batterie für den jeweiligen Einsatzzweg unerlässlich ist, werde ich kurz etwas näher auf die Auswirkungen dieser Unterschiede eingehen.
Die Blei/Antimon-Technologie
Da reines Blei sich wegen seiner Weichheit als Material der Gitterplatten kaum eignet
(es würde sich schon unter seinem eigenen Gewicht verformen, zumindest aber keinen
ausreichenden Schutz gegen Stöße und Vibrationen bieten), verwendet man Blei-
Legierungen. Schon sehr lange bekannt ist beispielsweise die traditionelle Blei/Antimon-
Technologie. Antimon als Legierungszusatz macht das Blei härter und mechanisch
belastbarer, verändert aber auch die praktischen Eigenschaften der Batterie.
So führt Antimon beispielsweise zu einer erhöhten Selbstentladung der Batterie.
Auch findet ein erhöhter Wasserverbrauch durch Antimon als Legierungszusatz statt.
Antimon-Legierungen bieten aber auch Vorteile: Ganz wesentlich ist die Fähigkeit
antimonhaltiger Bleiakkus, nach einer Tiefentladung wieder Ladestrom anzunehmen.
Antimonlegierte Bleiakkus eignen sich also insbesondere für (zeitweilig) tiefere Entladungen, müssen aber regelmäßig gewartet werden (Nachfüllen von demineraliertem Wasser, nachladen). Das Vorhandensein von herausnehmbaren Zellenstopfen zum Zwecke des Nachfüllens von demineralisiertem Wasser ist ein Hinweis auf Blei/Antimon-Technologie.
Die Blei/Kalzium-Technologie
Seit einigen Jahren kommen vermehrt sogenannte wartungsfreie Batterien auf den Markt. Diesen Batterien fehlen als besonderes Merkmal meist die herausnehmbaren Zellenstopfen, durch die man üblicherweise demineralisiertes Wasser nachfüllen könnte. Ermöglicht wird das zum einen durch Kalzium anstelle von Antimon als Legierungszusatz, was einen stark verringerten Wasserverbrauch ermöglicht. In Verbindung mit einem erhöhten Elektrolytvorrat wird der Betreiber von seiner sonst üblichen Pflicht der regelmäßigen Überprüfung des Elektrolytstandes und dem notwendigen Nachfüllen von demineralisiertem Wasser entbunden. Die Blei/Kalzium-Technologie bietet weiterhin Vorteile im Selbstentladungsverhalten. Allerdings vertragen kalziumlegierte Batterien Tiefentladungen nur sehr schlecht. Schon wenige Tiefentladungen können eine kalziumlegierte Batterie vollständig zerstören, da sie danach kaum noch Ladestrom aufimmt. Dieses Phänomen ist als "Antimonfreieffekt" bekannt. Eine Weiterentwicklung ist ein Legierungszuschlag aus Silber, bzw. einer geringen Menge Phosphorsäure im Elektrolyten. Beide Maßnahmen verbessert die Ladungsaufnahme einer kalziumlegierten Baterie aus einer Tiefentladung heraus und wirken dem Antimonfreieffekt entgegen.
Zu erkennen sind Batterien mit Blei-Kalzium-Technologie oft an den fehlenden Zellenstopfen.
Die Starterbatterie (SLI-Batterie)
Starterbatterien (auch SLI-Batterie genannt, was "start, light, ignition" bedeutet) werden hauptsächlich zum Starten des Motors benutzt. Und darauf ist ihr Aufbau hin optimiert. Da der Startvorgang enorm hohe Stromstärken benötigt (200 bis 500A), besitzen Starterbatterien eine Vielzahl dünner Bleiplatten mit möglichst großer Oberfläche, die den innenwiderstand der Batterie gering halten und hohe Startströme ermöglichen sollen. Aus genau diesem Grunde sind Starterbatterien für zyklischen Betrieb und Tiefentladungen ausgesprochen ungeeignet, weil bei zyklischen Anwendungen das pulverige Schwammblei sehr schnell aus den dünnen Bleiplatten ausbröckelt oder in Lösung geht und dann nicht mehr an den elektro-chemischen Vorgängen innerhalb der Batterie teilnehmen kann. Bei Tiefentladungen nehmen die dünnen Platten enorm an Volumen durch Bleisulfat zu und beginnen ab einem kritischen Entladepunkt starken Druck auf die Separaturen auszuübern, die in der Folge reißen und perforiert werden. Dadurch erhöht sich die unerwünschte Selbstentladung der Zellen über ein gesundes Maß.
Die Solarbatterie
Solarbatterien müssen eine geringe Neigung zur Selbstentladung sowie größere Widerstandsfähigkeit gegen zyklischen Betrieb und Tiefentladungen mitbringen. Dies wird zum einen durch eine Hybridlösung aus Antimon- und Kalzium-Bleiplatten ermöglicht, welche auch den Wasserverbrauch reduziert, zum anderen durch dickere Bleiplatten, welche größere Entladetiefen und ausreichende Zyklenfestigkeit mit sich bringen. Die maximal entnehmbaren Stromstärken sind aber (bei vergleichbarer Kapazität) wegen der geringeren Plattenfläche (durch wenigere, aber dickere Bleiplatten) geringer als bei Starterbatterien.
Die Traktionsbatterie
Für spezielle hochzyklische Anwendungen (z.B. bei Elektrorollstühlen und -Gabelstaplern) mit ständig hoher Entladetiefe werden sogenannte Traktionsbatterien eingesetzt. Sie unterscheiden sich durch sehr dicke Bleiplatten (Panzerplatten) von anderen Batteriekonzepten. Erst die dicken Panzerplatten ermöglichen hohe Entladetiefen ohne nachhaltige Schädigung der Batteriestruktur. Obwohl oft sehr große Batterien mit entsprechend hohen Kapazitäten verwendet werden, ist ihr maximaler Entladestrom im Verhältnis zur Kapazität eher gering. Sie eignen sich also nicht als Starterbatterie in Kraftfahrzeugen, weil sie den Anlasserstrom nicht aufbringen können. Dafür erdulden sie bis zu mehreren tausend Lade-/Entladezyklen, ohne vorzeitig zu verschleißen.
Die "verschlossene" Batterie (VRLA-Batterie)
Man unterscheidet desweiteren noch zwischen "geschlossenen" und "verschlossenen" Batterien. Letztere bezeichnet der englischsprachige Raum auch als "VRLA"-Batterien, was "valve regulated lead acid" bedeutet, also etwa soviel wie "Bleibatterie mit Sicherheitsventil". Als "geschlossen" bezeichnet man alle Zellentypen, solange sich wenigstens eine Abdeckung über dem Plattenbehälter befindet. Geschlossene Batterien sind meist nicht vor dem Auslaufen geschützt. Als "verschlossen" gelten Batterien, wenn sie Schwefelsäure in einer nichtflüssigen Form enthalten, so das diese nicht auslaufen kann und die Batterie dadurch lageunabhängig betrieben werden kann. Man erreicht das z.B. durch eindicken des Elektrolyten mittels Kieselsäure. Der Elektrolyt wird dann gelartig und fließt nicht mehr. Die billigere Variante sind "AGM"-Batterien ("absorbed glas mat"), wo ein saugfähiges Glasvlies die Schwefelsäure einfach wie ein Küchentuch aufsaugt und festhält. Beiden Typen ist in die Wiege gelegt, das kein Wasser nachgefüllt werden kann, sie werden daher fast ausschließlich in Blei/Kalzium-Technik hergestellt und eignen sich hervorragend als Notstromversorgung. Als Antimon/Kalzium-Hybride eignen sie sich auch noch hervorragend für zyklische Lasten und hohe Entladetiefen. Verschlossene Batterien wollen umsichtig und mit nicht zu hoher Spannung geladen werden, weil sie Überladung durch unumkehrbaren Wasserverlust übelnehmen.
Blei-Rundzellen
Eine ausgesprochene Sonderbauform bei Bleiakkus sind Rundzellen. Diese zylindrischen Zellen gehören zur Gattung der verschlossenen Zellen und sind damit auslaufsicher sowie lageunabhängig. Durch ihre Bauform (aufgewickelte Bleifolien) sind sie in der Lage, trotz geringer Baugröße überdurchschnittlich hohe Ströme abzugeben, weshalb es sie auch als Starterbatterien gibt. Da sechs im Rechteck angeordnete runde Zellen aber einige Luft zwischen ihren zylindrigen Gehäusebechern mitbringen, ist ihre Kapazität im Verhältnis zur äußeren Baugröße geringer als bei Starterbatterien. Sie sind aber erheblich besser für zyklische Lasten und sogar niedrige Schwebeladungen geeignet, als übliche Starterbatterien, weshalb sie in Bereichen, die hohe Zuverlässigkeit erfordern gern eingesetzt werden (Einsatzwagen, NAW, Feuerwehr, Taxen). Leider sind sie (vermutlich aufgrund erheblich geringerer Fertigungs-Stückzahlen) deutlich teurer als kapazitiv vergleichbare Starterbatterien.
Die Gründe der Alterung
Schaut man sich Bleibatterien an, erscheinen sie stets schwer, massiv und nahezu unzerstörbar. Gerade der Eindruck der Unzerstörbarkeit täuscht allerdings ganz gewaltig: Schon durch geringe, dem unbedarften Anwender völlig unverdächtig erscheinende Behandlungsfehler verkürzt sich die Batterielebensdauer merklich und macht teure Neukäufe nötig. Im ärgsten Fall führen solche Fehler gar zu unangenehmen Ausfällen mit nachfolgenden Pannen. Im folgenden werden daher die Gründe der normalen Alterung von Bleiakkus genannt sowie ihre spezifischen Empfindlichkeiten, die mit Blick auf ein langes Akumulatorenleben tunlichst vermieden werden sollten.
1. Abschlammung
Beim Laden und Entladen kommt es zu einer Lockerung des Schwammbleis an den negativen Platten, welches sich in der Folge aus dem aktiven Plattengefüge löst und nach unten in den Schlammraum der Batterie fällt. An den positiven Platten findet ein ähnlicher Vorgang beim braunen Bleidioxid statt, wenn auch mit geringerer Geschwindigkeit. Dieser "Abschlammung" oder "Shedding" genannte Vorgang ist leider unvermeidlich und geht zwangsläufig mit einem umumkehrbaren Kapazitätsverlust einher. Einmal ausgeschlammtes Blei läßt sich in keinem Falle wieder in den Plattenverband integrieren, es bleibt für immer verloren. Am stärksten wirkt die Abschlammung bei Zellen mit dünnen Platten, flüssigem Elektrolyten und sehr hohen Ladeströmen unter Gasungsbedingungen. Bei der Gasung entstehen Gasblasen nicht nur außen an den aktiven Materialien, sondern auch in deren innerer poröser Struktur. Steigt die Wachstumsgeschwindigkeit dieser inneren Gasbläschen zu hoch an, drücken sie bei ihrer Entstehung zwangsläufig aktives Material aus den Gitterplatten heraus, welches dann nach unten in den Schlammraum der Batterie fällt. Verschlossene Zellen mit gelartigem Elektrolyten oder Glasfasermatten als Scheider (das sind die zumeist lageunabhängigen Typen) halten die aktiven Massen generell erheblich besser fest, so das sie nicht ohne weiteres nach unten ausfallen können, aber auch hier verformen sich die aktiven Gitter und können in der Folge die Separatoren beschädigen. Die recht teuren verschlossenen (Gel-)Zellen sind aber als Starterbatterien eher ungebräuchlich und finden daher mehr im Solar- und Hobbybereich Anwendung. Das ist auch der Hauptgrund, weshalb man für sogenannte "zyklische Anwendungen", bei denen die Akkus immer wieder stark entladen werden, oft Gel- oder insbesondere Traktions-Akkus einsetzt. Traktionsbatterien sind aufgrund der Konstruktion ihrer Bleiplatten (Panzerplatten, Röhrchenelektroden) viel besser gegen Abschlammung geschützt als Starterbatterien.
2. Verbleiung
Bei zyklischem Betrieb von Starterakkus ist häufig schon nach kurzer Zeit eine Verbleiung der negativen Platte festzustellen, die dadurch entsteht, das Füllstoffe, welche der Hersteller zur Vergrößerung der aktiven Oberfläche in das Material mit einmischt, ausgewaschen werden. Das führt dann zu einer Verdichtung des Schwammbleis und damit zur Erhöhung des Innenwiderstandes und einer Verminderung der Kapazität. Eine Starterbatterie wird im PKW unter normalen Umständen nur zum Starten des Motors und zur Stabilisierung der Generatorspannung benutzt, zyklische Anwendungen mit hohen Entladetiefen sind nicht ihre Stärke. Starterbatterien sind daher auch primär auf niedrigsten Innenwiderstand (nötig zum Starten des Motors) ausgelegt. Allgemein kann man sagen, daß Verbleiung durch einen hohen Ladungsdurchsatz begünstigt wird. Die negativen Platten verwandeln sich im Laufe der Zeit von ihrer schwamartigen Struktur in eine relativ feste Form. Hier können die Reaktionen nur noch an der Oberfläche ablaufen, weil die Diffusionsgeschwindigkeit der Schwefelsäure mit zunehmender Plattenverbleiung immer weiter abnimmt. Kapazität, Kaltstartstrom und Innenwiderstand verringern sich.

3. Sulfatierung
Man stellt fest, das sich bei hohen Entladetiefen ("DOD" - "deep of discarge" - die Entladetiefe bestimmt den Grad der Entladung. Ist eine Batterie zur Hälfte entladen, beträgt die Entladetiefe 50%. Bei zu 80% entladener Batterie beträgt die Entladetiefe dann 80% usw.) die Lebenserwartung von Starterbatterien stark reduziert. Dies hat zwei Gründe: Zum einen fällt umso mehr aktives Material aus den Platten, je höher die Entladetiefe ist und je öfter ein Bleiakku entladen wird (Shedding). Zum anderen tritt bei hohen Entladetiefen in Verbindung mit länger andauernden niedrigen Schwebeladungszuständen vermehrt permanente Sulfatierung auf. Eigentlich ist die Bildung von Bleisulfat (PbSO4) beim Entladeprozess völlig normal und auch notwendig, weil ansonsten kein Entladestrom fließen könnte. Allerdings bringt Bleisulfat eine unangenehme Eigenschaft mit: Es neigt dazu, sich mit der Zeit selbsttätig zu großen Kristallen zusammen zu ballen. Je größer die Bleisulfat-Kristalle werden, um so reaktionsträger werden sie. Nach Überschreiten einer kritischen Kristallgröße verwandeln sich Bleisulfatkristalle unumkehrbar in einen elektrischen Nichtleiter, womit dieses nunmehr nichtleitende Bleisulfat für den aktiven Lade- und Entladeprozess verloren ist: Es hat sich in nichtsnutzigen, elektrisch toten Ballast verwandelt, der zudem noch zu einer Erhöhung des Innenwiderstandes der Zelle führt. Der Kaltstartstrom vermindert sich dadurch, je nach Stärke dieses Effektes recht deutlich. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, einen Bleiakku möglichst ständig im vollgeladen Zustand zu halten. Kaum etwas ist für Bleiakkus schädlicher, als sie längere Zeit teilweise oder ganz entladen sich selbst zu überlassen. Bleiakkus sulfatieren zwangsläufig um so schneller, je tiefer sie entladen sind. Jede einzelne tiefe Entladung fördert die Sulfatierung! Zudem nimmt Bleisulfat ein erheblich größeres Volumen ein als reines Blei oder Bleidioxid: Die Dicke der Bleiplatten wächst daher bei der Entladung, wodurch der Separator, der als Isolierschicht zwischen positiven und negativen Platten liegt zusammengepresst und ggf. sogar beschädigt wird. Es kommt in solchen Fällen in der Folge oft zu Kurzschlüssen innerhalb einzelner Batteriezellen durch beschädigte Separatoren.
Betrachtet man nun den durchschnittlichen Ladegrad einer Starterbatterie im harten Alltagsbetrieb, wird man überrascht feststellen, das die Batterie abhängig von den Betriebsbedingungen nur zwischen 20% und 80% geladen ist. Im Umkehrschluß liegen also ständig zwischen 20% und 80% der aktiven Massen der Batterie als Bleisulfat (PbSO4) vor. Da dieser Zustand meist permanent - also von langer Dauer - ist, bleibt es nicht aus, daß die Sulfatkristalle immer weiter wachsen, bis sie die kritische Größe überschritten haben und sich endgültig in eine inaktive Masse verwandelt haben, die nicht mehr an den Umsetzungsvorgängen innerhalb der Batterie teilnehmen kann.
Wie man daran erkennen kann, kommt der Erhöhung des Ladegrades einer Starterbatterie zur Sicherung einer hohen Lebensdauer und Zuverlässigkeit große Bedeutung zu. Nur der Vollständigkeit halber: Es gibt keinen in der Technik anerkannten Weg, um große Bleisulfat-Kristalle sulfatierter Bleiakkus wieder in nennenswertem Maße in reines Blei (Pb) oder Bleidioxid (PbO2) zurückzuverwandeln! Dies sei nur aus dem Grunde erwähnt, weil schon seit einer Weile immer wieder Geräte im Handel auftauchen, die genau dieses versprechen (sogenannte "Pulser"). Da Bleisulfat u.a. ein elektrischer Nichtleiter ist, kann es auch nicht durch elektrische Impulse zurückverwandelt werden (es macht übrigens für Bleisulfatkristalle kein Unterschied, ob man Ladeenergie in Form von Impulsen, oder gleichmäßigem Ladestrom zuführt. Man kann also genauso gut die Batterie an ein Ladegerät anschließen). Anmerkung: Die Regenerierung von sulfatierten Akkus wurde von der Dekra und 2 Universitäten in Versuchen bestätigt. Andererseits sei vor hohen Spannungsimpulsen im Bordnetz des Fahrzeugs gewarnt, wenn solche Geräte dort montiert werden und in Aktion treten. Es könnte zu Schäden an der Elektronik des Fahrzeugs kommen. Wenn überhaupt, dürfen solche Geräte nur außerhalb des Fahrzeugs bei abgeklemmter Batterie verwendet werden! Wenn solche Geräte überhaupt die Spur einer Wirkung erzielen wollen, dann müssen sie mit Ladespannungen von 15V und mehr arbeiten, was der Bordelektrik natürlich nicht gerade zuträglich ist. Arbeiten sie mit sehr viel geringerer Spannung, können sie schon aus diesem Grunde keine positive Wirkung entfalten. Man lasse sich also nicht allzusehr von der Werbung einwickeln...
Auch EDTA als Zugabe zum Elektrolyten ist unserer Erfahrung nach nicht in der Lage, einer sulfatierte Batterie wieder zu nennenswerter Leistungskraft zu verhelfen. Zwar haben Versuche ergeben, dass oftmals eine kurzfristige Verbesserung der Ladefähigkeit festgestellt werden konnte, jedoch verschlechtern sich andere Parameter der Batterie drastisch. So z.B. die Selbstentladung, oder die Gasungsschwelle. Ganz so einfach ist es leider nicht und es reicht daher auch kaum aus, etwas EDTA-Pulver in die Zellenkammern einzufüllen, um der Batterie wieder zu alter Frische zu verhelfen.
4. Antimonvergiftung
Den positiven Platten wird oftmals Antimon als Legierungszuschlag beigefügt, um daß Blei zu härten und formstabiler zu machen, sowie um die Zyklenfestigkeit zu verbessern. Leider wird Antimon im normalen Betrieb der Batterie durch anodisches Auflösen aus den positiven Platten herausgelöst und zu den negativen Platten befördert, wo es sich niederschlägt. An den negativen Platten erhöht sich damit entsprechend des Batteriealters die Menge des abgeschiedenen Antimons. Dieses hat nun den sehr unangenehmen Effekt, daß die Gasungsschwelle der Zellen absinkt. Üblicherweise beginnt die Gasung einer fabrikneuen 12V-Batterie erst bei Erreichen von 14,8V (bei 25°C Elektrolyt-Temperatur). Durch Antimonvergiftung der negativen Platten kann die Gasungsspannung jedoch bis auf unter14V absinken. Dabei werden große Teile der als Ladestrom zugeführten Energie nicht mehr zur Umwandlung von Bleisulfat in Blei und Bleidioxid verwendet, sondern zur Elektrolytzersetzung in Wasserstoff und Sauerstoff herangezogen. Das ist natürlich total unerwünscht, da hierbei zum einen der Elektrolytstand unnötig schnell absinkt und zweitens das Umfeld der Batterie durch Säuredämpfe verschmutzt wird und zu rosten beginnt. Außerdem dauert die Ladung der Batterie immer länger, sie erhitzt sich unnötig und die Selbstentladerate schnellt nach oben. Ab einem gewissen Punkt ist es dann nicht mehr möglich, die Batterie richtig aufzuladen. Wenn Batterien also schon beim Laden aus niedrigen Ladezuständen, bei niedrigen spezifischen Säuregewichten und sogar schon bei kleinen Ladeströmen zu gasen beginnen, so ist daß ein ziemlich sicheres Zeichen für Antimonvergiftig der negativen Platten. Dagegen ist leider kein Kraut gewachsen. Antimonvergiftung wird ebenso wie Verbleiung durch hohen Energiedurchsatz beschleunigt.
5. Gitterkorrosion Fortgeschrittene Korrosion zweier positiver (AGM-)Gitterplatten führte zur Zerstörung der Batterie. Die Plattenverbinder sind einfach zerfallen Unter Korrosion versteht man beim Bleiakku die Korrosion der Gitterträgerplatten und der metallenen Stromableiter und Zellenverbinder. Die aktiven Massen aus reinem Blei (Pb) sowie Bleidioxid (PbSO2) fallen selbst nicht unter diesen Sammelbegriff. Bild 3 (nicht vorhanden) zeigt die fortgeschrittene Korrosion an zwei positiven Gitterlatten. Man sieht, daß hier zum einen die aktive Masse aus braunem Bleidioxid quasi von selbst aus den Gittersegmenten fällt (der obere Teil wurde absichtlich entfernt, um den Zustand des darunter liegenden Gitters zu zeigen)und wie die Korrosion am Plattengitter hier zur Unterbrechung des Stromweges führte, weil die Plattenverbinder einfach komplett abgefault sind (beim Herausziehen der Plattensätze sind die Plusverbinder sofort zerstört worden, weil sie durch Korrosion zuvor schon sehr stark zerfressen waren, weshalb vier von sechs Plattensätzen noch komplett im Gehäuse stecken). Solche Defekte entstehen durch länger andauernde Überladung. Trotz der vollständigen Zerstörung des positiven Gitters befinden sich die negativen Gitter samt der negativen aktiven Massen in hervorragendem Zustand: Keine weissen Bleisulfatspuren, kein gelockertes Schwammblei. Diese Batterie war über 22 Monate in einer USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung für Computer) eingebaut, wo sie bei einer Temperatur von 35°C einer permanenten Ladespannung von exakt 13,8V ausgesetzt war. Laut Spezifikation darf die Ladespannung bei 30°C und Dauerladung (Floating) aber nur 13,5V (2,25V pro Zelle) betragen. Die gezeigten Zerstörungen sind die unvermeidliche Folge. Dies nur als Mahnung, wie stark sich schon geringe Abweichungen von Ladespannung und/oder Batterietemperatur auf die Lebensdauer von Bleiakkus auswirken. Genau dasselbe passiert einer Starterbatterie im Sommer, wenn die Ladespannung nicht der Temperatur angemessen verringert wird.
Besonders unangenehm sind zeitweilige, von der Batterielage und Temperatur abhängige Unterbrechungen, die nicht permanent auftreten. Die durch Korrosion gebrochenen Gitter und Stromableiter reiben aufeinander, ohne aber einen sicheren Kontakt zu gewährleisten. Der plötzliche Stromausfall wird vom Benutzer zwar registriert, beim Nachmessen scheint dann aber wieder alles in Ordnung zu sein. Kurz, solche Defekte sind nur schwer zu ermitteln und oft sehr nervenaufreibend.
Bei positiven Trägerplatten verursacht die Plattenkorrosion u.a. eine beachtliche Volumenzunahme der Gitterplatten und aktiven Massen, die zu Kurzschlüssen innerhalb einzelner Zellen führen können sowie in schweren Fällen zum Platzen des ganzen Batteriegehäuses mit anschließendem Austritt von Schwefelsäure. Ausbeulung durch Sulfatierung und Plattenkorrosion Die Korrosion der positiven Platten sowie der Zellenverbinder ist leider nicht völlig zu vermeiden, ist allerdings bei sorgfältig hergestellten Bleiakkus mit einer geeigneten Legierung aus Antimon/Blei oder Kalzium/Blei unter ordentlichen Betriebsbedingungen gut unter Kontrolle zu halten. Man benutzt aus Gründen der mechanischen Stabilität kein reines Blei zur Herstellung der Gitterplatten, sondern Legierungen aus Blei/Antimon bzw. Blei/Kalzium. Platten aus reinem Blei wären zu weich und würden sich gegebenenfalls bei Stößen unter ihrem eigenen Gewicht verformen. Die Legierungszusätze stabilisieren die Platten und machen sie mechanisch belastbarer. Leider führen die Legierungsbestandteile ihrerseits wieder zu negativen Effekten innerhalb der Batterie, indem sie Selbstentladung und Korrosion beschleunigen.
Eerhöhte Temperaturen durch überladen steigern die Gitterkorrosion exponentiell, weshalb mit Blick auf eine hohe Lebensdauer der Bleibatterie deren Betriebstemperatur 25°C möglichst nicht überschreiten sollte. Pro 8°C Temperaturerhöhung über 25°C hinaus, kann man mit einer Abnahme der Lebensdauer um 50% rechnen. Somit kommt ein Bleiakku bei einer Temperatur von 40°C nur noch auf 20% der normal zu erwartenden Lebensdauer.
Antimon/Blei-Legierungen neigen zudem bei hohen Säuredichten dazu, das Antimon aus den positiven Gitterplatten in Lösung geht und sich als metallischer Belag an den negativen Platten ablagert, was dort zu Problemen führt. Moderne Kalzium-Legierungen sind von dieser Problematik nicht betroffen, können aber zu anderen Problemen bei zu geringem Ladezustand und daher geringen Säuredichten führen.
6. Dendritenwachstum
Selbstgewachsene Kristalldendriten Dendriten sind winzige nadelartige Gebilde, die durch selbstorganisiertes Kristallwachsrum an der Oberfläche der aktiven Gitterplatten entstehen und in Richtung Separator wachsen. Sie können erheblich größer werden als die gezeigten Beispiele in Bild 6 (nicht vorhanden), dann durch den Separator hindurchwachsen und zu Kurzschlüssen zwischen positiven und negativen Platten führen, mindestens aber zu einer stark erhöhten Selbstentladung. Abbrechende und in den Schlammraum fallende Dendriten führen zu einem Verlust an aktiver Masse und erhöhen den unerwünschten Effekt der Abschlammung. Dendriten entstehen bevorzugt durch wiederholte Tiefentladungen und dadurch fehlende Kristalisationskeime bei der folgenden Wiederaufladung. Geringe Säuredichten führen auch generell zu erhöhtem Dendritenwachstum.
7. Säureschichtung
Spricht man von Säuredichte, dann wird schon klar, das unterschiedlich dichte Elektrolyten unterschiedliche spezifische Gewichte mitbringen. Dieser Umstand führt in einer Säurebatterie nun leider oft dazu, daß sich der Schwefelsäure-Elektrolyt mit der höchsten Säuredichte bevorzugt unten in der Batterie sammelt und der Elektrolytanteil mit eher geringerer Dichte dann obenauf schwimmt.
Was zunächst profan klingt, hat in der Praxis leider handfeste Nachteile, weil einige unerwünschte Verschleißfaktoren besonders bei zu hoher oder auch zu geringer Säuredichte verstärkt auftreten. So tritt Sulfatierung und Korrosion besonders stark bei hohen Säuredichten auf, Dendriten bilden sich bevorzugt bei niedrigen Säuredichten. Man hat bei der Untersuchung von defekten Solar-Bleibatterien nachweisen können, das die untere Plattenhälften erheblich stärker Sulfatieren als die oberen. Dies ist ein deutlicher Hinweis auf Elektrolyt- oder auch Säureschichtung. Auch werden die Plattengitter im unteren Bereich einer sehr viel stärkeren Korrosion ausgesetzt, sodaß die Platten an der Unterseite meist stärker verschleißen als in der Mitte oder oben. Diese Säureschichtung sollte daher mit Blick auf eine hohe Lebensdauer möglichst vermieden werden. Man erreicht das z.B. durch schwenken der Batterie - was sich in der Praxis durchaus als schwierig darstellt - oder auch durch absichtliches Überladen und damit verbundenes Gasen der Batterie. Durch die beim Gasen aufsteigenden Gasblasen wird die Batteriesäure quasi durchgerührt und eine Säureschichtung weitgehend aufgehoben. Es reicht aus, wenn man kurzzeitige Starkladungen im Abstand von einigen Wochen durchführt, um nachteilige Säureschichtung zu verhindern. Im KFZ-Bordnetz ist solch eine Starkladung wegen der vom Regler begrenzten Ladespannung natürlich nicht möglich, weshalb man für solche Zwecke ein externes netzgespeistes Ladegerät verwendet. Blei-Gel-Akkus ist das Phänomen der Säureschichtung aufgrund des gelartig festgelegten Elektrolyten unbekannt, das Problem tritt hier also nicht auf. AGM-Batterien mit Glasvliess als "Elektrolytbremse" sind auch nur unwesentlich von Säureschichtung betroffen, wenngleich deutlich stärker als Blei-Gel-Akkus.

Fazit
Will man seiner Starterbatterie ein langes Leben gönnen, so muß man zu allererst für einen stetig hohen Ladezustand sorgen. Je besser eine Bleibatterie geladen ist, desto geringer fällt die Sulfatierung aus und desto höher wird die Fähigkeit des Akkus sein, bei niedrigen Temperaturen hohe Ströme zu liefern. Dazu ist ein geeignetes Ladeverfahren unerlässlich, insbesondere die Einbeziehung der Akkutemperatur zur Regelung der Ladespannung ist hierbei äußerst hilfreich.
Vermeiden Sie auf jeden Fall Tiefstentladungen, z.B. durch angelassene Scheinwerfer oder ähnliches. Solche Tiefstentladungen schädigen eine Starterbatterie sehr stark und unmittelbar. Ist es dann doch ein mal passiert, warten Sie nicht ab, bis die Lichtmaschine die Batterie wieder einigermaßen geladen hat (das kann Tage und Wochen dauern), sondern schließen Sie ein Ladegerät an, welches die Batterie über Nacht auflädt. Überlassen sie eine Starterbatterie nicht längere Zeit weitgehend entladen sich selbst!
Achten Sie darauf, das kein Verbraucher in Ihrem Fahrzeug die Batterie langsam aber stetig entlädt. Messen Sie im Zweifel die Stromaufnahme im Parkzustand. Sie sollte nach Möglichkeit unterhalb 40mA liegen. Denken Sie daran, das langsam entnommene Energie einer Starterbatterie aus physikalischen Gründen auch nur langsam wieder eingeladen werden kann. Eine größere Batterie mit höherer Kapazität einzubauen hat in diesem Fall praktisch keinen Sinn, denn auch die größere Batterie würde sich im Laufe der Zeit entladen!
Vermeiden Sie hohe Batterietemperaturen und überhöhte Ladespannung! Die Gitterplatten und Zellenverbinder korrodieren exponentiell mit der Temperatur. Überhöhte Ladespannung führt ebenfalls zu verstärkter Gitterkorrosion, kann aber kurzzeitig von Nutzen sein, um schädliche Säureschichtung zu beheben.
Vermeiden Sie es, Starterbatterien zyklisch zu belasten, denn dafür sind sie nicht ausgelegt. Wenn Sie z.B. eine Standheizung in Ihrem Fahrzeug betreiben, dann liegt bereits eine zyklische Belastung der Batterie vor. Benutzen Sie besser eine zyklenfeste Zweitbatterie (z.B. eine Gel- oder AGM-Batterie) zur Versorgung der Standheizung oder des Verbrauchers, der die zyklische Last verursacht. Sorgen Sie aber wenigstens für optimale Ladebedingungen und eine möglichst große Kapazität der Starterbatterie, denn sonst ist der Ärger vorprogrammiert. Oft kann die nächstgrößere Starterbatterie schon einige Probleme vermeiden helfen. Gelbatterien sind für zyklische Belastungen noch eher geeignet, können aber nicht zum Starten des Motors verwendet werden, weshalb sie zusätzlich installiert werden müssen.
Noch besser für zyklische Lasten geeignet sind aber Nickel-Cadmium-Akkus: Sie sind in der Lage, ohne Verlust an Lebensdauer viele vollständige(!) Zyklen zu durchlaufen. So sind 2.000 Zyklen mit NiCd-Akkus leicht erreichbar, bevor deren Kapazität auf 80% abfällt. Leider ist eine spezielle Schnellladeschaltung mit 20A-Schaltnetzteil im Fahrzeug dazu unerlässlich - wenngleich wir gerade an einer praktischen Realisierung arbeiten - und NiCd-Akkus in der geforderten Kapazität von mindestens 10Ah sind deutlich teurer als Bleiakkus. Für den sicheren Betrieb von externem Fahrzeugzubehör wie Standheizungen oder umfangreichen Installationen von Hifi-Anlagen oder Computersystemen sind NiCd-Akkus absolut optimal geeignet.
Benutzen Sie generell nur hochwertiges Material! Minderwertige Batterien sind dauerhaftes Ärgerniss. Sie erreichen nicht die erwartete Leistung, sie verschleißen schneller und streiken oft völlig unmotiviert. Hochwertige Materialien und Verarbeitung kosten aber Geld. Wenn Sie hier versuchen übermäßig zu sparen, sparen Sie eindeutig am falschen Ende.

Noch eine Abhandlung:

Batterie immer möglichst vollgeladen halten, um die Ausbildung größerer Bleisulfatkristalle zu verhindern. Batterie niemals im entladenen (auch teilentladenen) Zustand stehen lassen. Auf Lager stehende, gefüllte Batterien regelmäßig kontrollieren und spätestens bei Säuredichte unter 1,20 kg/l nachladen

Die Starterbatterie
Diese Bezeichnung verdankt sie ihrem ausschließlichen Einsatzzweck: dem Starten von Motoren. Dazu muß sie jeweils für eine relativ kurze Zeit eine hohe Leistung (Strom) ohne nennenswerten Spannungseinbruch bereitstellen. Das gelingt nur bei niedrigem Innenwiderstand der Batterie, der durch große Plattenoberflächen, einem kleinen Abstand zwischen den Elektroden und reichlich dimensionierten Verbindungen zwischen den Zellen entsprechend gering gehalten wird. Im Pkw-Bereich unterscheidet man drei gängige Typen von Starterbatterien:
Die wartungsfreie Batterie, häufig auch unter der Bezeichnung VRLA = Valve Regulated Lead Acid Battery zu finden. Hier werden die beim Laden erzeugten Gase über die negative Elektrode wieder in Wasser umgewandelt. Bei diesem Batterietyp entfällt das Kontrollieren und Nachfüllen der Batteriesäure. Achtung: Bei zu starkem Laden tritt das überschüssige Gas über ein Sicherheitsventil aus. Da diese geringen Flüssigkeitsmengen nicht wieder ersetzt werden können, ist eine nachhaltige Beschädigung der Batterie möglich!
Die Naßbatterie. Sehr wartungsintensiv, da bei jeder Ladung Wasser- und Sauerstoff entweichen. Der Säurestand bedarf fortlaufender Kontrolle. Zu starkes Laden läßt die Bleiplatten korridieren, was zu einer deutlichen Reduzierung der Batterie-Lebensdauer führt. Schlimmstenfalls kann ein explosives Gasgemisch entstehen.
Die Gel-Batterie. Zyklenfest, auslaufsicher und länger lagerfähig. Das Elektrolyt ist hier in einer gelartigen Masse eingebunden mit dem Vorteil einer um den Faktor 10 geringeren Gasung als bei Naßbatterien. Durch die im Elektrolyt enthaltene Phosphorsäure wird die Zyklenfestigkeit erhöht und somit die Wiederaufladung nach Tiefentladung begünstigt.

Prüfen des Ladezustands
Die Einsatzbereitschaft einer Starterbatterie hängt wesentlich vom aktuellen Ladezustand ab. Es gibt zwei Möglichkeiten, diesen zu prüfen: über die Messung der Säuredichte oder aber über die Messung der Ruhespannung. Die Säuredichte ist das Hauptmerkmal für den Ladezustand einer Batterie. Mit dem Grad der Entladung sinkt die Säurekonzentration. Für die Messung benötigen Sie ein handelsübliches Aräometer (Hebesäuremesser). Liegt der Meßwert unter 1,20 kg/l, ist die Batterie nachzuladen. Ein Laden vor der Messung oder auch hoher Wasserverlust verfälschen das Meßergebnis.
Zur Beurteilung der Startbereitschaft einer Batterie ist ein professionelles Lade- bzw. Prüfgerät erforderlich. Hier wird durch normierte Hochstrombelastung über einen vorgegebenen Zeitraum von z. B. 30 sec. die dabei auftretende Spannungssenkung ermittelt.

Prüfen des Säurestands
Dieser sollte bei herkömmlichen Batterien regelmäßig kontrolliert und gegebenenfalls ausgeglichen werden. Zum Nachfüllen bitte nur destilliertes Wasser nach DIN 43530 verwenden, niemals Leitungswasser oder Schwefelsäure! Das Auffüllen kann bis zur angegebenen “Max.”-Markierung erfolgen. Bei Batterien ohne Säurestandsmarke sollte der Säurestand etwa 10 - 15 mm über den Separatoren liegen. Wer darüber hinaus seiner Batterie etwas Gutes tun will, fettet die Pole mit säurefreiem und säurebeständigem Polfett ein und prüft den festen Sitz der Anschlussklemmen. Diese Art von Pflege mögen auch moderne wartungsfreie Batterien.

Das Laden
Sachgerechtes Laden dankt die Batterie mit einer langen Lebensdauer. Zum Laden ist ein spezielles, auf Spannung und Ladeleistung ausgerichtetes Ladegerät erforderlich. Für jede Batterie gibt es maximal zulässige Ladeströme, die den Batteriekennblättern zu entnehmen sind. Beim Laden einer entladenen Batterie sind diese Ströme zunächst relativ hoch, müssen aber mit Erreichen des Gasungspunktes deutlich reduziert werden, um Batteriebeschädigungen zu vermeiden. Gasung bedeutet die Zerlegung des Wassers in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff. Hierzu ist das Erreichen einer bestimmten Spannung erforderlich; bei älteren Batterien ca. 13,5 Volt, bei modernen ca. 14,2 Volt, immer abhängig von der Außentemperatur.
Die meisten Ladegeräte arbeiten nach der sogenannten W-Kennlinie, d. h. mit steigender Ladespannung sinkt der Ladestrom. Daneben bietet der Markt für spezielle Anwendungen auch geregelte Ladegeräte mit I- bzw. IU-Kennlinien.
Die Höhe des Ladestroms, gemessen in Ampere, sollte zur Schonung der Batterie ein Zehntel der Batteriekapazität nicht überschreiten.
Beträgt diese z. B. 40 Ah, liegt der ideale Ladestrom bei 4 Ampere. Der Ladevorgang ist beendet, wenn alle Zellen gleichmäßig perlen und die Säuredichte nicht mehr ansteigt. Die Ladezeit kann je nach Verfahren bis zu 14 Stunden dauern.
Bei der geschilderten Normalladung wird die Batterie vollständig und schonend aufgeladen. Eine reine Notlösung sollte die Schnelladung bleiben, die Starterbatterien innerhalb kurzer Zeit auf 80 % der Nennkapazität bringt und damit startbereit macht

Peter

Verfasst am: 30.04.2008, 23:30

Hallo Wiese,

danke für Deine Antwort, ...die ist etwas umfangreich geraten und ich habe den letzten Teil noch nicht komplett gelesen, das mache ich dann morgen.
Trotzdem jetzt hier schon einmal meine neu aufgetauchten Fragen beim Lesen des ersten Teils: