Starterbatterie

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

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

Eine Batterie, die als Energiequelle für den Antrieb eines Elektrofahrzeugs dient, wird dagegen eher als Traktionsbatterie bezeichnet. Beim Hybridantrieb können entweder eine einzige oder mehrere Batterien im Einsatz sein.

Inhaltsverzeichnis

Anforderungen

Kraftfahrzeuge

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

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

Pkw- und Lkw-Starterbatterien unterscheiden sich in ihrer Kapazität und damit auch in Gewicht und Abmessungen. Außerdem beträgt bei Lkw die Spannung meist 24 statt 12 Volt.

Flugzeuge

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

Aufbau

Starterbatterien sind Reihenschaltungen von Bleiakkumulator-Zellen, die jeweils eine Nennspannung von 2,12 Volt aufweisen. Um eine Nennspannung von 6 Volt bzw. 12 Volt zu erreichen, bedarf es daher der Reihenschaltung von drei bzw. sechs solcher Zellen zu einer Batterie. Batterien mit 24 Volt sind höchstens für Lastwagen nötig und können bei Bedarf durch Reihenschaltung von zwei (baugleichen) 12-Volt-Batterien realisiert werden.

Bleistarterbatterien lassen sich in Flüssig-, Vlies- und Gelbatterien unterteilen.

Probleme und Behandlungsmöglichkeiten

Säure und Schwermetall

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

Temperaturabhängigkeit

Je tiefer die Starterbatterie abgekühlt ist, desto geringer ist ihre Kapazität. Im Handel werden verschiedene Systeme angeboten, um die Abkühlung zu verhindern oder eine Erwärmung zu ermöglichen. Vor Eintritt des Winters sollte die Starterbatterie überprüft werden, ob die Kapazität noch für das Starten bei tiefen Minusgraden ausreicht. Wird auf die Überprüfung verzichtet, wird das Ende der Lebensdauer einer Batterie meist im Winter erreicht, weil der Kapazitätsverlust durch Kälte beträchtlich ist und alten, schwachen Batterien, deren Kapazität im Sommer noch für den Start gereicht hat, die Energie fehlt, einen längeren Kaltstart durchzustehen. Bei minus 18 Grad steht nur noch etwa die Hälfte der normalen Kapazität zur Verfügung. Gleichzeitig ist aber durch die Kälte das Motorenöl besonders zäh und der Startvorgang ist deutlich schwieriger. Bei Extremtemperaturen wird daher manchmal die Batterie ausgebaut und über Nacht oder bei längerem Stillstand in einen beheizten Raum mitgenommen.

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 Kurzschluss einer oder mehrerer Zellen. Man bezeichnet den Akku dann auch als „zusammengerutscht“. Ein Defekt kann auch plötzlich entstehen, wenn eine bereits verschlammte Batterie 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 der Batterie. Ursächlich waren die bis in die 1970er Jahre gebräuchlichen elektromechanischen Laderegler, deren mangelhafte Spannungsregelung oder ein ungeregeltes oder zu starkes Ladegerät. Beim Laden wird zunächst das gesamte Bleisulfat wieder in Blei und Bleidioxid umgesetzt. Bei Überschreitung der Ladeendspannung fließt der Ladestrom weiter, dabei wird das Blei des Gitters angegriffen. Dabei wird neben der Knallgasbildung das Gitter größer und die Festigkeit der eingepressten Stoffe lässt nach.

Ladespannung und „Gasen“

Die Ladespannung sollte bei einer Temperatur von 15 bis 25 °C im Bereich von 13,8 bis 14,4 Volt liegen. Der Ladestrom sollte idealerweise ein Zehntel des Wertes der Batteriekapazität dividiert durch die Einheit „Stunden“ betragen (z. B. 4 A bei einer Batterie mit einer Kapazität von 40 Ah) und bei Schnellladung ein Drittel des Wertes der Kapazität nicht übersteigen. Liegt die Ladespannung über 2,4 Volt pro Zelle (bei 12-Volt-Batterien sind das insgesamt max. 14,4 Volt), beginnt die Gitterkorrosion, die sich durch „Gasen“ bemerkbar macht. Das ist auch der Grund dafür, dass die Batterie zumindest nicht bis zur Vollladung mit hohen Strömen geladen werden soll. Ein Schnellladegerät kann eine entladene Bleibatterie sehr schnell aufladen, allerdings nur bis zu ca. 70 %, dann sollte mit geringen Ladeströmen weitergeladen werden, um Gitterkorrosion zu vermeiden.

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

Flüssigkeitsstand, Sauberkeit

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

Zu geringe Ladung

Weitaus häufiger als diese Fehler ist die zu geringe Ladung der Batterie. Auch bei Nichtbenutzung entlädt sich die Batterie ständig in geringem Maß selbst. Ist sie in ein Fahrzeug eingebaut, steht fast die gesamte Elektroanlage des Fahrzeuges unter Spannung und irgendwo gibt es immer kleine Verbraucher (Uhr, Alarmanlage) bzw. Kriechströme, die zusätzlich zur Entladung führen.

Standschaden

Wird ein Fahrzeug längere Zeit nicht benutzt, ist ein Standschaden durch eine selbstentladene Batterie möglich. Dabei wird an beiden Platten Bleisulfat gebildet. Zunächst erscheint es, wie die Ausgangsstoffe, in pulverförmigem Zustand, es sind jedoch winzige Kristalle. Diese haben eine große Oberfläche, die beim Laden eine schnelle Reaktion ermöglicht. Sie haben aber die unangenehme Eigenschaft, dass sie zusammenwachsen. Wenn die Batterie längere Zeit mit geringer Spannung ruht, bilden sich große und harte Kristalle. Diese haben einerseits eine vergleichsweise geringe Oberfläche, was gleichbedeutend mit geringerer Kapazität ist, und sind andererseits fast nicht mehr durch Ladung zu zerstören. Das bedeutet einen größeren Verlust an Kapazität. Man spricht in diesem Fall von „grobkristalliner Sulfatierung“. Sie führt schließlich zum Totalausfall der Batterie. Auf eine immer gut geladene Batterie sollte also Wert gelegt werden. Insbesondere bei saisonal benutzten Fahrzeugen wie Zweirädern, Wohnmobilen, Motorbooten, Snowmobilen usw. sind nach längerer Nichtbenutzung die Probleme schon sicher vorhersehbar. [1]

Der Fachhandel lehnt in der Regel eine Gewährleistung oder Garantieleistung für „versulfatierte Batterien“ ab, was meist bei den Kunden Unverständnis hervorruft. Meist wird schon von vornherein die Garantie oder die Gewährleistung auf ein Jahr, bzw. auf eine Saison (nicht über den Winter) gekürzt. Im Handel gibt es verschiedene Geräte, die eine grobkristalline Sulfatierung verhindern sollen. Meist wird ein Kondensator mit großer Kapazität wiederholt aufgeladen, der bei Entladung einen starken Stromstoß abgibt. Weil das mehrmals in der Minute geschieht, soll ein – wenn auch sehr geringer – Ladestrom das Zusammenwachsen der Kristalle verhindern.

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


Wartung, Pflege und Prüfung

  • Vor dem Winter sollte eine Kontrolle des Flüssigkeitsstandes (bzw. Elektrolyten) stattfinden. Ist er zu tief, muss die Batterie mit demineralisiertem Wasser bis zur Markierung aufgefüllt werden. In den letzten Jahren haben sich wartungsfreie Batterien durchgesetzt, deren Zellen nicht mehr zu öffnen sind und deren Elektrolyt somit auch nicht nachgefüllt werden kann. Diese Batterien sind so konstruiert, dass die Zersetzung des Elektrolyten in Wasserstoff und Sauerstoff minimiert wird. Unreines Wasser, dazu zählt in diesem Fall auch Leitungs- und Mineralwasser, würde die Batterie innerhalb kurzer Zeit unbrauchbar machen (Korrosion der Elektroden). Schlecht arbeitende Spannungsregler der Lichtmaschine begünstigen die Zersetzung des Wassers und erfordern einen höheren Wartungsaufwand der Batterie.
  • Überprüfung des Reglers durch eine Fachwerkstatt auf Ladespannung und Ladestrom. Die Ladespannung muss mindestens 13,8 Volt betragen und soll 14,4 Volt nicht überschreiten. Bei zu hoher Ladespannung verlieren auch an sich wartungsfreie Batterien schnell zu viel Wasser, was sich negativ auf ihre Lebensdauer auswirkt. Liegt die Spannung darunter, wird die Batterie eventuell nicht komplett geladen, was folgende Startvorgänge erschwert und ihre Lebensdauer verkürzt.
  • Batterieladegeräte sollten im oberen Ladebereich mit ca. 14,4 Volt arbeiten und der Ladestrom sollte bei ungeregelten Ladegeräten höchstens ein Zehntel der Kapazität der Batterie betragen. Bei tief entladener Batterie ist bis ca. 70 % der Vollladung eine Schnellladung mit hohen Strömen möglich, doch darf auch dabei die Spannung nicht über 14,4 Volt betragen.
  • Nach dem Laden sollte die Batterie geprüft werden. Dabei ist zu beachten, welche Dichte diese Batterie bei Vollladung hat. Im Handel werden verschiedene Systeme angeboten. So kann die Säuredichte mittels Aräometer (auch Spindel oder Säureheber genannt) bestimmt werden, alternativ mittels Refraktometer.
Säuredichte Ungefährer Ladezustand
1,28 g/cm³ 100 %
1,26 g/cm³ 90 %
1,20 g/cm³ 50 %
1,12 g/cm³ 0 %

Als Beispiel sei hier die häufigste Dichte von 1,28 g/cm³ bei Vollladung angenommen: Bei vollständiger Entladung ist die Dichte auf 1,12 g/cm³ abgesunken, bei 1,20 g/cm³ ist sie nur noch halb geladen. Wer mit einem solchen Aräometer arbeitet, erhält einen guten Überblick über den Ladezustand, muss aber die Zellen öffnen und eine Probe des Elektrolyten ansaugen. Das ist nur bei ausreichender Erfahrung zu empfehlen.

Klemmspannung Ungefährer Ladezustand
12,65 V 100 %
12,45 V 75 %
12,24 V 50 %
12,06 V 25 %
11,89 V 0 %

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

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

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

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

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

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

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

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

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

MF-Batterien

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

Eine versiegelte MF-Batterie hat keinen Entlüftungsschlauch, weil bei richtiger Ladung nur Sauerstoff entsteht (im Gegensatz zu herkömmlichen Batterien, die auch Wasserstoff freisetzen). Dieser reagiert an der Minusplatte mit dem dort gebundenen Wasserstoff und verwandelt sich wieder in Wasser. So bleibt der Flüssigkeitsstand der Batterie stets konstant. Bei Überladung kann jedoch auch Wasserstoff entstehen.

Vorteil dieses Prinzips ist die bessere Ausnutzung des Raums, denn es wird kein Sicherheitspolster (»Ausdehnungsvolumen«) benötigt. Eine MF-Batterie ist kleiner und leichter. Zur Sicherheit ist ein Ventil eingebaut, das bei Überdruck öffnet und bei Erreichen des Normaldrucks wieder schließt. Zusätzlich befindet sich unter dem Deckel auf dem Sicherheitsventil ein Keramikfilter, der als Schutz gegen Entzündung oder Explosion dient.

Sicherheitshinweise

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

Abkürzungen und Begriffe

Startstrom, CA

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

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

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

Kaltstartstrom, CCA

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

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

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

Beispiel:

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

Der Kaltstartstom wird auch als Kälteprüfstrom bezeichnet.

Warmstartstrom, HCA

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

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

Reservekapazität, RCM / RC

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

Batteriegröße, BCI und Gewicht

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

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

Nennspannung

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

Kapazität

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

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

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

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

mit:

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

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

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

Beispiele für die Kapazität von Starterbatterien

  • Motorroller 50 cm³: 6 Ah (12/6 V)
  • Motorrad: 6 bis 19 Ah (12/6 V)
  • Kleinwagen: 36 Ah (12 V)
  • Pkw (Kompaktklasse): 50 Ah (12 V)
  • Pkw (Mittelklasse): 70 Ah (12 V)
  • Pkw (Oberklasse): 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

Die benötigte Kapazität richtet sich sowohl nach dem Hubraum als auch nach der Art des Motors. Dieselmotoren benötigen aufgrund ihrer höheren Kompression generell einen höheren Anlasserstrom als vergleichbar große Benzin- oder Gasmotoren. Auch starke elektrische Verbraucher beeinflussen die erforderliche Kapazität, da die Starterbatterie bei niedriger Lichtmaschinendrehzahl und hohem Verbrauch als Puffer dient. Einige Fahrzeughersteller liefern daher Fahrzeuge mit Klimaanlage serienmäßig mit einer stärkeren Starterbatterie aus.

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

Rücknahmeverordnung für Starterbatterien in Deutschland

In der Verordnung über die Rücknahme und Entsorgung gebrauchter Batterien und Akkumulatoren, kurz Batterieverordnung (BattV), ist im Paragraphen 6 festgelegt, dass Vertreiber von Starterbatterien, die diese an Endverbraucher abgeben, verpflichtet sind, ein Pfand in Höhe von 7,50 Euro einschließlich Umsatzsteuer zu erheben, wenn beim Kauf keine Altbatterie zurückgegeben wird (Stand: 1. Dezember 2010).

Bereits verbaute Batterien, beispielsweise in Neuwagen, unterliegen dieser Pfandverordnung nicht.

Umwelt

Nach dem Basler Übereinkommen wird eine gebrauchte Autobatterie als gefährlicher Abfall betrachtet[2]. Eine Gefahr für Gesundheit und Umwelt ist das Recycling solcher alten Batterien in Entwicklungsländern, bei der Blei von Hand wiedergewonnen wird[3].

Siehe auch

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

 Commons: Starterbatterien – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. Zitat aus dvddemystifiziert:Ladesystem des Fahrzeugs
  2. basel.int: A1160 – Waste lead-acid batteries, whole or crushed
  3. spiegel.de: Top Ten der Umweltsünden: Was die Welt belastet (22. Oktober 2008)

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