Batterietechnik

1. Batterietechnik
1.1 So funktioniert eine Fahrzeug-Batterie
In einer Batterie wird Energie in Form von chemischer Energie gespeichert. 
Eine 12 Volt Batterie besteht aus 6 Zellen zu jeweils 2 Volt. In jeder Batteriezelle sind 2 Platten. Die positive Platte besteht aus Bleidioxid, die negative Platte aus Blei. Diese Platten befinden sich in einem Bad aus verdünnter Schwefelsäure.
 
1.2 Was geschieht beim Entladen?
An der negativen Platte wird Blei in Bleisulfat umgewandelt und gibt dabei 2 Elektronen ab. Diese wandern zur positiven Platte (dadurch fließt Strom) und wandeln dort Bleidioxid mit Schwefelsäure in Bleisulfat und Wasser um. Dadurch sinkt die Säurekonzentration.
Beim Laden wird durch die Energiezufuhr dieser chemische Prozess umgekehrt: An der positive Platte wird Bleisulfat in Bleidioxid umgesetzt. Dabei werden 2 Elektronen frei. Diese wandern zur negativen Platte – dort wird das Bleisulfat umgesetzt in Blei unter Freisetzung von Schwefelsäure – die Säurekonzentration steigt.
Wird die Batterie nicht vollständig geladen, bleibt ein Teil des Bleisulfats erhalten. Mit der Zeit „verkrustet“ die Bleisulfatschicht - die Batterie verliert Kapazität. Mittels spezieller Ladetechnik lässt sich eine solche Sulfatschicht teilweise wieder regenerieren.
 
1.3 Was ist die Batteriekapazität?
Sie gibt die Ladung an, die ein Akku bei Entladung mit konstantem Strom bis zum Erreichen einer vorgegebenen Spannung (Entladeschlussspannung) in bestimmter Zeit abgeben kann und wird in Amperestunden (Ah) angegeben. Die Kapazität ist nicht konstant, sondern von der Temperatur und der Höhe des Stroms abhängig. So ist die Kapazität ca. doppelt so hoch, wenn statt mit einstündigem Strom mit 20-stündigementladen wird. Angegeben wird immer eine Nennkapazität bei vorgeschriebenen Randbedingungen (z.B. 20°C Umgebungstemperatur, Entladung in 20 Stunden ).
 
1.4 Wie voll ist meine Batterie?
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über den Zusammenhang zwischen Batteriespannung, Ladezustand, Säuredichte und Gefriertemperatur. Bei Gel- und AGM Batterien können die Werte etwas abweichen. Die Spannungswerte sollten frühestens 2 Stunden nach der letzten Ladung ermittelt werden (keine Ladung oder Entladung). Die Werte gelten für eine Temperatur von ca. 20 °C.


Ladezustand
Batterie
Spannung
Gelbatterie
Spannung
AGM-Batterie
Spannung
Nassbatterie
Säuredichte
Nassbatterie
Gefriertemperatur
Nassbatterie
100 % 12,95 V > 12,80 V 12,60 V 1,26 -56,5°C
75 % 12,74 V 12,55 V 12,36 V 1,21 -31,7°C
50 % 12,54 V 12,30 V 12,10 V 1,16 -17,9°C
25 % 12,34 V 12,20 V 11,90 V 1,12 -10,8°C
0 % 12,10 V < 12,00 V 11,80 V 1,05 -7,7°C

1.5 Wie lange „lebt“ meine Batterie?
Die Lebensdauer einer Batterie wird meist in Ladezyklen gemessen. Ein Ladezyklus bedeutet: Einmal entladen, also Strom aufbrauchen, und einmal wieder aufladen. 
Eine Green Power Batterie hat bei einer maximalen Entladung von etwa 30 % ca. 1200 Ladezyklen. Wird sie immer wieder um 50 % entladen, verringert sich die Lebensdauer auf etwa 500 Ladezyklen. Bei einer noch stärkeren Entladung sinkt die Lebensdauer deutlich weiter. 
Bei klassischen Starterbatterien ist dieser Unterschied noch wesentlich größer!
Das heißt, alle Batteriehersteller geben an, dass bei einer Umgebungstemperatur von etwa 25 °C möglichst nicht mehr als 50 % der Batterieleistung entnommen werden sollten, bevor sie wieder aufgeladen wird. Im Einzelfall kann dies sicher etwas überschritten werden, im Allgemeinen sollte die Batterieleistung jedoch so geplant werden, dass maximal die Hälfte der Amperestunden (Ah) entnommen werden. Dies entspricht bei einer durchschnittlichen Nutzung des Reisemobils etwa 120 Ladezyklen im Jahr.
Noch besser ist es, die Batterie so zu kaufen, dass im Normalfall vor dem nächsten Ladevorgang nur ca. 30 % entnommen werden.
Berechne also bei der Dimensionierung deiner Batterie den Stromverbrauch aller Geräte (Beleuchtung, Wasserpumpe, TV, Sat-Anlage, Heizung/Boiler, Spannungswandler und vor allem auch alle Kleingeräte) in Abhängigkeit von der voraussichtlichen Nutzungsdauer ohne Nachladung und rechnen Sie z.B.:
(10 W x 14 h) + (5 W x 8 h) + (20 W x 2,5 h) + (50 W x 2 h) = 330 Wh / 12V = 27,5 Ah
Für eine nur 30%ige Entladetiefe würde also eine Batteriekapazität von 27,5 / 0,3 = 91,67 AH benötigt werden.
Damit hast du in etwa die für dich erforderliche Batteriekapazität, die die Grundlage für die Wahl der passenden Batteriegröße ist. In Verbindung mit dem passenden Ladegerät solltest du nun lange Freude daran haben.
 
1.6 Verwendung mehrerer Batterien im Wohnraum
Verwendest du mehrere Batterien in einer Parallelschaltung, um die Gesamtleistung zu erhöhen (die Spannung von 12 V bleibt gleich), so ist es wichtig, dass beide Batterien gleichen Typs, gleicher Leistung, gleichen Alters und idealerweise gleichen Herstellers sind. Da die Batterien dazu tendieren, sich einander anzugleichen, würde im Falle von unterschiedlichen Zuständen der genutzten Batterien die „bessere“ von der „schlechteren“ ebenfalls verschlechtert. Um dies zu vermeiden, baust du am besten zum gleichen Zeitpunkt zwei gleiche Batterien ein.
Parallelschaltung und Reihenschaltung
Parallelschaltung Reihenschaltung
Parallelschaltung von zwei 12 V-Batterien (ergibt doppelte Leistung, 12 V bleibt gleich). Sie sollten jedoch nur Batterien gleichen Typs und gleicher Leistung parallel schalten! Reihenschaltung von zwei 12 V-Batterien (ergibt 24 V, Leistung bleibt gleich). Bei LKWs ist es sinnvoll, für den Wohnbereich zwei 12 V-Batterien gleicher Leistung in Reihe zu schalten (24 V).

2. Batterietechnik: Welche Batterie ist die Richtige für mich?
2.1 Starterbatterien
Starterbatterien haben sehr dünne (1 – 1,3 mm) Bleiplatten (Gitter), die in sehr geringem Abstand zueinander angeordnet sind. So wird eine große Oberfläche erzeugt, die eine schnelle Molekülbewegung bewirkt. Dies ermöglicht eine hohe, aber kurzfristige Stromabgabe, um den Motor eines Fahrzeugs zu starten. Aufgrund der dünnen Platten ist eine Starterbatterie jedoch nicht für eine längere und stetige Stromentnahme ausgelegt.
 
2.2 Zyklenfeste Industriebatterien und Solarbatterien
„Zyklenfeste“ Industriebatterien haben erheblich dickere Platten (3 – 3,6 mm). Dies ermöglicht lang andauernde und stetige Stromentnahme und eine langjährige Nutzung, ideal für die Servicebatterie im Wohnraum eines Wohnmobils. Sie sind jedoch nicht für kurzfristige hohe Stromentnahme ausgelegt. 
Solarbatterien sind eine Sonderbauform der Blei-Säure-Batterie, die besonders auf gute Zyklierbarkeit und niedrige Selbstentladung ausgelegt sind. Sie sind nicht für Hochstromladung und Entladung geeignet. 
 
2.3 Gelbatterien
Bei Blei-Gel-Batterien ist der Elektrolyt als Gel vorhanden. Dadurch arbeitet dieser Batterietyp lageunabhängig und wartungsfrei. Die Ladeschlussspannung dieser Batterie muss unter der Gasungsspannung liegen. Blei-Gel-Batterien sind geschlossen, sie haben lediglich ein Sicherheitsventil, das bei zu hohem Innendruck aufgrund von zu hoher Ladespannung öffnet. Damit entweicht der Elektrolyt und die Batterie ist zerstört. Deshalb stellen Gelbatterien besonders hohe Anforderungen an das Ladegerät. 
Vorteile der Blei-Gel-Batterie sind die höhere Lebensdauer, eine bessere Energieeffizienz durch weniger Spannungshub, sowie bessere Entladbarkeit bei Kälte und Wartungsfreiheit. Sie haben eine Plattenstärke von ca. 2 bis 2,4 mm. Diese Batterien sollten nur mit einer hochwertigen Ladetechnik mit Spannungsregelung geladen werden, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Der im Gel eingebundenen Elektrolyt und der Plattenaufbau führen zu einer um Faktor 10 geringeren Gasung als bei Nassbatterien. Gelbatterien sind auslaufsicher und besitzen zudem eine lange Lagerfähigkeit. Die Gelbatterie ist zyklenfest im Lade-Entladebetrieb und gewährleistet auch bei mechanischen Beschädigungen eine Elektrolytdichtheit. Eine gelegentliche Tiefentladung zerstört diese Batterie nicht.
 
2.4 Green Power Batterie / AGM-Batterien
Gel- und AGM Batterien haben einen ganz ähnlichen Aufbau und viele ähnliche Vorteile.
Green Power Batterien haben ebenfalls eine Plattenstärke von 2 bis 2,4 mm. Die Säure ist in einer Art Schwamm (Glasvlies) gebunden – auch bei einer Beschädigung der Batterie kann keine Säure austreten und die Batterie kann in jeder Lage betrieben werden. Gleichzeitig stützt das Vlies die Platten gegeneinander ab und sorgt so für hohe Rüttelfestigkeit. 
Überladung kann bei Gelbatterien dazu führen, dass ein Teil des Gases sich als Wasser auf der Gelschicht absetzt, was die Leistung dauerhaft schwächer werden lässt. Bei einer AGM-Batterie kann freies Wasser immer wieder durch das Vlies in die Batterie eingebunden werden, so dass die Leistungsfähigkeit erhalten bleibt. Die Batterieplatten in Blei-Kalzium-Legierung sorgen (wie bei Gelbatterien) für niedrige Selbstentladung auch bei langen Stillstandsphasen. Bei Gelbatterien bremst das Gel allerdings den Ladungstransport, deshalb sind die Hochstromeigenschaften schlechter. Weiterhin haben AGM Batterien auch gute Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen. Damit sind sie ein guter Kompromiss, um sowohl kurzzeitig eine hohe Leistung zu erhalten und darüber hinaus auch eine lange Lebensdauer zu bieten. 
Green Power AGM Batterien sind deshalb als Service- und Solarbatterie ideal geeignet.
Sie können mit einem Wechselstromgenerator und elektronischen Ladegeräten mit maximal konstanter 15 V-Spannung für zyklische Nutzung und 13,8 V im Standby geladen werden.
 

3. Der richtige Umgang mit einer Batterie

3.1 Die neue Batterie - das richtige Ladegerät
Nach Erhalt deiner neuen Batterie lade diese mindestens 48 Stunden an einem geeigneten Ladegerät auf. Vor der Entscheidung für einen bestimmten Batterietyp solltest du prüfen, ob du ein Ladegerät besitzen, das für diesen Typ geeignet ist. 
Die heute verbreitete Ladetechnik ist die Ladung mit IUoU-Kennlinie. Das heißt, die Batterie wird zunächst mit dem Maximalstrom des Ladegerätes geladen. Mit zunehmender Ladung steigt die Batteriespannung an, beim Erreichen der Ladeschlussspannung schaltet das Ladegerät um auf Konstantspannungsladung um. Jetzt wird die Batterie für eine vordefinierte Zeit mit einer Spannung knapp unter der Gasungsspannung geladen. (Da die Batterie sich beim Laden erwärmt bzw. die Umgebungstemperatur unterschiedlich sein kann, messen hochwertige Ladegeräte während des Ladevorgangs die Batterietemperatur und stimmen die Ladespannung darauf ab). Nach der vordefinierten Zeit schaltet das Ladegerät um auf eine niedrigere Erhaltungsladungsspannung, um die Batterie nicht zu beschädigen. Die Unterschiede zwischen Ladung von Säure- und Gelbatterien liegen in der Abstimmung dieser Spannungs- und Zeitwerte. Bei Gelbatterien muss die Ladezeit bis zu diesem Punkt mindestens 12 Stunden betragen.
 
3.2 Pflege der Batterie
Eine Säurebatterie will regelmäßig auf einen gut gefüllten Wasserstand kontrolliert werden. Prüf regelmäßig den Säurestand. Wenn nötig die entsprechende Zelle mit destilliertem Wasser auffülen. Verschließ anschließend alle Deckel wieder gründlich. 
Heutzutage sind als Starterbatterien vorwiegend wartungsfreie Säurebatterien üblich. Wartungsfrei heißt hier wartungsarm! Die Zellen sind nicht mit Ventilen abgeschlossen.
Gel- und AGM-Batterien sind hermetisch geschlossen und benötigen diese Form der Pflege nicht. Allerdings müssen sie regelmäßig mit einem geeigneten Ladegerät geladen werden. Dies ist nur dann erfolgreich, wenn das Ladegerät auf die Batterie-Sorte abgestimmt ist. Ist dies der Fall und laden Sie Ihre Batterie alle acht Wochen sowie vor und nach jeder Reise mit dem Ladegerät vollständig auf, wird sie es Ihnen mit einer langen Lebensdauer danken. Wenn die Batterie angeschlossen ist, achte auf eventuelle stille Verbraucher, die dir die Batterie auch schon in wenigen Tagen oder Wochen leersaugen können. Am besten klemmest du die Batterie für längere Standzeiten ab. Dann halten sowohl Gel- als auch AGM Batterien aufgrund Ihrer niedrigen Selbstentladung lange durch.
 
3.3. Die Winterpause (bzw. lange Pausen)
Solltest du dein Fahrzeug im Winter selten oder nicht nutzen, geh wie folgt vor:
Lade die Batterie vollständig auf und klemmen sie dann ab. Du kannst sie ggf. sogar ausbauen und frostfrei lagern, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Beachte auch, dass eine nicht vollständig geladene Batterie bei Frost irreparabel kaputt geht (keine Gewährleistung). Vor deiner ersten Fahrt im Frühjahr klemmst du sie wieder an und lädst sie erneut vollständig auf. Jetzt kann es losgehen!
 
Tipps für ein langes Batterieleben
  • Beim Anschluss von mehreren Batterien muss darauf geachtet werden, dass die Batterien die gleiche Kapazität haben.
  • Beginne deine Reise stets mit einer vollgeladenen Batterie.
  • Lade die Batterie auch während Ihres Urlaubs über das Bordladegerät auf.
  • Nach Reiseende Batterie unbedingt länger als 24 Stunden über das Bordladegerät vollständig aufladen, ebenso vor längerem Stillstand.
  • Bei langen Standzeiten (z. B. Winterpause) nach dem Ladevorgang (24 h) den Pluspol abklemmen.
  • Starter und Aufbau Batterien niemals tiefentladen, schon nach einer Tiefentladung kann die Batterie zerstört sein.
  • Gelbatterien vertragen kurzzeitige Tiefentladungen. Nach einer Tiefentladung mind. 48 Stunden laden.
  • Tiefentladungen werden verursacht durch: nicht ausgeschaltete Verbraucher (auch Relais können Strom ziehen); schleichende Entladung im Milliampère-Bereich trotz ausgeschaltetem Hauptschalter z.B. elektromagnetisches Absperrventil, Schaltuhr.
4. Die Batterie funktioniert nicht richtig: Was ist die Ursache?
Eine nicht vorhandene oder geringe Leistung Ihrer Servicebatterie kann mehrere Ursachen haben:
 
4.1. Die Spannung zwischen beiden Batterie-Polen ist nur ca. 10 bis 11 Volt
Jede Zelle in der Batterie produziert etwa 2,15 V. Die meisten 12 V-Batterien haben sechs Zellen, so dass die Batterie in geladenem Zustand ca. 12,9 V haben müsste. 
Hat jetzt eine Batterie nach einer Auflagezeit von ca. 12 Stunden nur eine Spannung von ca. 10 bis 10,75 V, so ist dies ein Anzeichen dafür sein, dass eine Zelle beschädigt ist. Dieser Herstellungsfehler ist sehr selten (ca. eine von 350 Batterien) und kann überwiegend bei relativ neuen Batterien vorkommen. Bei etwas älteren Batterien tritt dieser Fehler üblicherweise nicht auf.
Was tun? Laden Sie die Batterie nach Erhalt voll auf und messe die Spannung. Ist diese bei ca. 10 bis 11 V wendest du dich umgehend an deinen Händler, der dir weiter hilft. Hierbei handelt es sich um einen Garantiefall.
 
4.2 Die Spannung zwischen beiden Batterie-Polen ist 0 Volt
Grund hierfür ist, dass in der Batterie die Verbindung zwischen zwei Zellen beschädigt ist. Dies ist bei neuen Batterien ein Herstellerfehler.
Was tun? Lade die Batterie nach Erhalt voll auf und messen Sie die Spannung. Ist diese 0 V wenden dich umgehend an deinen Händler, der dir weiter hilft. Hierbei handelt es sich um einen Garantiefall.
 
4.3 Die Batterie zeigt vollgeladen 12,5 V oder mehr an, hält aber die Spannung nur kurz
Dies ist ein sicheres Anzeichen dafür, dass die Batterie falsch behandelt wurde. 
Grund ist entweder eine oder mehrere Tiefentladung der Batterie oder die Tatsache, dass die Batterie nicht vollständig geladen wurde. Beides führt zur so genannten „Sulfatierung“ der Batterie. Dabei setzen sich Sulfat-Partikel an den Bleiplatten innerhalb der Batterie ab und behindern den Elektronenaustausch – die Batterie hat keine Spannung mehr (oder nur noch wenig). Man kann sich das wie eine Verschmutzung an einer Glasscheibe vorstellen, die immer dicker wird und damit immer weniger Sicht durch die Scheibe durchlässt.
Ist das Sulfat hart und krustig, ist die Batterie defekt und leider auch nicht mehr zu retten. Durch die falsche Behandlung ist dies kein Fall für die Garantie.
Ist das Sulfat nur sehr dünn, kann die Batterie mit einem Spezial-Ladegerät regeneriert werden. Führ dies schnellstmöglich durch, um sie soweit wie möglich zu erhalten!
Was tun? Rettung einer teilweise sulfatierten Batterie:
Eine teilweise sulfatierte Batterie kann durch mehrfaches Laden mit einem speziellen Ladegerät mit einer besonderen Impulstechnik wieder aufgearbeitet werden. Die Batterie-Kapazität kann dabei wieder um das mehrfache gesteigert werden (eigene Versuche belegen dies). 
Achtung: Diese „Rettung“ ist nicht mehr möglich, wenn die Batterie völlig tiefentladen und das Sulfat hart und verkrustet ist. 

Wie vermeiden? Stell sicher, dass deine Batterie nicht weiter als zu 30 % entleert wird und lade sie mindestens alle 4 Wochen mit einem geeigneten Ladegerät ganz voll auf.
 
4.4. Die Batterie ist ein wenig aufgebläht und funktioniert nicht (was zeigt sie genau an?)
Eine Batterie, die eine gewisse Zeit überladen wurde, kann ebenfalls so defekt sein, dass sie nicht mehr zu retten ist. Erkennbar ist dies daran, dass sie etwas aufgequollen und deformiert ist. Dies kann durch die Nutzung ungeeigneter oder defekter Ladegeräte entstehen oder auf einen defekten Laderegler des Fahrzeugs/Lichtmaschine hinweisen.
Was bedeutet dies? Durch die falsche Behandlung ist dies kein Fall für die Garantie (unabhängig vom Zeitpunkt des Kaufes).
Wie vermeiden? Stell sicher, dass das Ladegerät für den Batterietyp geeignet und auch korrekt eingestellt ist. So sollte dieser Fall nicht eintreten.
 
4.5. Ich verwende zwei Batterien im Wohnraum und die neuere verliert schnell an Leistung

Du willst mehrere Batterien in einer Parallelschaltung zusammenschalten, um die Gesamtleistung der Stromversorgung im Wohnraum Ihres Reisemobils zu erhöhen (die Spannung von 12 V bleibt gleich). Ggf. nutzt du die schon vorhandene Batterie und kaufst eine neue dazu. Innerhalb kurzer Zeit ist die Stromabgabe nicht mehr zufriedenstellend.
Was bedeutet dies? Nein, die neue Batterie ist nicht defekt, Ursache ist etwas anderes: Die Batterien tendieren dazu, sich einander anzugleichen. Leider zieht dabei immer die „Schlechtere“ die „Bessere“ auf ihr geringeres Leistungsniveau herunter. 
Wie vermeiden? Verwende immer Batterien gleichen Typs, gleicher Leistung, gleichen Alters und idealerweise gleichen Herstellers. Bau am besten zum gleichen Zeitpunkt zwei gleiche, neue Batterien ein.
 
5. Wie kann die Leistung einer Batterie gemessen werden?
 
5.1. Messung der Säuredichte
Traditionell wurde der Zustand einer Starterbatterie durch die Messung der Säuredichte mit einem Säureheber gemessen. Dies ist bei Gel- oder AGM-Batterien nicht möglich, da diese geschlossen sind.
 
5.2. Batterie-Tester
Zusätzlich kann natürlich die Spannung einer Batterie (V) nach dem Ladevorgang gemessen werden. Dies ist jedoch kein echter Maßstab für den Zustand der Batterie, da so nicht festgestellt werden kann, wie groß die Kapazität der Batterie ist. Bei einer vollen, aber alten Batterie kann die Leistungsabgabe schnell „zusammenbrechen“. Der tatsächliche Zustand einer Batterie kann jedoch mit einem gesonderten Testgerät gemessen werden, das die Dauer der Leistungsabgabe misst und diese ins Verhältnis zur Kapazität der Batterie setzt.
 
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