3 Autobatterie
Die klassische Autobatterie gibt es nicht mehr. Sie war ein typischer Bleiakku, bei dem sechs Zellen in Serie geschaltet wurden. Charakteristisch für sie war, dass man stets den Säurefüllstand und die Säuredichte kontrollieren musste. Wartungsfrei war dieser Akku also nicht. Dafür genügte eine Technologie für alle Anwendungen.
Inzwischen haben sich die Anforderungen an eine Autobatterie, genauer gesagt Starterbatterie, grundlegend geändert. Deshalb erstaunt es auch nicht, dass Starterbatterien für verschiedene Anwendungen entwickelt wurden. Für den Einsatz im Auto kommen heute mehrere Akkutypen infrage, so z. B. die Nasszelle, die Kalzium- oder die AGM-Batterie.
Bild 3.1: Autobatterien sind in zahlreichen Ausführungen erhältlich.
Mit der in unserem Auto eingebauten Starterbatterie beschäftigen wir uns nur, wenn wir sie laden wollen oder Starthilfe leisten oder benötigen. Das setzt stets voraus, dass die Starterbatterie mit der des anderen Autos oder mit dem Ladegerät richtig verbunden wird. Um die Kabel für den Plus- und Minuspol richtig anzuschließen, muss man zunächst wissen, wo sie auf der Batterie zu finden sind. Eine einheitliche Norm gibt es nicht. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wo sich der Pluspol an der Autobatterie befinden kann. Es gilt also, bei jeder Starterbatterie nach entsprechenden Beschriftungen zu suchen, bevor mit dem Anschließen begonnen wird.
Bild 3.2: Es gibt bei Bleiakkus mehrere Möglichkeiten, wo sich der Pluspol befindet.
Bild 3.3: Häufig ist die Polbezeichnung bei Autobatterien im Gehäuse eingelassen. Hier ist der Minuspol des Akkus zu erkennen.
Bild 3.4: Bei neuen Autobatterien ist der Pluspol zusätzlich auch mit einer roten »Plus-Kappe« kenntlich gemacht.
3.1 Aufbau einer Starterbatterie
In einer typischen Starterbatterie dominieren die beiden Stoffe Blei und Schwefelsäure. Die wirksame Masse der positiven Elektrode besteht aus Bleioxid (PbO2). Es wird auf elektrochemischem Weg aus Blei (Pb), Bleiglätte (PbO) und Bleioxid (Pb3O4) hergestellt.
Bei Starterbatterien ist die positive Platte meist als Gitterplatte aus Hartblei ausgeführt. Es ist mit einer Paste aus Bleioxiden bestrichen, die durch Formation in Bleioxid PbO2 umgewandelt wurden.
Der wirksame Teil der negativen Platte besteht aus schwammigem Blei, auch Schwammblei genannt. Sie ist als Kasten- oder Gitterplatte aufgebaut.
In einer Bleiakkuzelle befinden sich mehrere positive und negative Platten, die jeweils abwechselnd angeordnet sind. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, sind zwischen ihnen isolierende Platten, die Separatoren, eingebaut. Sie sind aus gewelltem oder geripptem mikroporösen Gummi oder Kunststoff hergestellt.
Der Bleiakku ist mit verdünnter Schwefelsäure H2SO4 bis etwa 10 mm über die aktiven Platten aufgefüllt. Sie ist der Elektrolyt. Unverdünnte Schwefelsäure würde reines Blei in Bleisulfat umwandeln. Die Reaktion würde bei einer Säuredichte ab 1,3 g/cm3 einsetzen. Das in den Bleiakkus verwendete Bleisulfat wird von verdünnter Schwefelsäure jedoch nicht angegriffen.
Bild 3.5: Moderne Starterbatterien müssen heute umfassende Aufgaben erfüllen. (Quelle: Hella KGaA Hueck & Co.)
Bild 3.6: Zwischen den positiven und negativen Platten sind Isolationsschichten, sogenannte Separatoren, eingebaut. Sie verhindern Kurzschlüsse.
Während die Spannung des Bordnetzes beim Pkw 12 V beträgt, liegt sie beim Lkw bei 24 V. Das lässt vermuten, dass in einem Lastwagen ein spezieller Bleiakku mit 12 Zellen verbaut ist, um diese Nennspannung zu erreichen. Tatsächlich gibt es den klassischen Lkw-Akku gar nicht. In ihm sind zwei übliche 12-V-Autobatterien verbaut. Sie sind in Serie geschaltet, um die geforderten 24 V zu erreichen. Da der Energiebedarf in einem Lkw ungleich höher sein kann als in einem Pkw, sind in ihm auch leistungsstärkere und somit größere Akkus als in Personenautos eingebaut.
Bild 3.7: In Lkws kommen zwei in Serie geschaltete 12-V-Autobatterien zum Einsatz, um die geforderte Bordspannung von 24 V zu erreichen.
3.2 Arten von Bleiakkus
Es gibt zahlreiche Arten von Bleiakkus. Sie basieren auf unterschiedlichen Technologien. Verschiedene Typen mit vergleichbaren Eigenschaften kann man unter Sammelnamen zusammenfassen. Da viele Bleiakkus herstellereigene Bezeichnungen haben, weiß man oft nicht, auf welcher Technologie ein Bleiakku exakt basiert.
Mitunter haben sich bei Bleiakkus auch Bezeichnungen etabliert, die als Basis die chemischen Abkürzungen der bei den Elektroden verwendeten Materialien heranziehen. An dieser Stelle werden Bleiakkus anhand dieser Bezeichnungsart vorgestellt.
Sb/Sb
Mit Sb/Sb werden Bleiakkus mit Blei-Antimon-Legierung bezeichnet. Sie sind wartungsintensiv, da bei ihnen häufig destilliertes Wasser nachzufüllen ist.
Sb+/Sb-
Sb+/Sb- ist die Kurzbezeichnung des sogenannten Low-Antimon-Akkus. Er ist ebenfalls wartungsintensiv und erfordert häufiges Nachfüllen von destilliertem Wasser. Dieser Akkutyp zeigt auch deutliche Schwächen beim Einsatz bei kalten Temperaturen. Früher kam der Low-Antimon-Bleiakku häufig als Starterbatterie zum Einsatz. Damals schätzte man seine hohe Zyklenfestigkeit.
Sb+/Ca-
Dieser Bleiakku setzt beim Pluspol auf eine Antimon-, am Minuspol auf eine Kalzium-Legierung. Er ist deutlich wartungsfreundlicher und erfordert nur gelegentlich das Nachfüllen von destilliertem Wasser.
Ca+/Ag-
Beim Kalzium-Silber-Bleiakku wird Silber als Legierungszusatz bei den Gitterplatten verwendet. Es hilft, die Korrosionsbeständigkeit zu steigern. Dieser Akku erfordert eine etwas höhere Ladespannung im Vergleich zu anderen Bleiakkus. Sie liegt bei einer 12-V-Batterie bei 14,4–14,8 V.
Ca+/Ca-
Hinter dieser Bezeichnung verbirgt sich die heute in rund 90 % der Neufahrzeuge verbaute Kalzium-Starterbatterie.
3.2.1 AGM- und EFB-Akkus
AGM(Absorbent Glass Matt)-Batterien sind auch als Trockenbatterien bekannt. Sie stellen die jüngste Entwicklung in der Sparte der Blei-Säure-Batterien dar.
Bei diesem Bleiakkumulatortyp ist die Batteriesäure anstatt in Wasser oder in Gel in einem Mikroglasfaservlies u. a. mithilfe von Kieselsäure gebunden. Somit befindet sich in diesem Typ von Autobatterien keine Flüssigkeit. Damit sind diese Akkus auslaufsicher, wartungsfrei und verfügen über eine hohe Rüttelfestigkeit, weshalb sie nicht nur in Autos, sondern auch in Booten und Motorrädern zum Einsatz kommen.
AGM-Akkus zeichnen sich durch eine bis zu dreifache Zyklenfestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Starterbatterien aus. Dank des sehr geringen Innenwiderstands erlauben sie höchste Startleistungen. Das empfiehlt sie auch für leistungsstarke Car-Hi-Fi-Anwendungen. Der geringe Innenwiderstand sorgt für eine geringe Selbstentladung. Außerdem zeichnet sich der AGM-Akku durch Unempfindlichkeit gegenüber Tiefentladung und gute Kaltstarteigenschaften aus. Im Vergleich zu einer Standardautobatterie kann der AGM-Akku bei gleicher Kapazität etwa den doppelten Kaltstartstrom liefern.
Der AGM-Akku ist temperaturempfindlich. Hitzeprobleme treten ab etwa 53 °C auf, wobei die Temperaturbeständigkeit von Hersteller zu Hersteller etwas variiert. Um den AGM-Akku vor übermäßiger Erwärmung zu schützen, ist er meist im Innenraum, z. B. unter der Sitzbank im Fond der Fahrgastzelle, oder im Kofferraum verbaut. Man kann die AGM-Batterie sogar um bis zu 90° geneigt montieren – sie sie absolut auslaufsicher. Selbst bei Unfällen mit Überschlag hält sie dicht.
Die Ladeschlussspannung liegt bei etwa 14,2–14,4 V. Wird an den AGM-Akku eine zu hohe Ladespannung angelegt, steigt der Druck im Inneren aufgrund zu heftigen Gasens. Der Druck wird über Sicherheitsventile abgeleitet.
AGM-Batterien eignen sich ausgezeichnet als Starterbatterie. Als Traktionsbatterien, zum Antrieb von Elektrofahrzeugen, sind sie nur bedingt geeignet.
Längst nicht alle Autobatteriehersteller versehen ihre AGM-Akkus mit einer eindeutigen Bezeichnung. Damit bleibt immer wieder im Dunkeln, auf welcher Technologie ein bestimmter Akku tatsächlich basiert.
Bild 3.8: Aufbau eines AGM-Akkus (Quelle: obs/Johnson Controls Power Solutions EMEA)
Bild 3.9: AGM-Batterie für den Einsatz in Motorrädern
Bild 3.10: AGM-Autobatterie. (Quelle: obs/Johnson Controls Batterien GmbH & Co. KG)
AGM für Start-Stopp-Fahrzeuge
Man rechnet damit, dass 2015 bereits mehr als 70 % aller Neuwagen mit einer Motor-Start-Stopp-Funktion ausgestattet sein werden. Mit dieser Technologie wird zwar eine nachhaltige Verbrauchseinsparung erzielt, andererseits ist das ständige Neustarten des Motors eine Herausforderung, der klassische Standardautobatterien nicht gewachsen sind. In diesem schnell an Bedeutung gewinnenden Segment ist der AGM-Akku dann die richtige Wahl, wenn er in Fahrzeugen mit Energierückgewinnung zum Einsatz kommt. Das ist derzeit in Fahrzeugen ab der Mittelklasse bei...
