Batterie (Akkumulator): Tipps zu Check und Wartung | ||||||||||||
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ulf 23-06-2011, 16:58 | ||||||||||||
Keine Autobatterie ist völlig verschleißfrei. Daher wird jede Batterie früher oder später so schwach, dass ihre Leistung nicht mehr für einen sicheren Motorstart ausreicht, selbst wenn sie immer unter optimalen Bedingungen betrieben wird.
Wie lange es bis zu diesem Stadium dauert, liegt zu großen Teilen in der Hand des Fahrzeugbenutzers. Werden die folgenden Hinweise beachtet, dann wird es die Batterie mit einer langen Betriebsdauer (im Rahmen ihrer konstruktionsbedingten Qualität) danken. Die elektrochemischen Vorgänge in einer Bleibatterie sind einigermaßen komplex und sollen hier nur im Rahmen des praktischen Umganges mit Autobatterien gestreift werden. Eine gute Darstellung der Details findet sich z.B. unter http://www.microcharge.de/index.php?option=com_content&view=article&id=51&Itemid=56 Merkmale der Autobatterie (Starterbatterie) Beim winterlichen Kaltstart eines intakten TDI muß die Batterie Belastungen in der Größenordnung von etwa 5 Sekunden Vorglühen mit 60 Ampere und 2 Sekunden Anlassen mit 300 Ampere verkraften. Aufsummiert ergibt dieses Beispiel ca. 900 Amperesekunden bzw. 0,25 Amperestunden, also etwa 0,3% der Nominalkapazität einer 80 Ah-Batterie. Der Knackpunkt beim Anlassen ist also nicht die Kapazität, sondern ein niedriger Innenwiderstand der Batterie. Nur dieser ermöglicht es, den Anlasser mit Hunderten Ampere zu speisen, ohne dass die Batteriespannung dabei so tief einbricht, dass der Motor mangels Drehzahl nicht anspringt! Das Maß für den Innenwiderstand in den üblichen Batteriedaten ist der Kälteprüfstrom. Beim Entladen entsteht an (und in) den Batterieplatten Bleisulfat, das eine isolierende Schicht bildet und so den Stromfluß hemmt. Daher liefern teilgeladene Batterien weniger Anlasserstrom als vollgeladene. Beim Wiederaufladen wird das Bleisulfat normalerweise wieder in Blei (negative Platte) bzw. Bleidioxid (positive Platte) umgewandelt. Bleisulfat neigt jedoch zur Bildung von Körnern, die umso größer werden, je tiefer die Batterie entladen wird und je länger sie entladen bleibt. Ab einer bestimmten Größe werden diese Körner beim Wiederaufladen nicht mehr in Blei bzw. Bleidioxid umgewandelt, sondern bilden elektrisch toten Ballast in den Batteriezellen. Der so entstandene Kapazitätsverlust ist u.a. daran erkennbar, dass die Säuredichte auch nach langen Ladezeiten nicht mehr den Maximalwert einer neuwertigen Batterie (1,28 kg/l) erreicht. Die Körnerschicht auf den Batterieplatten behindert dann ständig den Stromfluß beim Auf- und Entladen: der Innenwiderstand steigt, die Startleistung sinkt, und die Batterie lässt sich langsamer aufladen als eine neuwertige Batterie. Derart vorgeschädigte Batterien werden als (teil)sulfatiert bezeichnet. Und genau dort liegt der Schwachpunkt der auf kurze, hohe Entladeströme spezialisierten Starterbatterien: sie sind ziemlich empfindlich gegenüber Tiefentladungen (etwa durch lange eingeschaltetes Standlicht, heimliche Stromfresser durch defekte Elektroniken usw.) und quittieren solche Behandlungen mit Sulfatation. Beispiel: Parklicht mit insgesamt nur 10 Watt (2 Lampen à 5 Watt) belastet die Batterie mit ca. 0,8 Ampere, aber nach einer Nacht mit 12 Stunden Parklicht sind über 10 Ah verbraucht, entsprechend etwa 13 % der Nominalkapazität einer 80 Ah-Batterie oder ungefähr 45 Winter-Kaltstarts! Moderne Batterien sind zwar bis ca. 20% Entladetiefe "zyklenfest"; daher wird eine vollgeladene(!) 80 Ah-Batterie durch 1 Nacht mit Parklicht nicht vorgeschädigt. Bei 12 Stunden Standlicht (6 Lampen à 5 Watt = 2,5 Ampere) mit einem Verbauch von ca. 30 Ah oder 2 Nächten Parklicht (ca. 20 Ah) wird aber selbst eine 80Ah-Batterie weiter entladen als die besagten zyklenfesten 20%, und eine beginnende Dauer-Sulfatation kann nicht mehr ausgeschlossen werden. Übliche Starterbatterien verlieren durch Selbstentladung pro Tag etwa 1% ihrer Kapazität, d.h. eine voll geladene neuwertige Batterie ist nach etwa 3 Monaten Standzeit ohne Wartung praktisch entladen - und dann schon zu einem beträchtlichen Teil sulfatiert! Batterien sulfatieren auch, wenn sie überwiegend mit zu geringer Spannung geladen werden und daher ständig ein Teil ihrer Kapazität brachliegt. Dabei bleibt ein entsprechender Anteil der Batteriesäure immer in Bleisulfat gebunden, das auch nicht mehr abgebaut wird, wenn irgendwann mit optimaler Spannung geladen wird (siehe oben). Zusätzlich zur Sulfatproblematik werden bei tiefen Entladungen (z.B. vergessenes Licht, Musikhören bis die Anlage wegen Spannungsmangel abschaltet . . .) Teile der "elektrisch aktiven Masse" aus den Platten herausgedrückt, die in den Schlammraum der Zellen fallen und damit für die Energiespeicherung ebenfalls unwiderruflich verloren sind. Überladungen (durch defekte Regler oder schlecht angepasste Temperaturkompensationen, siehe unten) bekommen der Batterie ebenfalls schlecht. Bei zu hoher Spannung beginnen die Zellen zu gasen, d.h. Wasser wird chemisch zersetzt und geht verloren, der Säurestand sinkt. Das ließe sich zwar durch Nachfüllen von destilliertem Wasser ausgleichen, aber die in den Platten entstehenden Gasblasen können wiederum aktive Masse herausdrücken und so die Kapazität verringern (vgl. oben). Zusätzlich wird die Korrosion an den positiven Batterieplatten stark beschleunigt, welche sich bei längerer Überladung regelrecht auflösen können. Aus gasenden Batterien entweicht übrigens Wasserstoff und Sauerstoff, also Knallgas -> Explosionsgefahr! Zu hohe und zu niedrige Ladespannungen unterscheiden sich nur durch wenige Zehntel Volt, und beides verkürzt die Lebensdauer der Batterie durch die o.a. Wirkungen ganz erheblich. Die optimale Ladespannung beträgt bei Raumtemperatur etwa 2,4 Volt pro Zelle, also 14,4 Volt bei einem 12 V-Bordnetz. Diese Spannung sinkt allerdings mit der Temperatur der Batteriesäure, d.h. im Winter sind 14,4 V zu wenig für eine volle Ladung, und im Hochsommer wird die Batterie damit schon überladen! Aus diesem Grund haben die meisten Lichtmaschinenregler eine interne Temperaturkompensation, welche die abgegebene Spannung entsprechend korrigiert. Allerdings wird dabei grundsätzlich nicht die (eigentlich maßgebende) Batterietemperatur ausgewertet, sondern die Temperatur des Reglers selbst, welche sich je nach Situation deutlich von der Batterietemperatur unterscheiden kann (etwa wenn die Motorwärme in die LiMa hineinkriecht). Auch die Kabel zwischen LiMa und Batterie können Probleme machen: Ihr Widerstand verursacht bei fließendem Strom Spannungsverluste, d.h. an der Batterie kommt weniger Spannung an, als die LiMa abgibt. Um trotzdem eine ungefähre 100%-Ladung der Batterie zu erreichen, liefern viele LiMa-Regler eine eigentlich etwas zu hohe Spannung. Was brauchen Starterbatterien? Das elektrische Paradies für Starterbatterien umfasst hauptsächlich eine starke LiMa mit sehr präziser Temperaturkompensation des Reglers, minimale Widerstände bzw. verschwenderische Kabelquerschnitte zwischen LiMa und Batterie, keine Stromentnahme bei stehendem Motor, und ein Ladeerhaltungsgerät, das die Selbstentladung ausgleicht. Je näher man diesem Ideal in der Praxis kommt, umso länger wird eine Starterbatterie halten. Im einzelnen: 1. Bei stehendem Motor alle elektrischen Verbraucher abschalten. 2. Das Bordnetz regelmäßig auf heimliche Verbraucher bzw. Kriechströme überprüfen, indem man man eine Batterieklemme löst und ein Strommeßgerät (Multimeter) zwischen die Klemme und den Batteriepol hält. Durch die Unterbrechung der Spannung und das Wiedereinschalten können elektronische Steuergeräte vorübergehend in den Betriebsmodus statt Standby schalten. Sinkt der Strom nicht innerhalb weniger Minuten wieder auf unkritische Werte ab (ggf. nach Ein- und Ausschalten der Zündung während der Messung), so empfiehlt sich das einzelne Ziehen aller Sicherungen mit Dauerspannung, um den Verbraucher einzukreisen. Hat man den heimlichen Stromfresser identifiziert, so sollte man sich nach dem normalen Verhalten der entsprechenden STGe erkundigen und ggf. defekte STGe austauschen. Ständige Verbraucher, die in der Summe die Größenordnung der Batterie-Selbstentladung von etwa 30 mA nicht übersteigen (Alarmanlagen o.ä.), sind hinsichtlich längerer Standzeiten praktisch unkritisch. Allerdings steigt der Ruhestrom grundsätzlich mit der Ausstattung der Fahrzeuge: mittlerweile sind Werte um 100 mA keine Seltenheit mehr, ohne daß ein Defekt vorliegen muß. Solche Größenordnungen können schon nach wenigen Tagen Standzeit zu Entladungen unter 80% Restkapazität führen, was wie oben dargestellt auch bei modernen Batterien eine beginnende Dauersulfatierung bedeuten kann. Die Zeit in Tagen bis zum Unterschreiten von 80% Restladung (bei vollgeladener Batterie!) läßt sich mit der Faustformel Tage = Kapazität * 8 / Ruhestrom (mit Kapazität in Ah, Dauer-Ruhestrom in mA) abschätzen. Das führt zum nächsten Punkt: 3. Sind längere Standzeiten des Fahrzeuges absehbar, so sollte man zur Vermeidung von Dauersulfatierungen die Batterie abklemmen, und über 3 Wochen Standzeit (möglichst bald nach der letzten Fahrt) an ein Ladeerhaltungsgerät anschließen. 4. Die Ladespannung bei laufendem Motor prüfen, am besten mit einem eingebauten Voltmeter, ansonsten regelmäßig mit einem gut auflösenden Multimeter direkt an den Batteriepolen. TDI-LiMas liefern allgemein schon im Motorleerlauf genug Strom, um selbst nach einem Winter-Kaltstart noch während der Nachglühphase die Bordspannung auf etwa 14,5 Volt zu heben und die Batterie schnellstmöglich wieder aufzuladen. Eine evtl. Vollauslastung der LiMa zeigt sich am ehesten im Bereich der Leerlaufdrehzahl durch eine Spannung um 14 Volt oder weniger, die sofort deutlich ansteigt, wenn die Motordrehzahl nur wenig erhöht wird, oder stärkere Verbraucher wie Heckscheiben- oder Sitzheizungen, Heizgebläse u.ä. abgeschaltet werden. Ansonsten darf die Ladespannung nicht deutlich mit der Belastung des Bordnetzes schwanken! Ausnahme: Regler neuerer LiMas haben eine weiche Lastausregelung, die harte Sprünge im Antriebsdrehmoment der LiMa vermeidet. Das ergibt beim Zuschalten starker Verbraucher kurze Spannungseinbrüche (ca. 1 sec), die keinen Defekt darstellen. Schwankt die Ladespannung zu stark, so sollte man die Spannung direkt an der LiMa messen. Schwankt sie dort auch (stärker als bei Vergleichsfahrzeugen), so ist wahrscheinlich die LiMa bzw. ihr Regler defekt, die Schleifkohlen verschlissen o.ä. Ist die Spannung an der LiMa OK, dann liegt der Fehler zwischen LiMa und Batterie, was zum folgendem Punkt führt. 5. Die Kabelverluste so gering wie möglich halten Die Verbindungen zwischen LiMa und Batterie (auch Massekabel!) sollte man nicht vergammeln lassen, sondern z.B. mit säurefreiem Öl / Fett vor Korrosion schützen, den festen Sitz von Steckern kontrollieren, und Schrauben ggf. nachziehen. Bei Arbeiten im Motorraum sollte man bruchfördernde scharfe Knicke der Kabel vermeiden. Routinierte Bastler können schwachbrüstige Kabel durch stärkere Querschnitte ersetzen (Faustregel: der Querschnitt in mm² sollte mindestens 10fach größer sein als die Länge in m). Dabei auf fest sitzende Schraub- bzw. Crimpverbindungen achten! Bei Gebrauchtwagen sollten Lade- und Massekabel mit deutlich korrodierten Anschlüssen / Crimpverbindungen zwischen LiMa und Batterie durch Neuteile ersetzt werden, deren Crimpverbindungen man am besten gleich konserviert, um die Korrosion soweit wie möglich zu bremsen (siehe oben). Gleiches gilt übrigens auch für Anlasserkabel, wo aufgrund der hohen Ströme bereits minimale Übergangswiderstände erhebliche Leistungsverluste bedeuten und so die Batterie unnötig belasten (ein Teil der von der Batterie gelieferten Energie bleibt nutzlos im Kabel hängen; der Anlasserstrom wird zwar verringert, aber durch die niedrigere Drehzahl muß oft länger georgelt werden). Solche Schwachstellen lassen sich bei schlecht anspringenden Motoren schon nach einem Startversuch von 5 bis 10 Sekunden durch warme oder heiße Bereiche im Kabelverlauf erkennen. Springt der Motor dafür noch zu schnell an und besteht trotzdem der Verdacht auf Schwachstellen im Stromweg des Anlassers, so kann man zur Prüfung z.B. die Steckverbindung zur Einspritzpumpe bzw. den PDEs öffnen und dann den Anlasser orgeln lassen. Danach sollte die Batterie nachgeladen werden (um Sulfatation zu verhindern), und der Fehlerspeicher gelöscht werden (um spätere Fehldiagnosen und unnötige Reparaturen zu verhindern). Alternative ohne Fehlereinträge im MSG: Handbremse anziehen, Getriebe im Leerlauf. Das Steuerkabel des Anlassers abziehen (Klemme 50), ein Hilfskabel > 1 mm² auf die Anlasserklemme stecken und das andere Ende an Batterie+ halten: Der Anlasser dreht (nicht wegen des Lärms erschrecken!). Alle genannten Tips können das Leben von Starterbatterien zwar verlängern, aber irgendwann geht jede Batterie wegen Altersschwäche in die Knie. Damit man davon nicht völlig überrascht wird, sollte man die Batterie gelegentlich überprüfen. Dabei bietet die Säuredichte, die mit einfachen Geräten aus dem Baumarkt oder Fachhandel gemessen werden kann, einen guten Anhalt zum Batteriezustand. Eine neuwertige, vollgeladene Batterie hat bei ca. 20°C in allen Zellen eine Säuredichte von 1,28 kg/Liter (völlig entladen: 1,12 kg/Liter). Eine geringere Säuredichte bedeutet, dass die Batterie (teil)entladen oder altersschwach ist. Werden bei optimaler Ladespannung wieder in allen Zellen 1,28 kg/Liter erreicht (was einige Stunden dauern kann, daher am besten nach einer Langstreckenfahrt prüfen), dann ist die Batterie noch völlig intakt. Ein niedriger Säurestand (in allen Zellen) muß keinen realen Wasserverlust bedeuten, denn auch beim Entladen der Batterie sinkt der Säurestand etwas ab, und steigt beim Laden wieder an. Wasser (destilliert / entmineralisiert) sollte man daher nur nachfüllen, wenn der Säurestand auch bei vollgeladener Batterie zu niedrig ist! Füllt man in eine entladene Batterie Wasser nach, dann kann sie beim nächsten Laden überlaufen - und dabei drückt sie Säure heraus, die die Umgebung der Batterie in erstaunlicher Weise verändern kann . . . Bleibt die Säuredichte auch bei langem Laden deutlich unter 1,28 kg/Liter, dann ist die Batterie bereits teilsulfatiert oder anderweitig geschädigt (z.B. durch ausgefallene aktive Masse, die mit der Zeit ebenfalls sulfatiert). Moderne "wartungsfreie" Batterien sind u.a. auf einen minimalen Wasserverbrauch optimiert, so daß bei intaktem Bordnetz nur noch sehr selten (oder nie) Wasser nachgefüllt werden muß. Als Konsequenz sind bereits die ersten Batterien auf dem Markt, deren Zellen sich gar nicht mehr öffnen lassen. Damit entfällt leider auch die Möglichkeit zur Messung der Säuredichte. Neben der Säuredichte -oder bei hermetisch verschlossenen Batterien- kann man den "finalen Ladeleckstrom" knapp unterhalb der Gasungsspannung (bei Raumtemperatur: ca. 14,2 - 14,4V Konstantspannung) als Indikator für die chemische Alterung der Batterie nehmen: das ist der Restladestrom, der auch innnerhalb mehrerer Stunden konstanter Ladung nicht mehr weiter absinkt. Ist dieser Strom in A kleiner als 1/200 der Nennkapazität in Ah, dann ist die Batterie chemisch noch neuwertig. Leckströme über 1/40 der Nennkapazität in Ah deuten auf eine teilsulfatierte Batterie hin, die wahrschenlich bald zum Tausch fällig wird. Bei finalen Ladeleckströmen zwischen 1/200 und 1/40 der Nennkapazität in Ah befindet sich die Batterie im normalen Alterungsprozeß, z.B. bei einer 60Ah-Batterie wäre das der Bereich zwischen ca. 0,3 und 1,5 Ampere. Ältere Batterien können je nach chemischem Konzept schon gasen, wenn sie mit eigentlich zu geringer Spannung geladen werden. Auch dies ist ein sicheres Zeichen für einen Batteriedefekt ("Antimonvergiftung"). Manchmal altern die einzelnen Zellen unterschiedlich schnell. Daher lassen erhebliche Unterschiede der Säuredichte (Differenz über ca. 0,03 kg/Liter) auch nach längerer Ladung der Batterie ihren baldigen Ausfall erwarten - vorzugsweise im Winter, wenn Vorglühen und das Durchdrehen des kältesteifen Motors die höchsten Leistungen erfordern. Gleiches gilt für deutliche Unterschiede im Säurestand (> 1 cm) ohne vorangegangene Überhitzung der Batterie oder anderweitig erklärbaren Säureverlust. Derart auffällige Zellen können kurz vor einem inneren Kurzschluß stehen: ausgefallene Plattenmasse türmt sich im Schlammraum so hoch, bis sie die Unterkanten der Platten berührt und überbrückt. Die Zelle entlädt sich, ihr Innenwiderstand steigt stark an (vgl. oben, eine Bleischlammbrücke ersetzt kein massives Kabelstück), und die Batterie ist bestenfalls noch als Radioversorgung zu gebrauchen. Charakteristisch für Batterien mit Zellenschluß ist das Gasen der noch intakten Zellen trotz korrekter Ladespannung und eine entsprechend der Zellenschlüsse verringerte Spannung der geladenen Batterie (normal um 13,5 Volt, pro Zellenschluß um ca. 2 Volt niedriger). Schon vor dem Batterietod durch Zellenschluß sollte man sich nach einer neuen Batterie umsehen, solange man noch wählen kann, anstatt im Ernstfall auf das erstbeste (teure) Angebot angewiesen zu sein. Stehen mehrere passende Typen zur Auswahl, so sollte man sich im Intersse der Startkaft entgegeen dem landläufigen Tip nicht an der Kapazität (in Ah), sondern am Kälteprüfstrom (in A) orientieren, vgl. oben. Aber Vorsicht: dafür gibt es im Wesentlichen 2 Meßverfahren, die zu erheblichen Unterschieden führen -> der EN-Wert liegt für die gleiche Batterie ungefähr um 2/3 höher als der (ältere) DIN-Wert. Bei neuen Batterien wird meist nur noch der beeindruckendere EN-Wert angegeben. Wird die neue Batterie nicht gleich eingebaut, so sollte man sie gleich nach dem Kauf voll aufladen, spätestens alle ca. 2 Wochen nachladen, oder am besten an einen Erhaltungslader klemmen. Andernfalls baut man irgendwann statt einer neuwertigen eine schon teilsulfatierte Batterie ein! Alternative: eine "trocken vorgeladene" Batterie mit Säure in separaten Behältern kaufen. Die sind ohne Wartung nahezu ewig haltbar, und vor dem Einbau muß nur die Säure in die Zellen gefüllt werden (natürlich gleich hoch). Danach sollte die Säure ein paar Stunden Zeit bekommen, um in die Platten einzudringen, und dann sollte die Batterie natürlich voll geladen werden (durch eine längere Fahrt oder am Ladegerät). Danach ggf. den Säurestand in allen Zellen auf den richtigen Wert bringen. Achtung: Bei Ford werden Batteriesysteme verbaut, die eine Gasungsspannung von 14,8V haben. Dementsprechend hoch liegt die Ladespannung der LiMa. Wer in solche Fahrzeuge normale Batterien einbaut, wird meist staunen, wie schnell die Batterie "überkocht" und beschädigt wird . . . Modernes Batteriemanagement mit Bordnetzsteuergerät Aktuelle VAG Modelle verwenden ein Bordnetzsteuergerät (Steuergeräteadresse 9) sowohl zum Lastmanagement der Batterie als auch zum Laden. Besonders Fahrzeuge mit Start-Stopp-System belasten die Batterie zusätzlich. Hier ist beim Ersatz der Batterie besonders auf den richtigen Typ (zyklenfest, AGM) zu achten. Absorbent Glass Mat (AGM) ist eine Bauform des Bleiakkus, bei welcher der Elektrolyt in einem Vlies aus Glasfaser gebunden wird. Abgelegte Fehler im Bordnetzsteuergerät sind per Diagnose (z.B. mit VCDS) auszulesen, ebenso lässt sich auch das Bordnetzsteuergerät per VCDS auf den richtigen Batterietyp codieren. Danke an Bertil für seine Tips!
Gruß Ulf
_________ MG4 Electric Zuletzt bearbeitet am 11-08-2013, 18:46, insgesamt 1-mal bearbeitet. |
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