CARICABATTERIE

Batterietypen

Bei den Batterieladegeräten von Telwin dreht sich alles um Batterien, die Fahrzeuge mit Energie versorgen. Nachfolgend werden kurz die wesentlichen Merkmale der diversen Bauformen von Batterien beschrieben, die im Automobilsektor Verwendung finden.

Batterien vom Typ WET (Nassbatterien) des konventionellen Typs mit freier Säure (flooded)

Herkömmliche Batterien vom Typ WET mit freier Säure (flooded) sind Blei-Säure-Akkus mit folgenden wesentlichen Komponenten (siehe Foto FIAMM TITANIUM):

 

  • Gehäuse (in einem Stück) aus Kunststoff (Polypropylen - PP/PE), mit sich darin befindlichen 6 gleichen, voneinander isolierten Zellen (12V-Batterie).

 

  • Plattengruppe aus einer bestimmten Zahl positiv oder negativ gepolter Platten (den Elektroden). Deren Anzahl hängt ab von der Zellengröße und den Kennzeichnungsdaten (Kapazität und Kaltstartstrom) der Batterie. Die innerhalb der einzelnen Zellen befindlichen Plattengruppen sind untereinander in Reihe geschaltet und bilden so die 12V-Batterie.

 

  • Separatoren aus Polyethylen (PE), normalerweise in Taschenform, werden zwischen eine negativ und eine positiv gepolte Platte geschaltet, um den direkten Kontakt zwischen den beiden entgegengesetzt gepolten Elektroden und somit einen Kurzschluss zu verhindern, der die Batterie beschädigen würde.

 

  • Elektrolyt: Es handelt sich um eine mit Wasser verdünnte Schwefelsäurelösung (H2SO4), welche die eingetauchten Plattengruppen aufnimmt. Der Elektrolyt ist erforderlich, damit im Innern der Zellen die elektrochemische Reaktion ablaufen kann, die das Funktionsprinzip der Blei-Säure-Batterie bildet.

 

  • Polbrücken aus Blei oder Bleilegierungen schweißen alle gleich gepolten Platten zusammen und schalten die sechs Zellen einer 12V-Batterie in Reihe.

 

  • Deckel (in einem Stück) aus Kunststoff (Polypropylen - PP/PE), in den 6 gleiche, voneinander isolierte Zellen eingelassen sind (12V-Batterie). Der Deckel wird in einem Warmverfahren auf das Monoblockgehäuse geschweißt. So ist garantiert, dass die beiden Komponenten mechanisch völlig dicht sind. Die Deckel können über eine zentrale Entgasung (die beim Laden innerhalb der Batterie entstehenden Gase werden über die einzige Entlüftungsöffnung auf einer der kürzeren Batterieseiten abgeführt) oder über einzelne Schraub- oder Druckverschlüsse verfügen. In diesem Fall wird das Gas über eine Öffnung abgeleitet, die sich im oberen Teil der einzelnen Verschlussstopfen befindet.

 

  • Bei den Ablassstopfen handelt es sich um einzelne (aufgeschraubte) oder multiple (aufgedrückte) Verschlüsse, die die Öffnungen des Deckels verschließen, die nötig sind, um die Batterie beim ersten Ladevorgang erstmalig mit Elektrolyt zu befüllen. Die Verschlussstopfen ermöglichen es also hauptsächlich, die im Innern der Batterie beim Laden gebildeten Gase korrekt nach außen abzuführen und bei Bedarf destilliertes Wasser nachzufüllen, falls dies möglich ist.

 

  • Die aus Bleilegierungen bestehenden, meist kegelförmigen Plus- und Minuspole befinden sich oben auf dem Batteriedeckel und sind in ihrer Größe normiert, wobei Plus- und Minuspol verschieden groß sind, damit sich die Batterie korrekt an den externen Verbraucher (Last) anschließen lässt.

 

Die Batterien des Typs WET mit freier Säure (flooded) werden nach der Konstruktionsart der Elektroden (positiv und negativ gepolte Platten) in drei wesentliche Oberkategorien eingeteilt:

 

  1. Wartungsbedürftige Batterien, bei denen beide Gitter der positiv und negativ gepolten Platten aus einer Blei-Antimon-Legierung (PbSb/PbSb) bestehen. Hier ist regelmäßig der Elektrolytstand innerhalb der einzelnen Zellen zu prüfen und ausschließlich mit destilliertem Wasser (niemals Säure) über die Ablassstopfen des Deckels aufzufüllen.
     
  2. Bei wartungsarmen Batterien, auch als Hybridtechnologie bekannt, besteht das positiv gepolte Gitter aus einer Blei-Antimon-Legierung, allerdings mit einem geringen Antimongehalt (PbSb). Das negativ gepolte Gitter ist eine Blei-Kalzium-Legierung (PbCa). Diese Batterien haben bei Überladung einen geringeren „Wasserverbrauch“ als wartungsbedürftige Batterien. Der Elektrolytstand wird deshalb nur bei Bedarf sowie unter besonderen Betriebsbedingungen (hohe Betriebstemperaturen, längere Überladung, etc.) aufgefüllt. Auch in diesem Fall darf nur mit destilliertem Wasser (auf keinen Fall mit Säure) über die Ablassstopfen im Deckel nachgefüllt werden.
     
  3. Wartungsfreie Batterien (SM), auch als Maintenance Free (MF) bezeichnet, mit Gittern der positiv und negativ gepolten Platten aus antimonfreien Bleilegierungen. Die positiv gepolte Platte kann aus einer Legierung aus Blei-Kalzium-Zinn (PbCaSn) oder Blei-Kalzium-Zinn-Silber (PbCaSnAg) und die negativ gepolte Platte aus Blei-Kalzium (PbCa) sein. Bei diesen Batterien ist der überladungsbedingte Wasserverbrauch sehr gering, sodass unter normalen Betriebsbedingungen kein Nachfüllen erforderlich ist. Normalerweise haben sie keine Verschlussstopfen und sind direkt inspizierbar. Wartungsfreie Batterien besitzen oft eine Zusatzkomponente, die als magisches Auge (Magic Eye) bezeichnet wird und sich meist auf dem Deckel nahe der dritten Batteriezelle befindet. Diese Komponente gibt näherungsweise Aufschluss über den Zustand der Batterie:

 

a)      GRÜNE Farbe: Batterie GELADEN

b)      DUNKELGRAUE Farbe: Batterie ENTLADEN

c)      WEISSE Farbe:  Sehr niedriger Elektrolytstand (Batterie muss erneuert werden)

Blei-Säure-Wet Batterien des Typs AFB (Advanced Flooded Battery)

Es handelt sich um Blei-Säure-Batterien der jüngsten Generation, eine technische Fortentwicklung konventioneller wartungsfreier Batterien mit freier Säure. Diese Batterien wurden in den letzten Jahren für die Anwendung in Micro-Hybrid-Fahrzeugen mit Start&Stop-Systemen entwickelt. Folgende Konstruktionsmerkmale unterscheiden AFB-Batterien von den herkömmlichen Batterien mit freier Säure: eine größere Elektrolytreserve über den Platten, die Gitter der negativ gepolten Platten bestehen aus besonderen Legierungen und funktionsoptimierter aktiver Materie, doppelschichtige Separatoren verlängern die Dauer der Lade-/Entladezyklen im Start&Stop-Betrieb, die Elektroden (Platten) sind korrosionsbeständiger. Die wesentlichen Vorteile im Vergleich zu konventionellen wartungsfreien Batterien mit freier Säure sind: hohe Beständigkeit gegen häufige Entlade- und Ladezyklen, höhere Startleistung insbesondere bei niedrigen Temperaturen, längere Lebensdauer (gemessen als Energie-Output) und völlige Wartungsfreiheit.

VRLA AGM Batterien

Batterien des Typs VRLA (Valve Regulated Lead-Acid battery) in der Bauform AGM (Absorbent Glass Mat) sind Blei-Säure-Batterien mit positiv gepoltem Gitter aus der Legierung PbCaSn sowie negativ gepoltem Gitter aus PbCa. Dies sind die einzigen Batterien, die wirklich völlig wartungsfrei sind.

 

Was eine Batterie des Typs VRLA AGM im Wesentlichen von einer herkömmlichen Batterie mit freier Säure unterscheidet, ist das Verfahren der Gasrekombination. Das Funktionsprinzip dieser Batterien wird vom Zyklus der Sauerstoffrekombination gebildet.

 

In einer herkömmlichen Bleibatterie mit freier Säure wird das Wasser beim Aufladen in seine beiden gasförmigen Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Die beiden Gase entweichen über die Deckelverschlüsse, der Elektrolytstand im Innern der Batterie sinkt.

 

Bei den Batterien VRLA AGM mit Rekombination hingegen wird die Säure in einem speziellen mikroporösen Separator aus Mikroglasfaser zurückgehalten (Absorbent Glass Mat), der bei der Herstellung mit einer kontrollierten Elektrolytmenge imprägniert worden ist. Der bei der Aufspaltung des Wassers während des Ladevorgangs von der positiv gepolten Platte freigesetzte Sauerstoff kann zur negativ gepolten Platte migrieren, wird dort fixiert, um anschließend erneut mit Wasserstoff zu Wasser kombiniert zu werden, das vorher aufgespalten worden war.

 

Dadurch entsteht ein geschlossener elektrochemischer Zyklus, bei dem unter normalen Betriebsbedingungen keine Gase nach außen entweichen und kein Wasser verbraucht wird.

 

Bei einer Überladung der Batterie, was mit einer starken Gasentwicklung im Innern einhergeht, wird das überschüssige Gas über die Öffnung eines Sicherheitsventils im Deckel der einzelnen Zellen abgeführt. Dieses Ventil ist so konstruiert, dass es sich bei neuen Batterien bei Druckwerten von etwa 0,2 bar öffnet, unter normalen Betriebsbedingungen aber geschlossen bleibt, weil es das Eindringen von Luft in die Batterie verhindern muss (der Sauerstoff würde zur Entladung der negativ gepolten Platte führen). Aus diesem Grund tragen diese Batterien die Bezeichnung VRLA (Valve Regulated Lead-Acid Batteries; ventilgeregelte Blei-Säure-Batterien) mit der Technologie AGM (Absorbent Glass Mat; mit gebundenem Elektrolyt).

 

Es leuchtet demnach unmittelbar ein, dass nie versucht werden darf, den Deckel zu öffnen, weil sonst die Ventile Schaden nehmen könnten.

 

 

Batterien des Typs VRLA AGM sind beständiger gegen extreme Temperaturen, gegen häufige Entlade- und Ladezyklen sowie Vibrationen und mechanischen Erschütterungen, sie sind völlig wartungsfrei, lassen sich überdies leichter aufladen, insbesondere durch dynamisches Laden und haben eine höhere Startleistung als herkömmliche Batterien mit freier Säure.

 

 

Diese Batterien eignen sich sehr gut zur Anwendung in Micro Hybrid-Fahrzeugen mit Systemen Start&Stop + B.E.R. Dieser Eigenschaft ist es zu verdanken, dass sie in den letzten Jahren eine so große Verbreitung gefunden haben.

GEL Batterien

GEL-Akkumulatoren sind eine von zwei Bauformen der Blei-Säure-Batterien vom Typ VRLA. Der wesentliche Unterschied zwischen AGM- und GEL-Batterien besteht darin, dass bei Letzteren der Elektrolyt nicht flüssig, sondern in einem speziellen Siliziumgel enthalten ist, welches die eingetauchte Plattengruppe einhüllt. Bei den AGM-Batterien ist der Elektrolyt im Gegensatz dazu vollständig in einem speziellen Separator aus Mikroglasfaser gebunden.

 

GEL-Batterien werden normalerweise nicht für Startanwendungen im Automobilsektor eingesetzt, weil das Gelvolumen durch die hohen Arbeitstemperaturen im Motorraum von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor erheblich steigt, was Auswirkungen auf die elektrischen Leistungsmerkmale und die Lebensdauer der Batterie hat. Auf der anderen Seite konzentriert sich das GEL bei sehr niedrigen Temperaturen innerhalb der Zelle, der Widerstand innerhalb der Batterie steigt, was sich negativ auf den Kaltstartstrom (-18°C) auswirkt, der erheblich geringer ist als bei den Bauformen AGM oder mit freier Säure.

 

GEL-Batterien eignen sich demnach eher für energetische, als für leistungsbedürftige Anwendungen. Einsatz finden sie in industriellen Anwendungen, bei denen eine erhöhte Beständigkeit gegen häufige Entlade- und Ladezyklen und / oder ein Betrieb im Puffermodus erforderlich ist. Als Alternative zu AGB-Batterien werden sie in Schifffahrt und Freizeit (Wohnmobile) auch zur Speisung der an Bord befindlichen Verbrauchseinheiten eingesetzt.

 

 

 

Wir danken der FIAMM S.p.A. für das Bildmaterial und die Unterstützung bei der Erstellung des sich mit der Art der Batterien befassenden Teils. Die Markennamen und das Bildmaterial sind Eigentum der FIAMM S.p.A. Jede Weitergabe von Lizenzen oder Rechten an Dritte ist ausgeschlossen. Ausgeschlossen ist ebenso die Verwendung der Marke und der Bilder für Zwecke, die nicht mit diesem Dokument im Zusammenhang stehen.