Technische Informationen über die Batterien

> Einleitung

> Grundsätze des Batterie-Funktionieren

> Eingruppierung der Blei-Säure-Batterien

> Batterietypen

> Lebensdauer der Batterien

 

> Einleitung
Batterie-Technologie hat viele Veränderungen im Laufe der Jahre gesehen, wegen der Notwendigkeit, die Abmessungen und die Massen der Batterien zu reduzieren, mit der gleichen gespeicherten Energie.
Obwohl verschiedene Batterietypen (Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid-, Lithium-Ionen, usw.) im Laufe der Jahre auf den Markt eingeführt worden, nach einem Jahrhundert sind Blei-Säure-Batterien immer noch weit verbreitet und in vielen Bereichen eingesetzt.
Insbesondere sind Blei-Säure-Batterien (Starterbatterien und Elektroantriebsbatterien) in Automobil- und Meeres-Bereich sogar unersetzlich, vor allem dank einem konkurrenzfähigen Preis-Leistungs-Verhältnis und dank ihrer hohen Zuverlässigkeit, wenn sie richtig eingesetzt werden.

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> Grundsätze des Batterie-Funktionieren
Jede Blei-Säure-Batterie wird intern aus einer Reihe von Zellen zusammengesetzt. Zum Beispiel hat eine 12V-Batterie sechs 2V-Zellen, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
Jede Zelle besteht wiederum aus einer positiven Elektrode (Bleidioxid), einer negativen Elektrode (Blei) und einem Elektrolyt (eine Lösung aus destilliertem Wasser und Schwefelsäure), derSchwefel-Ionen (negativ geladen) und Wasserstoff-Ionen (positiv geladen) enthält.
Wenn die Batterie auf eine elektrische Last (zB eine Glühbirne) angeschlossen ist, bewegen sich die Ionen in Richtung der jeweiligen Elektroden, um ihre elektrische Ladung einzugeben. Je höher also die Ebene der Entladung der Batterie, desto geringer ist die Konzentration der Ionen im Elektrolyt.
Auf der anderen Seite, kehrt die Batterie aufzuladen die Entladung der Batterie: sulfatiertes Blei wird wieder in Blei und Blei-Oxid umgewandelt.

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> Eingruppierung der Blei-Säure-Batterien

Starterbatterien (Starting):
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Diese Batterien (manchmal auch SLI - Starting, Lighting, Ignition genannt) sind in der Regel für das Anlassen und den Betrieb von Verbrennungsmotoren verwendet. Deshalb ist die Haupteigenschaft dieser Batterien genau, starke Strömungen in der Größenordnung von einigen zehn Ampere für eine relativ kurze Zeit (in Sekunden) beim Start eines Verbrennungsmotors zu liefern.
Dieser Batterietyp wird durch die Anwesenheit einer großen Anzahl von Elektroden gekennzeichnet, die mehr oder weniger subtile sind, um die Kontaktfläche zwischen der Elektroden und dem Elektrolyt zu maximieren, damit die Batterie sehr starke elektrische Ströme für kurze Zeiträume bieten kann.

Antriebsbatterien (Deep Cycle):
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Diese Batterien sind speziell entwickelt, um bis zu 80% entladen zu werden. Sie finden ihre hauptsächliche Verwendung im Bereich der elektrischen Traktion (zum Beispiel für Elektro-Golfwagen und Gabelstapler).
Die Elektroden sind mechanisch robuster, um eine größere Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen sowohl als eine Entladung bis zu ca. 80% zu tragen.

Marinebatterien:
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Viele Batterie für den Bereich Marine sind ein "Hybrid" mit Zwischen-Eigenschaften zwischen Starterbatterien und Antriebsbatterien. Die Elektroden sind robuster als in Starterbatterien aber dünner als in Antriebsbatterien. Normalerweise empfehlen die Hersteller, diese Batterien nicht mehr als 50% zu entladen.

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> Batterietypen

Standard- / Wartungsfrei versiegelte Batterien (MF)
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Die meisten Batterien sind von dieser Art und zeichnen sich durch die beiden Elektroden (positive und negative) in einem flüssigen Elektrolyten (eine Lösung aus destilliertem Wasser und Schwefelsäure) eingetaucht. Standard offene Batterien verfügen über abnehmbare Deckel, um die Wiederherstellung der Säurestand zu ermöglichen, während versiegelte Batterien (MF - Maintenance Free - wartungsfrei) Lüftungsöffnungen haben, die normalerweise nicht entfernt werden können: diese Öffnungen erlauben das Gas, das beim Aufladen der Batterie erzeugt wird, die beim Laden der Batterie erzeugt wird, in die Luft außerhalb der Batterie zu zerstreuen.
Daher sind MF-Batterien nicht vollständig versiegelt und es ist wichtig, ihre Überlastung zu vermeiden, anderenfalls wird der Elektrolyt vorzeitig verdampfen, was zu einer deutlichen Verkürzung der Lebensdauer der Batterie bringt.
Einige versiegelte Batterien haben spezielle Kappen, die ermöglichen, Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt während des Ladevorgangs zurück ins Wasser zu konvertieren, um Wasserverluste des Elektrolyts bis zu 90-95% zu reduzieren.
Eine gute Anzahl von Antriebsbatterien verwendet Blei-Calcium- oder Blei-Antimon-Elektroden, um die Lebensdauer der Batterie und die mechanische Festigkeit der Elektroden zu erhöhen.

Gel-Batterien
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Gel-Batterien enthalten Elektrolyt, der durch die Zugabe von Silica-Gel geliert wird: das macht den Elektrolyt (Säure-Lösung bestehend aus Wasser und Schwefelsäure) eine feste gallertartige Masse.
Der wesentliche Vorteil dieser Batterien ist, das sie absolut Säure nicht freisetzen können, auch wenn das Gehäuse beschädigt wird oder wenn sie umgedreht werden.
Daher sind auch diese Batterie versiegelt und sie erfordern keine Wartung (z.B. periodisch Nachfüllen des Elektrolyts).
Allerdings haben sie auch einige Nachteile: sie müssen mit niedrigeren Ströme und Spannungen als andere Batterien aufgeladen werden, sonst ist es möglich, dass Gasblasen in dem Elektrolyt ausbilden. Es ist daher wichtig, wirtschaftliche Schnell-Ladegeräte zu vermeiden, sonst wird die Batterie bald nutzlos werden.

AGM (VRLA)
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Diese Art von versiegelte Batterien ist durch einen festen Elektrolyt zwischen den Elektroden gekennzeichnet, der ist AGM genannt (Absorbed Glass Mat, eine sehr feine Glasfaser von Bor-Silizium in Säure getränkt - einer Lösung aus Wasser und Schwefelsäure). Deshalb sind diese Batterien sehr sicher, da sie absolut keine Säure nicht freisetzen können, auch wenn das Gehäuse beschädigt wird.
Fast alle AGM-Batterien sind auch VRLA-Batterien (Valve Regulated Lead Acid): das bedeutet, dass es in der Batterie ein kleines Ventil gibt, das im Inneren der Batterie einen leichten Überdruck erzeugt.
Diese Batterien haben alle die Vorteile der Gel-Batterien, aber nicht ihre Grenzen, da sie höhere Aufladungsströme tragen können: sie können als Standardbatterien aufgeladen werden.
Ein weiteres wichtiges Merkmal dieser Batterien ist, dass sie "rekombinant" sind, das heisst das Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt während des Ladevorgangs zurück ins Wasser konvertiert werden, um die Wasserverluste des Elektrolyts bis zu 90-95% zu reduzieren.

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> Lebensdauer der Batterien
Die Lebensdauer einer Batterie kann stark in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren abvariieren. Die wichtigste sind aber eine richtige Anwendung und ordnungsgemäße Erhaltung (Aufladung).
Die Hauptgründe, die zu vorzeitigem Tod der Batterie führen können, sind die folgende:

1. Die Batterie inaktiv lassen (Sulfatierung für Selbstentladung).
   Alle Blei-Säure-Batterien entladen sich, vor allem wenn sie nicht benutzt für mehrere Wochen oder sogar Monate werden.
   Darüber hinaus erfordern elektronische Geräte an Bord der Fahrzeuge (Steuereinheiten, Alarmanlage, Radio, Digitaluhr, usw.) kontinuierlich schwachen Ströme an die Batterie, selbst wenn das Fahrzeug ausgeschaltet und ungenutzt ist.
   Zum Beispiel sind Motorräder oft in der Garage im Herbst verlassen und im Frühjahrist die Batterie nicht mehr in der Lage, den Motor anzulassen.
   In diesen Fällen passiert es oft, dass die Batteria "sulfatiert" wird. Sulfatierung ist ein physikalisches Phänomen, bestehend in der Bildung von Bleisulfat-Kristalle im Innern der Batterie. Eine tiefe Sulfatierung ist praktisch irreversibel und verurteilt zu einem vorzeitigen Ende des Lebens der Batterie.
   
2. Die Batterie halbwegs entladen halten (progressive Sulfatierung)
   Auch wenn eine Batterie nur teilweise entladen ist, bilden Bleisulfat-Kristalle im Innern der Batterie. Eine tiefe Sulfatierung ist praktisch irreversibel und verurteilt zu einem vorzeitigen Ende des Lebens der Batterie.
   
3. Die Batterie außerhalb ihrer Grenzen entladen (Korrosion der Elektroden)
   Die Entladung der Batterie über ihre Grenze ist ein weiterer schwerer "Killer", da ein Teil der Elektroden korrodiert wird und auf der Unterseite der Batterie fällt.
   Offensichtlich bewirkt man eine fortschreitende Abnahme der Austauschfläche zwischen Elektrolyt und Elektrode im Inneren der Batterie, zusammen mit einer geringeren mechanischen Widerstand der Elektroden selbst (Korrosion).
   
4. Die Batterie überladen (Zerstörung des Elektrolyts)
   Die überladung der Batterie ist ein schwerer Fehler und ihre Auswirkungen sind oft nicht sofort sichtbar für den unerfahrenen Käufer, der Ladegeräte benutzt, die einen konstanten Strom an die Batterie liefern: wenn das Ladegerät einen zu hohen Strom während der verschiedenen Phasen der Aufladung liefert, verdunstet der Elektrolyt schnell in Standard-Batterien und MF-Batterien, oder bilden sich Gasblasen in der Elektrolyt-Gel der Gel-Batterien aus.
   

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