Die Batterie ist ein typisches Plug'n'Forget Teil – Einbauen und nicht wieder drum kümmern! Doch das rächt sich meistens immer dann, wenn es gerade so gar nicht passt. Denn ohne eine funktionierende Batterie, können wir unseren mehrrädrigen Freund nicht starten. Doch was macht die Batterie und warum geht sie kaputt?
Die Batterie ist ein äußerst träger elektrischer Energiespeicher. Eine Batterie im Kraftfahrzeug besteht im Regelfall aus mehreren Zellen (6Stück je 2V) die in Reihe geschaltet sind um so die benutzte Spannung von 12V zu erhalten. Die Zellen sind klassisch mit Blei-Elektroden in Plattenform versehen die von Schwefelsäure umhüllt sind. Die positiv geladenen Platten bestehen im aufgeladenen Zustand aus Bleioxid, die negativ geladenen Platten bilden einen Bleischwamm (sog. Aktive Masse). Durch die Schwefelsäure reagieren beim Entladen (sprich: im Gebrauch wenn elektrische Energie benötigt wird) Blei und Bleioxid und bilden somit Bleisulfat und Wasser. Beim Laden der Batterie kehrt sich diese Reaktion entsprechend um. Der mittlerweile vorgeschriebene Gasauslass verhindert, dass eventuell entstehender Wasserstoff sich im Gehäuse sammelt und gezündet werden kann. Batterien dieser Bauart sind in der Normenserie der EN50342 genormt. Etwas detaillierter: Grundsätzlich besteht eine Zelle aus einem Plattenblock (Plus- und Minusplattensatz), aufgebaut aus Bleiplatten (Bleigitter und aktive Masse) und mikroporösem Isoliermaterial (sog. Separatoren) das die verschieden gepolten Platten voneinander trennt. Als Elektrolyt dient Schwefelsäure (~37%), die den freien Zellraum und die Mikro-Poren von Platten und Separatoren ausfüllt. Die außenliegenden Endpole und die Zellen- und Plattenverbinder bestehen aus Blei. Die aktive Masse ist ein Gemisch aus Bleioxid, Blei, Wasser, Schwefelsäure, Kunststoff-Fasern und oft nicht näher spezifizierten zusätzlichen Materialien die beim erstmaligen laden durch den stattfindenden elektrochemischen Prozess aktiviert wird.
Der typische Zyklus einer Batterie sieht so aus, dass beim Start sehr viel Energie für einen recht kurzen Zeitraum von wenigen Sekunden benötigt wird, danach eine gewisse Grundlast für die notwendigen Verbraucher abgerufen wird, zeitgleich jedoch die Batterie über die Lichtmaschine nachgeladen wird. Da jedoch auch speziell im Winter oft mit Licht, heutzutage mit Sitzheizung, Heckscheibenheizung, Motor-Zuheizer, Radio, Endstufen und tausend Assistenten gefahren wird, erhöht sich der Energiebedarf extrem und für einen längeren Zeitraum. Hier ist die Lichtmaschine gefragt die Batterie wieder entsprechend schnell nachzuladen und die Verbraucher zu versorgen. Gerade im Kurzstreckenbetrieb und bei tiefen Temperaturen kommt dieses System an seine Grenzen. Ist die Batterie zu diesem Zeitpunkt nicht mehr vollständig aufladbar, kommt es zum Kollaps bzw. der Motor kann irgendwann nicht mehr gestartet werden. Die bereits erwähnte Reaktion der Schwefelsäure mit den Bleiplatten ist ein irreversibler Prozess, sprich Verlust- oder Verschleissbehaftet. Bitte nicht von der Irreversibilität verwirren lassen, denn man kann die Batterie ja aufladen, jedoch nicht mehr auf den vollen Ursprünglichen Wert. Jeder Lade- und Entladezyklus verschleißt die Batterie.
Batterien werden oft auch Starterbatterien genannt. Dies kommt daher, dass Batterien im Kraftfahrzeug die zum starten benutzt werden, einen sehr hohen Kaltstartstrom besitzen, den "normale" Batterien nicht haben. Batterien mit niedrigen Kaltstartstrom würde man als Starterbatterie sehr schnell zerstören.
Batterien unterscheiden sich im groben durch die Bauart, Bauform und die Leistungsdaten. Bei älteren Fahrzeugen als auch bei normalen jungen gebrauchten reicht eine klassische Batterie, man muß nur noch wissen welche Befestigung und Baugröße die Batterie hat und natürlich die Leistungsdaten um eine neue Batterie zu kaufen. Die Baumaße einer Batterie sind in DIN EN50342-2 (früher: DIN EN60095-2) beschrieben.
Startprobleme können aber auch von einer defekten oder zu kleinen Lichtmaschine kommen. Sollte diese nicht in der Lage sein, die Batterie während des Betriebs wieder ausreichend aufzuladen, reicht es am Ende nicht mehr zum starten.
Eine interessante Alternative stellen sogenannte EFB oder AGM Batterien dar. AGM Batterien sind verschlossene Batterien die eine Entgasung erst ab einem bestimmten Druck zulassen. Weiterhin ist das Elektrolyt in einem Glasfaservlies gebettet, was gerade dein Einsatz mit erhöhten Vibrationen bevorteilt. Nicht umsonst werden AGM Batterien mittlerweile standartmäßig bei namhaften Baumaschinen-Herstellern serienmäßig oder als Option eingesetzt bzw. angeboten.
Fahrer von Oldtimer, Youngtimern, Saisonfahrzeugen und Power-User sollten sich beim künftigen Batteriekauf für AGM Batterien entscheiden. Jeglicher Ärger mit tiefentladenen Batterien sollte sich so auf ein minimum reduzieren lassen. Natürlich sollte bei längerer Standzeit die Batterie abgeklemmt und/oder durch ein entsprechend geeignetes Ladegerät unterstützt werden. Auch Fahrzeuge die öfter mit Startschwierigkeiten zu kämpfen haben und mit lahmen Gleichstromlichtmaschinen ausgestattet sind, kommen AGMs zu gute.
EFB Batterien sind einer Zwitterkategorie zuzuordnen, nicht umsonst heissen sie Enhanced Flooded Battery, also im weiteren Sinne eine verbesserte Nasszellenbatterie. Der Unterschied liegt im Separator, hier wird zusätzlich ein Polyester-Scrim zur Unterstüzung des Separator Materials benutzt. Wir wollen hoffen, dass Polyester Scrim kein neuer Anglizismus wird, denn es ist nichts anderes als ein Glasfasergewebe das aufgetragen wird. EFBs versprechen höhere Leistungsfähigkeit als Standard-Akkus, liegen preislich aber nicht so weit von AGMs entfernt, weshalb es sich empfiehlt eher auf AGMs zu gehen.
Auswirkungen von Start+Stopp Systemen
Der Motor muss statt der früher üblichen 30.000 bis 40.000 Startvorgänge in seinem Leben jetzt 200.000 bis 400.000 Start-Stopp-Vorgänge verkraften – je nach installierter Technik und individuellem Fahrprofil. Bei reinen Hybridfahrzeugen sind es sogar bis zu eine Million Startvorgänge. Diese Zunahme verändert natürlich das Lastkollektiv der Motorbauteile (z.B. Lager Kurbel- oder Nockenwelle) extrem. Geschmierte Teile wie Lager müssen viel öfter ein Mischreibungsgebiet durchlaufen, bevor ein stabiler hydrodynamischer Schmierfilm aufgebaut wurde. Mischreibung ist bei Gleitlagern besonders schädlich. Mischreibung tritt i.d.R. zu Beginn der Bewegung auf, wenn die Gleitfläche noch nicht vollständig von einem Schmierfilm benetzt ist.
Besonders im PKW Segment stellen sich bei der Entwicklung ganz simple Fragen sind: Welche mit Öldruck gesteuerten Funktionen können aufrechterhalten werden, wenn der Motor nicht läuft und die Ölpumpe nicht fördert? Wie wird der elektrische Starter verbessert, damit der Startvorgang schneller erfolgt? Wo können (an sich oft gewünschte) träge drehende Massen verkleinert werden? Welche Auswirkungen gibt es auf das Gesamtsystem oder Subsysteme die direkt nichts mit der Start-Stop-Funktion zu tun haben? Wie sieht es mit der Kühlfunktion der Kühlwasser- und Ölkreisläufe aus? Können sich auf Dauer gefährliche Hot-Spots bilden?
Im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen sieht es meist etwas anders aus, hier ist jede Maschine anders und auch jeder Fahrer und Flottenbetreiber hat ein anderes Verständnis und andere Wünsche. Auch gibt es Maschinen die niemals den Motor stoppen dürfen oder können, da die Anwendung es verlangt. Aber das ist ein anderes Thema J
Das Sparpotenzial der Start-Stop-Technik war schon in den neunziger Jahren zum Beispiel im VW Golf III Ecomatic bekannt. Später waren der 3-Liter-Lupo und der LeichtbauMini Audi A2 mit dieser Technik serienmäßig ausgerüstet. Die zu dieser Zeit aus heutiger Sicht noch moderaten Kraftstoffpreise und auch die spürbaren Komfortschwächen verhinderten den Durchbruch zu der Zeit.
Neben der reinen Technik sind auch die Batterien selbst zum neuen Ziel der (Marken-)Werkstätten auserkoren worden. Denn durch die Statusüberwachung der Batterie gibt es ein neues Steuergerät in der Familie: Das Batterie Monitoring System (BMS). Allerdings ist es mit der Intelligenz nicht weit her, im Hintergrund sind überwiegend Vergleiche mit Datensammlungen und einer Menge Annahmen zu Grunde gelegt, die durchschnittlich öfter einen Batteriewechsel anzeigen als real notwendig. Der Hauptgrund ist, dass der OEM vermeiden will, dass das Start-Stop-System aktiv ist, aber den Motor nicht mehr aufgrund einer leeren Batterie gestartet werden kann. Gerade bei der immer noch relativ neuen Technik muß die Marktakzeptanz erstmal erarbeitet werden. Die Werkstätten freuen sich, denn der Do-It-Yourself Tausch der Batterie kommt mit dem resetten bzw. neuanlernen des BMS wieder an Kunden, die es schon lange nicht mehr gab. Konnte man sich das Spezialwerkzeug noch schlimmstenfalls selber bauen oder für kleines Geld kaufen, so sieht es mit den Testern anders aus. Wobei dies mit der Zeit bestimmt auch neue Tester für Batterie-Steuergeräte auf dem Markt schwemmen wird. Die Frage ist, für welchen Kurs? Warum sollte sich der Chinese mit der Entwicklung und Herstellung von Batterie-Testern beschäftigen, die er zu Hause noch gar nicht absetzen kann und für die es ausserhalb Festland-China auch erst einen sehr begrenzten Markt gibt?
Natürlich haben all diese tollen neuen Technologien auch Auswirkungen auf den Customizer. Es fängt schon an, wenn man aufgrund von Erweiterungen der HiFi Installation eine größere Batterie und/oder größere Generatoren (Lichtmaschinen) verbauen möchte. Mit BMS an Bord klappt das nicht so ohne weiteres, denn die Batterie muß passend zum BMS getauscht werden und viele Fahrzeuge lassen nur eine Batterietype zu. Auch ist es kritisch im Start-Stop-Betrieb höhere Leistung für musikalische Verstärkung und Multimedia (PC-Betrieb, Monitore, TV, Videokonsole, etc.) zur Verfügung zu stellen, da diese Anwendungen eher empfindlich auf Stromnetzschwankungen reagieren. Im schlimmsten Fall gehen die Geräte hart aus oder haben wenn das BMS nicht schnell genug war, die Batterie leer gesaugt. Auch bleibt es abzuwarten welche Kosten im künftigen Leben nach dem ersten oder zweiten Besitzer auftauchen, ob die dann heute teuren Fahrzeuge nicht eher die Ladenhüter werden, da enorme Reparaturkosten auf einen zu kommen. Dies wären dann die Schlachtfahrzeuge von übermorgen.
Ihr wollte mehr aus der Welt des Kupferwurms lesen? Dann schaut mal im Bereich Customizing rein, dort gibt es
