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allpass hat in seinen Beiträgen...

So "lebt" die 12 Volt Batterie, Teil (1) bis (7)

...sehr viel Wissenswertes zum Thema Batterien/Akkumulatoren verständlich und kompakt zusammengefasst. Dafür herzlichen Dank!

Viele Zwischenfragen und ein etwas unglückliches Zusammenführen von Beiträgen haben leider dazu geführt, dass das ganze zerfasert und schwer aufzufinden ist. Ich habe mich deshalb entschlossen, die Beiträge von allpass separat in einem eigenen Thread und in der richtigen Reihenfolge zusammenzuführen, so dass sie sich gut auffinden und lesen lassen.

Hier sind sie.

Grüße, Egon

Einleitung

Die 12 Volt Fahrzeugbatterie ist in ihren verschiedenen Varianten ein Verschleißteil. Jedoch kann durch die Nutzung und Pflege ein großer Einfluß auf die Haltbarkeit und Lebensdauer genommen werden. Bei guter Pflege ist ein Alter von 8 bis 9 Jahren erreichbar.

In Fahrzeugen mit 12 Volt-Anlassern geben die Starterbatterien ein gutes "akustisches Bild" von ihrer Leistungsfähigkeit. Bei HSD Fahrzeugen ist das anders. Hier werden nur Spannung und Strom für die umfangreiche Steuerelektronik und einige Hilfsaggregate bereitgestellt, nach dem Drücken der Start-Taste kommt die Energie aus der HV-Batterie, die die 12 Volt Batterie sofort puffert.

Ein allmählicher Kapazitätsverlust bleibt daher bei normalen Startvorgängen unbemerkt. Erst beim nahezu völligen Verlust ihrer Kapazität fällt sie dann "plötzlich" durch unsinnige Anzeigen am Display aus.

Um diesen Ausfällen zu begegnen möchte ich in kurzen, nachfolgenden Berichten auf die Eigenheiten der Starter-, Fließ- und Gel-Batterien eingehen. Es folgen Einbauvorschläge für ein Voltmeter, das viel über den Zustand der Batterie aussagen kann, sowie Pflege- und Ladungserhaltungsmaßnahmen.
Es grüßt Euch

Jürgen

Die Starterbatterie

Die Starterbatterie ist die weltweit verbreiteste Spezie ihrer Art. Trotzdem ist sie eine Spezialbatterie, darauf gezüchtet, bezogen auf ihre Nennkapazität, sehr große Startströme abzugeben. Dazu brauchen ihre Elektroden Fläche, Fläche, Fläche. Deshalb sind sie mehrlagig, in Röhren- oder Gitterform ausgebildet, eine filegrane Struktur mit dünnen Separatoren, daher auch nicht rüttelfest.

Diese Bauart hält zyklischen Ladewechseln nicht lange stand, das haben auch Krankenkassen lernen müssen, die ihren Patienten mit el. Rollstühlen anstelle von Vlies- oder Gel-Batterien Starterbatterien verordnet hatten, nur weil diese billiger waren. Starterbatterien, im Zyklenbetrieb, "bestrafen" ihre Anwender mit einer extrem kurzen Lebensdauer.

Eine Starterbatterie will ihre Ladung nach dem Startvorgang sofort wiederhaben und kann auch wegen ihrer großen, aktiven Oberflächen einige 10A aufnehmen, die von den Lichtmaschinen mit Leistungen von ca. 1,3kW geliefert werden können. Der Ladestrom geht dann sehr bald asymptotisch auf wenige Ampere`zurück.

Neben der Nennkapazität ist auch der Kaltstartstrom wichtig, der bei -18 Grad getestet wird. Dabei wird ein so großer Strom gezogen daß die Batteriespannung auf 6 Volt(!) herunterbricht. Dieser Prüfstrom wird auf dem Typenschild der Batterie aufgedruckt (z.B. 44Ah 210A).

Obwohl beim Starten Ströme von 100 - 200A fließen ist bei einem normalen Startvorgang die Kapazitätsentnahme erstaunlich gering. Der Startstrom moduliert mit den Kompressionstakten des Verbrennungsmotors. Trotzdem sei mal angenommen es wird ein Strom von 200A für 4 Sekunden gezogen. Daraus ergeben sich
200A x 4sec/3600sec = 0,22 Ah, theoretisch. Da der Entladewirkungsgrad bei so hohen Strömen gering ist, wäre mit 1Ah zu rechnen. Das sind bei einer 44 Ah Batterie gerade mal
ca. 2,5% ihrer Kapazität.

Die Starterbatterie

Die Starterbatterie und Rekuperation, funktioniert das?

Eine Diskussionsrunde (bitte mitdiskutieren!)

Angeregt durch die erfolgreiche Rekuperation (Energierückgewinnung) bei den HSD-Fahrzeugen, ist seit einiger Zeit bei VW und Co. dieses ein Thema bei "blue motion" geworden. Dabei wird in die normale Starterbatterie die kinetische Energie beim Bremsen zurückgespeist. Wie gut funktioniert das? Dazu einige Überlegungen, Messungen liegen leider nicht vor, aber vielleicht kann dazu jemand etwas beitragen.

Zu einer vergleichenden Bewertung folgende Vorgaben:

* Auris Hybrid gegen Golf Diesel blue motion
* beide Fahrzeuge Leergewicht + Insassen + Gepäckt je 1500 kg
* Nach einer Fahrstrecke von 20 km Landstraße eine Nutzbremsung mit optimaler Energierückgewinnung vor einer Ortseinfahrt von
100 km/h auf 50km/h in 10 Sekunden.

Annahme: Ohne Bremsung, also im Leerlauf, würden die Fahrzeuge in 10 sec von 100km/h auf 80km/h durch Luftwiderstand, Reibung usw. kommen.

Zu berechnen wäre der kinetische Energieinhalt von 80km/h auf 50km/h.
Formel:P(Wh) = m/2 x (km/h / 3,6)Quadrat/3600
1500kg/2 x (80km/h /3,6)Q /3600 - 1500kg/2 x (50km/h / 3,6)Q /3600 = 63 Wh
Bei einer linearen Energieentnahme ergäbe sich eine Leistung
von (63Wh/10sec) x 3600 sec = 22680 Watt oder 22,68 kW für 10sec
abzüglich Wandlerverluste ca. 20kW.
Die HV Batterie im HSD kann kurzzeitig 27kW abgeben und ca. 20kW aufnehmen. Der MG2 mit seinem Leistungsvermögen von 60kW kann diese Leistung auch liefern, so kann diese Energie unter Berücksichtigung des Ladewirkungsgrades auch aufgenommen werden.

Wie sieht die Leistungsbilanz beim Golf blue motion aus? Kurz nach dem Start ist die Batterie hungrig, aber da gibt es noch keine kinetische Energie, das Fahrzeug steht noch. Die Batterie will so schnell und so vollständig wieder geladen werden wie eben möglich. Also ist sie nach 20 km sicher voll, kann und will keinen zusätzlichen Strom aufnehmen, er würde nur zur Gasung führen.
Ladungsreserven, durch halten eines mittleren Ladezustands wie beim HSD zu bilden, würde gegen die Lebensdauer der Batterie gehen und ist deshalb nicht machbar.
Außerdem geht beim Diesel, der ja mitgedreht werden muß um über den Keilriemen die Lichtmaschine zu treiben, einiges an Energie durch die Motorbremse vorloren (wieviel?). Die Lichtmaschine hat im Gegensatz zum Auris (MG2 = 60kW) eine Leistung von ca. 1,3 kW. Daraus ergibt sich eine Energierückgewinnung
1300 Watt/3600sec x 10sec = 3,6 Wh! Auris theoretisch 63 Wh!

Wenn meine Einschätzungen einigermaßen stimmen, kann man bei dem großen Wort "Rekuperation" bei VW nicht viel sehen.

Gruß an alle!
Jürgen

Die Blei-Gel Batterie

Die Blei-gel Batterie wird in allen HSD Fahrzeugen verwendet. Bei diesen Batterie-Typ wird die Schwefelsäure mit hochdispersitiver Kieselsäure geliert. die aktiven Elektroden sind massiv ausgeführt. ein erheblicher Unterschied zur Starterbatterie. Es gibt keine Sulfatierung, für die gesamte Lebensdauer muß (und kann) kein Wasser zugeführt werden. sie ist praktisch wartungsfrei.

Die Strombelastbarkeit ist begrenzt. Man rechnet generell mit ca. 1A/dm Fläche, der Ladestrom beträgt ca. 5A.

Die elektro-chemische Formel besagt: Für 1Ah Ladung werden 3,65g Schwefelsäure freigesetzt und 0,67g Wasser gebunden. Es findet im Gegensatz zur Starter-Batterie keine Säureschichtung statt (spez. Gewicht Säure-Wasser), die frei werdende Schwefelsäure wird am Ort ihrer Entstehung vom Gel aufgenommen.

Die Blei-Gel Batterie ist sehr empfindlich gegen Überladungen, die dabei entstehenden Gase werden über Ventile abgeleitet, das führt zu einem Wasserverlust und teilweiser Austrocknung der aktiven Elektroden und damit zu einem Kapazitätsverlust.

Die Selbstentladung beträgt ca. 3%/Monat bei 20°C. Eine Bestimmung des Ladezustands ohne Belastung ca. 1-2 h nach einer Ladung (nach einer Fahrt) ist über die Leerlaufspannung möglich. Es gelten folgende Werte: 12,72V = 100%; 12,6V = 80%; 12,45V = 60%; 12,3V = 50%. Diese Werte sind sehr "weich". Bereits bei einer (auch kurzfristigen) Türöffnung sinken die Werte ab und erstellen sich erst nach einigen 10 min wieder.

Die Blei-Gel Batterie ist zum Starten von Fremdfahrzeugen nicht geeignet!

Es grüßt

Jürgen

Blei-Gel und AGM (Absorbed Glas Mate) Batterien

Harzbube schrieb am 29.5.13: Bist du sicher, das in allen HSD- Fahrzeugen Blei-Gel Batterien eingebaut sind? Alle im Forum sind von AGM ausgegangen.

Nun, da bin ich mir garnicht mehr so sicher. Dann war bei meinem neuen P2 Bj 2004, die nach 3 Wochen (!) ausgefallene Batterie auch wohl eine AGM und nicht Blei-Gel wie das Autohaus meinte.

Wie unterscheiden sich Blei-Gel und AGM?
Ich zitiere aus der
"Anleitung zum Umgang mit VRLA Batterien Gel und AGM:"

...Da GEl Batterien aufgrund ihrer aufwendigeren Bauweise teurer in der Herstellung sind als AGM Batterien, werden AGM Batterien aus Kostengründen oftmals in typischen Gel Anwendungen eingesetzt. Die Folge ist oftmals ein unvorhergesehener Ausfall von AGM Batterien und in nahezu allen Fällen eine deutlich kürzere Lebensdauer bei Verwendung von AGM-Batterien in typischen Gel Batterie Anwendungen.

In den letzten Jahren werden vermehrt AGM-Batterien auf dem Markt angeboten, die infolge der Bauweise keine ausreichende Rekombination des Sauerstoffs gewährleisten und damit nicht die typischen Merkmale einer VRLA Batterie aufweisen. Derartige AGM-Batterien weisen in der Regel eine deutlich geringer Kaltstartleistung und deutlich geringere Lebensdauer als VRLA AGM Batterien auf. Die Leistungsdaten dieser Batterien sind vergleichbar mit denen von nassen Ca-Ca Batterien und neigen sehr zur Kurzschlussbildung.

Zitat Ende.

AGM Batterien sind niederohmiger durch den kleinen Abstand der Elektroden (nur durch Vlies getrennt)und können daher größere Ströme führen, was in HSD-Fahrzeugen aber nicht zum Tragen kommt. Die"unvorhergesehen" Ausfälle (Verdammt - jetzt ist es auch mir passiert) sind vermutlich auf Migration des Oberflächenmaterials der Elektroden entstanden,die zum teilweisen (höherer Selbstentladung einer Zelle) oder ganzen Kurzschluß derselben führen.

AGM ist so gesehen die 2. Wahl, besser wären Gel Batterien.

Mit vielen Grüßen

Jürgen

Eine Gute Batteriepflege

Die geschlossene 12 Batterie ist wartungsfrei. Wasser kann nicht nachgefüllt werden, die Ladeelektronik im HSD sorgt für einen guten Ladezustand. Was kann man selber für die Batterie tun?

Im einen Satz: Stets für einen guten Ladezustand sorgen.

- Mindestens 2 mal die Woche nennenswerte km fahren
- nach der Fahrt alle Lampen aus
- die Türen nicht unnötig lang offenstehen lassen
- öfteres Öffnen der Türen (vor allem der Fahrertür) vermeiden
- bei Fahrpausen über 1 Woche Ladungserhaltungsgerät anschließen.

Das ist alles, eine gute Batteriepflege kann so einfach sein!

Es grüßt Euch

Jürgen

Eine schlechte Batteriepflege

Heute ist Generalreinigung im Prius! Heraus aus der Garage, alle Türen auf, her mit dem 12 Volt Staubsauger und gründlich die Polster, die Teppiche, den Kofferraum gesaugt. Dazu das Autoradio an, mit Musik geht alles besser! Geht es noch ein bischen lauter? Na klar, geht doch! Dann die Innenscheiben reinigen, die Musik ist heute klasse. Es folgen Amaturenbrett usw. alles gründlich. Innen fertig. Alle Türen zu, vorher aber noch das Radio lauter damit man draußen beim Waschen auch was hört. Es wird gewaschen, getrocknet, gewachst und gewienert, der ganze Nachmittag geht drauf. Jetzt ist der Prius wieder in einer Top-Kondition!

Die 12 Volt Batterie nicht, sie ist jetzt teilentladen.

Dann eine 10 m Fahrt zurück in die Garage. Am nächsten Tag mit dem Taxi zum Flughafen, 14 Tage Urlaub. Die Bordelektronik zieht beständig ca. 30 mA. 30 mA x 24 h x 14 Tage = 10 Ah! die von der Batt. abgezogen werden. Zurück aus dem Urlaub. Jetzt folgen 14 Tage Kurzstreckenverkehr, zum Bäcker zum Einkaufen, alles Fahrten von weniger als 6 bis 8 Minuten. Helmut fährt, hat aber keine Lust zum Einkaufen, er bleibt im Auto und hört Radio.

Die Endladung der 12 Volt Batt. geht weiter.

Die HV- Batterie, 6,5 Ah 201,6 Volt, hat ein Ladespiel von ca. 40-65%, also ca. 300 bis 400 Wh und kann bis 20 kW Ladeleistung aufnehmen. In 3 bis 4 Minuten ist sie auf ihren max. Ladestand aufgeladen, deshalb reichen für sie die Kurzstrecken aus. Die 12 Volt Batt. kann nur ca. 5 A aufnehmen, das sind in 6 Minuten gerade mal 0,5 Ah. 1/2 Stunde Radio hören verbraucht 1,5 A x 0,5 h = 0,75 Ah!

Die Entladung der 12 Volt Batt geht weiter!

Die HV-Batterie hat eine Ladungsanzeige, die 12 Volt Batterie nicht. Sie kann ihren schlechten Ladezustand nicht mitteilen, solange sie die Startprozedur durchsteht bis die HV-Batterie puffert, merkt niemand etwas! Am Ende ist sie mit ihrem Ladezustand ganz unten angekommen. Dann endlich eine längere Fahrt von gut 5 Stunden, nun ist sie wieder zum guten Teil geladen. Aber die lange Zeit der Tiefentladung hat sie nicht vergessen, sie ist um Jahre gealtert!

Es grüßt Euch

Jürgen

Folgenden interessanten Zusammenhang habe ich gefunden:

VRLA Batterien, Gebrauchsdauer bei zyklischer Belastung (nach IEC EN 60254)

Gel, AGM (absorbend Glas Mate), Standard (nasse)

Entladetiefe (k20) Gel AGM Standard

25% 2000 900 300
50% 1000 360 120
70% (ICE) 600 180 60

Liest man die Tabelle von links nach rechts sieht man die Qualitätsunterschiede.
Von oben nach unten gelesen, erkennt man welchen starken Einflußdie Entladetiefe hat.
EIne ständige Kontrolle des Ladezustands erschien mir daher angebracht. MIt einer Leitung direkt von der Batterie (an der Entnahmestelle mit einer ¨fliegenden Sicherung¨ versehen), das Einbauinstrumentso posioniert das es von außen, ohne Öffnung von Türen abgelesen werden kann.

Es gelten folgende Zuordnungen bei 20 Grad

Leerlaufspannung Ladezustand
12,72 V 100%
12,6 V 80%
12,45 V 60%
12,3 V 50%

Meßergebnisse im Sommerbetrieb

Start und Fahrbetrieb: Die Spannung steigt zunächst auf 14,8 V, um nach ca. 2 Minuten auf 13,8 V zu sinken, dieser Wert wird während der ganzen Fahrt beibehalten.

Parken, alles aus, alle Türen zu: Die Spannung sinkt asymthotisch auf die Leerlaufspannung. Zeitdauer ca 1h ! DIe Leerlaufspannung oberhalb 12 V ist ¨sehr weich¨, sie sinkt sofort beim Öffnen einer Tür und braucht einige 10 Minuten um wieder auf den alten Wert zu kommen. Daher soll das Instrument von außen ablesbar sein.

Mfg Jürgen

Habe sowas hier:
dx.com/p/mini-3-digit-display-digital-vo...odule-3-2-30v-142560
Die Anzeige leuchtet allerdings und braucht natürlich Strom, ich kann heute Abend mal nachmessen wie viel. Ich habe jetzt nichts ohne Beleuchtung gefunden. Bei einem einfachen Multimeter ist im Dauerbetrieb wahrscheinlich oft die Batterie leer.

Hallo, worldedit,

Von deinem Instrumentenvorschlag kann ich aus zweierlei Gründen nur abraten:

* Einstellige Anzeigen hinter dem Komma sind zu grob in der Auflösung

* LED frißt einfach zuviel Strom : Beispiel 4 stellige LED ca. 60 mA, in 24 h = 1,44 Ah !

Also LCD sollte es schon sein.

Bei Conrad findest du zum Beispiel:

Beckmann&Egle EX2070 Digitales Einbauinstrument, Meßbereich 0-19,99 V DC 24,37 Euro

Oder

TDE Instruments DPM961-TG Digitalmultimeter für den Einbau Meßbereich 200 mV 19,95 Euro

Und viele mehr.

Zu beachten ist, daß in vielen Fällen die Meßmasse nicht gleich der Versorgungsmasse sein darf!

Der Stromverbrauch sollte möglichst unter 3 mA liegen. Mein Gerät braucht bei 9 V 120 mikroA, insgesamt mit Versorgungs- und Meßbeschaltung 0,9 mA

Mfg

Jürgen

Eine Nachkommastelle reicht ja aus um Tendenzen zu erkennen, bessere Geräte wären mir für den Einsatzzweck zu teuer.

Zwei Nachkommastellen heißt auch noch lange nicht dass mit +-10 mV gemessen wird. Auch wenn der Hersteller das angibt würde ich mit einem guten Multimeter nachmessen.

Ich habe beispielsweise einige Digitalthermometer mit einer Nachkommastelle. Stellt man die nebeneinander zeigen sie bis zu 1°C Unterschied an. Oder das Scangauge, dass ich mir gekauft habe. Zeigt 0,5 V weniger an als das Multimeter am Zigarettenanzünder.

Eine lange, dünne Leitung, die Gleichzeitig Spannungsversorgung und Messleitung ist ergibt auch einen Messfehler.

Messmasse darf nicht Versorgungsmasse sein? Das geht doch im Auto garnicht.

Hallo worldedit!

Also ein Instrument welches mir nur eine Tendenz anzeigt, brauche ich nicht. Um zwischen 12,6 V und 12,72 V unterscheiden zu können, brauche ich die zweite Stelle hinter dem Komma. SIe gibt mir die ¨Tendenz¨ der ersten Stelle nach dem Komma an und das wichtig. Meßfehler + - 100 mV darauf kann ich verzichten.

Was den Spannungsabfall auf der Versorgung- Meßleitung angeht ist dieser

(2 x 5m x 0,001A) : (56 x 0,3 mm) =0,6 mV !

Meßmasse nicht an Versorgungsmasse geht nicht? Du weißt doch ¨nichts ist unmöglich! Also der Meßbereich muß von 200 mV auf 20 V erweitert werden. Das Verhältnis ist also 1:99,9 ! Nach den Kirchhoff`schen Regeln ist aber zum Beispiel 40 : 1 : 59,9 das Gleiche. Nur liegt die Meßmasse jetzt ¨hoch¨ und damit ist die vorgegebene Bedingung erfüllt!

ES grüßt dich

Jürgen

Mir wär deine Variante trotzdem zu teuer (im Vergleich zum Preis einer Batterie). Die Billiglösung würde reichen um zu sagen, solange 12,7 drauf steht ist alles ok, bei 12,5 lade ich mal nach.

Wie so ein Adapter für den Spannungsbereich aufgebaut ist weiß ich nicht, hätte jetzt mal auf einen Spannungsteiler mit paar Widerständen getippt. Aber du wirst schon wissen was du machst. Bitte poste ein Bild wenn du es eingebaut hast.

Transfer abgeschlossen.

Grüße, Egon