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Funktion des Bleiakkumulators
Der Bleiakkumulator ist ein sogenanntes Sekundärelement, d.h. eine Kombination, welche nur dann elektrische Energie abgeben kann, wenn diese vorher hineingeladen wird. Ein Akkumulator enthält eine Kombination verschiedener Stoffe, die durch umkehrbare, elektrochemische Reaktionen elektrische Energie aufnehmen und abgeben können. Bei Akkumulatoren ist die stromliefernde, chemische Reaktion umkehrbar. Nach Ablauf der Reaktion unter Energieabgabe (bei der Entladung) kann durch Zuführen neuer Energie von aussen (Ladung mit elektrischem Gleichstrom) der Ausgangszustand des chemischen Systems wieder annähernd hergestellt werden. Dies ist der Unterschied zwischen Akkumulatoren und den Galvanischen- oder Primärelementen, im Volksgebrauch auch als «Trockenbatterien» bezeichnet.
Diese Stromquellen sind nach einer Entladung aufgebraucht, da sich ihre Bestandteile «auflösen», d.h. sich nicht mehr zurückverwandeln und aufladen lassen, während Bleibatterien je nach Konstruktion 60 bis 1500 mal, wenn nicht noch mehr, entladen und wieder aufgeladen werden können, daher ihre Wirtschaftlichkeit.
Ein Akku ist durch drei wesentliche elektrische Grössen bestimmt:
1. Kapazität (Einheit: Amperestunden, Ah)
Die Kapazität einer Batterie ergibt sich aus dem Entladestrom und der Entladezeit (Ampere x Stunden), und wird in Amperestunden (Ah) angegeben.
Zum Beispiel:
| 60 Ah-Batterie | 60 Ah | |
| 20 h | = 3,0 A Entladestrom |
Die Batterie gilt als entladen, wenn bei einem Strom, der einer 5- bis 20-stündigen Entladung nach DIN entspricht, die Spannung pro Zelle auf 1,75 Volt gesunken ist. Eine tiefere Entladung ist für den Akkumulator schädlich. Die Kapazität eines Akkumulators ist von einer Vielzahl chemischer, elektrischer, konstruktiver und äusserer Bedingungen abhängig, nämlich z.B.
- Temperatur
- Entladestromstärke
- Entladezeit
- zulässige Spannung am Ende der Entladezeit
2. Nennspannung (Einheit: Volt, V)
Die Nennspannung von Autobatterien beträgt 6 Volt (3 Zellen) oder 12 Volt (6 Zellen).
3. Kälteprüfstrom (Einheit: Ampere, A)
Der Kälteprüfstrom nach DIN gibt die Stromstärke an, die eine Batterie bei -18 Grad C abgeben kann, ohne eine bestimmte Spannung vorzeitig zu unterschreiten. Der angegebene Prüfstrom muss nicht identisch mit der beim Start tatsächlich auftretenden Stromstärke sein, er gibt aber Hinweise, welche Batterie besseres Startvermögen erwarten lässt. Von den beiden Batterien 12 Volt 135 Ah und 12 Volt 110 Ah wird die Batterie mit 110 Ah (trotz geringerer Kapazität) besseres Startverhalten zeigen.
Um diese Grundbegriffe einfach zu erklären, nehmen wir als Modell das Wasser zur Hilfe. Sie stellen sich einen in der Höhe angebrachtes Gefäss mit einer grösseren darin enthaltenen Wassermenge vor. Aus diesem führt über einen Hahn ein Rohr in ein am Boden angebrachten Behälter. Die im oberen Gefäss enthaltene Wassermenge entspricht als elektrische Grösse der Kapazität. Der im Rohr fliessende Wasserstrom entspricht elektrisch der Stromstärke. Die Niveaudifferenz der beiden Behälter symbolisiert die elektrische Spannung. Der Hahn ist mit einem einfachen Schalter vergleichbar. Also je grösser die Spannung (Höhendifferenz), desto grösser ist die Stromstärke (fliessende Wassermenge). Wenn das obere Gefäss leer ist, ist das System erschöpft, d.h. es ist ein Zyklus beendigt und der Behälter muss nachgefüllt werden. Mit anderen Worten, die Kapazität ist ausgenützt und es muss eine Nachladung erfolgen.
Der Strom, den die Batterie an die elektrische Anlage (Zündung, Anlasser, Licht, Radio, Heckscheibe, Bordcomputer, Navigationssystem usw.) abgibt, muss durch den Alternator (Stromerzeuger) an die Batterie während der Fahrt zurückgeliefert werden. Funktioniert der Alternator nicht einwandfrei, ist die Batterie nach kurzer Zeit leer und muss nachgeladen bzw. der Alternator revidiert werden. Wichtig ist also die optimale Reglerspannung von 14,2 Volt. Bei zu hoch eingestellter Reglerspannung wird durch die Elektrolyse Wasser zersetzt. Dadurch sinkt mit der Zeit der Elektrolytspiegel (Flüssigkeitsstand). Ist die Reglerspannung zu niedrig eingestellt, wird die Batterie nicht richtig geladen, was ebenfalls ihre Lebensdauer verkürzt.
Ein fabrikneues Fahrzeug ist mit einer genügend starken Batterie ausgestattet. Es ist jedoch ratsam, beim Kauf der zweiten Batterie (Zweitausrüstung) zu überprüfen, ob eventuell, bedingt durch den Stromverbrauch (Handy, Bordcomputer, Standheizung, viele Stadtfahrten usw.) eine kapazitätsgesteigerte Batterie erforderlich ist. Die Lebensdauer wird dadurch erheblich verlängert, da die Batterie weniger beansprucht wird (Zyklisierung). Doch eine Batterie, deren Aufgabe es vor allem ist, für einen reibungslosen Startvorgang zu sorgen, kann nicht unbegrenzt durch andere Stromverbraucher belastet werden. Für die automobile Zukunft wird daher an Konzepten gearbeitet, Autos mit mehreren Batterien und Kabelnetzen auszustatten.