12-Volt-Batterietechnologie

24 / 08 / 2020

Marketing

Der bereits 1859 eingeführte Bleiakkumulator ist ein integrales Bauteil in fast allen Kraftfahrzeugarten, einschließlich Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Obwohl Hybrid- und Elektrofahrzeuge zur Energiespeicherung und als Antrieb Lithium-Ionen- und Nickel-Metallhydrid-Akkus verwenden, wird die zuverlässige 12-Volt-Batterie weiterhin für den Betrieb des 12-Volt-Elektrosystems des Fahrzeugs genutzt.

Im Folgenden werfen wir einen Blick auf die 12-Volt-Batterietechnologie und zukünftige Strategien, die mithilfe der technischen Experten von Autodata erkundet werden.

Der 12-Volt-Bleiakkumulator verfügt im Inneren über keinerlei bewegliche Teile und umfasst sechs galvanische Zellen mit einem Spannungsvermögen von jeweils 2,1 Volt. Jede Zelle enthält eine positive bleidioxidbeschichtete Platte und eine negative Bleiplatte, getrennt durch ein Gitter und ein als Trenner bezeichnetes Isoliermaterial. Die gesamte Struktur ist von einem Hartplastikbehälter ummantelt, der mit einer flüssigen Lösung gefüllt ist – einem sogenannten Elektrolyten aus Schwefelsäure und Wasser. Jede Zelle wird mit mehr als 2,1 Volt geladen, wodurch im Inneren eine chemische Reaktion des Akkus ausgelöst wird, die einsatzbereite elektrische Energie erzeugt.

12V battery diagram

1 Galvanische Zelle 2 Positive bleidioxidbeschichtete Platte 3 Negative Bleiplatte 4 Gitter 5 Trenner 6 Bleiplatte

Seit Erfindung des Bleiakkumulators hat es kaum nennenswerte Verbesserungen hinsichtlich der Konstruktion gegeben. Allerdings kam es Mitte der 1970er Jahre zur Einführung des „wartungsfreien“ oder „versiegelten“ Bleiakkumulators. „Versiegelt“ trifft es als Bezeichnung eigentlich nicht ganz, da wartungsfreie oder versiegelte Batterien trotz alledem über Sicherheitsventile verfügen, die bei Überladung oder Zellausfall für eine Reduzierung des Innendrucks sorgen. Genau aus diesem Grund werden sie auch als ventilgeregelte Bleisäurebatterien oder VRLA-Akkumulatoren (valve regulated lead acid) bezeichnet.

Was den VRLA-Akkumulator wartungsfrei macht (er muss nicht mit destilliertem Wasser nachgefüllt werden), ist die chemische Reaktion, die sich ereignet, wenn der auf der positiven Platte gebildete Sauerstoff auf den von der negativen Platte abgegebenen Wasserstoff trifft. Die Synthese dieser beiden Verbindungen ergibt Wasser, das von dem Akku wiederverwertet wird – wodurch er wartungsfrei wird.

Ohne sich zu weit von den chemischen Eigenschaften des VRLA-Akkumulators zu entfernen, wird dasselbe Konzept nun auch für Gel- und Absorbent-Glass-Mat-(AGM)-Akkumulatoren genutzt. Gel- und AGM-Akkumulatoren gelten noch immer als versiegelte und ventilgeregelte Batterien, auch wenn zwischen beiden Kategorien signifikante Unterschiede bestehen. Die Säure des Gel-Akkumulators wird mithilfe von Siliziumdioxid zu einer dicken flüssigen Masse geformt, während der AGM-Elektrolyt für die Sättigung eines glasfasergeflechtartigen Mattentrenners genutzt wird.

Diese innovative technologische Weiterentwicklung bringt viele Vorteile mit sich: Beide Akkus sind praktisch wartungsfrei, vibrationsresistent und verfügen über keinerlei frei flottierende Flüssigkeit, die auslaufen könnte. Zudem können sie sicher in Bereichen mit eingeschränkter Belüftung eingesetzt werden. Da der AGM-Akkumulator jedoch auch hohen Anforderungen bezüglich der Stromkapazität gerecht werden kann und sich nur sehr langsam entlädt, ist er die bevorzugte Wahl der Automobilbranche und wird häufig in Fahrzeugen der Stopp-Start-Generation verbaut.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass bei Fahrzeugen, die mit Batterieüberwachungssystemen ausgestattet sind, bei jedem Batteriewechsel eine Neukalibrierung erforderlich ist. Batterieüberwachungssysteme liefern präzise Informationen zum Zustand der Batterie, wobei die Auswirkungen der Batteriealterung berücksichtigt werden. Werte wie Stromstärke und Batteriedaten müssen mithilfe von Diagnosegeräten zurückgesetzt werden. Bei Vernachlässigung kann es zu einer Überladung kommen, die zu einem vorzeitigen Ausfall der Batterie führt.

Bei Verwendung externer Batterieladegeräte ist Vorsicht geboten, da VRLA-Akkumulatoren mit einer niedrigen Rate und einer geringen Geschwindigkeit geladen werden sollten. Um Schäden an der Batterie zu vermeiden, sollten intelligente Batterieladegeräte verwendet werden, die in der Lage sind, die Spannung und den Strom automatisch zu regulieren. Bei jeglichen Zweifeln bezüglich Kompatibilität und Verwendung befolgen Sie bitte die Empfehlungen des Produktherstellers.

Die Zukunft

Die Suche der Automobilbranche nach dem nächsten Evolutionsschritt in der Batterietechnologie geht weiter. Das Ziel ist die Erfindung einer Batterie, die in der Lage ist, große Mengen an elektrischer Energie zu speichern – bei einer gleichzeitig relativ kurzen vollständigen Ladezeit. Folgende Beispiele bieten einen kurzen Einblick in neue Strategien und Aspekte, die derzeit untersucht werden:

• Zur Erhöhung der Energiemasse wird der in aktuellen Batterien genutzte Elektrolyt bei Festkörperbatterien durch eine feste Substanz ersetzt. Da die Betriebstemperaturen niedrig sind, besteht nur ein sehr geringes Brand- und Explosionsrisiko. Es ist davon auszugehen, dass diese Batterien eine längere Lebensdauer haben als aktuelle Batterien und auch billiger in der Herstellung sind.

• Silizium-basierte Batterien sind Lithium-Ionen-Batterien, bei denen Silizium verwendet wird. Auf diese Weise wird die Ladekapazität des Akkus erhöht, was zu einer wesentlich längeren Nutzungsdauer zwischen den Ladezeiten führt. Ein weiterer Pluspunkt ist die unbegrenzte Verfügbarkeit von Silizium.

• Laut Entwicklern speichern Fluorid-Ionen-Batterien bis zu zehn Mal mehr Energie als aktuelle Lithium-Ionen-Batterien. Allerdings funktionieren Fluorid-Ionen-Batterien derzeit nur bei hohen Temperaturen. Diese Temperaturbegrenzung muss umgangen werden, bevor es zu einer praktischen Nutzung kommen kann.

Trotz des fortgeschrittenen Alters der 12-Volt-Batterie gibt es immer noch Verbesserungsspielraum – und die Vergangenheit zeigt, dass eine Batterie auch durch langsamen und kalkulierten Fortschritt perfektioniert werden kann. Es ist unwahrscheinlich, dass signifikante Fortschritte in der Batterietechnologie von heute auf morgen erfolgen. Die Branche sollte von mehreren Jahren oder gar Jahrzehnten ausgehen.

Das dedizierte Modul zum Abklemmen und Anschließen der Batterie von Autodata liefert Mechanikern alle Informationen, die für ein effizientes und erfolgreiches Arbeiten mit den aktuellen Batterien benötigt werden. Zu den Funktionen gehören Diagramme, die die Standorte und Verfahren zum Abtrennen der Batterien anzeigen, Anweisungen zur Vorbereitung der Batterie auf das Abtrennen sowie eine Liste der elektrischen Bauteile, die nach dem Wiederanschließen der Batterie zurückgesetzt werden müssen.