Es sind eher die Fahrgewohnheiten als defekte Batterien, die zu den Ausfällen führen.
Ein deutscher Hersteller von Luxusautomobilen erklärte, dass von 400 Autobatterien, die als Garantiefall zurück kamen, 200 normal arbeiteten und keinen Fehler aufwiesen. Tiefentladung und Säureschichtung sind die häufigsten Ursachen für die scheinbaren Ausfälle. Der Fahrzeughersteller sagte auch, dass solche Probleme mehr bei den grossen Luxusautomobilen auftreten, die mehr Zusatzgeräte, die viel Leistung benötigen, enthalten, als die gängigen Standardautos.

In Japan sind Batterieausfälle die hauptsächlichste Klage gegenüber den Autoherstellern. Ein durchschnittliches Auto wird nur 13km pro Tag gefahren, und dies meistens im verstopften Stadtverkehr. Als Resultat werden die Batterien nie voll aufgeladen und es entsteht eine Sulfatierung. Die Batterien in japanischen Autos sind kleiner und liefern nur die Leistung, um das Fahrzeug zu starten und die einfachsten Funktionen sicher zu stellen. Nordamerika ist gegen diese Batterieprobleme etwas abgeschirmt, auf Grund der grossen Distanzen, die gefahren werden. .

Gute Batterieleistungen sind wichtig, da Probleme, die während der Garantiezeit auftreten, die Zufriedenheit des Kunden einschränken. Jeder Wartungsbedarf während dieser Zeit wird erfasst, und die Zahlen werden in Fachzeitschriften veröffentlicht. Diese Daten sind von grösster Bedeutung für alle künftigen Autokäufer in der ganzen Welt.

Das schlechte Funktionieren einer Batterie ist selten auf Fabrikationsfehler zurück zu führen; der Schuldige ist meistens die Fahrgewohnheit. Der grosse, zusätzliche Leistungsbedarf, erlaubt bei den kurzen gefahrenen Distanzen nie eine volle Aufladung der Batterie, was für die Langlebigkeit einer Blei-Säure-Batterie absolut notwendig ist. Gemäss den Ausführungen eines führenden europäischen Autobatterieherstellers sind die Fabrikationsfehler weniger als 7%.

Säureschichtung, ein Problem bei Luxusautos

Eine häufige Ursache von Batteriefehlern ist die Säureschichtung. Der Elektrolyt einer geschichteten Batterie konzentriert sich im unteren Teil, was im oberen Teil der Zellen zu einer Säurearmut führt. Dieser Effekt ist ähnlich einer Kaffeetasse, in welcher sich der Zucker am Boden ansammelt, wenn man vergisst, den Kaffee umzurühren. Batterien tendieren zur Schichtung, wenn sie schwach geladen bleiben (unterhalb 80%) und nie die Möglichkeit einer Vollladung haben. Eine Fahrt über kurze Distanzen, mit eingeschalteten Scheibenwischern und elektrischer Heizung fördert diese Situation. Die Säureschichtung beeinträchtigt die allgemeine Leistung der Batterie.

Figur 1 zeigt eine normale Batterie, in welcher die Säure gleichmässig von unten bis oben verteilt ist. Diese Batterie liefert eine gute Leistung, weil alle Platten mit einer korrekten Säurekonzentration umgeben sind. Figur 2 zeigt eine geschichtete Batterie, in welcher die Säurekonzentration oben schwach und unten stark ist. Eine schwache Säure begrenzt die Plattenaktivitäten, fördert die Korrosion und reduziert die Leistung. Ein hohe Säurekonzentration im unteren Teil, andrerseits, erhöht künstlich die offene Klemmenspannung. Die Batterie erscheint voll geladen zu sein, aber sie liefert einen tiefen CCA-Wert (Kaltstartstrom). Hohe Säurekonzentration fördert ebenfalls die Sulfatierung und schwächt die sonst schon tiefe Leitfähigkeit zusätzlich. Ein solcher Zustand kann, wenn er nicht bemerkt wird, schliesslich zu einem Batteriefehler führen.

Figur 1: Eine normale Batterie Die Säure ist von oben bis unten gleichmässig in den Zellen verteilt und liefert maximale CCA-Werte und Kapazität.

Figur 2: Batterie mit Säureschichtung Die Säurekonzentration ist oben schwach und unten stark. Hohe Säurekonzentration erhöht künstlich die offene Klemmenspannung. Die Batterie erscheint voll geladen, hat aber einen kleinen CCA-Wert. Übermässige Säurekonzentra-tion bewirkt Sulfatierung in der oberen Hälfte der Platten.

Mit Ruhigstellung der Batterie während einigen Tagen, einer Schüttelbewegung der Batterie oder kippen der Batterie kann das Problem eventuell behoben werden. Mit einer Überladung, bei welcher die 12V-Batterie während einer oder zwei Stunden bis auf 16V hochgeladen wird, kann die Säureschichtung ebenfalls rückgängig gemacht werden. Das Überladen reduziert ebenfalls die Sulfatierung, die wegen der hohen Säurekonzentration entstanden ist. Es muss beachtet werden, dass sich die Batterie nicht erhitzt oder viel Elektrolyt verliert, durch das Entstehen von Wasserstoffgas. Die Batterie soll immer in einem gut durchlüfteten Raum geladen werden. Eine Ansammlung von Wasserstoffgas kann zu einer Explosion führen. Wasserstoff ist geruchlos und kann nur mit geeigneten Messgeräten festgestellt werden.

Die Herausforderung des Batterie testens.

Während der letzten 20 Jahre hinkte der Batterietest anderen Technologien hinterher. Der Grund war: Die Batterie ist sehr schwierig zu testen, kurz gesagt, das Durchführen einer Vollladung, Entladung und wieder Vollladung. Die Batterie verhält sich ähnlich wie wir Menschen. Wir wissen noch immer nicht, warum wir an gewissen Tagen besser drauf sind, als an anderen.

Auch beim Anwenden von sehr zuverlässigen Lade- und Entladegeräten, entstehen bei Blei-Säure-Batterien verwirrend starke Kapazitätsschwankungen bei wiederholten Messungen. Um diese Schwankungen zu belegen, hat Cadex 91 Autobatterien mit verschiedenen Leistungsniveaus getestet (Figur 3). Die Batterien wurden zuerst vorbereitet, indem eine Vollladung durchgeführt wurde, gefolgt von einer 24-stündigen Ruhephase. Wir massen dann die Kapazität, indem die Batterie mit 25A bis auf 10.50V oder 1.75V/Zelle (schwarze Rombusse) entladen wurde. Diese Prozedur wurde ein zweites Mal durchgeführt und die Resultate wurden mit violetten Vierecken eingetragen (Test 2). Dies ergab +/- 15% Abweichungen der Kapazitätsmessungen über die gesamte Anzahl der gemessenen Batterien. Einige Batterien zeigten höhere Kapazitäten bei der zweiten Messung, andere zeigten tiefere Werte. Andere Chemien zeigten sich gleichmässiger in den Kapazitätsmessungen als Blei-Säure.

Figur 3: Kapazitäts-schwankungen Die Kapazitäten von 91 Autobatterien, gemessen mit einer konventionellen Entlademethode, zeigten Schwankungen von +/- 15%.

Seit dem Beginn waren Belastungstests die Standardmethode zum Testen von Autobatterien. Das Jahr 1992 brachte uns die Wechselstomleitfähigkeit (AC conductance), eine Methode, die das Testen der Batterien vereinfachte. Wir experimentieren z.Z. mit einer tragbaren Version der Elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS), zu einem erschwinglichen Preis.

Das Erhalten einer schnellen und zuverlässigen Einschätzung einer fehlerhaften Batterie ist schwierig. Die meisten verwendeten Batterietestgeräte beschränken sich auf die Messungen von Kaltstartstrom (CCA) und Spannung. Die Kapazität, die wichtigste Messung an einer Batterie, ist jedoch nicht vorhanden. Während die Messung des CCA-Wertes allein verhältnismässig einfach ist, ist die Kapazitätsmessung sehr komplex, und Messinstrumente, die diese Möglichkeit enthalten, sind sehr teuer.

Das Gerät Spectro CA-12 von Cadex Electronics ist das erste einer Serie von hochqualifizierten Batterietestgeräten, das die Kapazität, den Kaltstartstrom (CCA) und den Ladezustand (SoC) mit einer einzigen, sanften Messung erfassen kann. Die Technologie basiert auf der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS). Das System injiziert 24 Steuerfrequenzen zwischen 20 und 2000 Hz. Das sinusförmige Signal ist begrenzt auf 10mV/Zelle, um innerhalb der thermischen Batteriespannung von Blei-Säure-Batterien zu bleiben. Dies ergibt zuverlässige Messresultate für kleine wie auch für grosse Batterien.

Während dem 30 Sekunden dauernden Test, werden über 40 Millionen Daten verarbeitet. Ein patentierter Algorithmus analysiert die Daten und die Resultate von Kapazität, CCA und Ladezustand werden angezeigt.
(Für mehr Informationen, besuchen Sie http://www.cadex.com/prod_testers_ca12.asp)

Die richtige Wahl

Kein Batterietester lost alle Probleme. Tester für Eingangssignale sind billig, einfach zu bedienen und in der Lage, einen grossen Bereich von Batterien zu testen. Diese Geräte geben jedoch eine nur sehr grobe Information über den Batteriezustand ab. Ein Labortest bei Cadex zeigte, dass ein Batterietestgerät auf EIS-Basis fünf mal zuverlässiger eine schwache Batterie entdecken kann, als dies mit Wechselstromleitfähigkeit der Fall ist. Konventionelle Batterietester beurteilen oft Batterien falsch wegen eines tiefen Ladezustandes. Viele Batterien werden ersetzt, obschon sie nur aufgeladen werden sollten, während andere einen guten Gesundheitszustand attestiert bekommen, obschon sie ersetzt werden müssten.

Die Säureschichtung ist schwierig zu messen, selbst mit der EIS-Technologie. Einfache Testgeräte arbeiten nach einem einfachen Schnappschusssystem, ermitteln eine durchschnittliche Messung und spucken das Resultat aus. Batterien mit Säureschichtung tendieren zu einer zu hohen Ladezustandsmessung, auf Grund der hohen Spannung. Bei ersten Tests zeigte auch der Spectro CA-12 leicht höhere CCA-Werte und Kapazitäten als normal. Nach einer Ruhestellung der Batterie, normalisierte sich die Kapazität. Ein Grund dafür kann der Diffusionseffekt sein, der als Resultat der Ruhestellung bei Säureschichtung auftreten kann. Es gibt nur wenig Informationen darüber, wie lange eine Batterie mit Säureschichtung ruhen muss, um diese Verbesserung zu erreichen, ausser der Tatsache, dass höhere Temperaturen den Diffusionseffekt beschleunigen.

Idealerweise sollte ein Batterietester anzeigen, wie der Stand der Säureschichtung ist, wie gross die Sulfatierung, die Oberflächenladung und andere Kriterien sind, und er sollte auch anzeigen, wie diese Probleme korrigiert werden können. Diese Möglichkeiten sind aber noch nicht durchführbar. Viel Forschungsarbeit wird erbracht, um eine Lösung zu finden, um eine bessere Batterieevaluation zu erreichen, ohne dass die Batterie dafür voll entladen werden muss. Die an der Blei-Säure-Batterie gewonnenen Kenntnisse können dann auch für andere Batteriesysteme angewendet werden.