Aufbau der Batterie
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BFH-TI<br />
Automobiltechnik<br />
3. <strong>Aufbau</strong> <strong>der</strong> Bleibatterie<br />
am Beispiel einer Starterbatterie mit Gitterplatten<br />
Bild 1: <strong>Aufbau</strong> einer Starterbatterie<br />
1 Anschlusspol 7 <strong>Batterie</strong>gehäuse (Polypropylen PP)<br />
2 Verschlusszapfen 8 Schlammraum<br />
3 Zellenverbin<strong>der</strong> 9 Minusplatte, grau<br />
4 Zellen-Trennwand 10 Separator<br />
5 Plattenverbin<strong>der</strong> 11 Plusplatte, braunrot<br />
6 Gehäusedeckel 12 Plattenverbin<strong>der</strong><br />
Bemerkung:<br />
Bei vielen <strong>Batterie</strong>n werden Separatoren in Taschenform verwendet. Damit wird <strong>der</strong><br />
Schlammraum überflüssig.<br />
Die Legierung <strong>der</strong> Gitterplatte [6] ist ein wichtiges Merkmal für die Funktion <strong>der</strong> <strong>Batterie</strong>.<br />
Während früher Blei-Antimon verwendet wurde, werden heute Blei-Calcium-Zinn Legierungen verwendet.<br />
Bei einem Zinngehalt > 1,2% wird die Korrosionsfestigkeit des Gitters massiv gesteigert. Zudem wird die Gefahr<br />
<strong>der</strong> Reduktion <strong>der</strong> Leitfähigkeit zwischen Gitter und aktiver Masse reduziert.<br />
Ein geringer Zusatz von Silber unterstützt die Korrosionsfestigkeit und reduziert die Gittervergrösserung bei<br />
erhöhten Temperaturen.<br />
Karl Meier-Engel<br />
3-1<br />
<strong>Batterie</strong>; <strong>Aufbau</strong> <strong>der</strong> Bleibatterie
BFH-TI<br />
Automobiltechnik<br />
Bei <strong>der</strong> Starterbatterie werden dünne Gitterplatten verwendet. Die aktive Masse wird von diesem Gitter getragen.<br />
Diese Bauweise ergibt einen geringen Innenwi<strong>der</strong>stand und garantiert damit hohe Entladeströme. Das Gitter wird<br />
aus reinem Blei [3] o<strong>der</strong> einer Bleilegierung hergestellt. Dabei werden Zusätze wie Antimon, Calcium, Schwefel,<br />
Selen o<strong>der</strong> Zinn [3][4] eingesetzt.<br />
Starterbatterien sind nicht geeignet für eine grosse Zahl von Entladezyklen.<br />
Panzerplatten / Röhrchenplatten<br />
Für Antriebsbatterien (Traktionsbatterien) von Elektrofahrzeugen werden <strong>Batterie</strong>n benötigt, welche vor allem eine<br />
grosse Zahl von Entladezyklen erreichen. Solche <strong>Batterie</strong>n werden mit Erfolg in elektrischen Gabelstaplern<br />
eingesetzt. Diese werden während eines normalen Arbeitstages à 8 Stunden verwendet. Das bedeutet, dass die<br />
Entladedauer etwa 5 h beträgt.<br />
Für diese Anwendung wird die aktive Masse <strong>der</strong> positiven Platte in ein Kunststoffröhrchen eingefüllt. Damit wird<br />
diese Platte wesentlich stabiler. Die negative Platte wird als normale Gitterplatte gebaut.<br />
Derartige <strong>Batterie</strong>n konnten mit Erfolg bei einem<br />
Versuchsbetrieb mit MAN-Linienbussen eingesetzt werden<br />
[1]. Für diesen Einsatz wurden Sie mit einer<br />
Elektrolytumwälzung und einer Temperaturstabilisierung<br />
ausgestattet.<br />
Damit konnte eine Säureschichtung vermieden werden.<br />
<strong>Aufbau</strong>:<br />
- Bleistäbe<br />
- Röhrchen aus Glasseide und Kunststoff gefüllt mit <strong>der</strong><br />
aktiven Masse<br />
- Verschlussleiste aus Kunststoff<br />
Bild 2: <strong>Aufbau</strong> <strong>der</strong> Röhrchenplatte<br />
Karl Meier-Engel<br />
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<strong>Batterie</strong>; <strong>Aufbau</strong> <strong>der</strong> Bleibatterie
BFH-TI<br />
Automobiltechnik<br />
Elektrolyt<br />
Beim Elektrolyt handelt es sich um verdünnte Schwefelsäure.<br />
Bild 3: Warnschild auf einer <strong>Batterie</strong><br />
In verdünnter Schwefelsäure teilen sich die Schwefelsäuremoleküle H 2 SO 4 in folgende drei Ionen auf: 2<br />
Wasserstoffionen H + und 1 Säurerestion HSO 4 2- .<br />
Vergleichstabelle Dichte - °Baumé<br />
Dichte bei 15°C [kg/dm 3 ] Baumé [°Bé] Säuregehalt [Gewichts-%]<br />
1,100<br />
1,120<br />
1,140<br />
1,160<br />
1,180<br />
1,200<br />
1,220<br />
1,240<br />
1,260<br />
1,280<br />
1,300<br />
1,320<br />
1,340<br />
13,2<br />
15,5<br />
17,8<br />
20,0<br />
22,1<br />
24,2<br />
26,1<br />
28,1<br />
29,9<br />
31,7<br />
33,5<br />
35,2<br />
36,8<br />
14,3<br />
17,0<br />
19,6<br />
22,1<br />
24,7<br />
27,2<br />
29,6<br />
32,0<br />
34,4<br />
36,8<br />
39,1<br />
41,4<br />
43,8<br />
Karl Meier-Engel<br />
3-3<br />
<strong>Batterie</strong>; <strong>Aufbau</strong> <strong>der</strong> Bleibatterie
BFH-TI<br />
Automobiltechnik<br />
Säuredichte, Temperatur und Gefrierpunkt<br />
Säuredichte [kg/dm 3 ]<br />
Gefrierpunkt [°C]<br />
-25°C -15°C 0°C 15°C 25°C 35°C 45°C<br />
1,253 1,260 1,270 1,280 1,273 1,266 1,259<br />
1,233 1,240 1,250 1,260 1,253 1,246 1,239<br />
1,213 1,220 1,230 1,240 1,233 1,226 1,219<br />
1,193 1,200 1,210 1,220 1,213 1,206 1,199<br />
1,153 1,160 1,170 1,180 1,174 1,167 1,161<br />
1,134 1,140 1,150 1,160 1,154 1,148 1,142<br />
1,050 1,080 1,090 1,100 1,095 1,090 1,085<br />
-50<br />
-35<br />
-30<br />
-25<br />
-18<br />
-16<br />
-8<br />
Beim Mischen von <strong>Batterie</strong>säure gilt:<br />
Zuerst das Wasser dann die Säure, sonst geschieht das Ungeheure !<br />
Die <strong>Batterie</strong>säure muss möglichst rein sein, da Fremdstoffe speziell Metalle sich auf <strong>der</strong> negativen Platte absetzen<br />
o<strong>der</strong> die positiven Gitter angreifen, Sekundärelemente bilden und die Korrosion sowie die Selbstentladung <strong>der</strong><br />
<strong>Batterie</strong> beschleunigen.<br />
Neutralisieren von Säuren<br />
Säuren dürfen nicht einfach in den Ausguss gegossen werden. Sie sind vorher zu neutralisieren. Dazu eignen sich<br />
die folgenden Produkte:<br />
Bezeichnung Formel Giftklasse<br />
doppelkohlensaures Natron<br />
Natriumhydrogencarbonat,<br />
Natriumcarbonat, Soda<br />
Natronlauge<br />
Natriumhydroxyd<br />
NaHCO 3<br />
Na 2 CO 3<br />
NaOH aq<br />
NaOH<br />
5<br />
5<br />
2<br />
2<br />
Karl Meier-Engel<br />
3-4<br />
<strong>Batterie</strong>; <strong>Aufbau</strong> <strong>der</strong> Bleibatterie
BFH-TI<br />
Automobiltechnik<br />
Messen des pH-Wertes<br />
Alle wässerigen Lösungen weisen eine elektrische Leitfähigkeit auf. Diese<br />
Leitfähigkeit ist ein Mass für die Anzahl <strong>der</strong> Ionen.<br />
Die Konzentration <strong>der</strong> Hydroxoniumionen H 3 O + wird für die Angabe des pH-Wertes<br />
verwendet.<br />
In <strong>der</strong> Literatur findet man oft anstelle <strong>der</strong> Hydroxoniumionen die ungenaue<br />
Bezeichnung Wasserstoffionen.<br />
Da diese Hydroxoniumionen-Konzentration in verdünnten Lösungen alle beliebigen<br />
Werte zwischen 1 und 110 -14 mol/dm 3 annehmen kann, verwendet man als Masszahl<br />
nur den negativen Exponenten.<br />
pH = -log [H 3 O + ]<br />
Wasser weist den pH-Wert 7 auf und gilt als neutral.<br />
Der pH-Wert wird mit dem pH-Meter o<strong>der</strong> mit dem Indikationspapier [5] gemessen.<br />
Abbildung 4: Die Leitfähigkeit <strong>der</strong> Schwefelsäure [2]<br />
Karl Meier-Engel<br />
3-5<br />
<strong>Batterie</strong>; <strong>Aufbau</strong> <strong>der</strong> Bleibatterie
BFH-TI<br />
Automobiltechnik<br />
Die verdünnte Schwefelsäure hat eine Doppelfunktion zu erfüllen:<br />
- Reaktionspartner<br />
- Ionenleiter<br />
Auf dem Diagramm <strong>der</strong> vorhergehenden Seite sieht man, dass die Leitfähigkeit <strong>der</strong> verdünnten Schwefelsäure von<br />
zwei Grössen beeinflusst wird:<br />
- Temperatur<br />
- Säuredichte<br />
Man erkennt deutlich, dass die Säuredichte <strong>der</strong> <strong>Batterie</strong> in den Bereich <strong>der</strong> grössten Leitfähigkeit gelegt wurde.<br />
Literaturverzeichnis<br />
[1] Naunin D. und Mitautoren: Elektrische Strassenfahrzeuge, Expert-Verlag, Band 255<br />
[2] Varta: Bleiakkumulatoren, VDI-Verlag, ISBN 3-18-40-0534-8<br />
[3] Hawker Energy: Genesis Selection Guide, second edition<br />
Internet: www.hepi.com<br />
[4] Kiehne H.A.: <strong>Batterie</strong>n, expert Verlag, Band 57, ISBN 3-8169-0228-6<br />
[5] Christen Hans Rudolf: Allgemeine Chemie, Diesterweg / Sauerlän<strong>der</strong>, ISBN 3-425-05392-2 /<br />
ISBN 3-7941-0139-1<br />
[6] Siegmund Andreas: Grid alloys for automobile batteries in the new millennium; Minerals, Metals &<br />
Materials Society; Jan 2001<br />
Karl Meier-Engel<br />
3-6<br />
<strong>Batterie</strong>; <strong>Aufbau</strong> <strong>der</strong> Bleibatterie