Aufbau der Batterie

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Automobiltechnik
3. Aufbau der Bleibatterie
am Beispiel einer Starterbatterie mit Gitterplatten
Bild 1: Aufbau einer Starterbatterie
1 Anschlusspol 7 Batteriegehäuse (Polypropylen PP)
2 Verschlusszapfen 8 Schlammraum
3 Zellenverbinder 9 Minusplatte, grau
4 Zellen-Trennwand 10 Separator
5 Plattenverbinder 11 Plusplatte, braunrot
6 Gehäusedeckel 12 Plattenverbinder
Bemerkung:
Bei vielen Batterien werden Separatoren in Taschenform verwendet. Damit wird der
Schlammraum überflüssig.
Die Legierung der Gitterplatte [6] ist ein wichtiges Merkmal für die Funktion der Batterie.
Während früher Blei-Antimon verwendet wurde, werden heute Blei-Calcium-Zinn Legierungen verwendet.
Bei einem Zinngehalt > 1,2% wird die Korrosionsfestigkeit des Gitters massiv gesteigert. Zudem wird die Gefahr
der Reduktion der Leitfähigkeit zwischen Gitter und aktiver Masse reduziert.
Ein geringer Zusatz von Silber unterstützt die Korrosionsfestigkeit und reduziert die Gittervergrösserung bei
erhöhten Temperaturen.
Karl Meier-Engel
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Batterie; Aufbau der Bleibatterie

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