Batterie

So funktioniert die Mopedbatterie

Für viele ist die Mopedbatterie ein Buch mit sieben Sieglen, das Ding ist meistens dann kaputt, wenn’s gar nicht gut kommt, und dann hilft nur noch schieben, was bei der ZR-7 schon ganz schön Anstrengung abverlangt. Wer weiß, wie die Batterie funktioniert, der versteht auch den einen oder anderen Pflegetipp besser…..

Der Übersicht wegen habe ich das Thema in weitere Kaptitelchen geteilt:

Aufbau der Batterie
Der Chemische und physikalische Lade/Entladeprozess
Elektrische Kennwerte

Die Motorradbatterie ist eigentlich ein Bleiakkumulator, das heißt die Elektroden (Elektrische Pole im Inneren der Batt.) der Batterie bestehen aus Blei oder Bleiverbindungen. Damit erklärt sich schon das recht hohe Gewicht der Batterie

Die PlusPlatte ist eine Bleiplatte, auf welcher durch elektro- chemische Reaktion aus Bleiglätte (PbO) und Mennige (Pb₃O₄) sich das Bleidioxid (PbO₂) ausbildet. Bleidioxid hat eine braune Farbe.

Die MinusPlatte besteht aus Blei (Pb).

Die Platten sind meist Waben oder Gitterförmig aufgebaut, so daß sich die wirksame Fläche vergrößert jeder Hersteller hat da sein ”Geheimrezept”.

Das Gehäuse ist in der Regel ein schlagfester Kunststoff, welcher nicht durch das Elektrolyt angegriffen wird.

Das Elektrolyt ist verdünnte Schwefelsäure, ist giftig und zerfrisst organische Materialien, wie Kleidung und Haut ! – Darum größte Vorsicht beim hantieren mit Batteriesäure !

Der Seperator verhindert, daß sich die beiden Polplatten zu nahe kommen, in dem Schaubild sind die beiden Platten nämlich viel weiter auseinader, als im Original ! – In der Realität werden viele dieser Plattenkombinationen nebeneinander gestellt, um die Oberfläche zu erhöhen. Der Seperator besteht meist aus Gummi, oder Kunststoff. Die Seperatoren sind porös, damit die elektrischen Ladungsträger hindurch können.

Von dieser “Prinzip-Zelle“sind für eine 12V Batterie sechs Stück hintereinander geschaltet, weil eine solche Zelle max. um die 2V bringen kann. Das ist auch der Grund, warum sechs Einfüllstopfen für “Batteriewasser” an der Batterie sind.

Hier die chemischen Zusammenhänge – wenns zu “heftig” wird bitte nicht sofort weiterklicken, ich versuche es so verständlich zu machen wie möglich….

Für die chemischen Abläufe sind das Bleidioxid (PbO₂), das Blei (Pb) und die Schwefelsäure (H₂SO₄) verantwortlich.

Betrachten wir mal die Schwefelsäure genauer – Es gibt mehrere Konzentrationsstufen:

schwache Schwefelsäure : Greift weder Blei noch Bleidioxid an
starke Schwefelsäure: Greift reines Blei an, jedoch nicht Bleidioxid.
konzentrierte Schwefelsäure: Greift Bleidioxid und reines Blei an (frißt sich eigentlich durch fast alles….)

Das ist der Grund, warum man nie (!) Schwefelsäure nachfüllen darf – die Batteriepole (mindestens der Minsupol) würden sich auflösen ! Ab einer Säuredichte von ca 1,35 beginnt die chemische Umsetzung der Polplatten. Ein “tuning” der Batterie ist also durch Säurezugabe nicht möglich !

Im Elektrolyt ist neben der Schwefelsäure auch noch reines Wasser (H₂O) enthalten, damit sich überhaupt erst eine Säuredichte von max. 1,35 einstellen kann (sonst wär’s ja konzentrierte Schwefelsäure – und die käme bald aus dem Kunststoffgehäuse raus !). Bitte in hier kein Leitungswasser einfüllen, denn dieses enthält noch andere Bestandteile als reines Wasser (H₂O), wie Kalk und Nitrate – Wer will schon eine “verkalkte” Batterie ?!
Die Batteriehersteller raten übrigens ab, das destillierte Wasser aus dem Wäschetrockner zu verwenden, weil die Reststoffe der Waschmittel die Batterie beschädigen würden. Im Zweifelsfall ist dieses Wasser aber immer noch besser, als gar keines oder Leitungswasser !

Für die Batterie wirksam ist aber nur der Säureanteil.

Die Schwefelsäure ist in sog. Wasserstoff Ionen (schreibt sich : H⁺) und Säure-Rest Ionen (schreibt sich: SO₄^2-) dissoziert (heißt : verteilt).
Diese Ionen (=Ladungen) sind später von enormer Bedeutung, denn sie sind für die Positive, bzw. negative Ladung an den Polplatten verantwortlich

Nach dem geklärt ist, aus was das “Batteriewasser” besteht können wir nun die wirklich relevanten Dinge betrachten, nämlich das Laden und entladen. Weile beide Vorgänge reversibel (umkehrbar) sind, habe ich sie in einer Tabelle nebeneinader dargestellt.

Laden d.h. die Batterie nimmt Energie auf	Entladen d.h. die Batterie gibt Energie ab
Das spielt sich an der Minusplatte ab: Das Ladegreät “drückt” Elektronen auf die Minusplatte, welche mit BleiSulfat (PbSO₄) bedeckt ist. Dieser Ladungsüberschuß “saugt” Wasserstoff Ionen (H⁺) an, und es entsteht wieder Blei (Pb) und ein Schwefelsäure Molekül (H₂SO₄). Das Bleisulfat (PbSO₄) wird also auseinander gerissen. => Die Säuredichte steigt an. Das Ladegerät ist im Grunde nur eine “Elektronenpumpe” und “saugt” die benötigten Elektronen am Pluspol ab. Was dort geschieht kommt jetzt: Das Absaugen von negativen Elektronen macht den Pol positiver Na dämmerts schon warum der Plus Pol so heißt ?! Vorgänge am Pluspol: Werden dem Bleisulfat (PbSO₄) zwei Elektronen entzogen, löst sich die chemische Verbindung unter Verbrauch von 2 Wasser Molekülen in zwei Schwefelsäure Moleküle (H₂SO₄) und ein Bleidioxid (PbO₂) auf.	Das spielt sich an der Minusplatte ab: Die Blei Elektrode (-Pol) ist die “unedlere” Elektrode im vergleich zur Bleidioxid Elektrode (+ Pol), darum werden sich die Säurerest Ionen (SO₄^2-) zum Minuspol bewegen (durch den Seperator), und sich dort mit dem Blei zu Bleisulfat (PbSO₄) verbinden. => Die Säuredichte nimmt ab Bleisulfat ist unlöslich, und ein Endprodukt der chemischen Reaktion, also stabil. Bei der Verbindung zum Bleisulfat ist die Bleiplatte negativer geworden, um genau zwei Elektronen: Zur Errinnerung die Säurerest Ionen waren ja so geschrieben : SO₄^2- und eben diese “2-” sind die zwei Elektronen, und die sind negativ geladen! *Na dämmerts schon warum der Minus Pol so heißt ?!* Das spielt sich derweil am Pluspol ab: Wenn das Säure Rest Ion sich in Richtung Minus Pol aus dem Staub gemacht hat, bleibt das positive Wasserstoff Ion (H⁺) übrig, und wird von dem Bleidioxid (PbO₂) angezogen. Zusammen mit einem zusätzlichen Schwefelsäuremolekül entsteht an der Plusplatte ebenfalls Schwefelsulfat (PbSO₄) und zwei Wassermoleküle (2 H₂O). Für diesen Vorgang müssen aber zwei Elektronen bereitgestellt werden, und die kommen über den elektrischen Verbraucher von der Minusplatte herüber….. under der Strom fließt ! Ist das nicht was tolles ? Die Batterie ist Leer , wenn entweder alle Schwefelsäure Moleküle “verbraucht” sind (Säure war zu “dünn”), oder die gesamte Oberfläche mit Bleisulfat bedeckt ist, so daß sich kein Bleidioxid mehr verfügbar ist. Leider hat Bleisulfat etwa das 1,5 fache Volumen von Bleidioxid (PbO₂) und das 3 fache Volumen von Blei (Pb) -> Die Platten nehmen an Volumen extrem zu ! -> bei tiefentladene Batterien können sich die Platten biegen oder brechen ! Das ist dann der EXODUS der Batterie !
Es wird Wasser verbraucht	Es wird Schwefelsäure Verbraucht
Es wird Schwefelsäure freigesetzt	Es wird Wasser freigesetzt
Konzentration und Dichte des Elektrolyts nehmen zu	Konzentration und Dichte des Elektrolyts nehmen ab
Wird der Elektronenaustausch unterbrochen stehen auch die chemischen Vorgänge Still – Die Batterie wird weder geladen, noch entladen. (theoretisch jedenfalls)

Eine Batterie definiert sich neben den chemischen Vorgängen, die im Grunde für den Anwender nur von theoretischem Interesse sind, hauptsächlich über die elektrischen Daten, denn niemand kauft eine Batterie nach Säuredichte und Werkstoffen, sondern zum Beispiel nach der Kapazität….

Folgende Elektrische Kenngrößen hat eine Bleibatterie:

Kenngröße

Bedeutung

Spannung

Nominalspannung der Batterie. Die Nominalspannung kennzeichnet die Spannung, bei der die Batterie noch ca. 50% der Ladekapazität hat.
ca. Spannungswerte

Ladezustand	Spannung
0%	11,8V
25%	11,9 V
50%	12,1 V
75%	12,4 V
100%	12,6 V

Strom

Angabe über den maximalen Entladestrom (kurzzeitig), meistens durch den mechanischen Aufbau der Batterie begrenzt. Eine Motorrad Batterie kann durchaus 200 bis 300 A abgeben (halt nur kurz ! – dann ist sie höchst wahrscheinlich kaputt)

Kapazität

Gibt die maximale Ladung der Batterie an, gemessen in Ah. Die Kapazität wird bei 20°C und einer Entladezeit von 10Stunden ermittelt. Das heißt eine 54Ah Batterie kann 10Stunden bei 20°C einen Strom von 5,4 A liefern, und hat dann gerade die Entladeschlußspannung erreicht.

Die Kapazität hängt vom Entladestrom und der Temperatur ab. Im Winter bei tiefen Temperaturen ist die Kapazität geringer !

Entladeschluß – spannung

Die Spannung, bei welcher sich die Schwefelsäure komplett umgewandelt hat. Die Polplatten haben das maximale Volumen erreicht, und stehen vor dem Zerfall.

Gasungs – Spannung

Die Spannung, bei der alle Polplatten vom Bleisulfat befreit sind, und die elektrische Energie in die Trennung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff einsetzt. Geschieht bei ca. 14,4 Volt ! -> Das entstehende Wasserstoff Sauerstoff Gemisch (Knallgas) ist hochexplosiv !
Wenn die Batterie keine Entlüftung hat, kann sie durch den Gasdruck bersten !

Kälteprüfstrom

Der Strom, den die Batterie bei einer Mindestspannung von 7,5 Volt bei -18°C für eine Zeit von mindestens 10 Sekunden liefert.

Hier das (für die Praxis) wohl wichtigste Kapitel das Laden und Pfelgen von Bleibatterien.

Das Laden:
Man unterscheidet:

Das Dauerladen oder Erhaltungsladung, hier wird die Batterie auf 13,2 V gehalten (Spannungsbegrenzt)
Das Nachladen erfolgt mit niedrigem Strom und gelegentlichen Pausen. Die meisten einfachen Ladegeräte funktionieren nach diesem Prinzip (allerdings ohne Pausenautomatik)
Das Ausgleichsladen ist eine der aufwendigsten Techniken, bei der der Akku zwischen 80% und 120% der Kapazität entladen und wiederbeladen wird.
Beim normalen Einsatz im Motorrad geschieht im Grunde nichts anderes.
Die Desulfation ist der letzte versuch die zuvor tiefentladene und geschundene Batterie doch noch zu retten (meist erfolglos!) indem man die Säure absaugt und durch dest. Wasser ersetzt, einige Ausgleichsladungen durchführt, und zum Schluß die Säure wieder ersetzt.
Meistens ist der Ersatz durch eine neue Batterie günstiger, und mit weniger Ärger (und zerfressenen Kleidern) verbunden.

Folgende Ladetechniken gibt es:

Strombegrenzt
Der Strom wird auf einen Maximalwert begrenzt
(oft stößt das Ladegerät an sein eigenes Strom Limit -> niedrige Preisklasse)
Spannungsbegrenzt
Die Maximale Spannung des Ladegerätes ist elektronisch festgelegt.
(Mittlere Preisklasse)
Pulsladung
Elektronischer aufwendiger Laderegler, obere Preisklasse, dafür aber gute Akkupflege möglich. Eigentlich immer mit eingebautem Minicomputer erhältlich, der den Ladezustand überwacht.

Beim Laden entsteht kurzzeitig ein Spannungsberg, beim Entladen ein Spannungseinbruch. Diese Verhaltensweisen der Batterie kommen von den verschiedenen inneren Säuredichten, welche sich im Laufe der Zeit wieder ausgleichen. Dieser Effekt ist als “Selbsterholung” nach mehreren Startversuchen bekannt.

	Kann man ich meine ZR-7 Batterie mit dem “Dosenlader” laden ?
		Ja, wenn die Leerlaufspannung (Spannung ohne Batterie) des Ladegerätes 14 Volt nicht überschreitet. (Spannungsbegrenztes Ladegerät). Sollte ohne Belastung die Spannung irgendwo über 14 Volt liegen, dann führt dieses Ladegerät mit Sicherheit dazu, daß die Batterie abkocht (Gasung !) und bei verschlossenen Stopfen explodieren kann.
	Darf die Batterie auch mit großem Strom geladen werden (z.B. Ladegerät für Dosen ?)
		Die Batterie “nimmt” sich im allgemeinen nur den Strom, den Sie braucht. Wird die Gasungsspannung nicht überschritten kann man auch mit dem Dosenlader die Batterie laden. *ABER* : Bitte nicht das Ladegerät für den Elektrostapler oder Lastwagen nehmen, diese Ladegräte könnten die Batterie gnadenlos überfahren !
	Ist es gefährlich die Batterie mit zu kleinem Strom zu laden ?
		JA ! – Wenn die Batterie mit geringem Strom “Brutzelt” kann sich ebenfalls die Batterie (chemisch) zerlegen. Bis zur Ladeschlußspannung ist das aber unproblematisch, wahrscheinlich hast du gar nicht genug Geduld um darauf zu warten.
	Was passiert, wenn die Batterie weder voll noch leer gelagert wird ?
		Die Batterie ist dann Teilgeladen, d.h. nicht alles Bleisulfat wurde zu Schwefelsäure umgesetzt, auf Dauer veringert sich dadurch die Kapazität.
	Können Batterien einfrieren ?
		Ja, aber erst unter -7°C bei Leeren, und -55°C bei ganz vollen Batterien, höchst wahrscheinlich wird das Eis die Batterie sprengen.
	Was ist die Tiefentladung, und wie merkt man das ?
		Eine Tiefentladene Batterie wird so viel Bleisulfat frei, daß sich die Platten verbiegen können, und die feinen Strukuren im inneren der Batterie “verstopfen” sich, die Batterie “stirbt”. Tiefentladene Batterie haben eine Spannung unter 11,5 Volt. (Ohne Belastung gemessen)
	Wie mißt man die Batteriespannung richtig ?
		Die Batteriespannung im Leerlauf (ohne Last) ist nicht besonders aussagekräftig, besser ist es einen Verbraucher zuzuschalten, z.B. Scheinwerfer. Dann sieht man, wie lange die Spannung hält. Etwa ein bis zwei Minuten sollte die Batterie unter (mäßiger!) Last die Spannung hergeben.
	Kann die Batterie auch durch ganz “vorschriftsmäßiges” Laden und Entladen kaputt gehen ?
		Ja, weil sich bei jedem Ladevorgang etwas von der Positive Platte “abnutzt” und zur Verschlammung der Batterie beiträgt. Batterien sind aber im Regelfall darauf ausgelegt, und sollten genügend Reserve haben. Dieser Vorgang heißt auch “Fading”
	Was heist GUG oder UUG ?
		Diese Bezeichnungen beschreiben den Ladezustand einer neuen Batterie: GUG Gebrauchsfertig und geladen (einbauen und losbrettern) UUG Vorgeladene, trockene Batterie, welche mit einer Schwefelsäure der Dichte 1,28 g/cm³ aktiviert werden muß. (meist wird wegen postalischen Vorschriften keine Säure verschickt.)

Die Akkupflege und einige Alltagstipps:

Keine Tiefentladungen unter 11,8 Volt !!
Wenn’s geht Akku nicht schnellladen !
Ladeschluss Spannung von 14,4 Volt nicht überschreiten
Lagerung immer voll
Säure nur nachfüllen, wenn die Batterie ein Loch hatte
Säuredichte nachmessen (respektive Ruhespannung der vollen Batterie), nachdem eine Wartezeit verstrichen ist.
Länger Standzeiten mit einer Erhaltungsladung überbrücken
Neue Batterien grundsätzlich nachladen und nicht sofort belasten
Ausgelutschte Batterien entsorgen. (Wer viel Geduld hat, kann auch einen Desulfatierversuch starten)
.Polfett gehört nicht zwischen die Batterieklemme und Kontakt, sondern an die Durchführung des Pols durch das Plastik, um das austreten von Gasen an den Polen zu verhindern, denn Blei und Plastik dehnen sich bei Temperaturschwankungen unterschiedlich stark aus, der Spalt wird durch das Polfett abgedeckt. (Bei heutigen Batterien eigentlich gar nicht nötig)
Pole sauber halten, denn der Dreck kann elektrisch leitend werden, und die Selbstentladung der Batterie verschlechtern.

Beim Ausbau der Batterie immer zuerst den – Pol abklemmen.

Beim Einbau immer zuerst den +Pol anschließen !

… falls es doch mal passiert ist, und die Batterie infolge einer Vergesslichkeit leer ist, muß man halt einen Dosenfahrer bitten, Starthilfe zu geben. Dabei kann man auch Fehler machen, darum auf folgendes achten:

Das Geber-Fahrzeug (Die Dose) soll aus sein, um die Spannungsdifferenz zwischen eigener Batterie und Geberbordnetz nicht noch größer zu machen.

Die Batterie einige Minuten angeschlossen lassen, damit der anfängliche Spannungsknick sich etwas ausnivelliert, und die eigene Batterie laden kann. (Zigarettenpause für Raucher !)

Nach der Wartepause eigenes Motorrad starten, und Geber Fahrzeug dann anschließend abhängen, ich meine das Verbindungskabel ! – Nicht gleich losfahren !

Nach der obligatorischen Warmlaufphase ohne zusätzliche Verbraucher gehts dann normal weiter, evtl den Motor nicht grad an der nächsten Kreuzung schon wieder abwürgen, sonst könnte es peinlich werden.

Falls kein Verbraucher an war, und die Batterie sozusagen “plötzlich” schlecht war, mal die Batterie überprüfen (Wasserstände, Verschmutzung, Polklemmen)

Elektrik
Batterie	12V / 10Ah
Klemmenspannung	12,8 V
Scheinwerfer	Asymetrisch 60/55 W (H4)
Bremslicht	5/21 W 12V
Blinker	21W /12V
Lichtmaschine	Drehstrom 22A @ 5000Umin^-1 mit 14V
Leerlaufspannung	35V @ 4000 Umin^-1 Ankerwiderstand 0,1 bis 0,8 Ohm Ladespannung 14 bis 15V
Widerstand Zünd Pulsgeber	380 – 560 Ohm
Zündspule Primär	2,61 bis 3,19 Ohm
Zündspule Sekundär	13,5 bis 16,5 kOhm
Tankgeber	Voll 4-10 Ohm Leer: 90 bis 100 Ohm
Schaltweg Fußbremsschalter	ca. 10 mm

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Technische Daten – Elektrik

Kawasaki ZR-7