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Funktionsbeschreibung Starterbatterie |
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Für die Überlassung dieses Artikels aus der GummikuH bedanken wir uns ganz herzlich beim Verleger Rainer Baues.
"Gummikuh & past perfect" war ein hervorragendes, unabhängiges Klassiker-Magazin der 90er Jahre, dass sich vorwiegend mit der Technik an Motorrad-Oldies beschäftigte.
Rainer hat noch nahezu alle Ausgaben der Gummikuh im Regal, bei Interesse bitte einfach eine kurze Email an  bauesverlag@freenet.de. |
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FahrzeugelektrikStromspeicherDie Batterie, zweiter Teil10.10.2004 | Autor: Stromi Starterbatterien sind üblicherweise Blei-Säure-Batterien. Gel- oder Nickel-Cadmium-Zellen sind jedoch eine Alternative. |
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Kommentare: 1 |
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Die Leistungsriesen unter den Akkus sind Elemente mit Lithium als negative Elektrode und Kohlenstoff als Depolarisator. Sie erreichen eine Spannung von 3,4 V. Mit 4 Wh/ccm ist die Energiedichte sehr groß. Die Lebensdauer mit 15 Jahren in unbelastetem Zustand ist äußerst hoch. Als Nachteil stehen die sehr hohen Herstellungskosten.
Leider können "Galvanische Primärelemente" im Fahrzeugbereich nur bedingt eingesetzt werden, denn alle Konstruktionen dieser Art sind nicht wieder aufladbar. Dazu kommt noch, daß in Ruhezeiten, wo also kein Strom abgenommen wird, eine schleichende Entladung stattfindet. Das wohl allen bekannte Beispiel ist die Taschenlampenzelle.
Galvanische Sekundärelemente (Akkumulatoren) Aufladbare galvanische Elemente nennt man Sekundärelemente oder Akkumulatoren. Bleiben also für unsere Belange bei den Fahrzeugen nur die Akkumulatoren in ihrer bekannten Artenvielfalt. Unter einem Akkumulator versteht man ein Objekt zur Speicherung von elektrischer Energie. Beim Laden eines Akkumulators wird durch Zufuhr elektrischer Energie ein chemischer Vorgang erzwungen und so die zugeführte elektrische Energie in Form von chemischer Energie gespeichert. Beim Entladen spielt sich der gleiche chemische Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab, und die chemische Energie wird in elektrische Energie umgewandelt. (Abb. 2)
Der bis jetzt immer noch gebräuchlichste und wirtschaftlichste Akkumulator ist der Bleiakkumulator (Abb. 1). Er besteht im geladenen Zustand aus zwei gitterförmigen Bleigerüsten, eingetaucht in eine 20-30 %ige Schwefelsäure (Akkumulatorsäure mit einer Dichte von 1,15-1,22 g/ccm). Das eine Bleigerüst ist gefüllt mit schwammförmigem Blei (keine Wasserstoffentwicklung infolge Überspannung des Wasserstoffs am Blei). Das andere Gerüst ist ausgefüllt mit Bleidioxid. Verbindet man die beiden Elektrodenplatten leitend miteinander, so fließt wegen der vorhandenen Spannung von etwa 2 V unter gleichzeitiger Bildung von Pb S04 ein Elektronenstrom vom Blei zum Bleidioxid. Das sieht dann so aus:
Da beim Entladen des Akkumulators Schwefelsäure verbraucht wird und Wasser entsteht, sinkt während des Entladevorganges die Säurekonzentration. (Daher läßt sich der Ladungszustand eines Akkumulators durch Messen der Säuredichte mit einer Spindel verfolgen. Abb. 3) Zur Wiederaufladung legt man eine äußere Spannung von mehr als 2 V in umgekehrter Richtung derart an, daß die vorher positive Bleidioxidplatte mit dem positiven Pol der äußeren Stromquelle verbunden wird. Durch diesen Trick kehren sich die chemischen Prozesse um, so daß das Bleisulfat wieder in Blei und Bleidioxid verwandelt wird.
Ist das gesamte Bleisulfat verbraucht, wird bei weiterer Energiezufuhr die Schwefelsäure unter Bildung von Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt. Da für diesen Vorgang eine höhere Spannung erforderlich ist, erkennt man das Ende des Aufladevorganges an der bedeutenden Steigerung der Klemmenspannung.
Zur Überwindung des Leitungswiderstandes der Säure wird sowohl bei der Ladung wie bei der Entladung elektrische Energie verbraucht. Schon aus diesem Grund muß daher beim Laden eines Akkumulators eine größere Energiemenge zugegeben werden als die nachher bei der Entladung freiwerdende.
Bleiakkumulatoren haben eine Nennspannung von 2,0 V je Zelle. Die geladene Zelle kann die Spannung 2,12 V abgeben, die Säuredichte beträgt dann 1,28 kg/cdm. Die Entladeschlußspannung von 1,75 V und die Säuredichte von 1,20 kg/cdm sollen nicht unterschritten werden.
Die Kapazität ist von der Entladedauer abhängig. Beispiel: 44 Ah bedeutet, daß 20
Stunden lang der Durchschnittsstrom 2,2 A abgegeben werden kann.
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Nickel-Cadmium-Akkumulatoren: Als Elektrolyt dient Kalilauge, d.h. eine wässrige Lösung von Kaliumhydroxid (KOH). In geladenem Zustand enthält die positive Elektrode Nickel-Oxidhydroxid, die negative Elektrode Cadmium oder Eisen. Beim Entladen erfolgt eine Umwandlung in Nickelhydroxid bzw. Cadmiumhydroxid, Wasser wird gebunden. Durch Laden kehren sich diese Vorgänge um. Die Dichte des Elektrolyten (1,19 kg/cdm) ändert sich dabei fast nicht und gibt deshalb leider keine Auskunft über den Ladezustand des Akkus. Eine Nickel-CadmiumZelle nimmt bei gleicher Kapazität einen größeren Raum ein als ein Bleiakkumulator. Die Nennspannung beträgt nur 1,2 V. Dies sind nur zwei Beispiele von Akkumulatoren, die auf dem Markt erhältlich sind. Darüber hinaus gibt es noch eine Unzahl von weiteren bekannten Kombinationen. Als Beispiel sei die Silberoxid/Zink-Zelle genannt, eine der leistungsfähigsten der bekannten Stromspeicher; Verwendung bei Militär und Raumfahrt.
Im Prinzip sind diese Vorgänge und Abläufe also wirklich nichts Neues. Auch die Forschung hat außer Verbesserungen in der Reinheit der Substanzen nichts anderes finden können. Deshalb muß sich der Motorradfahrer auch heute noch genauso wie seine Leidensgenossen davor mit Batterien herumärgern, die entweder wenig Kapazität erbringen oder schnell zerstört sind oder eben in ihrer Größe den vorhandenen Platz bei weitem überschreiten.
Der Endverbraucher hat dennoch die Möglichkeit, mit seinem Verhalten diesen kleinen Kraftwerken das Leben zu verlängern.
1. Wie wir gesehen haben, läuft eine chemische Reaktion ab. Je extremer dieser Reaktionsprozeß in Anspruch genommen wird, um so schneller erschöpft er sich. Theorie: Ein Akkumulator dürfte also nicht entladen werden.
Praxis: In normalem Betrieb wird der Akku durch Lichtmaschine und Regler im Idealzustand gehalten. Extremer Verbrauch, defekter Regler oder auch falsch eingestellter Regler sowie zu schwach arbeitende Lichtmaschine können diesen Idealzustand unterbrechen. Und sporadischer Gebrauch (Oldtimer, Wintermonate) unterbricht diesen Idealzustand ebenfalls.
Abhilfe: Durchmessen des Ladestromes und Reparatur der erschlafften Aggregate.
Bei längeren Pausen Batterie ausbauen und an ein spezielles Ladegerät hängen, oder noch einfacher: mit der Batterie des Alltagsautos koppeln.
2. Bei chemischen Reaktionen müssen alle Faktoren stimmen.
Theorie: Die Dichte des Elektrolyten ist deswegen genau einzuhalten.
Praxis: Bei der Akkukontrolle wird der gesunkene "Wasserstand" aufgefüllt. Abhilfe: Nur in geladenem Zustand läßt sich die vorgeschriebene Dichte einigermaßen genau kontrollieren. Erst dann entscheiden, ob Batteriesäure oder nur destilliertes Wasser nachgefüllt werden muß.
3. Leider gibt es für Akkumulatoren keine einheitlichen Vorschriften über Lebensdauer und Qualität.
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Theorie: Akkumulatorenhersteller müßten in bezug auf Zusammensetzung ihres Produktes einer Norm unterliegen.
Praxis: Leider sind alle Akkumulatoren recht teure Objekte, bedingt durch Metallpreise und Lohnkosten. Um auf dem Markt wettbewerbsfähig zu bleiben, werden leider nicht bessere, sondern nur billigere Produkte angeboten. Typisches Beispiel sind die bekannten Billigbatterien, die durch Vibrationen ihr Leben schnell aushauchen.
Abhilfe: Aufhängung so konstruieren, daß die Batterie nicht aufschlägt, sondern nur schwingt. Kauf von teuren Markenprodukten, da hier noch von Qualität gesprochen werden kann. 70 DM und 5 Jahre Haltbarkeit sind immer noch billiger als 5 Batterien á 24,50 DM im gleichen Zeitraum. Und wer an die Belastung der Umwelt denkt, entscheidet sich sowieso für Klasse und gegen die Masse.
Eine schon fast totgesagte Technologie zur Stromerzeugung könnte bald zum Favoriten für umweltfreundliche Energieversorgung werden. Neuartige Werkstoffe sollen dies ermöglichen. Brennstoffzellen verwandeln Gas in Strom. Ein von Varta entwickelter 700 Watt-Block wurde z.B. für das Raumfahrtprojekt Hermes demonstriert. Das erste Elektro-Auto, das den Strom von einer Brennstoffzelle bezieht, soll 1993 auf den Markt kommen.
Schon 1991 stellten die Wissenschaftler der American Academy of Science einen serienreifen Prototyp eines Elektro-Autos vor, der mit einer Brennstoffzelle betrieben wird. In einem gewöhnlichen Ford Fiesta erzeugt eine Kunststoff-Brennstoffzelle aus Wasserstoff genügend Leistung, um den Kleinwagen auf 120 Stundenkilometer zu beschleunigen. Eine Tankfüllung soll für mehr als 500 Kilometer ausreichen. der 120 kg schwere Metallhydridtank läßt sich innerhalb von 5 Minuten wieder auffüllen.
Dieser kleine Ausflug in die Zukunft zeigt, wie intensiv an der Entwicklung von leistungsfähigen Akkumulatoren gearbeitet wird. Hoffentlich fällt dabei für uns Motorradfahrer eine Batterie ab, die in der Alltagspraxis bestehen kann. Welche Technologie auch angewendet wird, spätestens an den beiden Polen ist die Herkunft des Stromes nicht mehr erkennbar. Jürgen Strohmenger
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16.06.2009 | Hannah |
hey =)
wir sind total verzweiefelt ! wir müssen für chemie ein referat über die autobatterie halten und deine seite hat uns sehr weitergeholfen, aber klärt nicht alle unsere fragen. könntest du uns bitte helfen ???
1. Welche Spannung hat ein geladener Plattenblock ?
2. Wievie Plattenblöcke sind in der Autobatterie hintereinander geschaltet, bzw. welche Spannung lässt sich messen ?
3. Warum erhöht sich nicht die Spannung in einem Plattenblock durch die Kombination zahlreicher Platten zu einem Plattensatz?
4.Was ist die Funktion des Scheiders ( Beachte die Bildung von Bleisulfat)!
5. Warum darf beim Laden des Sekundärelements keine zu hoh Spannung angelegt werden?
6. Warum sind in der Autobatterie die sechs galvanischen Elemente in Reihe geschaltet ?
es wäre wirklich nett wenn du uns hilfst !
lg hannah, anne, nadine
Hallo Hannah, hallo Nadine,
1. Bitte schaltet Eure Playstation, Twitter, Googlemail, WOW, den IpodNano und den Windows Messenger aus oder auf Standby.
2. Schaltet Euer Hirn ein.
3. Lest ein Buch. Vermutlich am besten Euer Lehrbuch, das Ihr sowieso schon habt.
4. Denkt nach. Ja, ich weiss, das tut am Anfang weh - aber mit ein wenig Überwindung funktioniert das.
5. Schreibt die Lösungen oder Lösungsansätze auf. Damit bekommt Ihr dann wenigstens eine drei.
6. Wenn es Euch wirklich interessiert - lest ein Fachbuch aus Eurer Schulbibliothek.
Beste Grüße, JEM |
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am Beispiel HONDA
Zum Artikel vom 10.10.2004