"Hochspannungsladung" von Bleiakkus

Seit gut einem Jahr mache ich nun vermehrt Versuche zur "Hochspannungsladung" (sorry für das krude Wort, bei dem man eher an 10.000V denkt als an 15,5V, aber mir fällt bisher leider nichts besser beschreibendes ein) und bin immer wieder über die positive und stärkende Wirkung dieser Ladungsart bei Bleiakkus erstaunt. Bei unserem Smart hab ich z.B. vor Jahren mal einen Batteriemonitor mit LED-Anzeige eingebaut, der, weil er nicht abschaltbar direkt an der Batterie angeschlossen ist, rund 40mA Dauerstrom aufnimmt. Nun besitzen wir noch zwei weitere angemeldete PKWs, was dazu führt, dass der Smart in den letzten Jahren nur noch sehr selten mal zum Einkaufen um die Ecke gefahren wird. Die dauernde Ruhestromaufnahme von ca. 40mA führt in Verbindung mit den wenigen absolvierten Kurzstreckenfahrten dazu, dass die eingebaute, etwa fünf Jahre alte 36Ah-Batterie nach rund einem Monat so leer ist, dass sie den Motor nur noch äußerst müde durchdreht. Nun lade ich schon seit vielen Jahren alle unsere Batterien mit dem alten BC1012 'modified' mit 14,4V Ladespannung, was bisher auch beim Smart zu befriedigenden Ergebnissen führte. Nur dass dessen Batterie immer schon verdächtig schnell "voll" war - wenn man der Anzeige des Ladegerätes vertraute. Ein Hinweis auf fortgeschrittene Sulfatierung, welche vom BC1210 bei 14,4V nicht ausreichend entfernt wurde. Auch andere Lader (CTEK/MEC/Bosch/Foxsur) änderten an der zu frühen Abschaltung nichts. Entsprechend wurde die Batterie über die Jahre schwächer und schwächer, was insbesondere dadurch auffiel, dass einerseits der Anlasser schon nach immer kürzeren Phasen den Motor nur noch müde durchdrehte und andererseits dadurch, dass die Batterie-Leerlaufspannung von anfänglich 12,6V nach frischer Aufladung sehr schnell auf Werte um 12V absank. Beim Glühen (CDI) und Anlassen fiel die Spannung dann auf Werte um die 9V ab.

Nun lade ich seit einem Jahr praktisch alles nur noch mit dem Ladewutzel bei Ladespannungen zwischen 15,2 und 15,8V über 24 bis 48h und komme aufgrund der Erfolge langsam aber sicher zu der Überzeugung, zuvor doch deutlich zu konservativ geladen zu haben. Denn die Ergebnisse sprechen einfach für sich:

1. Die Batterie vom Smart nimmt weit mehr Energie auf als zuvor mit den Standard-Ladern. In der Folge speichert sie dann auch mehr Energie, die hinterher wieder entnehmbar ist. Kapazitätsmessungen habe ich an dieser Batterie bisher leider noch keine durchgeführt, aber die Veränderung des Betriebsverhaltens allein spricht hier eine deutliche Sprache. Besonders deutlich wird die Wirkung an der stark(!) gestiegenen Leerlaufspannung der Batterie, die wenige Stunden nach einer 48h-Ladung mit 15,4V noch immer bei 13,3V liegt. Selbst nach mehreren Tagen Fahrzeugbetrieb (Kurzstrecke) liegt die Batterie-Leerlaufspannung noch immer bei 12,9V, was durch den dauerhaft angeschlossenen Batteriemonitor leicht ablesbar ist (die Anzeige stimmt, die Batteriespannung wurde mit einem Multimeter überprüft). Auch der Spannungseinbruch beim Glühen sinkt bei weitem nicht mehr so stark ab wie zuvor. Der genaue Verlauf der Startspannung ist wegen der Kürze des Startvogangs und der wenigen Mess-Samples des Batteriemonitors während des Startvorgangs nicht sicher reproduzierbar abzulesen. Was man aber bemerkt, ist der erheblich gesteigerte "Biss" des Anlassers, gegenüber dessen vorheriger Müdigkeit. Kurz: Der Unterschied zwischen normaler IU-Ladung bei 14,4V und der IU-Ladung bei 15,2 bis 15,6V mit dem Ladewutzel ist wirklich erstaunlich!

2. Mit der Batterie des Rasentreckers (Sind 42% Überzeichnung der Kapazität bei Bleibatterie für Rasentrecker inzwischen normal?) verhält es sich gleichermaßen. Nun war das momentan verwendete Teil ja nie besonders stark, aber nach der Winterphase waren auch die vorherigen Batterien immer leer. Nicht so nach der 48h-Vollladung mit dem Ladewutzel und einem kurzen Startversuch ohne Gas (damit er nicht anspringt) zur Impfung mit (Bleisulfat-)Kristallisationskeimen vor der Einlagerung: Der alte Briggs & Stratton sprang im Frühjahr sofort willig an. Kein Wunder, denn die Batterie drehte den Motor - ohne die zuvor sonst stets erforderliche Aufladung nach der Winterpause - sofort kräftig durch. Batteriespannung und -innenwiderstand werden von den Hochspannungsladungen also äußerst positiv beeinflusst. Auch die während der Saison erforderlichen zwei bis drei Zwischenladungen können nun entfallen. Eine einzige Aufladung bei Ende der Saison reicht aus. (Eine zweite zu Beginn wäre aber auch kein Fehler...)

Eine Überprüfung des Säurestandes beider Batterien ergab nur sehr geringe Fehlmengen, die sich im Bereich des regulären Elektrolytverlustes bewegen. "Totgekocht" hat sich da also nichts. Die Batterien erwärmen sich auch nicht bei der Ladung mit 15,2 bis 15,6V. Zumindest prüfe ich das regelmäßig und mir ist bisher nichts dergleichen aufgefallen.

Der von mir verwendete Ladewutzel (ein zwischen 3,5 und 24V regelbares Netzgerät 'Made in China' mit max. 2,5A) ist natürlich nichts besonderes. Genauso gut lässt sich jedes andere einstellbare Netzgerät mit ausreichendem Ladestrom zum Laden verwenden. Das Teil eignet sich wegen seiner integrierten Spannungsanzeige und weil es so klein und leicht ist aber ganz besonders zur Verwendung im rauen Alltag.

Ich möchte anregen selbst entsprechende Hochspannungsladungs-Versuche an eigenen Batterien durchzuführen und über die dabei gewonnenen Erfahrungen zu berichten, denn ich bin zuversichtlich, dass sich auf diese erstaunlich einfache Weise Kapazität, Leistung, Zuverlässigkeit und Lebensdauer der meisten Bleiakkus stark verbessern lassen. Die meisten Rückmeldungen der Ladewutzel-Käufer stützen diese Feststellung. Bei niedrigsten Kosten und geringstem Aufwand!

Über entsprechende Rückmeldungen würde ich mich freuen.

Grüße, Tom

Wenn eine sechszellige (12V-) Bleibatterie schon bei nur 14,7V kräftig zu gasen beginnt, dürfte es sich vorrangig um ein Symptom der Alterung handeln, hervorgerufen durch

hohen Ladungsdurchsatz --> Abscheidung von im Elektrolyten gelösten Zuschlagsstoffen an der negativen Elektrode (bekannt als "Antimonvergiftung") --> hierdurch Herabsetzung der Gasungsschwelle.

Dagegen kann man leider nichts machen, solche Exemplare sind nicht zu retten.

Aber dieser Punkt (dass gebrauchte Bleiakkus oft keine feste Gasungsschwelle (mehr) aufweisen) ist sicher dafür verantwortlich, das die allermeisten Ladegeräte bzgl. der Ladespannung äußerst konservativ ausgelegt sind, um starke Gasung und damit Erhitzung und ein eventuelles "Überkochen" solcher Batterien zu verhindern. Dabei beraubt man sich aber gleichzeitig der Möglichkeit, "gute" Batterien, also die deren Gasungsschwelle im normalen Bereich liegt (der üblicherweise bei 15,8V beginnt), mit hoher Spannung zu laden und so die verschütteten Potentiale von Batteriegesundheit und -Kapazität zu heben.

Wenn Du keine Möglichkeit zur Ladung über 24 oder 48h hast, ist eine Hochspannungsladung wie ich sie vorschlage natürlich nicht möglich. Nur mal ein paar Stunden mit erhöhter Spannung zu laden reicht nicht aus, um die von mir festgestellten positiven Effekte zu erreichen. Ich stelle sogar fest, dass sich die Leerlaufspannung nach mehreren Durchgängen, welche bei mir immer im Abstand von etwa 3 bis 6 Wochen stattfinden, noch weiter erhöht hat. Der Elektrolytverbrauch hat sich dabei als minimal erwiesen. Auch eine Säureschichtung ist (nachgemessenerweise) nicht feststellbar.

Überhaupt wird der Wasserzersetzung durch Gasung m.E. zu viel Aufmerksamkeit gewidmet. Der Elektrolytverbrauch mag bei geschlossenen Batterien (also diejenigen ohne zu öffnende Zellenstopfen und damit ohne Möglichkeit Wasser nachzufüllen) im hohen Alter (Antimonvergiftung...) eine gewisse Rolle spielen, aber zumindest innerhalb der ersten fünf Betriebsjahre (bei Starterbatterien) ist das meiner Erfahrung nach eine eher zu vernachlässigende Größe.

Da forscht und schreibt man seit 30 Jahren an und über Bleiakkus und findet dann plötzlich so ein spannendes und überraschendes neues Thema. Wer hätte das gedacht?

Grüße, Tom

Leider weiß ich noch immer nicht genau, was eigentlich im Innern der Batterie passiert, wenn sie über 48h mit 15,6V beaufschlagt wird. Auf jeden Fall wirkt es sich so aus, dass die Leerlaufspannung ganz erheblich ansteigt. Dieser Anstieg ist auch nahezu über den gesamten Entladespannungsverlauf feststellbar, dann nach Unterschreitung von 11,8V (bei geringer Belastung) kommt nicht mehr viel. Die Batterie kann dann quasi als leer gelten, was ja normalerweise erst bei erheblich niedrigerer Spannung der Fall ist. Besonders günstig wirkt die Hochspannungsladung nach vorheriger Langzeit-Entladung mit geringem Strom, bei der zwangsläufig Sulfatierung und eine starke Volumensteigerung der entladenen Aktivmassen auftritt. Ob es Unterschiede über das zuvor genannte Problem erniedrigter Gasungsschwelle bei verschlissenen Batterien hinaus gibt, vermag ich mangels Versuchen noch nicht zu sagen, aber die Ergebnisse sind schon sehr ermutigend.

Wie gesagt, mich interessieren Eure Versuche in dieser Sache außerordentlich. Nicht dass sich am Ende nur herausstellt, dass ich jede Menge Unsinn gemessen habe...

Grüße, Tom

Die Autobatterien mit denen ich diese Versuche durchführe sind zwischen zwei und fünf Jahren alt und alle in Ordnung. Mit mehr oder weniger defekten Batterien liegen mir diesbezüglich keine Erfahrungen vor. Ich empfehle die Hochspannungsladung auch hauptsächlich bei guten Batterien im Produktivbetrieb, denn bei "angeschossenen" mit abgesenkter Gasungsschwelle ist natürlich Vorsicht angeraten, wie oben zu lesen ist.

Was Batterietester dazu sagen weiß ich ehrlich gesagt nicht, weil ich mir diese komischen CCA-Werte nie aufgeschrieben habe, geschweige denn, dass ich die Batterien vor der Messung jedes mal erst auf -18°C gekühlt hätte. Und was sollen mir diese Impulsströme bei Zimmertemperatur sagen? Zum Starten reicht es in jedem Fall.

Da ich die Batterien seit Monaten immer mit dem Ladewutzel lade, der aber keine Stromanzeige hat, kann ich auch nichts genaues über den Verlauf der Ladeströme sagen. Nur so viel: Bei meinen Batterien ist der Wutzel am Ende nur ganz wenig warm. Ich habe aber schon ausgelieferte Wutzel zurückbekommen, die an inneren Verkohlungen verstorben waren. Ob die Ursache in einem generellen Wutzel-Qualitätsproblem liegt, oder an "angeschossenen" Batterien, bei denen während der Hochspannungsladung erst ein Thermal-Runaway einsetzt und dann anschließend ein Zellenkurzschluss folgt (der dann in der Folge die Wutzel verkokelt), weiß ich leider nicht.

Bei meinen drei "Langzeit"-Autobatterien zwischen 45 und 85Ah treten solche Probleme aber bisher nicht auf.

Grüße, Tom

Bleibt nur zu hoffen, dass die Zahlen, die Batterietester ausspucken, überhaupt irgendetwas mit der Realität zu tun haben. Ich bin davon jedenfalls nicht überzeugt. Ampere zeigen die jedenfalls nicht an. Ich schlage als Batterietester-Einheit sinnigerweise "Horst" vor. Denn die Angabe von "450 Horst" wären doch mal ein Messwert, der in einer Reihe mit Saftschubse und Ladewutzel marschiert...

Doch natürlich. 15,6V sind in Kraftfahrzeugen schon von der Definition her völlig unkritisch. Die Belastung durch Spannungsspitzen im Betrieb der Lichtmaschine liegen ja deutlich höher und müssen von jeder Bordelektronik auch klaglos vertragen werden. Zudem während der Ladung je 'eh alles aus ist. Allerdings nimmt die Lebensdauer der Leistungs-Leuchtmittel bei dieser Spannung merklich ab. Die kann der Wutzel aber leistungsmäßig gar nicht versorgen.

Was für Probleme macht die "Langzeit"? Hab wie gesagt drei Stück davon und alle verhalten sich völlig normal. Die kleinste wegen des permanent laufenden Batteriemonitors und des gleichzeitigen seltenen Kurzstreckenbetriebs des Fahrzeugs aber sehr ungünstig belastet, so dass ich oft nachladen muss. Diese Batterie mit dem Batteriemonitor war dann aber auch der Ausgangspunkt, dass ich den Anstieg der Leerlaufspannung erstaunt zur Kenntnis nahm. Denn ohne permanent laufenden Monitor fällt die steigende Spannung ja keinem auf.

Grüße, Tom

Torsten: Ich wüsste keinen Weg, wie man einer bereits bei 14,7V gasenden Batterie das Gasen bei dieser Spannung wieder abgewöhnt. Darum hab ich geschrieben, dass die sich wohl am Ende ihrer Lebensdauer befindet.

Zur Hochvoltladung: Neue Batterien brauchen die nicht. Mir geht es auch nicht darum diese Art der Ladung nun flächendeckend für alles und jeden zu empfehlen, sondern erst einmal Erfahrungen damit zu sammeln. Und vielleicht den Wirkmechanismus der erhöhten Spannungslage zu ermitteln.

@Thorsten: Wenn eine Batterie nach Vollladung bei 14,2V dann bei auf 15,2V für längere Zeit noch 2,5A Strom aufnimmt, dann würde ich prüfen, wie es mit der Gasung aussieht. Weil normalerweise müsste der Strom recht schnell absinken. Wenn er nicht sinkt, fürchte ich, er wird Wasser zerlegen und die Batterie erhitzen.

Ein merklich erhöhter "Ladungsdurchsatz" durch die Hochspannungsladung erscheint mir auch nicht plausibel, denn ich gehe nicht davon aus, dass man nun gerade viel mehr Kapazität einlädt. Und "Ladungsdurchsatz" ist ja nicht mit "Stromdurchsatz" gleichzusetzen, wenn der Ladestrom einfach nur Wasser spaltet und die Batterie aufheizt.

Das Thema Gitterkorrosion tritt m.E. erst bei lang andauernder Ladung wie z.B. bei USVs und zu hoher Ladespannung ein. Wenn eine 12V-Batterie dauerhaft mit 13,8V beaufschlagt wird, ist die nach meiner Erfahrung nach 1,5 Jahren totkorrodiert. So lange lädt man aber nicht mit 15,2 bis 15,6V, so dass selbst dann, wenn die Gitterkorrosion durch die erhöhte Spannung beschleunigt abläuft, durch die normalen Ladezeiten von 24 bis max. 48h kaum je ernsthaft negative Folgen durch Gitterkorrosion zu erwarten wären. Aber das ist natürlich ein Punkt, den man auch wird untersuchen müssen. Nur muss man dafür schon ganz schön oft mit solchen Spannungen laden und bis dahin dauert es noch ein Weilchen.

Grüße, Tom

Zitat von psy

die hohe Spannung bewirkt ja nichts anderes als eine Ausgleichsladung

Ja, das hab ich auch immer gedacht. Nur, was genau ist denn eine Ausgleichsladung? Wie der Name schon sagt, soll da etwas ausgeglichen werden und zwar der Ladezustand aller in einer Batterie enthaltenen Einzelzellen bis zu deren Vollladung. Hierzu wird eine erhöhte Ladespannung verwendet, welche dazu führt, dass auch dann noch ein nennenswerter (Lade)Strom fließt, wenn die Zellen bereits randvoll geladen sind. Da die Energie des Ladestrom aber auch bei voll geladenen Zellen irgendwo hin muss, werden die Zellen insgesamt in die Gasung getrieben, wo durch die entstehende Elektrolyse dann elektrische Energie in chemische Energie und Wärme umgesetzt wird. Zugleich soll der Elektrolyt durchmischt werden, um Säureschichtung aufzuheben. So weit, so gut. Bloß dass hierdurch die Schwebespannung einer Bleiakkuzelle insgesamt deutlich ansteigt, habe ich noch nie etwas gehört oder gelesen.

Jetzt könnte man natürlich auf die Idee kommen, dass durch eine solche Ausgleichsladung einfach so viel Wasser zersetzt wurde, dass die Elektrolytkonzentration merklich angestiegen ist, wodurch logischerweise auch die Zellenspannung einsteigen muss. Ich habe zwei von meinen drei "Langzeit"-Batterien zum Zweck einer genauen Prüfung des Elektrolyten aus den Fahrzeugen genommen und ihnen auf der Werkbank genauer auf die Platten gefühlt. Eine deutliche Säureschichtung konnte ich dabei nicht feststellen (versuchsweise Entnahme mit langem Kunststoffröhren unten/mitte/oben). Ob das an den zuvor regelmäßig durchgefürten "Hochspannungsladungen" lag, oder einfach daran, dass die Batterien in den Fahrzeugen normal durchgeschüttelt wurden, kann ich nicht sagen.

Ich habe dann bei beiden (jeweils drei und vier Jahre alten) Batterien zunächst die Einzelzellen gleichmäßig mit entionisiertem Wasser ergänzt und dann mittels Ladewutzel über 48h an 15,6V geladen. Die Zellenstopfen waren dabei offen, um eine eventuelle Gasung feststellen zu können. Zum Ende hin kamen in der Tat hin und wieder mal kleine Bläschen hoch, aber eine "Gasung" wie ich sie sonst kenne, sieht eigentlich anders aus. Die Batterietemperatur wurde mittels Infrarot-Thermometer gemessen und sie lag kaum 0,5°C über Umgebungstemperatur (~15°C). Da eine Gasung immer auch eine deutliche Temperaturerhöhung mit sich bringt, konnte sie also nur sehr gering gewesen sein. Danach wurde die Elektrolytkonzentration erneut mittels Aräometer gemessen. Ich benutze eine dieser bekannten Standard-Ausführungen, wo ein Glasschwimmer mit Papierskala in einem Glasröhrchen auf dem Elektrolyten schwimmt.

Zugegeben, es geht auch deutlich genauer, die Dinger können sicher schon mal so +/- 0,02g/cm³ durch bloßes verrutschen der Papierskala im Schwimmer abweichen, aber was besseres hab ich leider nicht da. Die abgelesenen Werte dümpelten dann bei definitiv voll geladenen Zellen zwischen 1,26 und 1,28g/cm³. Der geringe Unterschied dürfte einerseits in der Ablese(un)genauigkeit liegen und andererseits darin, dass zuvor ggf. nicht ganz gleichmäßig mit Batteriesäure befüllte Zellen von mir durch Zugabe von Wasser genau gleich hoch befüllt wurden und sich in der Folge etwas unterschiedliche Elektrolytkonzentrationen ergaben.

Also trotz 13V Batteriespannung (natürlich erst einige Stunden nach Abklingen der Überspannung direkt nach dem Laden gemessen) keine merklich erhöhte Elektrolytdichte.

Womit ich wieder bei der Frage ankomme, wo dieses runde halbe Volt zuviel gegenüber dem früheren Spannungsniveau denn nun plötzlich herkommt. Ich meine, das ist ja toll und prima, aber dafür muss es doch eine pysikalische Erklärung geben.

Grüße, Tom

Zitat von PVT

Ich hatte mal eine solche Batterie. War eine Banner AGM, die mit hohen Spannungen wegen zyklischer Nutzung geprügelt wurde. Die hatte keine nennenswerte Kapazität mehr, aber eine hohe Leerlaufspannung von ~ 12,9V. Ist nach einigen wenigen Standheizungsläufen schlussendlich verstorben. Bis zum bitteren Ende waren da 12,9V bei 0 Kapazität drauf.

Scheint also einen Zusammenhang zur Ladespannung zu geben, wenngleich das natürlich nicht die physikalischer Erklärung ist. Mir stellt sich die Frage, was in einer Batterie für die Spannung, die ja wohl nicht unbedingt in Relation zur Kapazität steht, verwantwortlich ist.

So kenne ich das auch: Zum Ende der Lebensdauer steigt die Elektrolytkonzentration durch Wasserzersetzung (Wasser wird weniger, dadurch die Säure stärker), was dann zur Steigerung der Zellenspannung führt. Wie allgemein bekannt steigt bei der Ladung die Säuredichte (also auch die Säurekonzentration), wodurch die Zellenspannung steigt. Bei der Entladung wird dem Elektrolyten der Säureanteil entnommen (er verbindet sich mit Blei und Bleidioxid zu Bleisulfat), so dass die Zellenspannung sinkt.

In meinem Fall ist die Säuredichte aber normal bei 1,26 - 1,28g/cm³. Die Schwebespannung bei Vollladung müsste also etwa 12,6V betragen und nicht 13V.

Dasselbe Verhalten bemerke ich übrigens nicht nur bei den drei "Langzeit"-Starterbatterien, sondern auch bei der billigen Rasentrecker-Batterie. Daher glaube ich nicht, dass es mit bestimmten Eigenheiten der "Langzeits" zusammenhängt. Weshalb es für mich von Interesse wäre, dass jemand dieses Phänomen mal zu reproduzieren versucht und über seine Ergebnisse berichtet.

Grüße, Tom