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hgebauer

Akku-Meister

  • »hgebauer« ist der Autor dieses Themas

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23.12.2012, 23:54

Fragen zur "Gasung"

Hallo Herr Rücker.

Hier hab ich endlich DIE Fachkomptenz gefunden. (Leider wird im Web ja viel Unsinn und Veraltetes zu Akkuthemen geschrieben. Und hier ist -ausnahmsweise- auch Wikipedia (she. dort "Starterbatterie") nicht ausgenommen). Danke.

Zum Thema und zu meinen Fragen:
Heute werden ja als Ersatz für ausgefallene PKW-Starterbatterien vorwiegend "preiswerte" nasse Bleibatterien mit Stopfen, wartungsfrei, Kalziumtechnologie angeboten und gekauft. Nur auf diesen Typ beziehen sich nun meine Fragen.

1. Begriff "Wartungsfrei":
Ist dieserr Begriff in irgend einer Norm definiert (und damit geschützt), oder nur ein Marketing-Gag der Hersteller?

Im Varta-Glossar (www.varte-automotive.com) steht:
Batterie, wartungsfreie Batterie, in die unter normalen Nutzungsbedingungen
kein Wasser nachgefüllt werden muss. Der Begriff wird häufig für GESCHLOSSENE Gasverzehrbatterien (Gel-, Vliesfestlegung des
Elektrolyten) benutzt.
Und ich füge hinzu: Den Begriff findet man auch auf VERSCHLOSSSENEN Batterien ohne festgelegen Elektrolyten.

Was wird hier unter "normale Nutzungsbedingungen" verstanden? Vermeidung des Gasens? Was sind "Gasverzehrbatterien"?

2. Durch welche technologischen Maßnahmen wird bei den nassen Batterien erreicht, daß kein Wasser nachgefüllt werden muß?
Hat das mit der Kalziumtechnologie zu tun?

3. Wird beim Normalladen und Entladen H2 und O produziert oder nur durch die (Wasser-)elektrolyse im Gasungsbereich?

4. Kann eine VERSCHLOSSENE - wohlgemerkt, nicht GESCHLOSSENE - Batterie überhaupt Wasser verlieren außer durch die Wasserelektrolyse? Evtl. durch Verdunsten?

5. Wozu dienen die Kunststoff-Nippel und -Pins innerhalb der Stopfen? Labyrinth zum Zurückhalten von Säurenebel?

6. An manchen Batterien ist an der Stirnseite eine Bohrung (für einen Schlauchanschluß?) zu sehen. Steht diese Bohrung in Verbindung mit allen Zellen? Wenn ja, ist über diese Verbindung auch der Übertritt von Flüssigkeit (Elektrolyt) von Zelle zu Zelle möglich?

7. Wenn eine Batterie fehlerhafterweise doch einmal zum Gasen kommt, wo treten der durch die Wasserelektrolyse erzeugte Wasserstoff und Sauerstoff aus?
- über eine Bohrung in den Stopfen?
- über das Löchlein mit Schläuchlein an der Stirnseite der Batterie?

8. Ist es richtig, daß der allgemein angegebene Wert von 2,4 V/Zelle für den Beginn der Gasung kein HARTER Wert ist? (Hintergrund: Bei meiner o.a. Starterbatterie, fast neu, zeigten sich die allerersten Gasbläschen erst bei 14,56 Volt (=2,43 V/Zelle) bei einer Batterietemperatur von 25 °C. Falls der Gasungs-Spannungswert variabel ist, wovon hängt er außer der Temperatur noch ab?
- Technologie?
- Hersteller?
- Fertigungsstreuung?
- Alterung bzw. Zustand?
Oder liegt der Gasungsspannungswert etwa in Wirklichkeit allgemein höher als 2,4 V/Zelle und der Wert wird nur niedriger angegeben um einen Sicherheitsabstand zu haben?
Interessanterweise schaltete mein Ladegerät genau beim Auftreten der ersten Gasbläschen, also bei den oa. 14,56 V runter in die Erhaltensladung. Schlaues Ding das, oder?

9. Wie steht es in der Realität mit der immer wieder beschworenen "gewaltigen Explosionsgefahr" durch evtl. austretenden Wasserstoff falls die Batterie in einen geschlossen Raum betrieben wird? H2 ist meines Wissens doch erst ab einer Volumenanteil von 4% in der Luft zündfähig. Und Wasserstoff ist in Luft extrem diffusionsfreudig. Wasserstoff und Sauerstoff verteilen sich sofort in der Luft. Könnte die erforderliche Menge H2 überhaupt entstehen um eine Konzentration von 4% in einigen Kubikmetern Luft zu erreichen?
Gibt es Erfahrungen mit Explosionen in Boot oder WoMo?

Jetzt bitte noch Ihre Meinung zum Einsatz-Profil meiner Batterie:
Starterbatterie wie oben beschrieben, 62 Ah als Versorgungsbatterie auf Segelboot (ja, ja ich weiß, Starterbatterie hält bei zyklischen Betrieb nicht lange), Aufstellung im tiefsten Punkt der Kajüte, auf dem Bootsboden. Dadurch Umgebungstemperatur durch das umgebende Wasser bestimmt. Batterie wird also immer schön kühl gehalten.
"Mildernde Umstände" wären:
Entladetiefe gewöhlich nur 5%, ausnahmsweise auch mal 15%, 30 Zyklen/Jahr, Entladung verteilt über 3 Tage, unmittelbar danach Ladung ausschließlich mit Landstrom über IUoU-Ladegerät mit Temperatursensor. Betrieben werden nur (LED)-Beleuchtung, Navigationsinstrumente und eine Selbststeueranlage. (Kein Kühlschrank, kein Fernseher usw.)
Alternative wäre eine wesentlich kleinere (10 bis 15 Ah?), zyklenfeste und vermutlich gleichpreisige Batterie , die dann bei diesen Betrieb auf eine Entladetiefe um die 80% käme. Aber dann hätte ich keine "Notreserve" mehr. (Lieber mal die billige Batterie durch Tiefentladung schädigen als das Schiff verlieren!). Sind meine Gedankengänge richtig?

Hoffenlich nerve ich Sie nicht zu sehr mit meinen viele Fragen.
Ich wünsche Ihnen ein frohes Fest.
Helmut Gebauer

Bandit1973

Akku-Meister

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2

24.12.2012, 08:39

Versorgung am Segelboot

HAllo

Die Beantwortung der Batterietechnischen Fragen überlasse ich natürlich Tom.

Aber da es um ähnliche Problem wie bei mir geht (Segelboot) häng ich mich hier gleich mal an.
Ich bin mir nicht sicher WIE man ein Segelboot 3Tage lang mit max 10AH versorgen will!!!!!
(15% von 64AH sind 9,6AH !!!)
und das wäre sogar nur die Ausnahme???????
bei einer "gewöhnlichen" Entladetiefe von 5% verbraucht man 3,2AH !!!!!
Auch wenn man keinen Kühlschrank etc versorgen muss wie bei mir....
Ich kann mir beim besten willen nicht vorstellen mit sowenig strom auszukommen.
es sei denn es gibt noch andere Stromlieferanten an Bord (Solar oder WInd)
DANN allerdings sind auch ganz andere Ladeparameter gegeben.
Das IUoUoirgendwas am Landstrom macht auch nur sinn wenn dann ALLE Stromverbraucher AUS sind.

Tom

Moderator

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3

24.12.2012, 08:51

Zitat

1. Begriff "Wartungsfrei":

Ist dieserr Begriff in irgend einer Norm definiert (und damit geschützt), oder nur ein Marketing-Gag der Hersteller?
Die Eigenschaften von Akkus unter dem Begriff "Wartungsfrei" werden über DIN 57539 definiert, zusammengefasst unter DIN 57510 (VDE-Bestimmung für Akkumulatoren und Batterie-Anlagen). Sicher ein Fall für die nächste Uni-Bücherei, wenn man die Norm nicht gerade als Druckwerk kaufen möchte (VDE-Verlag, EUR 38,57)... Allerdings ist der Begriff an sich nicht geschützt, da insgesamt beschreibend. Man kann ihn ebenso auf Kaffee-Vollautomaten und Toilettenbecken schreiben, ohne an jemanden Lizenzgebpühren abführen zu müssen. Was mit "Wartungsfrei" gemeint ist dürfte klar sein: Man braucht den Elektrolyten nicht zu kontrollieren bzw. zu ergänzen. Eine Eigenschaft die heute praktisch auf jede Autobatterie zutrifft, was aber weniger mit der Begrifflichkeit "Wartungsfrei" zu tun hat, als mit den verwendeten Bleilegierungen. Ich komme weiter unten noch darauf zurück.

Zitat

Was wird hier unter "normale Nutzungsbedingungen" verstanden? Vermeidung des Gasens? Was sind "Gasverzehrbatterien"?
Wie definiert man "normal"? Gute Frage. Nächste Frage... Bei einer Starterbatterie wird es sicherlich nicht als normale Nutzung verstanden, dass man sie verwendet, um damit tagsüber einen elektrischen Rollstuhl anzutreiben und sie nachts aufzuladen. Ein "durchschnittlich verständiger Mensch" wird vielleicht instinktiv verstehen, was damit gemeint ist. :D

Zitat

Durch welche technologischen Maßnahmen wird bei den nassen Batterien erreicht, daß kein Wasser nachgefüllt werden muß?

Hat das mit der Kalziumtechnologie zu tun?
Jupp! Man benötigt einen Zuschlagstoff, der das Blei härtet. Früher hat man hierfür Antimon verwendet, das ergab wunderbar zu bearbeitende Bleigitter und hatte auch sehr brauchbare elektrochemische Eigenschaften. Aber leider auch Nachteile. Seit den Achtziger Jahren wird vermehrt Antimon durch Kalzium ersetzt, das ergibt ähnliche mechanische Eigenschaften, bringt aber einen großen Vorteil: Der Wasserverbrauch gealterter Batterien steigt nicht mehr so schnell an wie mit Antimon. Man kann daher sagen, dass der Austausch von Antimon durch Kalzium der Schlüssel zur "Wartungsfreiheit" von Bleiakkus ist.

Zitat

Wird beim Normalladen und Entladen H2 und O produziert oder nur durch die (Wasser-)elektrolyse im Gasungsbereich?
Ja, aber nur in sehr geringem Maße. Bzgl. des Wasserverbrauchs hat ein gelegentlich aufsteigendes Gasbläschen vermutlich keine gravierenden Auswirkungen.

Zitat

Kann eine VERSCHLOSSENE - wohlgemerkt, nicht GESCHLOSSENE - Batterie
überhaupt Wasser verlieren außer durch die Wasserelektrolyse? Evtl.
durch Verdunsten?
Vermutlich. Bei alten und sehr lange gelagerten Batterien ist mir schon öfter ein teilweise stark abgesunkener Elektrolytstand aufgefallen, obwohl der Elektrolyt mit Sicherheit nicht einfach ausgelaufen ist. Ich vermute Gasung bei der Lagerung als Ursache (vermutete Ursache: stark gesunkene Gasungsschwelle durch Antimonvergiftung).

Zitat

Wozu dienen die Kunststoff-Nippel und -Pins innerhalb der Stopfen? Labyrinth zum Zurückhalten von Säurenebel?
Genau. Man möchte die Schwefelsäure, die in kleinen Tröpfchen bei der Gasung durch aufsteigende und zerplatzende Gasbläschen im Gehäuse herumspritzt, nicht so gern ins Freie entlassen. Sie würde dem Akku verlorengehen und um ihn herum Schäden anrichten.

Zitat

An manchen Batterien ist an der Stirnseite eine Bohrung (für einen
Schlauchanschluß?) zu sehen. Steht diese Bohrung in Verbindung mit allen
Zellen? Wenn ja, ist über diese Verbindung auch der Übertritt von
Flüssigkeit (Elektrolyt) von Zelle zu Zelle möglich?
Hängt von der Bauform des Gehäuses ab. Meist werden sogenannte "Fritten" verwendet, die die Zellen voneinander abschirmen. Die sehen aus wie Zigarettenfilter und funktionieren auch ähnlich. Gas kann leicht hindurch, Flüsgkeiten nur schwer.


Zitat

Wenn eine Batterie fehlerhafterweise doch einmal zum Gasen kommt, wo
treten der durch die Wasserelektrolyse erzeugte Wasserstoff und
Sauerstoff aus?

- über eine Bohrung in den Stopfen?

- über das Löchlein mit Schläuchlein an der Stirnseite der Batterie?
Je nach dem was der Konstrukteur sich ausgedacht hat. Wenn Stopfen vorhanden sind, wird oft über diese entgast. In den letzten 10 Jahren hat sich bei nassen Batterien aber die Zentralentgasung mit Schlauchanschluss durchgesetzt.

Zitat

Ist es richtig, daß der allgemein angegebene Wert von 2,4 V/Zelle für
den Beginn der Gasung kein HARTER Wert ist? (Hintergrund: Bei meiner
o.a. Starterbatterie, fast neu, zeigten sich die allerersten Gasbläschen
erst bei 14,56 Volt (=2,43 V/Zelle) bei einer Batterietemperatur von 25
°C. Falls der Gasungs-Spannungswert variabel ist, wovon hängt er außer
der Temperatur noch ab?

- Technologie?

- Hersteller?

- Fertigungsstreuung?

- Alterung bzw. Zustand?

Oder liegt der Gasungsspannungswert etwa in Wirklichkeit allgemein höher
als 2,4 V/Zelle und der Wert wird nur niedriger angegeben um einen
Sicherheitsabstand zu haben?

Interessanterweise schaltete mein Ladegerät genau beim Auftreten der
ersten Gasbläschen, also bei den oa. 14,56 V runter in die
Erhaltensladung. Schlaues Ding das, oder?
Nein, die Gasungsspannung ist nicht fix. Sie hängt hauptsächlich von der Bleilegierung ab. Ich hatte es weiter oben schon angedeutet (Antimon als Zuschlagsstoff/Antimonvergiftung als Störungsbild gealterter Bleiakkus). Ab einer Zellen-Ladespannung von 2,5V beginnt normalerweise eine lebhafte Gasung. In den Bleiplatten werden eine ganze Menge verschiedener Stoffe zusammen legiert werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erzeugen. Durch wiederholte Entladung und Aufladung ("Ladungsdurchsatz") werden einzelne Stoffe aus den Platten herausgelöst und gelangen in den Elektrolyten. Durch diesen werden einige dieser Stoffe langsam aber sicher zur entgegengesetzt gepolten Platte transportiert, wo sie sich absetzen und unerwünschte Wirkungen entfalten. Die Absenkung der Gasungsschwelle ist eine davon. Das Batteriealter und der Verschleisszustand hat also großen Einfluss auf die Gasungsspannung.

Zitat

Wie steht es in der Realität mit der immer wieder beschworenen
"gewaltigen Explosionsgefahr" durch evtl. austretenden Wasserstoff falls
die Batterie in einen geschlossen Raum betrieben wird? H2 ist meines
Wissens doch erst ab einer Volumenanteil von 4% in der Luft zündfähig.
Und Wasserstoff ist in Luft extrem diffusionsfreudig. Wasserstoff und
Sauerstoff verteilen sich sofort in der Luft. Könnte die erforderliche
Menge H2 überhaupt entstehen um eine Konzentration von 4% in einigen
Kubikmetern Luft zu erreichen?

Gibt es Erfahrungen mit Explosionen in Boot oder WoMo?
Zumindest ich hatte noch keine Knallgasexplosion durch Bleiakkus. Daher bin ich auch der Meinung, dass dieses Problem nicht wirklich eins ist. Allerdings sollte eine gewisse Mindestbelüftung des Batteriestandortes natürlich gewähleistet sein, sonst kann es wirklich passieren, dass sich geringe Knallgasmengen über Monate zu einem explosiven Gemisch ansammeln.

Zitat

Jetzt bitte noch Ihre Meinung zum Einsatz-Profil meiner Batterie:

Starterbatterie wie oben beschrieben, 62 Ah als Versorgungsbatterie auf
Segelboot (ja, ja ich weiß, Starterbatterie hält bei zyklischen Betrieb
nicht lange), Aufstellung im tiefsten Punkt der Kajüte, auf dem
Bootsboden. Dadurch Umgebungstemperatur durch das umgebende Wasser
bestimmt. Batterie wird also immer schön kühl gehalten.

"Mildernde Umstände" wären:

Entladetiefe gewöhlich nur 5%, ausnahmsweise auch mal 15%, 30
Zyklen/Jahr, Entladung verteilt über 3 Tage, unmittelbar danach Ladung
ausschließlich mit Landstrom über IUoU-Ladegerät mit Temperatursensor.
Betrieben werden nur (LED)-Beleuchtung, Navigationsinstrumente und eine
Selbststeueranlage. (Kein Kühlschrank, kein Fernseher usw.)

Alternative wäre eine wesentlich kleinere (10 bis 15 Ah?), zyklenfeste
und vermutlich gleichpreisige Batterie , die dann bei diesen Betrieb auf
eine Entladetiefe um die 80% käme. Aber dann hätte ich keine
"Notreserve" mehr. (Lieber mal die billige Batterie durch Tiefentladung
schädigen als das Schiff verlieren!). Sind meine Gedankengänge richtig?
Ich würde die verwendete Batterie einfach weiter verwenden. Lieber eine
Starterbatterie mit 5-15% Entladetiefe belasten, als eine "zyklenfeste"
mit 90%: Die Starterbatterie wird länger halten... :P

Grüße, Tom

hgebauer

Akku-Meister

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24.12.2012, 12:38

Batterie auf Segelboot (Daysailer), Kippsicherheit, LEDs

@ Tom. Alles geklärt, perfekt die Antwort. Herzlichen Dank.

@ Bandit 1973
Doch, doch, die angegebenen Verbräuche stimmen schon.
Zur Erklärung (hoffentlich wird es jetzt nicht zu segelspezifisch, zu sehr of topic):
Nachdem ich seglerisch vieles hinter mir habe (Regattieren, Törn, Atlantik) lebe ich jetzt in der Ruhestandszeit sommers praktisch auf dem Wasser. Sog. Daysailer, BINNEN. Übernachte spätens nach 3 Tagen an Steg mit Landstrom, sonst ankern in einsamen Buchten. Ersatz fürs Fernsehen = Lesen, Naturbeobachtung, Segeln. Kochen mit Gas. Kühlen mit dicken Kühlementen und nachts ist es für die Bierkühlung auch draußen oft kalt genug. Hilfsmotor, kleiner AB ohne Lichtspule (eine solche würde auch nicht viel nützen, weil hier Verbrenner nur in Notfällen benutzt werden dürfen). Kein Solar weil ineffektiv bei den kleinen Flächen auf dem Boot (und wenn es schön ist will ich segeln, da müssten die Dinger weg). Selten Nachtfahrten. Alle sonstigen "Komfort-Geräte" (Staubsauger, Rasierer usw. mit eingebauten eig. Akku).
Verbraucher (alle angegebene Stromwerte nachgemessen):
Kajütbeleuchtung: 6 LED-Leuchten a 60 mA, 1 Leuchtstofflampe 600mA. Brennt nie alles gleichzeitig und auch nie lange.
Navi-Licht: Topplaterne, weißes Rundumlicht, LED, 80mA. (Zugelassen vom italienischen Pedant des BSH, ist genauso gültig).
Beleuchtung Steuerkompass: 64mA
Navi: Echolot, Wind, Log, GPS, alles zusammen 230mA (nur Echolot ist wichtig, die anderen drei könnte man binnen auch sein lassen, sind Spielerei).
Smartphone ( unbeding nötig für Wetterversorgung): Der 12V-Lader nimmt ca. 100mA pulsierend.
Pinnenpilot (Autohelm ST2000 Plus): Standby 40mA, aktiv 1500mA (den Aktivanteil, d.h. die Zeit in der wenn sich die Schubstange bewegt, kann ich nur abschätzen. Könnte im Extremfall bei 50% liegen). Auf diesen einzigen "Stromfresser" bin ich als Einhandsegeler und mit meinen agilen Kurzkieler leider ziemlich angewiesen.
Tja, so einfach geht es auch! Ehrlich, weiß nicht, warum die Leute an Bord immer alles so haben wollen wie zu Hause.

Noch zwei Infos die Segler interessieren dürften:
Kippsicherheit
Die in den Segelkatalogen der Ausrüster überteuert angebotenen Gel- und AGM-Batterien werden dort auch wegen ihrer Kippsicherheit beworben.
Wollte daher bei meiner Nassen mal wissen, wie weit ich sie neigen darf. Also, bei abgenommenen Stopfen beginnt erst ab 45 Grad Neigung in Querrichtung (das wär bei Längseinbau also die Richtung in der das Schiff Lage macht) der Elektrolyt herauszulaufen. Wenn die Stopfen drauf sind, sind sicher noch höhere Neigungen erlaubt wenn sie nur kurzzeitig sind. Das dürfte auch für den gelegentlich vorkommenden Sonnenschuß reichen. (Was hätte man auch früher gemacht, als es die "Auslaufsicheren" noch nicht gab?). Also, keine Angst vor Verwendung von Naßbatterien auf dem Segelboot.

Umrüstung auf LED:
Spart im "Low-Strom-Bereich" unheimlich viel.

Bei der Käjütbeleuchtung ist einfachste Weg die Birnchen in den vorhandenen Leuchten einfach auszutauschen. Die LEDs gibt es jetzt mit allen gängigen Sockeln. Wenn Sofitten verbaut sind auf deren Länge achten (die gibt es in verschieden Längen). Auch auf die Lichtfarbe achten. Es gibt warmweiß und kaltweiß. Kaltweiß ist sehr unangenehm.

Die Navigationslichter (früher Positionslichter) gibt es jetzt in jeder Ausführung (Einzel, Dreifarben usw.) auch als LED. Die Zulassungen durch ausländische Institute werden inzwischen auch vom BSH anerkannt. Es muß also nicht unbedingt teuer von aquasignal & Co sein.
Ersatz einer bisherigen Glühfadenlampe durch LED-Birne ist zwar technisch möglich und wird auch angeboten aber dann stimmt die Lichtfabe nicht. (Habs probiert, Grün kam fast als Blau). Ist also nicht zulässig. Es muß die komplette Laterne ausgetauscht werden.

Immer eine Handbreit....

Helmut