Elektrik / Elektronik Batterie. Grundlagen. Bildquelle: Batterie. Grundlagen. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 1/12

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2 INHALTSVERZEICHNIS FAHRZEUGBATTERIEN / BATTERIEMANAGEMENT BATTERIETYPEN... 3 Nassbatterien... 3 Verbesserte Nassbatterien (EFB)... 3 Vliesbatterien (AGM-n)... 3 beschriftungen... 4 Schaltungsarten... 4 BATTERIEMANAGEMENT... 5 Zusammenspiel von und Generator... 5 sensor oder steuergerät... 5 Sicherheitsbatterieklemme (SBK)... 5 GEFAHREN & SICHERHEITSVORKEHRUNGEN... 6 WERKSTATTARBEITEN... 7 Prüfung einer... 7 Wartung einer... 9 Laden einer... 9 Ausbau & Einbau der Starthilfe TECHNISCHE GRÖSSEN UND BEGRIFFE AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 2/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

3 Fahrzeugbatterien / management Fahrzeuge verfügen ab Werk über eine oder zwei Fahrzeugbatterien. Mit der immer umfangreicher werdenden Ausstattung der Fahrzeuge, steigt auch die Anzahl der Energieverbraucher und damit verbunden die Forderung nach grösseren oder mehreren Energiespeichern. Dies bedeutet meist auch dass ein management notwendig ist. typen Nassbatterien n mit flüssiger frei beweglicher Schwefelsäure werden als Nassbatterien bezeichnet. Verbesserte Nassbatterien (EFB) Für den Einsatz in Fahrzeugen mit Start-Stopp-System können verbesserte Nassbatterien zum Einsatz kommen. Erkennbar ist dieser typ an dem Schriftzug EFB auf dem deckel. EFB ist die Abkürzung für Enhanced Flooded Battery (verbesserte, verstärkte Nassbatterie). Vliesbatterien (AGM-n) Die Vliesbatterien, auch AGM-n oder auch Rekombinationsbatterien genannt, werden bei Fahrzeugen mit Start-Stopp-System und Rekuperation eingesetzt. Vliesbatterien sind n, bei denen die Schwefelsäure in einem Glasfaservlies (AGM) gebunden ist. Erkennbar ist dieser typ an dem Schriftzug AGM auf dem deckel und dem komplett schwarzen gehäuse. AGM ist die englische Abkürzung für Absorbent Glass Mat. Damit ist ein Vlies gemeint, das aus sehr feinen, vernetzten Glasfasern besteht und sehr saugfähig ist. Deshalb wird die gesamte Schwefelsäuremenge vom Vlies aufgesaugt. Vliesbatterien gelten daher als auslaufsicher. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 3/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

4 beschriftungen Beispiel 12 V spannung, Angabe in Volt 64 Ah Nennkapazität (C20), Angabe in Amperestunden 330 A DIN Kälteprüfstrom nach DIN, Angabe in Ampere bei 18 C 540 A EN/SAE/GS Kälteprüfstrom nach EN, SAE und GS, Angabe in Ampere bei 18 C Erklärung der Abkürzungen DIN Deutsches Institut für Normung EN Europäische Norm SAE Society of Automotive Engineers Schaltungsarten Serieschaltung ungleiche Pole miteinander verbinden Spannungen addieren sich Kapazität bleibt gleich Parallelschaltung gleiche Pole miteinander verbinden Spannung bleibt gleich Kapazitäten addieren sich Spannung 24V Spannung: 12V Kapazität 50Ah Kapazität: 100Ah Ladestrom 5A Ladestrom: 10A Achtung Bei Serieschaltungen ungleicher Kapazitäten zählt nur die kleinste Kapazität. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 4/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

5 management Zusammenspiel von und Generator Der Generator, die und der Strombedarf der Verbraucher müssen optimal aufeinander abgestimmt sein, um das gesamte Bordnetz störungsfrei zu betreiben. sensor oder steuergerät Der Intelligente sensor (IBS) wird direkt an den Minuspol der montiert. Er erfasst den Ladezustand der, über Datenbus werden Informationen an die entsprechenden Steuergeräte weitergegeben. Anstelle des sensors kann auch ein Externes Steuergerät verbaut sein. Intelligenter sensor steuergerät (z.b. Mercedes) 1 Masseleitung 2 Anschluss B+ 3 Datenbus 4 Sensor Sicherheitsbatterieklemme (SBK) Wenn die Starterbatterie im Innenraum oder im Kofferraum des Fahrzeuges verbaut ist, kann ein trennelement zum Einsatz kommen. Die Sicherheits-klemme dient dazu bei einem Crash einen Kurzschluss und dadurch ein brennen des Fahrzeuges zu verhindern. Dabei bleibt das Bordnetz für Warnblinker, Telefon etc. erhalten. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 5/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

6 Gefahren & Sicherheitsvorkehrungen Säure n sind meist mit einer verdünnten Schwefel-Säure gefüllt! Schutzausrüstung verwenden: Handschuhe, Schutzbrille und Schurz Knallgas Beim Laden von n entsteht Wasserstoff (Knallgas). Dieses ist hochentzündlich, in der Nähe von n sind daher Funken oder glühende Gegenstände zu vermeiden. Kurzschlussgefahr Um ein 2-n-Bordnetz stromlos zu machen, müssen beide n abgeklemmt werden! Bei Deaktivierung der Fahrzeugelektrik sollte auch darauf geachtet werden, dass die Stromversorgung von ggf. vorhandenen Anhängern getrennt und ggf. vorhandene Solarelemente im Schiebedach abgedeckt werden. Herstellervorgaben Ob eine vor dem Laden abgeklemmt werden muss/darf und ob eine Starthilfe überhaupt zulässig ist, sollte den Angaben des Herstellers entnommen werden. Herstellerangaben müssen unbedingt berücksichtigt werden! Erste Hilfe Säurespritzer im Auge sofort einige Minuten mit klarem Wasser spülen! Danach unverzüglich einen Arzt aufsuchen! Säurespritzer auf der Haut oder Kleidung sofort mit Säureumwandler oder Seife neutralisieren und mit viel Wasser nachspülen! Bei getrunkener Säure sofort Arzt konsultieren! Entsorgung Altbatterien inkl. Begleitschein dem Lieferant zurückgeben oder bei einer Sammelstelle abgeben. AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 6/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

7 Werkstattarbeiten Prüfung einer Leerspannung/Ruhespannung Ist die in einem guten Zustand, liegt die Spannung zwischen 12,4 und 12,7 Volt. Belastungstest mit Belastungsgerät mit der dreifachen Nennkapazität, während ca. 10 Sekunden belasten, Spannung darf dabei nicht unter 9,6 Volt sinken. Durch diese Methode kann die mit hoher Belastung geprüft werden Automatische Tests Beim Messen mit dem automatischen tester wird kein Belastungstest durchgeführt, sondern es wird mit einem anderen Messprinzip gearbeitet. Dabei wird der innere Widerstand der gemessen. Die Messung wird im Tester gleich ausgewertet und das Messergebnis am Display angezeigt. Weil die Prüfung mit diesem Tester die n nicht belastet, ist es möglich, auch n mit einem geringen Ladezustand zu testen. Bei der Eingabe typ und Prüfnorm eingeben. (DIN, EN, SAE, IEC) Bildquelle: AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 7/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

8 Ladezustand Der Ladezustand kann mit einem Säureprüfer ermittelt werden. (Aräometer oder Refraktometer) Bei vielen n ist dies nicht mehr möglich (z.b. verschlossene oder AGM n) Säuredichte Ladezustand Ruhespannung Gefrierschwelle 1,28 g/cm3 100% 12,7 V -50 C 1,21 g/cm3 60% 12,3 V -30 C 1,18 g/cm3 40% 12,1 V -20 C 1,10 g/cm3 0% 11,7 V -5 C Aräometer Refraktometer (Achtung Augen!) Eingebauter Säureprüfer "Magic Eye" Bildquelle: Exide Ladezustand über Istwert-Auslesung mit dem Diagnosegerät State of Charge SOC aktueller Ladezustand in % Gefrorene säure Eine mit gefrorener säure darf weder verwendet noch geladen werden! AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 8/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

9 Wartung einer Sichtkontrolle Befestigung pole Sauberkeit Elektrolyt Zustand Gehäusebeschädigung, Wärmeschutz Fester Sitz der prüfen auf festen Sitz und Beschädigung kontrollieren immer sauber halten (Kriechströme) Säurestand messen gegebenenfalls korrigieren Test der Startleistung, Alter der beachten Laden einer Normalladung (nur für konventionelle Nassbatterien) mit 10 % aufladen. Bei entladener während 10 Std. Problem: wird ungeachtet ihres Aufbaus und Zustand geladen Normalladung (aktuell) Moderne n müssen nach unterschiedlichen Methoden geladen werden. Man spricht von Ladekennlinien. (z. B. für konventionelle Starter-n, EFB-n, AGM-n oder Gel) Bildquelle: Technomag Erhaltungsladung Durch die Selbstentladung im inneren der muss bei einer stillgelegten Starterbatterie eine Erhaltungsladung durchgeführt werden. Dafür gibt es Ladungserhaltungsgeräte. Sulfatierte Eine sulfatierte kann mit einem speziellen Lademodus aufgeladen werden. Wenn dies nicht möglich ist, muss die ersetzt werden. Wichtig Beim Laden kann Knallgas entstehen. Deshalb sollte der Ladevorgang langsam durchgeführt werden und der Raum gut belüftet sein. Knallgas ist sehr zündfähig! AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 9/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

10 Ausbau & Einbau der Bevor Sie mit dem Ausbau einer beginnen, sollten Sie immer an folgendes denken: Speicherungen von Daten im Radio, Bordcomputer oder anderen Geräten können ohne Strom verloren gehen. Daher sollten Sie die Bedienungsanleitungen Ihres Fahrzeuges beachten! Ausbau Fahrer-Fenster öffnen (Da sich beim Aus- und Einbau die Türen verriegeln können) Zündung und alle Stromverbraucher ausschalten Zündschlüssel aus Fahrzeug entfernen (Keyless-Systeme) mindestens 1-2 Min. warten (oder nach Herstellerangaben, Bedienungsanleitung beachten) Evtl. Adapter zur Erhaltung der gespeicherten Daten verwenden (OBD, Booster oder Ladegerät) Um Kurzschlüsse z.b. durch Werkzeuge zu vermeiden, beim Ausbau zuerst die Minusklemme lösen und entfernen und anschliessend die Plusklemme Spannungsfreiheit überprüfen (z.b. Warnblinkschalter betätigen) Einbau Zündschlüssel aus Fahrzeug entfernen (Türen können sich schliessen) einsetzen und gut festschrauben Pole und Klemmen reinigen (nicht fetten) Beim Einbau zuerst den Pluspol montieren und festziehen dann Minuspol montieren und festziehen Auf festen Sitz der Polklemmen achten (evtl. Pole und Anschlüsse mit spray behandeln) Nach dem Einbau der Evtl. wechsel im Steuergerät programmieren (Werte des sensors werden zurückgesetzt) Grundeinstellung der Scheibenheber kontrollieren/durchführen Uhr und Radio kontrollieren/programmieren Fehlerspeicher auslesen und löschen AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 10/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

11 Starthilfe Folgende Schritte sind in der Regel erforderlich (bitte immer Herstellerangaben in der Bedienungsanleitung des Fahrzeuges beachten) Nur n gleicher Nennspannung verwenden Beide Kfz-Motoren abstellen und alle Verbraucher (ausser Warnblinkanlage beim Spender) abschalten Zuerst das rote Starthilfekabel an den Pluspol der entladenen anklemmen, anschliessend die andere rote Klemme mit der Spenderbatterie verbinden (oder evtl. an den speziellen Fremdstartanschlüssen) Dann das schwarze Kabel an den Minuspol des helfenden Fahrzeugs anklemmen. Danach das freie Ende des Kabels an blanke Stelle (Masse) des Havarie-Fahrzeuges abseits der anklemmen, beispielsweise Motorblock (Hinweise des Fahrzeug-Herstellers beachten) Darauf achten, dass die Kabel nicht in den Bereich des Lüfters oder des Keilriemens geraten Motor des helfenden Fahrzeugs starten Dann Motor des Havarie-Fahrzeugs starten (max.15 Sekunden) und laufen lassen Verbraucher am Havarie-Fahrzeug einschalten Kabel nach 1-2 Minuten in umgekehrter Reihenfolge abklemmen Evtl. Programmierungen von Uhr, Fensterhebern vornehmen Wichtige Infos Grundsätzlich darf ein Fahrzeug mit heutiger Ausrüstung und Technik nur überbrückt werden und darf nicht angestossen werden, da der Katalysator oder das Bordnetz mit seinen vielen Verbraucher beschädigt werden kann Reihenfolge beim Anhängen der Kabel beachten, da Explosionsgefahr besteht (Knallgas) Bei Fahrzeugen mit sensor immer am Starthilfestützpunkt überbrücken und nicht an den polen Auch beim Fremdstarten mit dem Booster, wird die Masseklemme an einer blanken Stelle und nicht am -Minuspol befestigt AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 11/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx

12 Technische Grössen und Begriffe Kapazität Die Kapazität C ist die verfügbare Elektrizitätsmenge (Stromstärke x Zeit) einer, gemessen in Amperestunden [Ah]. Die Kapazität ist abhängig von Entladestrom, temperatur und Alterung. Die Kapazität nimmt mit steigendem Entladestrom und sinkender Umgebungstemperatur stark ab. Kälteprüfstrom Die Startfähigkeit einer bei Kälte wird durch den Kälteprüfstrom gekennzeichnet. Der Kälteprüfstrom ist der angegebene Entladestrom, bei dem eine neue vollgeladene bei 18 C eine festgelegte Spannungsgrenze nicht vor einer festgelegten Zeit unterschreitet. Zellenspannung Die Zellenspannung ist die Spannung zwischen den positiven und negativen Platten einer Zelle. Sie ist hauptsächlich vom Ladezustand (Säuredichte) und der temperatur abhängig. Nennspannung Die Nennspannung einer Zelle ist auf einen Wert von 2 Volt festgelegt. Die Nennspannung der ganzen ergibt sich aus der Nennspannung einer Zelle x Anzahl der Zellen. 6 x 2 V = 12 V Klemmspannung Die Klemmspannung ist die Spannung unter Last zwischen den beiden Endpolen einer. Leerlauf- und Ruhespannung Die Leerlauf- oder Ruhespannung ist die Spannung einer unbelasteten. Nach einem Lade-/ Entladevorgang verändert sich die Leerlaufspannung. Erst nach einer Wartezeit, erreicht die Leerlaufspannung einen Endwert. Dieser Endwert wird als Ruhespannung bezeichnet. Gasungsspannung Die Gasungsspannung ist die Ladespannung, oberhalb der die deutlich zu gasen beginnt. Diese Spannung ist stark temperaturabhängig. Die Gasungsspannung beträgt 14,4 [V]. Die Gasung ist die elektrolytische Zersetzung des Wassers, das in der flüssigkeit enthalten ist. Dabei entstehen ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff (hochexplosives Knallgas). Entladung durch Ruhestrom Der Ruhestrom ist der Strom, der nach dem Abstellen des Motors und nach Abschaltung aller Verbraucher aus der entnommen wird. Ursache für diesen Ruhestrom sind Steuergeräte, die trotz scheinbarer Inaktivität auf externe Ereignisse reagieren müssen, z. B. Fahrzeuguhr Weiterhin gibt es immer mehr Steuergeräte, die nicht über (Klemme 15) eingeschaltet werden, sondern ständig mit der verbunden sind und nur über den CAN-Datenbus eingeschaltet werden können. Selbstentladung Auch wenn an eine keine Verbraucher angeschlossen sind, wird die mit der Zeit elektrisch leer. Die Ursache für die Selbstentladung sind chemische Prozesse, die sich in der ereignen (ca. 3 % im Monat). AGVS Ausbildungszentrum Berner Oberland 12/12 L:\Kurse\ab 2012\AA 2.1\1 Theorien\ _AA_EL_.docx