Batterieprüfung für die Werkstatt einfach gemacht

Feststellung der Batteriegesundheit über die Kapazität

by Isidor Buchmann
CEO & Gründer von Cadex Electronics Inc.
www.BatteryUniversity.com; answers@cadex.com
April 2011

Seit Cadillac 1912 den Anlasser erfand, werden Blei-Säure-Batterien zum Starten des Motors verwendet. In 100 Jahren hat sich diesbezüglich nicht viel geändert, nur dass die Batterie jetzt auch stromhungriges Zubehör füttern muss. Das Starten ist kein Problem, doch besitzt die Batterie auch ausreichend Reserven für das Zubehör?

Zweck der Batterieprüfung ist einzuschätzen, ob die Lebenszeit einer Batterie am Ende ist. Auto-mechaniker sind mit dem CCA, dem Kaltstartstrom einer Batterie, vertraut. Aus dem CCA lässt sich allerdings nicht immer das Lebenszeitende der Batterie herleiten. Die Gesundheit einer Batterie erkennt man am besten an ihrer Kapazität. Die Frage ist also: „Bei welcher Kapazität muss eine neue Batterie her?“

Dass die Kapazität zur Feststellung des Lebenszeitendes einer Batterie herangezogen wird, ist neu. Autohersteller und Kfz-Werkstätten müssen die Grenzwerte noch finden. In unserem Beispiel nehmen wir 65 % als Garantieschwelle und 40 % als Lebenszeitende an. Abbildung 1 veranschaulicht anhand eines mit Flüssigkeit gefüllten Behälters das Verhältnis zwischen CAA und Kapazität. Die Flüssigkeit stellt die Kapazität dar und die Hähne die CCA bei verschiedener Leistungsabgabe.

Bei den meisten Batterien bleibt der Startstrom bis zum Ende ihrer Lebenszeit stark genug. Die Kapazität beginnt jedoch langsam geringer zu werden. Um diese Veränderungen zu untersuchen, hat Cadex Kapazität und CCA von 20 alternden Starterbatterien gemessen. Die Ergebnisse zeigt Abbildung 2, geordnet nach der Höhe der Kapazität in Prozent.

Die Batterien 1 bis 9 haben guten CCA und gute Kapazität, die Batterien 10 bis 20 weisen jedoch ein altersbedingtes Nachlassen der Kapazität auf. Ein Autofahrer ist sich dessen oft nicht bewusst, bis sein Fahrzeug eines Morgens nicht mehr startet. Dies tritt häufig bei Kälteeinbrüchen auf, weil die Kapazität mit sinkender Temperatur noch geringer wird.

Kfz-Werkstätten benötigen einfache Prüfgeräte, die in wenigen Sekunden eine zuverlässige Beurteilung der Batteriegesundheit ermöglichen. Das ist nur mit Geräten möglich, die sowohl CCA als auch Kapazität messen. Die meisten Prüfgeräte liefern nur den CCA in Abhängigkeit vom Widerstand. Der Grund ist klar: Widerstandsmessung ist weit einfacher als Kapazitätsbestimmung.

Der Spectro CA-12 GA (Abbildung 3) beurteilt eine Batterie nach ihrer Kapazität. Sinkt die Messung unter 40 % ist die Lebenszeit einer Batterie zu Ende und es wird mit BATTERIE WECHSELN zum Wechseln der Batterie aufgefordert. Nur sehr selten hat eine Batterie hoher Kapazität einen geringen CCA. Wenn der CCA aber unter 50 % absinkt, so wird in dem Fall auch angezeigt, dass die Batterie schlecht ist. CCA wird als Zahl angezeigt, der Ladezustand in Prozent und die Kapazität als gut oder schlecht. Es sind also folgende Beurteilungen möglich:

Zum Prüfen einer Batterie wählen Sie Flooded bei Nassbatterien und AGM bei Gelbatterien, geben die Kapazität ein (Ah oder RC) und schließen die Prüfkontakte an. Die Batterie muss nicht voll geladen sein. Hat sie jedoch einen Ladezustand unter 40 %, empfiehlt das CA-12, die Batterie erst einmal zu laden (CHARGE AND RETEST). Die Prüfung beginnt automatisch und dauert etwa 15 Sekunden.

Bei hochentwickelten Geräten wie dem Spectro CA-12 GA kommen für die Bestimmung von Kapazität, CCA und Ladezustand Matrizen zur Anwendung. Eine Matrix ist eine mehrdimensionale Tabelle, mit deren Werten die Messungen verglichen werden. Texterkennung, Erkennung von Fingerabdrücken und visuelle Bildgebung arbeiten nach dem gleichen Prinzip, nämlich dass Messungen mit einem bereits vorhandenen Modell verglichen werden.

Mit generischen Matrizen erzielt der Spectro CA-12 GA 90 % Genauigkeit beim CCA und 80 % Genauigkeit bei der Kapazität. Diese Genauigkeit mag niedrig erscheinen, denn man wünscht sich natürlich über 90 % Präzision. Das ist bei Blei-Säure-Batterien aber nicht möglich. Kapazitäts-schwankungen um 12 % sind selbst unter Laborbedingungen mit hochpräzisen Entlade- und Ladegeräten durchaus normal. Darum fragen sich selbst Fachleute: „Sollte man wirklich die Kapazität als Indikator der gespeicherten Energie heranziehen?"

Die meisten im Handel erhältlichen Batterietester liefern einen CCA Wert mit nur 70 % Genauigkeit, ohne die Kapazität hinzuzuziehen. Selbst wenn solch ein Tester eine hohe CCA anzeigt, kann sich der Kfz-Mechaniker nicht sicher sein, ob die Batterie wirklich gut ist. Die Spectro™-Technologie erlaubt gegenüber der Einzelfrequenzmethode eine genauere CCA-Bestimmung, was bei Batterien im Grenz-bereich den Ausschlag gibt. Die Kapazität bleibt jedoch der führende Indikator für die Gesundheit einer Batterie. Abbildung 4 vergleicht die CCA Werte des Spectro CA-12 gegenüber eines ein-frequenzinges Messgerätes (AC Conductance).

Der Spectro CA-12 bestimmt Kapazität und CCA mit Hilfe der elektrochemischen Impedanz-spektroskopie. Diese Technologie ist schon seit einiger Zeit bekannt, wurde aber wegen des hohen Aufwands bisher nur im Forschungslabor eingesetzt. Die Entwicklung des Spectro™-Algorithmus (patentiert) und ein schnelles DSP haben Größe und Preis soweit reduziert, dass diese Hochleistungs-technik in der Kfz-Werkstatt zum Einsatz kommen kann. Und so funktioniert es:

Mit Frequenzen zwischen 20 und 2000 Hertz wird die Batterie abgetastet, als ob ein Landschaftsprofil aufgezeichnet werden sollte. Während der 15 Sekunden dauernden Prüfung nimmt der CA-12 vierzig Millionen Transaktionen auf und wandelt die Daten in ein lesbares Format um. Dabei ist die generische Matrix des GA-Modells für die meisten Starterbatterien ausreichend. Sollte als Kapazitätsaussage statt Gut/Schlecht einen Zahlenwert bevorzugt werden, kann Cadex eine batteriespezifische Matrix entwickeln.

Wie auch bei medizinischen Tests oder Wettervorhersagen liefern Schnelltests nur Schätzwerte. Kein einzelnes Gerät kann alle Anomalitäten finden; für eine komplette Beurteilung sind mehrere Prüf-methoden erforderlich. Bestimmte Defekte einer Batterie können nur bei hoher Belastung festgestellt werden. Solch ein Defekt wäre ein Mikrokurzschluss. Ein Schnelltest klassifiziert solch eine Batterie möglicherweise als gut; doch hat die hohe Eigenentladung die Dichte abgesenkt, und der Motor dreht nicht mehr durch. Hier wäre die Prüfung mit einem Kohleplattentester oder einem Hydrometer angezeigt.

Es gibt keine idealen Batterietester. Die Wissenschaft nimmt jedoch an, dass sich die elektro-chemische Impedanzspektroskopie durchsetzen wird. Der Spectro CA-12 gehört zu den ersten Batterietestern, die diese Technologie außerhalb des Labors verwenden.