Ladegeräte

Kfz-Ladegeräte – Akkus immer in Form

Kfz-Akkus (umgangssprachlich auch „Autobatterie”) sind essentiell für den Betrieb aller Arten von motorisierten Fahrzeugen. Selbst Hybrid-Fahrzeuge und viele Elektrofahrzeuge verfügen über einen getrennten Bordnetzakku, der auch bei leerem Fahrakku das Bordnetz speist. Die Hauptfunktionen des Kfz-Akkus sind die kurzzeitige Lieferung hoher Ströme für den Anlassvorgang und die Langzeitlieferung von Strom für Verbraucher im Bordnetz. Während der Fahrt wird dieser Akku vom Generator (Lichtmaschine) geladen.

Die immer noch hauptsächlich eingesetzten Akkus in Bleiakkutechnik haben den Nachteil einer hohen und schnellen Selbstentladung. Dazu kommen zahlreicher werdende Dauerstromverbraucher wie im Standby-Betrieb arbeitende Steuergeräte, Leistungsabfall bei niedrigen Temperaturen oder ungenügendes Nachladen im Kurzstreckenverkehr. Auch bei lange nicht genutztem Fahrzeug wie z. B. Saisonfahrzeugen, Motorrädern, Booten oder Oldtimern quittiert der Bleiakku die Standzeit mit Selbstentladung. Dazu kommt noch eine beschleunigte Selbstentladung bei alterndem Akku durch zunehmenden Zellenschluss, ausgelöst durch die chemischen Prozesse im Akku.

Gab es früher ausschließlich Blei-Säure-Akkus (Nasssysteme), übernehmen heute betriebssichere Systeme wie Blei-Gel, Kalzium, AGM, LiFePo4 dieses Feld. Dazu gibt es verschiedene Bordspannungen wie 12 V, 24 V und 48 V. Diese Vielfalt erfordert auch vom modernen Kfz-Ladegerät („Autoladegerät”, „Batterieladegerät”) mehr als zu früheren Zeiten. In der Vergangenheit musste ein einfaches 12 V-Bleiakku-Ladegerät nicht mehr können als einfaches Konstantspannungsladen. Dagegen müssen Batterieladegeräte heute mit unterschiedlichen Ladeverfahren möglichst alle gängigen Akkutechnologien behandeln können, schonend laden (mehrstufige Ladeverfahren) und länger nicht genutzte Akkus pflegen (Wartung/Überwintern).

Ladeverfahren, Ladedauer, Ladeschlussspannungen

Es gibt zahlreiche unterschiedliche Ladeverfahren – hier die wichtigsten Verfahren in Kürze:

Konstantstrom-Laden

Hier wird über die gesamte Ladedauer mit einem konstanten Strom geladen. Dies birgt die Gefahr des Überladens. Deshalb wird diese Ladeart kombiniert mit einer Ladedauerbegrenzung (Timer) und/oder einem Ladeschlusskriterium wie z. B. das Minus-Delta-U-Verfahren. Dabei registriert das Ladegerät das typische Absinken der Zellenspannung nach Erreichen der Vollladung einer Akkuzelle und schaltet dann den Ladestrom ab bzw. reduziert auf einen Erhaltungsladestrom, der die Selbstentladung kompensiert.

Ein weiteres Verfahren ist das Verfahren „Peak Voltage Detection” - hier wird der Spannungsverlauf verfolgt und nach Erreichen der Spitzenspannung (maximale Ladespannung) abgeschaltet bzw. abgesenkt.  

Schließlich gibt es das Verfahren, den Anstieg der Ladekurve zu verfolgen und bei Beginn des weniger steilen Anstiegs ebenfalls das Laden zu beenden.

Konstantspannungs-Laden

Hier wird über die gesamte Ladedauer zunächst die Ladespannung konstant gehalten. Mit steigendem Ladestand des Akkus nimmt dessen Ladestromaufnahme ab und Ausgangsspannung sowie Akkuspannung nähern sich an. Dies wird vom Ladegerät entweder durch eine einfache „weiche” Ladeschaltung oder eine Auswerteelektronik registriert und der Ladestrom abgesenkt (Übergang auf Erhaltungsladen).

In der Praxis werden oft beide bisher genannten Ladeverfahren kombiniert wie z. B. für AGM-Akkus IU oder IUoU. Dies führt zu schonenderen Ladephasen und die o. a. Abschaltkriterien sind gezielter einsetzbar. Zudem kommen weitere Kombination wie z. B. das Puls- oder Reflexladen zum Einsatz, bei denen mit Strom-/Spannungsimpulsen geladen wird, die zwischen kurzen Mess- oder Entladeimpulsen wechseln, um den aktuellen Akkuzustand zu ermitteln.

Lithium-Akkus

Lithium-Akkus sind besonders empfindlich gegen Fehlbehandlungen, obwohl als Bordnetzakkus vorwiegend die robusteren LiFePo4-Akkus eingesetzt werden. Insbesondere Tiefentladung und Überladen können zu Schäden bis hin zum Totalausfall oder gar Brand führen. Grundsätzlich kann man mit einem Konstantspannungs-Ladegerät oder mit einem CCCV-Ladegerät auch Lithium-Akkus unter Aufsicht und bestimmten Sicherheitsvorkehrungen laden. Jedoch sollte das Ladegerät über einen auf diesen Akkutyp spezialisierten Lademodus verfügen, der die Entladetiefe des Akkus erfasst, den Ladestromverlauf daran anpasst und hochgenau das Abschaltkriterium je nach Akkutechnologie befolgt. Zudem sollte es dies für jede Zelle das Akkus einzeln überwachen.

Eine wichtige Funktion ist deshalb hier das Balancieren der Zellen, d.h., es wird ein gleiches Spannungsniveau aller Zellen erreicht, um alle Zellen zu laden, ohne dass einzelne Zellen des Akkus nicht genügend geladen oder überladen werden. Oft sind diese Balancer ein Bestandteil des akkuinternen Batterie-Management-Systems (BMS), das Tief- und Überladen intern verhindert bzw. die Zellen balanciert. Auch die bei diesen Akkus sehr wichtige Temperaturüberwachung ist oft im BMS integriert. Deshalb ist hier die Kenntnis der verbauten Akkutechnik besonders wichtig für die Auswahl eines Ladegerätes.

Erhaltungsladen, Wartungsladen, Überwintern

Bei einem länger nicht genutzten Akku kann man ein spezielles Erhaltungsladegerät einsetzen, das lediglich die Selbstentladung ausgleicht. Alternativ könnte eines genutzt werden, das insbesondere bei Blei-Akkus zur Vermeidung des Dendritenwachstums („Sulfatierung”) mit der Folge des zunehmenden Zellenschlusses eingesetzt wird. Die meisten Ladegeräte bieten die Erhaltungsladefunktion in ihrer Ausstattung an bzw. nehmen diese automatisch nach dem Laden ein.

Mehrstufige Ladeverfahren

Umfangreich ausgestattete Akku-Ladegeräte bieten schonende, mehrstufige Ladeverfahren an, die auch die o. a. Features wie das Testen während des Ladens oder die Erhaltungsladung beinhalten. So wird hier u. a. erst der Zustand des Akkus ermittelt, ggf. ein stark entladener bzw. sulfatierter Akku aktiviert, dann ein schonendes Laden mit zunächst geringem, im Verlauf wachsendem Ladestrom gestartet sowie zwischenzeitlich und/oder am Schluss der Akku belastet, um auszuwerten, ob der Akku die Spannung bei Last hält.

Auch findet man hier vielfach die so genannte Refresh-Funktion, bei der der Akku unter genauer Zustandsüberwachung gezielt mit einer höheren Spannung als der Ladeschlussspannung (z. B. 16 V bei Blei-Akkus) und mit einem höheren Strom für eine bestimmte Zeit behandelt wird, um ihn auf eine möglichst hohe Ladefähigkeit zu bringen. Diese Funktion ist nicht für alle Akkuarten zugelassen, hier muss man sich im Einzelfall über die Herstellerangaben zum Akku und die Bedienungsanleitung des Akku-Ladegerätes informieren.

Wie lange lädt eine Autobatterie am Ladegerät?

Die Ladedauer ist sehr stark vom Entladezustand, der Alterung und der üblichen Nutzung des Akkus abhängig. Sie wird von Akku-Ladegeräten nach den o. a. Abschaltkriterien begrenzt. Geht man von einem leeren Akku aus, kann man die Ladedauer grob überschlagen mit der Beziehung nominelle Akkukapazität geteilt durch Ladestrom. Dies kann aber nur eine grobe Näherung sein – je nach Ladeverfahren geht das Laden schneller oder dauert länger.

Ladeschlussspannung

Die Ladeschlussspannung ist abhängig vom Akkutyp, dessen Zellenspannung und der Zellentemperatur. Bei einer solchen von 20°C gilt je Zelle:

• Blei-Akku: 2,4 V
• LiFePo4-Akku: 3,6 V
• LiIon-/LiPo-Akku: 4,2 V
• Ca/Ca-Akku: 2,46 V
• AGM-Akku: 2,46 V

Beispiel: 12-V-Blei-Akku = 14,4 V Ladeschlussspannung

Zur Sicherheit sollte man dennoch das Datenblatt des Akku-Herstellers konsultieren, so geben manche Hersteller z. B. für Blei-Akkus auch 14,8 V Ladeschlussspannung an. Bei automatisch arbeitenden Ladegeräten muss man jedoch meist ohnehin nur den Akkutyp einhalten, für den das Ladegerät vorgesehen ist oder eingestellt werden kann, um sicher zu laden.

Eine Autobatterie laden - Wie lade ich eine Autobatterie mit einem Ladegerät?

Grundsätzlich hilft ein Blick in die Betriebsanleitung des Fahrzeugs, um zu klären, ob der Akku zum Laden per Autobatterie-Ladegerät vom Bordnetz getrennt werden muss oder nicht. Dies gilt insbesondere für moderne Fahrzeuge mit umfangreicher Elektronik an Bord – bei unsachgemäßem Anschluss kann diese beschädigt werden.

Ist ein Trennen erforderlich, was zur Sicherheit grundsätzlich anzuraten ist, muss man bedenken, dass eventuell Informationen in elektronischen Geräten wie Einstellungen, Senderspeicher usw. gelöscht werden können. Viele moderne Fahrzeuge erfordern sogar ein Anmelden des Akkus beim Neuanschluss – und zwar in der Kfz-Werkstatt. Außerdem gibt es Anschlusssysteme, die bei einem Unfall automatisch den Akku vom Bordnetz trennen, um einen Elektrobrand zu verhindern. Dies alles sollte man vorab klären.

Ansonsten gilt für das Trennen des Akkus vom Bordnetz immer die Reihenfolge: Erst Minuskontakt (Schwarzes Kabel) lösen und abnehmen, dann Plus (Rot). Beim Anklemmen des Akkus an das Bordnetz gilt die umgekehrte Reihenfolge: Erst Plus anschließen, dann Minus.

Beim Anschluss eines Kfz-Ladegerätes gilt: Ladegerät noch nicht ans Netz anschließen bzw. ausgeschaltet lassen, dann zuerst das Pluskabel (Rot) an den Pluspol des Akkus anschließen, danach das Minuskabel (Schwarz) an den Minuspol des Akkus. Dabei darauf achten, dass blanke Teile der Kontaktzange/-klemme keine Fahrzeugteile berühren können (fester Sitz).

Wollen Sie einen Blei-Säure-Akku mit einem offenen System laden (Kennzeichen: Schraubstopfen oder Stopfen auf der Oberseite), so lösen Sie diese Stopfen, um einen Gasaustritt beim Laden zu ermöglichen.

Alle modernen Systeme wie Blei-Gel- und AGM-Akkus sind geschlossene, wartungsfreie Systeme, oft mit dem Kürzel „VRLA” für „Valve Regulated Lead Acid”, gekennzeichnet. Sie verfügen über automatisch bei auftretendem Gasdruck öffnende Ventile. LiFePo4-Akkus sind völlig geschlossene Systeme ohne solche Ventile.  

Beim Abtrennen des Autobatterie-Ladegerätes gilt: Ladegerät abschalten/vom Netz trennen, dann zuerst schwarze Minus-Klemme abnehmen, danach die rote Plus-Klemme.