Die KFZ-Batterie - was steckt dahinter?

Ich verstehe das mal wieder als Anspielung auf meine Beiträge, daher eine direkte Antwort:

Zitat von Tequila009

Ich befasse mich mit der Lade- und Batterie-Technik schon eine ganze Weile, also mit unzähligen Stunden Recherche. ...

Wenn ich von Recherche rede, scheine ich etwas grundlegend Anderes zu meinen als du.

Anstatt sich lediglich auf die Websuche von Google und Produktbroschüren zu verlassen, kann man durchaus auch wissenschaftlich fundierte Quellen bemühen.
Es gibt Dissertationen, Papers in Fachzeitschriften und andere Quellen, die sich grundlegend mit Zellchemie und Ladestrategien von Blei-Säure Akkus befassen. Alles mit Verweis auf Primärquellen und vieles mit Peer-Review zur Qualitätssicherung. Da wir in einer aufgeklärten Gesellschaft mit Forschungsfreiheit leben, kann sich auch jeder Bürger kostenlos bzw. mit einer nahezu kostenlosen Bibliotheksmitgliedschaft Zugang zu diesen Quellen verschaffen.

So kann man sich ein differenziertes Bild der Lage verschaffen, was ich in allen bisher als Grundlagenwissen bezeichneten Beiträgen nicht vorfinden konnte. Der dort zugegebenermaßen angesprochenen Tatsache bezüglich der geänderte Ladeschlussspannung wurde allerdings auch zu keiner Zeit widersprochen, daher kann ich keine Fehlinformation in meinen oder anderen Beiträgen erkennen.

Zitat von Tequila009

Und wer mir jetzt erzählen möchte, dass Exide letztes Jahr im NFZ-Bereich aus lauter Langeweile angefangen hat ...

Das durchschnittliche Nutzfahrzeug hat ein erheblich anderes Nutzungsprofil als der durchschnittliche PKW. Insbesondere haben Nutzfahrzeuge äußerst selten längere Standzeiten als ein Wochenende, während ein PKW auch gern mal eine Woche oder länger ungenutzt bleiben kann. Hier kommt zum Beispiel die geringere Selbstentladung der Ca/Ca-Batterie als Vorteil zum Tragen. Du kannst also nicht unterstellen, dass eine im Nfz technisch sinnvolle Rückumstellung automatisch auch für den PKW sinnvoll sein muss.
Übrigens: Keine der hier diskutierten Batterien enthält eine Legierung aus Antimon und Calcium, die Sb/Ca-Bezeichnung sagt aus, dass der Werkstoff der positiven Elektrode mit Antimon legiert wurde, der der negativen Elektrode mit Calcium. Aber das nur am Rande.

Ich versuche mal wieder den Bogen zum Fachlichen zu schlagen und stelle zwei Beispiele vor:

• Kunde 1 kauft eine Sb/Ca-Batterie und verbaut sie in seinem Fahrzeug. Durch eine Lagerdauer von 4 Monaten beim Großhandel hat die Batterie leider schon eine teilweise Sulfatierung erfahren und startet mit einer reduzierten Kapazität in ihr Leben. Der Kunde nutzt sein Fahrzeug regelmäßig, aber durch zellchemische Alterungsvorgänge und die Vorschädigung ist nach 5 Jahren die Gebrauchsdauer zuende und das Fahrzeug startet wegen Kapazitätsverlustes bei tiefen Temperaturen nicht mehr.
• Kunde 2 kauft eine Ca/Ca-Batterie und verbaut sie in seinem Fahrzeug. Die Batterie hat durch 4 Monate Lagerdauer keinen Schaden genommen. Auch Kunde 2 nutzt sein Fahrzeug regelmäßig. Da der Generatorregler in Kundenfahrzeug 2 die Generatorspannung schon bei 14,4 Volt abregelt, wird die Ladeschlussspannung der Ca/Ca-Batterie nicht erreicht, sodass sie langsamer und nicht bis zur vollständigen Kapazität geladen wird. Da die Ca/Ca-Batterie eine geringere Selbstentladung aufweist, wird sie bei Standzeit des Fahrzeuges weniger stark entladen, sodass die nachzuladende Energiemenge gegenüber einer klassischen Batterie bei gleicher Stillstandszeit geringer ist. Dieser Effekt kompensiert den Nachteil der langsameren/nicht vollständigen Aufladung teilweise. Die beschleunigten zellchemischen Alterungsvorgänge durch die unvollständige Ladung setzen der Batterie nach und nach zu, sodass sie nach 5 Jahren das Ende ihrer Gebrauchsdauer erreicht.

Was ich mit diesen zwei Beispielen darstellen möchte ist simpel:
Entscheidend für den Kunden ist nicht die Legierung seiner Batterie-Elektroden, sondern die Gebrauchsdauer seiner Batterie.
Nicht nur die Ladeschlussspannung nimmt Einfluss auf die Gebrauchsdauer, hier wird das Thema nur immer auf diesen Aspekt reduziert.

Solange die Ca/Ca-Batterie dieselbe Gebrauchsdauer erreicht, hat der Kunde mit einem älteren Fahrzeug keinen Nachteil durch die veränderte Technologie.

Zitat von Tequila009

Exide und FIAMM z.B. bieten für den NFZ-Bereich beides an, Sb/Ca und Ca/Ca. ...

Das ist deine Interpretation des Ausschnitts der Informationen, den du für wichtig erachtest, und kein Fakt. Du blendest nach wie vor Tatsachen wie Überlagerung aus. Um das zum wiederholten Male klarzustellen.

Zitat von Tequila009

Erkennst Du da das Problem nicht? Das ist doch nun dermaßen offensichtlich, das kann man doch schon nicht mehr übersehen.

Da du so umfangreich recherchiert hast und das "dermaßen offensichtlich" ist, kannst du mir sicher eine Quelle nennen, wo wissenschaftlich eine reduzierte Gebrauchsdauer seit flächendeckender Einführung wartungsfreier Batterien im PKW-Bereich nachgewiesen wurde. Oder wenigstens Anhaltspunkte dafür wie eine Vervielfachung der Umsätze von Batterieherstellern.

Bis dahin ist das hier ein freundlicher Austausch von Meinungen.

Es ist wirklich nicht schwer zu recherchieren, daß Vollkalzium Batterien zum verhindern einer Säureschichtung und zur vollständigen Ladung eine höhere Spannung benötigen als die meisten Fahrzeuge zur Verfügung stellen.

Es ist einfach etwas doof, diese Technologie für solche Fahrzeuge einzusetzen. Zumindest was die Lebensdauer und Enthaltung der Kapazität über einen möglichst langen Zeitraum an geht.

Ich habe heute einmal auf die Spannungen im Opel geachtet. Bin die Woche nur Kurzstrecke gefahren -> 6 km, dann wieder Motor aus. Das Fahrzeug hat keine Rekuperation. Verbaut ist die OEM Batterie.

Die Spannung beträgt bis zu 14,9 Volt, habe leider nur 14,7 Volt fotografiert bekommen (ja, Ladestrom unbekannt).

Nach 12 km mit Licht und zwei Motorstarts beträgt die Spannung bei Zündung an 12,5 Volt. Man sollte auch beachten dass das Fahr zeug mind. 13 Steuergeräte hat.

Nächste Woche fahre ich mal wieder ~ 200 km einfach. Ich schaue dann noch mal drauf.

Nein, es ist keine AGM verbaut.

Im Grunde ist das schon so,
dass deine Fragen unangenehm sind für die Hersteller,

Der Flächendeckende Einsatz von CA/CA hat sicher mehrere Gründe, es sind wohl 90 Prozent der Autofahrer garnicht in der Lage Destiliertes Wasser bei der Batterie aufzufüllen,
Darum sind die meisten sicher froh das die Heutigen Wartungsfrei sind,
die Lebensdauer von guten CA/CA ist auch in Ordnung, sofern sie gut produziert sind, sicher könnten die mit mehr Ladespannung länger halten,
aber wer ausser dem Kunden will das schon?

eine Höhere Ladespannung würde noch andere Probleme mit sich bringen,
ich hatte mal einen Ford KA, ein absoluter Glühlampenfresser war das,
wird wohl an der Spannung gelegen haben

Ich bewundere dein Durchhaltevermögen, aber die meisten Hersteller werden dann einfach nicht auf das Thema eingehen wenn es zu unangenehm wird,

ich tue einfach das was alle Kunden tun sollten
kurzlebige Produkte nicht mehr kaufen.

So wird zb der Produzent von Mixtech schnell merken das man Plunder nicht immer an den Mann gebracht bekommt
Gut das ihr mich davor gewarnt habt

Zitat von Stahlhobelspan

...
eine Höhere Ladespannung würde noch andere Probleme mit sich bringen,
ich hatte mal einen Ford KA, ein absoluter Glühlampenfresser war das,
wird wohl an der Spannung gelegen haben

Bei uns im Amarok wäre das kein Problem. An den Scheinwerfern kommen genau 12,0V an (pulsweitenmoduliert). Also auch da gäbe es Möglichkeiten.

Ich weiß aber was du meinst. Vor knapp 20 Jahren hatten wir in der Familie mal einen Citroen Xsara, da hatte unglaublich helles Licht. Aber da stimmte auch was mit der LiMa-Spannung nicht und da lagen ca. 15V an.

Yuasa hat sich übrigens zumindest teilweise auf seiner HP zu dem Thema eingelassen (i.Z.m. dem Nachersatz von Ford SB/Ca durch Yuasa Ca/Ca)
https://www.yuasa.de/informationen/…ford-fahrzeuge/

Es tut mir fast leid für alle genervten Mitleser, aber ich muss mich doch noch mal zu Wort melden.
Ich versuche das hier mal mit ein paar Quellen anzureichern. Das Posten hier dürfte durch das Zitierrecht abgedeckt sein wenn ich mich nicht irre. Alles was ich hier anführe, ist frei im Internet zu lesen.

Zitat von Tequila009

Eine Blei-Säure-Batterie, egal ob Sb/Ca oder Ca/Ca, ist nahezu ewig haltbar wenn sie immer auf 100% gehalten wird (auch hierbei ist die passende Spannung zu beachten). Denn sie verschleißt nur bei der Entnahme von Strom, sobald der chemische Prozess am Blei nagt. [...]

Dein Argument mit der Lagerung ist daher einfach unbedeutend.

Dazu diese Abbildung:

Die Abbildung stammt aus der folgenden Quelle:
[Sauer, D. (2003). Optimierung des Einsatzes von Blei-Säure-Akkumulatoren in Photovoltaik-Hybrid-Systemen unter spezieller Berücksichtigung der Batteriealterung (Dissertation, Naturwissenschaften). Ulm.]

In Kapitel 3 beschreibt der Autor alle bekannten Alterungsmechanismen an Blei-Säure-Akkus, um daraus dann im weiteren Verlauf ein Berechnungsmodell für die optimale Auslegung eines Batteriespeichers zu entwickeln. Die Abbildung zeigt schön die Zusammenhänge und Wechselwirkungen.
Es wird denke ich deutlich, dass das bisher hier diskutierte Bild nicht vollständig ist. Insbesondere die Themen anodische Korrosion und dadurch resultierende Absenkung der Wasserstoffüberspannung sind hier bisher nicht zur Sprache gekommen. Nach einer gewissen Anlaufphase beginnen diese beiden Effekte sich gegenseitig zu verstärken und die bei der Ladung eingebrachte Energie wird immer stärker und schon ab immer niedrigeren Zellspannungen in Gasung umgesetzt.
Für diese Effekte sind Konzepte mit Antimon-Legierung in der positiven Elektrode besonders empfindlich, insbesondere wenn sie stets vollgeladen werden.
Ein Blei-Säure-Akku ist thermodynamisch instabil, in seinem Inneren laufen permanent verschiedene chemische Reaktionen ab. Teilweise reversibel, teilweise irreversibel. Er altert, egal was man unternimmt. Man kann nur auf die Geschwindigkeit Einfluss nehmen. Wer sich näher interessiert, kann in der Quelle und dessen Quellen weiterlesen.

Zitat von Tequila009

_{Wer soll denn wissenschaftlich die Batterie-Ausfälle dokumentieren? Ist diese Anfrage der Quelle ernst gemeint?}

Die Frage war vollkommen ernst gemeint. Es gibt genügend Institute, Ämter und Universitäten, die sich weltweit mit solchen Fragen beschäftigen. Zugegeben: Das ist recht mühselig zu recherchieren.
Du hast aber den zweiten Teil meines Vorschlags überlesen die Umsätze der größeren Batteriehersteller zu recherchieren.

Ich bin mir nicht sicher, ob ich das Ergebnis hier posten darf, da die Grafiken, die ich gefunden habe, ggf. eine Nutzungsbeschränkung haben könnten. Meine kurze Recherche beschränkte sich auch nur auf Johnson Controls und Banner in den letzten gut 10 Jahren. In beiden Fällen deckte sich der leicht steigende Umsatz mit der Absatzentwicklung am PKW-Markt. Johnson Controls zeigte 2019 einen kleinen Sprung, der wird aber höchstwahrscheinlich mit dem Boom der Elektrofahrzeuge zusammenhängen. Dort hat JC eine deutlich höhere Wertschöpfung als an klassischen Fahrzeugen.
Daher kann ich deinen Vorwurf der Lebensdauerverkürzung zwecks Umsatz/Gewinn-Maximierung hier nicht bestätigt finden.

Zitat von Tequila009

Ergänzend kommt noch hinzu, dass Ca/Ca Batterien nicht nur eine höhere Spannung benötigen, sondern für die letzten ~10% auch eine 6-8 Mal längere Ladezeit gegenüber Sb/Ca.
Da gibt es in einem der verlinkten Beiträge eine schöne Grafik der Ladekurven.
In der Realität heißt das dann, dass nahezu alle Batterien in der normalen täglichen Nutzung niemals komplett aufgeladen werden können, selbst wenn 14,8V anliegen würden. Mit 14,4V ist an einer kompletten Aufladung eh nicht zu denken, egal wie lange geladen wird.

Auch an dieser Front gab es in den letzten Jahren interessante Fortschritte, nachzulesen zum Beispiel in:
[Settelein, J. (2020). Kohlenstoffadditive für negative Elektroden von modernen Blei-Säure Batterien (Dissertation, Chemie). Würzburg.]
...und den dort aufgeführten Quellen.

Besonders interessant ist dabei der folgende Absatz:

Zitat

Die Anwesenheit des Kohlenstoffs verstärkt demnach die Aktivität der Hauptreaktion. Erklärt wird dies durch zusätzliche Nukleationskeime für Blei und Bleisulfat auf der Kohlenstoffoberfläche. Ein weiteres Indiz für diesen Mechanismus stellen mikroskopische Untersuchungen von zyklisierten Elektroden mit und ohne Kohlenstoffadditive dar. Bei Vorhandensein von Kohlenstoff existiert eine höhere Anzahl an Bleisulfatkristallen mit geringeren Partikelgrößen. Bei Grafiten und Aktivkohlen, deren Partikeldurchmesser in der Größenordnung von 10μm liegt, kann zudem beobachtet werden, dass Blei auf der Oberfläche der Kohlenstoffpartikel abgeschieden vorliegt.

Kurz zusammengefasst: Es gibt verschiedene Möglichkeiten die negative Elektrode mit Kohlenstoff/Carbon zu versehen um positive Effekte zu erzielen. Kohlenstoff hilft hier die irreversible Sulfatierung zu vermindern, indem der Kohlenstoff dem Bleisulfat eine große Oberfläche und viele kleine Kristallisationskeime bietet. Es bilden sich also viele kleine Sulfat-Kristalle, die bei anschließenden Ladevorgängen wieder aufgelöst werden können.

Zusätzlich geht der Autor darauf ein, dass durch den Einsatz von Kohlenstoff an der negativen Elektrode das Ladeverhalten bzw. die Ladegeschwindigkeit signifikant verbessert werden kann.
Für beide Aspekte führt der Autor jeweils einige Quellen und Belege an. Klingt für mich so als wäre der Einsatz von Kohlenstoff nicht nur ein Marketing-Gag.

Wenn man sich die obige Abbildung dazu noch mal vor Augen führt, kann man also die entscheidenden Nachteile von Ca/Ca Batterien sehr weit kompensieren. Lässt man Antimon entfallen, hat man wie oben besprochen ein paar andere negative Effekte bereits reduziert.

Alles in allem führt das auf den ersten Blick zu einem ziemlich runden Produkt für den freien Markt und Selberschrauber:

• Weniger Gefahr im Umgang mit der Batterie durch geschlossene Bauweise
• Keine Gefahr des thermischen Durchgehens / Überkochen durch fälschlichen Verbau einer nicht Ca/Ca-Batterie in ein Fahrzeug mit erhöhter Ladespannung
• Weniger Selbstentladung für Fahrzeuge mit schlechtem Nutzungsprofil, daher weniger Ruhephasenkorrosion und irreversible Sulfatierung. Dazu die höhere Wahrscheinlichkeit, dass das Auto noch anspringt.
• Lange Lagerdauer, sodass der schusselige Händler einem keine vorgeschädigte Ware verkauft.

...womöglich hat die Industrie doch nicht nur Schlechtes im Sinn?!

Jetzt möchte ich noch einen Appell an alle richten:
Es war noch nie so einfach wie heute an detaillierte und fundierte Informationen zu nahezu jedem Thema zu gelangen. Google Websuche alleine reicht aber nicht, da hier nicht speziell nach Quellen, sondern nach Allem gesucht wird.
Wenn ihr für ein technisches Thema brennt, dann nutzt eure Leidenschaft und Zeit zum Beispiel für folgende Tipps:

• Google Scholar und Google Books helfen euch (mehr oder weniger gut) Fachliteratur und Veröffentlichungen von Forschern zu finden. Das Material ist nicht durch Firmen, Medienkonzerne oder sonstige Interessenträger bearbeitet, sondern bildet am ehesten ab, was Stand der Technik ist. Wenn ihr mehrere Veröffentlichungen mit gleichen Ergebnissen findet, steigt logischerweise die Wahrscheinlichkeit eine richtige Aussage vor sich zu haben.
• Sucht euch eine wissenschaftliche Bibliothek in eurer Gegend, zum Beispiel eine Universitäts- oder FH-Bibliothek. Ihr könnt dort kostenlos oder für sehr wenig Geld auf nahezu alles zugreifen, was es gibt. Fachbücher, Zeitschriften, Normen, und vieles mehr. Wenn ein bestimmtes Werk vor Ort nicht verfügbar ist, beschafft die Bibliothek es für euch für eine sehr niedrige Gebühren (ca. 3€) über die Fernleihe. Die Bibliotheken stellen euch auch eine Benutzerberatung zur Verfügung, die euch hilft das zu finden was ihr sucht. Als Steuerzahler finanziert ihr alle diese Einrichtungen, also nutzt sie auch.
• Das Wort "Hochschulzugangsberechtigung" ist Unsinn. Hochschulen sind kein elitärer Kreis, sondern offen für Jeden. Jedermann kann Gasthörer oder sogar Gaststudent werden, um dort an Veranstaltungen teilzunehmen. Wenn euch ein Thema wirklich interessiert, sucht euch eine passende Vorlesung dazu und besucht sie so gut wie ihr es mit eurem Leben vereinbaren könnt. Wer wenig Zeit investieren kann/will, kann auch einfach nur die ersten ein oder zwei Veranstaltungen besuchen um Zugriff auf die Vorlesungsunterlagen zu erhalten und das Weitere im Selbststudium erarbeiten. Wenn ihr ein bisschen Hintergrund mitbringt und nicht gerade aus dem Stand versucht in eine sehr spezielle Fortsetzungsveranstaltung im hohen Semester einzusteigen, habt ihr gerade an FHs gute Chancen das fachlich gut zu verpacken.
  
  
  • Nebenbei gesagt: Weiterbildung sieht auch im Lebenslauf immer gut aus, ob fachlich 100% passend oder nicht. Ihr profitiert also in jedem Fall. Das gilt natürlich für jede Form von Weiterbildung.

Aufgrund der Zeichenbegrenzung von nur 10.000 Zeichen musste ich das leider aufteilen, daher der Nachtrag:

Jetzt noch ein Gedanke speziell für @Tequila009:

Auch wenn ich deinen Argumentationsstil hier im Thema nicht fair finde, so habe ich großen Respekt für die Leidenschaft mit der du den Dingen nachgehst. Womöglich habe ich auch die falschen Quellen bemüht und die Batteriehersteller haben wirklich schlechtere Absichten als ich mir vorstellen kann.

Du könntest deine Energie und die Früchte deiner Recherchen aber auch in etwas positiveres als Frust über die Industrie umsetzen. Was jetzt folgt ist 100% ernst gemeint, bitte nicht falsch verstehen:

• Du hast eine klare Vorstellung davon wie das optimale Produkt auszusehen hat und niemand Anderes möchte es herstellen und verkaufen.
• Das Durchschnittsalter der deutschen PKW steigt immer weiter und es gibt einen Oldtimer-Boom, der nicht bediente Markt wird also immer größer.
• Sb/Ca-Batterien sind eine recht alte/bewährte Technologie, auf der Patentseite sollten keine unüberwindbaren Hürden mehr bestehen.

Das kann auch eine Gelegenheit sein.
Entwickle das was du dir erarbeitet hast doch in eine konkrete Produktidee und einen Geschäftsplan weiter. Erzielbare Verkaufspreise und realistisch erreichbare Marktanteile müssen auf der vertrieblichen Seite abgeschätzt werden. Dem stellst du den Mindesteinstandspreis gegenüber, der sich aus deinen Herstellkosten ergibt. Gründerberater und zum Beispiel auch die IHK helfen dir dabei weiter wenn du unsicher bist.
Es gibt mit absoluter Sicherheit Fertigungspartner in Osteuropa oder Asien, die dir "deine" Batterie in top Qualität fertigen würden. So kannst du die notwendigen Investitionen klein halten.
Der Weg, der hier zu gehen ist, ist natürlich immer noch lang, aber auch für die noch notwendigen Entwicklungsschritte finden sich ggf. Gleichgesinnte oder Partner. Womöglich sogar hier im Forum, man kann nie wissen.

Ein Erfolg würde nicht nur dir persönlich eine Bereicherung bringen, sondern auch allen Besitzern älterer PKW, die gerade keinen Zugriff auf eine geeignete Batterie haben. Wenn du einen realistischen Verkaufspreis und genug Marktanteil zum Überleben erreichst, profitieren am Ende alle davon.

Ich kann sehr gut verstehen wenn du den Weg nicht gehen willst, aber vielleicht reizt dich auch schon Entwicklung des Szenarios.