Auf dem Markt gibt es eine große Auswahl an Batterietestgeräten, die verschiedene Möglichkeiten zum Testen von Batterien bieten. Es gibt viele umstrittene Meinungen darüber, welches Gerät das beste ist und welchem man trauen kann. Sehr oft wird die Frage gestellt: Warum liefern verschiedene Tester unterschiedliche Ergebnisse für dieselbe Batterie? In diesem Artikel werfen wir einen Blick auf die verfügbaren Batterietestmethoden und versuchen zu erklären, woher die Unterschiede in den Ergebnissen kommen.
Wir können eine Batterie auf verschiedene Weise überprüfen – einige dieser Methoden sind direkte Messungen physikalischer Werte, andere sind indirekte Messungen, bei denen der Messwert nicht direkt ermittelt wird. Andere sind indirekte Methoden, bei denen die Parameter, die die Effizienz der Batterie bestimmen, berechnet werden. Wir werden für jede Methode beschreiben, wie die Batteriediagnose je nach Methode aussieht und was Sie beim Vergleich der Ergebnisse beachten sollten.
Die Prüfung der Elektrolytdichte in Blei-Säure-Batterien dient zur Beurteilung des Ladezustands der Batterie und indirekt ihres technischen Zustands. Die Dichte des Elektrolyten ist direkt proportional zur Konzentration der Schwefelsäure, die der Energieträger in der Batterie ist. Der Elektrolyt in einer vollständig geladenen Batterie hat eine Dichte von etwa 1,28 g/cm3 (die Dichte nimmt mit steigender Temperatur um 0,01 g/cm3 pro 15°C ab. Eine geringere Dichte deutet darauf hin, dass die Batterie unvollständig geladen ist, oder kann auf eine Beschädigung der Batterie hinweisen. Achten Sie bei der Überprüfung der Dichte darauf, dass der Elektrolytstand korrekt ist. Der Vorteil des Testens des Elektrolyts ist, dass Sie gleichzeitig seinen Zustand visuell beurteilen und einzelne Batteriezellen vergleichen können. Bei wartungsfreien oder verschlossenen Batterien ist es nicht möglich, die Dichte des Elektrolyten zu messen. In solchen Fällen kann es notwendig sein, andere Methoden zur Beurteilung des Ladezustands der Batterie zu verwenden, die in der Regel auf einer Spannungsmessung basieren.
Für die Messung muss ein spezielles Gerät verwendet werden: ein Areometer oder Refraktometer. Das Areometer nutzt die Auftriebskraft, die auf den Schwimmer wirkt, um die Dichte der Lösung zu bestimmen. Ein Refraktometer hingegen untersucht den Brechungsindex, der ebenfalls von der Dichte der Säure abhängt. In beiden Fällen muss die Skala die Spezifität der Lösung berücksichtigen: Es gibt Geräte zum Testen von Batterieelektrolyt, Kühlmittel, Scheibenwaschflüssigkeit sowie Universalgeräte mit mehreren Skalen. Die Genauigkeit von qualitativ hochwertigen Aräometern liegt bestenfalls bei ±0,005 g/cm3. Da es sich um die Messung eines physikalischen Wertes handelt, können wir die Ergebnisse der Dichte frei miteinander vergleichen. Es gibt sehr viel genauere Laborinstrumente desselben Typs, die einen Vergleich der verfügbaren Geräte in Bezug auf die Genauigkeit ermöglichen würden.
Die Messung der Spannung einer Batterie (typischerweise eine Batterie mit 6 in Reihe geschalteten Zellen) ist eine der einfachsten Messungen, die wir vornehmen können. Sie brauchen keine teure Ausrüstung, um eine solche Messung vorzunehmen, selbst ein preiswertes Multimeter ist der Aufgabe wahrscheinlich gewachsen. Wenn wir es richtig machen wollen, müssen wir uns an die Voraussetzungen erinnern: Die Batterie sollte vorgeladen werden und dann 24 Stunden lang abgeklemmt bleiben und die Spannung gemessen werden, die bei einer Batterie mit flüssigem Elektrolyt etwa 12,8 V und bei einer verschlossenen Batterie (z.B. VRLA) etwa 12,9 V betragen sollte. So sollten wir die Spannung messen, und wie messen wir? In den meisten Fällen wird die Batterie im Fahrzeug belassen, wo sie ständig unter einer kleinen Ruhelast steht (sind Sie sicher?) und jede Aktivität wie das Öffnen/Schließen des Autos kurze Stromstöße mit einem recht hohen Wert erzeugt. Unter solchen Bedingungen senken wir in der Regel die Erwartung um etwa 0,1 – 0,2 V und die Messung ist immer noch nützlich. Die erhaltenen Spannungswerte können immer verglichen werden und es sollte kein Problem sein, Referenzinstrumente zu finden – ein tragbares Multimeter für etwa 1000 PLN misst die Batteriespannung mit einer Genauigkeit von einigen Millivolt, so dass wir entscheiden können, ob das in der Werkstatt verwendete Instrument genau genug ist (0,5% ist eine ausreichende Genauigkeit). Das ist viel genauer als die Genauigkeit, die von der aktuellen Norm für Batterietests gefordert wird.
Der Zweck einer Starterbatterie besteht, wie der Name schon sagt, darin, den Motor zu starten, was aus Sicht der Batterie bedeutet, dass sie für eine sehr kurze Zeit einen sehr hohen Strom liefern muss. Eine voll geladene Batterie ist wenig wert, wenn sie keinen ausreichend hohen Strom für den Anlasser liefern kann. Daher schätzen viele Leute Lasttester, die große Lastwerte (in der Größenordnung von 200 – 600A) bieten, die nahe an den Startströmen liegen, die unter realen Bedingungen auftreten können.
Das Testen einer Batterie unter starker Belastung ist zweifellos eine zuverlässige Methode, aber wir müssen ein paar Details beachten. Testgeräte dieser Art sollten mit einem unabhängigen Spannungsmesskreis ausgestattet sein, so dass der Spannungsabfall über dem mit dem Teststrom belasteten Kabel die Anzeige nicht beeinflusst. Der Laststrom sollte auf die Kapazität der Batterie abgestimmt sein. Der Lasttest sollte mit Vorsicht durchgeführt werden, da sich die Komponenten des Testgeräts stark erwärmen können. Normalerweise sollten wir warten, bis die Lastkomponenten nach dem Test abgekühlt sind. Die Ergebnisse des Lasttests können verglichen werden, wenn er korrekt und unter den gleichen Lastbedingungen durchgeführt wird. Denken Sie daran, dass Faktoren wie die Temperatur und der Ladezustand die Leistung der Batterie erheblich beeinflussen. Wenn der Wert des Laststroms anders war, sollten diese Werte nicht vorschnell neu berechnet werden – Batteriezellen haben nichtlineare Eigenschaften und die Spannungsabfälle über ihren Innenwiderstand steigen nicht proportional zum Strom.
Die Nennkapazität einer Batterie drückt das Produkt aus Entladestrom und Zeit aus und wird in Amperestunden (Ah) angegeben. Aufgrund des nichtlinearen Verhaltens von Batterien (insbesondere Blei-Säure-Batterien) ist die erzielte Kapazität bei höheren Entladeströmen deutlich geringer. Bei Starterbatterien wird ein Wert für einen C/20-Strom angegeben, d.h. einen Strom, der die Batterie in 20 Stunden vollständig entlädt. Wie Sie sich denken können, dient die Angabe eines bestimmten Entladestroms dazu, die Wiederholbarkeit zu gewährleisten und verschiedene Batterien vergleichen zu können. Es gibt spezielle Kapazitätstester auf dem Markt, die eine Batterie mit einem voreingestellten Strom bis zu einem bestimmten Wert entladen. Ihre Nützlichkeit beim Testen von Starterbatterien ist aufgrund der langen Dauer des Verfahrens und der Tatsache, dass die Kapazität hier nicht der wichtigste Parameter ist, begrenzt. Darüber hinaus haben Starterbatterien eine kurze Lebensdauer und eine Überentladung verkürzt ihre Lebensdauer.
Prüfgeräte, die auf der Messung des Innenwiderstands basieren, werden manchmal auch als Leitwertprüfgeräte bezeichnet (der Leitwert ist der Kehrwert des Widerstands). Es gibt zwei gängige Messmethoden: Eine verwendet sehr kurze Stromimpulse mit relativ hohem Wert. Die andere verwendet einen Wechselstrom mit einem viel niedrigeren Wert und kontinuierlicher Natur. Auf diese Weise messen wir eigentlich die Impedanz (das Äquivalent des Widerstands bei Wechselstrom). Warum ist das so? Wir haben bereits erwähnt, dass der Innenwiderstand von dem Strom abhängt, mit dem wir die Batterie laden. Das in Lehrbüchern der Elektrotechnik gegebene Beispiel einer Zelle oder Batterie als Reihenschaltung von elektromotorischer Kraft und Innenwiderstand ist für Säurebatterien ungenau. Der Impedanzwert einer Säurebatterie hingegen hängt nur sehr wenig vom Messstrom ab und ist daher gut geeignet, um den Zustand der Batterie zu beurteilen (hängt aber z.B. von der gewählten Frequenz ab). Diese Beschreibung erscheint kompliziert im Vergleich zu der Bequemlichkeit und Einfachheit der Arbeit mit einem modernen Testgerät. Wir wählen den Messstandard, den Einschaltstrom und nach ein paar Augenblicken haben wir das Ergebnis. Aber woher kommt es? Auch wenn der Leser mit den technischen Details nicht vertraut ist, kann er sicher feststellen, dass der Einschaltstrom der Batterie bisher nirgendwo aufgetaucht ist. Auch der Innenwiderstand taucht nicht direkt als Messergebnis auf.
Die Methode zur Bestimmung des auf dem Etikett angegebenen Anlaufstroms einer Batterie ist in den einschlägigen Normen festgelegt. In Polen ist die verbindliche und am weitesten verbreitete Norm die europäische Norm, die in unserem Land als PN EN 50342-1:2016-01 übernommen wurde. Wenn wir also den Wert auf dem Etikett mit dem tatsächlichen Wert vergleichen wollen, sollten wir ein ähnliches Verfahren durchführen. Wie gehen wir dabei vor? Vereinfacht gesagt, müssen wir die vorgeladene Batterie auf -18°C abkühlen und können dann (nachdem wir die angegebene Zeit gewartet haben) einen Belastungstest durchführen. Das Wichtigste bei diesem Test ist, dass Sie 10 Sekunden lang einen Strom anlegen, der dem Startstrom entspricht. Der Test ist bestanden, wenn die Spannung am Ende des Tests nicht unter 7,5 V abfällt. Was aber, wenn sie doch abfällt? Dann müssen wir den Test wiederholen, dieses Mal mit einem niedrigeren Strom. Mit dieser Methode nehmen wir das Ergebnis bereits zu Beginn an und erhalten nur eine Ja- oder Nein-Antwort. Jeder einzelne Test dauert nach der Norm etwa drei Tage.
Würde irgendjemand Batterien in einer vollständig konformen Werkstatt testen wollen? Nein, natürlich nicht. Ein solcher Test ist zu zeitaufwändig und eignet sich nicht für eine routinemäßige Überprüfung der Batterien. Warum zeigen dann alle diese Tester den aktuellen Wert nach EN oder anderen Normen an? Die Antwort ist einfach, auch wenn sie nicht jeden zufrieden stellen wird: Die Tester berechnen diesen Wert. Außerdem ist in der Norm selbst nicht festgelegt, wie eine solche Berechnung durchzuführen ist – die Hersteller müssen ihr eigenes Verfahren anwenden.
Bei der Batteriediagnose mit einem elektronischen Tester werden einige Messungen vorgenommen, wie z.B. die Spannung, der Impedanzwert oder die Impulsantwort. Aus diesen (und anderen Daten wie z.B. der Temperatur) werden der Innenwiderstand und die geschätzte Startkapazität berechnet. Die Tatsache, dass jeder Tester etwas anderes anzeigt, ist also eine natürliche Folge der Methode. Natürlich kann ein bestimmtes Testgerät in Bezug auf die tatsächliche Startkapazität (gemäß der Norm) besser oder schlechter abschneiden, aber sie tun dies alle auf einer berechneten Basis, mit mehr oder weniger Fehler. Dasselbe gilt für die Erkennung eines internen Kurzschlusses oder die Feststellung, dass eine Batterie für den weiteren Betrieb geeignet ist oder nicht – die Signalisierung dieser Meldungen hängt von Algorithmen und den Ergebnissen von Parametervergleichen ab. Wenn die Werte zum Beispiel nahe an der Entscheidungsschwelle liegen, kann es vorkommen, dass die Tester unterschiedliche Ergebnisse anzeigen.
Die regelmäßige Überprüfung des Zustands der Batterie sollte für einen Mechaniker zur normalen Praxis gehören. Die Wahl der Werkzeuge und Methoden hängt von den Kenntnissen und Vorlieben ab. Nicht alle Messwerte lassen sich so einfach vergleichen, wie zum Beispiel die Spannung oder die Elektrolytdichte. Die moderne Batteriediagnose mit elektronischen Testern ist bequem und schnell, aber das erhaltene Ergebnis ist nicht direkt. Es handelt sich lediglich um eine Schätzung, die auf der Grundlage eines angenommenen Modells und gemessener Parameter ermittelt wurde. Anstatt sich auf einen einzelnen Batterietestwert zu konzentrieren, sollten wir etwas weiter blicken. Führen Sie die verfügbaren Start- und Ladetests durch, beurteilen Sie die Lichtmaschine und erkennen Sie mögliche Probleme mit dem Anlasser. Die Batteriediagnose ist nicht nur eine Entscheidung – gut/zu ersetzen, sondern auch Teil der Diagnose des gesamten elektrischen Systems des Fahrzeugs.
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