Blei-Akku

Der Blei-Akku ist über 160 Jahre alt und trotzdem überall: als Starterbatterie im Auto, als schwarzer Block mit 12 V und 7 Ah in der USV unter dem Schreibtisch, in Alarmanlagen, Notleuchten, Brandmeldezentralen, Rollstühlen und Solaranlagen auf der Berghütte. Er ist schwer und speichert wenig Energie pro Kilogramm, aber er ist billig, verzeiht Überladung, liefert hohe Ströme und lässt sich fast vollständig recyceln. Wenn du eine Schaltung baust, die an einem Blei-Akku hängt oder ihn lädt, musst du vor allem seine Spannungsgrenzen kennen.

Aufbau und Funktionsweise

Jede Zelle enthält zwei Sätze von Platten aus einem Bleigitter, die mit einer porösen Masse gefüllt sind: Die positiven Platten tragen braunes Bleidioxid (PbO₂), die negativen grauen Bleischwamm (Pb). Dazwischen liegen Separatoren, und alles steht in verdünnter Schwefelsäure. Beim Entladen wird an beiden Platten Bleisulfat gebildet und Säure verbraucht; beim Laden läuft die Reaktion zurück. Die Gleichung und das Prinzip des Ladens als Elektrolyse stehen unter Sekundärelemente.

Eine Zelle hat 2 V Nennspannung. Ein 6-V-Akku besteht aus drei, ein 12-V-Akku aus sechs Zellen in Reihe, die im Gehäuse über Bleibrücken verbunden sind.

Nach dem Umgang mit der Säure unterscheidest du drei Bauarten:

• Offen (geflutet): Die Platten stehen in flüssiger Säure. Beim Laden entweicht Gas, du musst gelegentlich destilliertes Wasser nachfüllen. Typisch für einfache Starterbatterien und große Stationärbatterien.
• AGM (Absorbent Glass Mat): Die Säure ist in einem Glasvlies aufgesaugt. Der Sauerstoff, der beim Laden an der positiven Platte entsteht, wandert durch das Vlies zur negativen Platte und wird dort wieder zu Wasser. Ein Ventil öffnet nur bei Überdruck. Diese Akkus heißen auch VRLA (valve-regulated lead-acid) oder „verschlossen“ und sind lageunabhängig einsetzbar.
• Gel: Die Säure ist mit Kieselsäure zu einem Gel eingedickt. Gel-Akkus vertragen Tiefentladungen und viele Zyklen etwas besser als AGM, aber weniger Strom.

Außerdem unterscheiden sich die Platten: Starterbatterien haben viele dünne Platten für kurze Ströme von mehreren hundert Ampere, Zyklen- und Traktionsbatterien wenige dicke Platten für tiefe Entladungen, Stationärbatterien (OPzS, OPzV) Röhrchenplatten für 15 bis 20 Jahre Dauerbereitschaft.

Schaltzeichen

Im Schaltplan zeichnest du den Blei-Akku wie jede Batterie: langer dünner Strich für Plus, kurzer dicker für Minus, daneben Spannung und Kapazität, etwa „12 V 7 Ah“. Als Referenz ist BT oder G üblich (siehe Schaltzeichen).

Spannungen und Kennwerte

Beim Blei-Akku hängt fast alles an der Spannung. Die wichtigsten Werte für einen 12-V-Block bei 20 °C:

Weil die Säure beim Entladen verbraucht wird, sinkt die Ruhespannung recht gleichmäßig mit dem Ladezustand. Das macht den Blei-Akku einfach zu überwachen – vorausgesetzt, er hat nach dem Laden oder Entladen einige Stunden geruht. Direkt nach dem Laden zeigt er noch zu viel, unter Last zu wenig.

Die übrigen Kennwerte im Überblick:

• Energiedichte: 30–40 Wh/kg – ein 12-V-7-Ah-Block wiegt rund 2,6 kg.
• Selbstentladung: etwa 3 % pro Monat bei 20 °C, bei 30 °C rund doppelt so viel.
• Zyklen: bei AGM-Standby-Typen rund 200–300 bei voller Entladung, über 1000 bei 30 % Entladetiefe.
• Brauchbarkeitsdauer im Bereitschaftsbetrieb: 3–5 Jahre für Standardblöcke, 10–12 Jahre für Long-Life-Typen.
• Innenwiderstand: sehr klein, beim 7-Ah-Block rund 25 mΩ.

Datenblattbeispiel: Yuasa NP7-12

Der NP7-12 steht stellvertretend für Hunderte gleich großer AGM-Blöcke (151 × 65 × 94 mm, Flachsteckanschlüsse 4,8 mm):

Der kleine Innenwiderstand hat eine Kehrseite: Ein Kurzschluss treibt I = 12,8 V / 0,025 Ω ≈ 510 A – genug, um einen Schraubendreher zu verschweißen oder dünne Leitungen in Brand zu setzen.

Temperatur berücksichtigen

Die Ladespannung muss der Temperatur folgen. Bei Wärme laufen die Reaktionen schneller, und dieselbe Spannung würde den Akku überladen und austrocknen; in der Kälte bleibt er bei fester Spannung unvollständig geladen.

Darum haben gute Ladegeräte einen Temperaturfühler am Akku, oft einen NTC-Heißleiter. Als Faustregel halbiert jede Erhöhung der Dauertemperatur um 10 K die Lebensdauer eines Bereitschaftsakkus.

Bauformen

Die Bandbreite reicht vom 6-V-Block mit 1,2 Ah für Notleuchten bis zur 2-V-Stationärzelle mit mehreren tausend Amperestunden. Für Elektronik sind die verschlossenen AGM-Blöcke mit 6 oder 12 V und 1,2 bis etwa 200 Ah am wichtigsten. Kleine Blöcke haben Flachsteckanschlüsse (4,8 oder 6,3 mm), größere Schraubanschlüsse mit M5- bis M8-Gewinde. Daneben gibt es zylindrische Bleizellen mit spiralförmig gewickelten Platten, die besonders hohe Ströme liefern.

Typische Anwendungen

• USV und Notstrom: Der Akku hängt ständig an der Erhaltungsladung und liefert bei Stromausfall für Minuten. Die Rechnung dazu steht unter USV.
• Alarm- und Brandmeldeanlagen: Bereitschaft über 24 bis 72 Stunden mit kleinem Ruhestrom.
• Starterbatterie: kurz mehrere hundert Ampere für den Anlasser.
• Solar-Inselanlagen und Wohnmobile: zunehmend vom LiFePO4-Akku verdrängt, der mehr Zyklen schafft und leichter ist.

Mit dem Rechner prüfst du, wie lange ein Block eine Last mit Wechselrichter versorgt:

Gib bei Blei als nutzbare Kapazität nicht mehr als 50–60 % an, wenn der Akku lange leben soll, und bedenke, dass bei Strömen um 1C die Kapazität selbst schon deutlich unter dem Nennwert liegt.

Laden

Blei-Akkus lädst du nach der IU-Kennlinie: erst mit begrenztem Strom (beim AGM-Block höchstens 0,25C), bis die Ladeschlussspannung von 2,40–2,45 V pro Zelle erreicht ist, dann mit konstanter Spannung und sinkendem Strom. Bleibt der Akku danach am Ladegerät, schaltet es auf die niedrigere Erhaltungsspannung um (IUoU). Wie Lade-ICs das umsetzen, erklärt Akkus richtig laden.

Oberhalb von etwa 2,4 V pro Zelle beginnt die Gasung: Wasser wird in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Ein AGM-Akku kann das nur begrenzt rekombinieren; was übers Ventil entweicht, fehlt dauerhaft.

Auswahl und Praxistipps

Wähle für Dauerbereitschaft einen AGM-Standby-Block, für häufige tiefe Entladungen einen Zyklen- oder Gel-Typ. Rechne die Kapazität mit Alterungsreserve und mit der Entladedauer, für die sie im Datenblatt gilt.

Häufige Fehler:

• Tiefentladung: Unter 10,5 V unter Last oder 11,8 V in Ruhe bilden sich grobe Sulfatkristalle, die sich nicht mehr zurückwandeln. Ein Gerät am Akku braucht deshalb eine Unterspannungsabschaltung, etwa mit einem Komparator und einem MOSFET oder Relais.
• Entladen gelagert: Schon nach einigen Wochen im entladenen Zustand sulfatiert der Akku. Lade ihn sofort nach und bei Lagerung spätestens alle sechs Monate.
• Feste Ladespannung bei Hitze: Der Akku trocknet aus und bläht sich auf.
• Kfz-Ladegerät am AGM-Block: Manche Ladegeräte für offene Starterbatterien laden mit 15 V und mehr. Für verschlossene Akkus ist das zu viel.
• Ruhespannung direkt nach dem Laden gemessen: Die Oberflächenladung täuscht einen vollen Akku vor.

Blei-Akkus gehören zum Händler oder auf den Wertstoffhof. Über 95 % des Bleis werden zurückgewonnen; auf Starterbatterien erhebt der Handel in Deutschland ein Pfand, wenn du keine alte zurückgibst.

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