Die 12-Volt-Welt: Autobatterie und Kleinspannung

Warum gerade 12 Volt

Autobatterie, Zigarettenanzünder-Buchse, Campingleuchte: Ein großer Teil der Technik, die ohne Stromnetz weiterläuft, arbeitet mit 12 Volt Gleichspannung. Das hat einen handfesten Grund. Die DGUV Regel 103-011 zum Arbeiten unter Spannung gilt nicht für Anlagen, bei denen die Spannung nicht höher als 50 Volt Wechselspannung oder 120 Volt Gleichspannung ist – das sind die Kleinspannungsbereiche SELV und PELV. Eine 12-Volt-Batterie liegt weit darunter.

Die niedrige Spannung schützt davor, dass ein gefährlicher Strom durch den Körper fließt. Warum das so ist, erklärt der Artikel „Strom verstehen“. Sie schützt aber nicht vor dem, was eine Autobatterie tatsächlich gefährlich macht: dem enormen Strom bei einem Kurzschluss, der Schwefelsäure im Inneren und dem Wasserstoff, der beim Laden entsteht. Um diese drei Dinge geht es weiter unten ausführlich.

Eine Grenze vorab: Die Antriebsbatterien von Elektro- und Hybridautos gehören nicht dazu. Sie arbeiten nach Angaben der Verwaltungs-Berufsgenossenschaft (VBG) mit 400 oder 1.000 Volt, Arbeiten daran verlangen eine spezielle Ausbildung. Hier geht es nur um die 12-Volt-Bordnetzbatterie.

Was in einer Autobatterie steckt

Die übliche Starterbatterie ist eine Blei-Säure-Batterie: Platten aus Blei, dazwischen verdünnte Schwefelsäure. Laut VBG liefert sie beim Starten kurz einen sehr hohen Strom von einigen hundert Ampere und wird danach sofort vom laufenden Motor wieder aufgeladen. Sie ist ein Sprinter, kein Langstreckenläufer.

Auf dem Etikett steht die Kapazität in Amperestunden (Ah). Mit der Nennspannung wird daraus Energie: Ah × V = Wh. Der Branchenverband ZVEI rechnet in seinen Merkblättern mit einer Standard-Starterbatterie von 70 Ah; bei 12 Volt sind das rechnerisch 840 Wattstunden. Das ist die Nennkapazität, nicht das, was du entnehmen solltest.

Laut ZVEI-Merkblatt 28 liegt der Mindestladezustand, der zum Starten nötig ist, meist oberhalb von 50 Prozent der Nennkapazität. Tiefere Entladungen sind möglich, gehen aber zu Lasten der Gebrauchsdauer; Entladungen über 80 Prozent sollten vermieden werden. Auch ein dauerhaftes Verweilen bei niedrigem Ladezustand schädigt die Batterie. Nach Merkblatt 32 bildet sich dabei Bleisulfat an den Platten; eine stark tiefentladene Batterie lässt sich unter Umständen nicht mehr ohne Weiteres laden.

Ein zweiter Grund, die Batterie nicht leer stehen zu lassen, ist Frost. Mit der Entladung sinkt die Säuredichte, und der Gefrierpunkt steigt: Nach ZVEI gefriert eine vollgeladene Batterie erst bei etwa –70 °C, eine halb entladene bei –20 °C und eine völlig entladene bereits bei 0 °C. Gefrorene Batterien können bersten und nach dem Auftauen Säure verlieren.

Nachladen: Lichtmaschine, Ladegerät, Sonne

Im Fahrzeug lädt die Lichtmaschine die Batterie bei laufendem Motor. Das ZVEI-Merkblatt 32 nennt, was die Ladebilanz ins Minus drückt: Verbraucher, die auch bei abgestelltem Motor arbeiten, Kurzstrecken, lange Standzeiten und Zusatzverbraucher wie eine Kühlbox. Ohne Nachschub an Kraftstoff ist das Laden über den Motor teuer. Und ein laufender Motor gehört ins Freie, nie in die Garage – warum, steht in „Notstrom sicher betreiben“.

Mit einem Ladegerät geht es gezielter. Der ZVEI rät zu automatisch geregelten Ladegeräten mit Ladespannungsbegrenzung; ungeregelte Geräte nur im Ausnahmefall und dann mit begrenzter Ladezeit, sodass höchstens die Nennkapazität eingeladen wird. Als Ladestrom nennt das Merkblatt etwa ein Zehntel der Nennkapazität, bei 70 Ah also 7 Ampere, und höchstens die Hälfte. Weil nicht jede eingeladene Amperestunde wieder herauskommt, rechnet der Verband mit einem Ladefaktor von 1,2.

Die Spannung ist der entscheidende Wert. Als Richtwert für die Gasungsspannung einer neuen Batterie bei Raumtemperatur nennt das ZVEI-Merkblatt 28 14,4 Volt, also 2,4 Volt je Zelle. Darüber gast die Batterie deutlich; zu hohe Ladespannung kostet Wasser und Lebensdauer, zu niedrige führt zu bleibender Sulfatierung. Während des Ladens soll die Batterie unter 50 °C bleiben, beschädigte oder gefrorene Batterien werden nie geladen.

Für Solarstrom gilt dieselbe Logik. Die Forderung nach einer Ladespannungsbegrenzung betrifft jede Quelle, also gehört zwischen Solarmodul und Bleibatterie ein Laderegler, der auf den Batterietyp eingestellt ist. Das ist eine Folgerung aus den ZVEI-Merkblättern, die selbst keine Solarkennlinien nennen. Wie man Strom mit Muskelkraft erzeugt, beschreibt der Artikel „Strom aus dem Fahrraddynamo“.

• Möglichst ausgebaut laden; im Fahrzeug vorher alle Verbraucher und die Zündung ausschalten.
• Schutzbrille und Gummihandschuhe tragen.
• Beim Ausbau zuerst das Minuskabel, dann das Pluskabel abklemmen; beim Einbau umgekehrt.
• Verschlussstopfen beim Laden nicht öffnen und Gasaustrittsöffnungen nie verschließen.
• Zum Beenden zuerst den Netzstecker des Ladegeräts ziehen, erst dann die Polklemmen abnehmen.

Verbraucher direkt an 12 Volt

Am sparsamsten nutzt du die Batterie ohne Umweg. Alles, was für das Bordnetz eines Autos gebaut ist, läuft direkt an 12 Volt: LED-Leuchten, das Autoradio, USB-Ladeadapter für die 12-Volt-Steckdose. Jede Wandlung in 230 Volt und zurück kostet dagegen Energie, wie der Artikel „Powerstation und Solar“ zeigt.

Die Rechnung für die Laufzeit ist dieselbe wie bei jedem Akku: Wattstunden geteilt durch Watt. Ein eigenes Beispiel: Eine LED-Leuchte mit 5 Watt könnte aus den 420 Wattstunden bis zur Halbgrenze rechnerisch 84 Stunden leuchten. Große Verbraucher wie eine Kühlbox leeren dieselbe Batterie entsprechend schneller. Wie du mit Taschenlampen, Batterien und Powerbanks plant, steht in „Licht und Strom für Notfälle“.

Behalte im Auto die Startfähigkeit im Blick: Wer Radio hört, bis der Motor nicht mehr anspringt, hat die Batterie schon unter die Startgrenze des ZVEI gezogen.

Kurzschluss: warum Leitung und Sicherung zählen

Die VBG beschreibt, was bei einem Kurzschluss passiert: Es fließt ein sehr hoher Strom, dünnere Metallteile glühen und brennen sofort. Überbrückt ein dickerer Gegenstand wie ein Schraubenschlüssel die Pole, schäumt die Säure, große Mengen Knallgas werden schlagartig frei, und die Batterie platzt in der Regel. Das gilt auch für Batterien, die man für entladen hält.

Das ZVEI-Merkblatt 28 sagt es knapp: Autobatterien sind nicht kurzschlussfest. Im nicht abgesicherten Teil einer Leitung können sie sehr hohe Leistungen über längere Zeit abgeben. Dabei können die inneren Bleiverbindungen durchschmelzen, und der Funke kann die Batterie explodieren lassen. Im Fahrzeug helfen dagegen geschützte Leitungsverlegung, Polabdeckungen und Hauptsicherungen.

Für eine eigene 12-Volt-Leitung folgt daraus: Die Sicherung gehört in die Plusleitung, so nah an die Batterie wie möglich, denn jedes Stück Leitung davor ist ungeschützt. Die Sicherung schützt die Leitung, nicht das Gerät – deshalb muss der Querschnitt so gewählt sein, dass die Leitung den Strom der Sicherung aushält, ohne heiß zu werden. Maßgeblich sind die Angaben des Leitungs- und Sicherungsherstellers. Diese Regeln sind eine Folgerung aus den Quellen, keine Norm im Wortlaut.

• Ausgebaute Batterien nur mit Polschutzkappen abstellen; bei der Lagerung muss laut ZVEI immer ein Pol abgedeckt sein.
• Isoliertes Werkzeug verwenden und nie Werkzeug auf die Batterie legen.
• Ringe, Uhr und Armband vorher ablegen.
• Leitungen so verlegen, dass sie nicht an Kanten scheuern können.

Die Batterie im Haus: Wasserstoff und Säure

In einer Bleibatterie entsteht ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff – laut ZVEI in allen Betriebszuständen, besonders aber beim Laden über die Gasungsspannung. Zündfähig ist es bei 4 bis 96 Prozent Wasserstoff, und dafür genügt eine Zündenergie von nur 0,01 Joule. Die VBG ergänzt: Wasserstoff ist unsichtbar und geruchlos. Ein besonders hohes Explosionsrisiko besteht beim Laden in kleinen, ungelüfteten Räumen wie einem Abstellraum ohne Lüftung.

Für den Haushalt heißt das: Laden im Freien oder in einem großen, gut belüfteten Raum, nie in Kammer, Schrank oder Schlafzimmer, fern von Flammen und Funken. Gelagert wird nach ZVEI vollgeladen, trocken, frostfrei, gut belüftet, vor Sonnenlicht geschützt und aufrecht, damit keine Säure austritt.

Die Säure ist die zweite Gefahr. Batteriesäure ist nach dem Gefahrstoffinformationssystem GisChem der Berufsgenossenschaften etwa 30- bis 38-prozentige Schwefelsäure, farblos und geruchlos. Sie verursacht schwere, unter Umständen tödliche Verätzungen; Verätzungen am Auge können zum Verlust der Sehfähigkeit führen. Verschüttete Säure nimmst du mit Sand auf, auf keinen Fall mit Putzlappen, Zellstoff oder Sägespänen.

Erste Hilfe nach GisChem: Ein betroffenes Auge sofort ausgiebig, mindestens 10 Minuten, bei geöffneten Lidern mit Wasser spülen und dabei das unverletzte Auge schützen, danach steriler Verband und augenärztliche Behandlung. Bei Hautkontakt verunreinigte Kleidung sofort ausziehen und die Haut mit viel Wasser spülen.

Wenn die Batterie am Ende ist

Eine Starterbatterie gehört nicht in den Müll, auch nicht in einer langen Krise. Die Pflichten stehen heute im Batterierecht-Durchführungsgesetz (BattDG), das die EU-Batterieverordnung umsetzt. § 6 Absatz 1 sagt: „Endnutzer haben Altbatterien einer vom unsortierten Siedlungsabfall getrennten Erfassung zuzuführen.“ Starteraltbatterien werden nach Absatz 3 ausschließlich über Händler, beteiligte öffentlich-rechtliche Entsorgungsträger und ausgewählte Abfallbewirtschafter erfasst.

Händler müssen Starteraltbatterien nach § 18 im Geschäft oder in dessen Nähe unentgeltlich zurücknehmen – soweit sie diese Batteriekategorie als Neuware führen oder geführt haben. Dazu kommt das Pfand nach § 19: Wer eine neue Starterbatterie kauft und keine alte zurückgibt, zahlt 7,50 Euro einschließlich Umsatzsteuer. Der Händler erstattet es, sobald eine Altbatterie zurückkommt.

Bis dahin gilt: Pole abdecken, aufrecht und trocken lagern, nicht öffnen. Die Säure selbst abzulassen, ist keine Lösung – GisChem hält fest, dass auch kleine Mengen weder in die Kanalisation noch in die Mülltonne gehören.