Informationen über Akkus

In immer mehr Geräten werden heute zur Stromversorgung "Akkus" eingesetzt.
Die Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit dieser Akkus sind jedoch weitgehend davon abhängig, wie sie behandelt werden.
Bei den heutigen Geräten ist der Akku der größte Kostenfaktor.
Gespart wird leider allzu oft bei den Ladegeräten. Hier setzen die meisten Anbieter auf Kompromisse.
Nachstehend versuchen ich, die Begriffe rund um die Akkus verständlich zu erläutern und Tipps für den optimalen Einsatz zu geben

    Akku-Typen

  • Nickel-Cadmium

Die erste Generation Akkus. Ni-Cd Akkus sind billig in der Herstellung aber durch das Cadmium bei unsachgemäßer Entsorgung äußerst giftig.
Nickel-Cadmium Akkus werden in vielen Geräten der Unterhaltungselektronik eingesetzt, ihr größter Nachteil ist der Memory-Effekt.
Nickel-Cadmium Akkus müssen mit konstantem Strom geladen werden.

  • Nickel-Metallhydrid

Ni-MH Akkus haben in heute die Ni-Cd Akkus in vielen Bereichen abgelöst. Nur bei extremen Hochstromanwendungen (z.B. Modellbau) werden noch Ni-Cd Akkus eingesetzt. Der Memory-Effekt tritt bei Ni-MH Akkus der neusten Generation nicht auf. Diese Akkus sind ökologisch außerordentlich sinnvoll, da sie die Umwelt nicht belasten.
Sie entsprechen weder einer Giftklasse, noch gelten sie als Sondermüll.
Werden Ni-Cd-Akkus durch Ni-MH Zellen ausgetauscht, so muss wegen der größeren Kapazität auch das Ladegerät ausgetauscht oder angepasst werden. Nickel-Metallhydrid Akkus müssen mit konstantem Strom geladen werden und sind bei richtiger Handhabung auslaufsicher. Im Vergleich zu Ni-Cd Akkus mit gleichen mechanischen Abmessungen enthalten Ni-Ni-MH Akkus heute bis zu 80% mehr Kapazität.

  • Lithium-Ionen

Lithium-Ionen Akkus sind Akkus der 3. Generation.
Wegen der hohen Energiedichte sind diese Akkus besonders für Geräte mit langen Betriebs- und Standbyzeiten geeignet. Wegen der "krummen" Spannung von 3,6V pro Zelle können Lithium-Ionen Akkus nicht direkt Trockenbatterien oder andere Akkutypen ersetzen.
Diese Akkus enthalten eine spezielle Ladeelektronik innerhalb des Akkus,
Das Ladeverfahren ist technisch recht komplex und aufwendig.

Vorsichtsmassnahmen bei Lithium-Ionen Akkus:

Wegen Ihrer hohen Energiedichte ist generell Vorsicht geboten.
Kurzschlusse sind unbedingt zu vermeiden und können unkontrollierte chemische Reaktionen und oder Brände auslösen.
Der Kontakt mit Flüssigkeiten, insbesondere das Eintauchen in Wasser ist ebenfalls zu vermeiden

  • Lithium-Polymer

Lithium-Polymer Akkus sind Akkus der neusten Generation und werden seit Sommer 99 angeboten.
Wegen der sehr hohen Energiedichte sind diese Akkus besonders für Geräte mit langen Betriebs- und Standbyzeiten geeignet. Wegen der "krummen" Spannung von 3,6V pro Zelle können Lithium-Polymer Akkus nicht direkt Trockenbatterien oder andere Akkutypen ersetzen.
Diese Akkus sind in der Herstellung einfacher als Lithium-Ionen Akkus sowie mittelfristig preisgünstiger herzustellen.
Das Ladeverfahren ist technisch recht komplex und aufwendig.
Die Lithium-Polymer Technologie ist noch nicht 100 % ausgereift und nicht fertig ausgereizt. Längere Erfahrungswerte mit diesen Akkus sind noch nicht erhältlich

  • Blei (Gel)                                                                


Die Bleiakkus sind am längsten auf dem Markt. Diese Technologie wird auch heute noch in verschiedenen Geräten vorwiegend stationär eingesetzt.

Richtiges Laden von Blei(Gel)Akkus


Die moderne Ausführung (Blei-Gel) unterscheidet sich zum normalen Bleiakku durch den eingedickten Elektrolyten. Blei (Gel) Akkus können lageunabhängig betrieben werden.
Bleiakkus müssen wegen Auslaufgefahr der Schwefelsäure
immer in normaler Lage betrieben werden.
Die Ladetechnologie (Konstantspannung) erlaubt einfache und kostengünstige Ladegeräte.
Attraktive Lebensdauer und günstiger Preis sind die Pluspunkte dieser Technologie.
Die empfohlene Ladespannung bei Bereitschaftsbetrieb bei einem 12V Akku beträgt bei 20° 13,8V. Bei dieser (geregelten) Spannung kann
der Akku ohne zeitliche Begrenzung an der Ladespannung verbleiben.
Diese Ladespannung verhindert ein Gasen und eine Überladung ist nicht möglich

Eine "Schnellladung" ist bei 14,4 Volt bei einem 12V Akku möglich.

Hier muss jedoch zwingend eine zeitliche Begrenzung, abhängig vom Ladestrom und von der Akkukapazität erfolgen.
Werden diese Parameter nicht beachten, so beginnt der Akku zu "gasen" und wird im Extremfall über die Sicherheitsventile
Schwefelsäuregas resp. Wasserstoff abgeben.

Akkulexikon:

  • Kapazität


Die einem Akku "Entnehmbahre" Energiemenge bezeichnet man als Kapazität. Kapazität wird gemessen in Ah (Amperestunden) oder mAh.  1Ah = 1000 mAh.
Ein Akku mit 1000 mAh kann z.B. 1000mA eine Stunde lang abgeben oder 100mA während 10h.
Die Nennkapazität (C) bezieht sich in der Regel auf eine Entladung mit 1/10C, d.h. ein Zehntel der Nennkapazität.
Wird mehr Strom als dieser Normwert bezogen, so sinkt die nutzbare Nennkapazität. Bei Entladungen von weniger als 1/10C steigt die Nennkapazität.
Die Nennkapazität wird erreicht, wenn die Zellen bei einer Temperatur von 20 Grad mit einem konstanten Strom entladen werden.
Abweichende Temperaturen von diesem Sollwert verringern die Entnehmbahre Leistung teilweise massiv.
Bei Temperaturen um den Gefrierpunkt weisen Akkus nur noch ca. 50 - 70 % der Nennkapazität auf.
Neue Akkus erreichen Ihre Nennkapazität erst nach 3 - 7 vollständigen Lade/Entladezyklen. Die nutzbare Kapazität richtet sich ebenfalls stark nach den Betriebstemparaturen und Umgebungsbedingungen sowie dem Alter der Akkuzellen.

  • Selbstentladung


Ein nicht genutzter Akku verliert pro Monat durch Selbstentladung einen Teil seiner Ladung. Je nach Akkutyp ist die Selbstentladung gering bis sehr groß.
Im Stand-by-Betrieb kann dies durch ein Ladegerät mit Erhaltungsladung verhindert werden. Geladene Akkus am Besten im Kühlschrank aufbewahren.

  Nickel-Cadmium Nickel-Metallhydrid Lithium-Ionen Lithium-Polymer Bleiakkus
Selbstentladung pro Monat (20 Grad) 15 - 30% 60% 30% 30% 5%
dito bei 5 Grad 5% 30% 1-2 % 1-2%
3%
 

Bei Bleiakkus wird die Selbstentladung oft aus Marketingründen mit 0.15 % /Tag angegeben. Dies sieht natürlich optisch wesentlich besser aus als 4,5 % / Monat...

  • Akku-Lebensdauer

 
Bei nicht idealen Betriebsbedingungen (z.B. häufige Tiefentladungen oder Dauerladungen) sowie Ladung bei Temperaturen über 30 Grad kann die Lebensdauer massiv verkürzt werden.
Die Lebensdauer gilt erreicht, wenn nur noch ca. 80 % der Nennkapazität erreicht werden .Akkus arbeiten intern mit chemischen Prozessen, deshalb sollte neue, ungebrauchte Akkus kühl und trocken gelagert werden.
Bei Lithium-Akkus ist die Lebensdauer durch die technische Zusammensetzung limitiert. Bei idealer Behandlung kann ein Akku die angegebenen Werte gemäß Tabelle erreichen.

  Nickel-Cadmium Nickel-Metallhydrid Lithium-Ionen Lithium-Polymer Bleiakkus
normale Lebensdauer 24-36 Monate ca. 24 Monate max. 24 Monate max. 24 Monate ca. 60 Monate, bei Bereitschafts-Parallelbetrieb (13,8V) bis 5 Jahre
Anzahl Ladezyklen 1000 - 1500 1000 300 - 500 300 - 500 1000 - 2000
  • Memory-Effekt


Werden Akkus immer wieder nur teilentladen, verliert auf Dauer derjenige Teil des Elektrolyts, der nie zum Entladen aktiviert wurde, sein Reaktionsfähigkeit. Man spricht dabei vom sogenannten "Memory-Effekt"
und gibt dabei anschaulich wieder, dass sich der Akku seiner "Nichtauslastung" erinnert.Dieser Effekt kann jedoch meist durch 3 - 7 maliges Laden und komplettes Entladen zum größten Teil wieder
rückgängig gemacht werden.Der Memory-Effekt tritt praktisch nur bei Ni-Cd Akkus auf.

  • Wirkungsgrad


Der Wirkungsgrad definiert das Verhältnis zwischen Lademenge und Entlademenge.
Bei 100 % Wirkungsgrad würde die gesamte geladene Energie zur Verfügung stehen. Die Energiedichte definiert, wie viel Energie auf welchem Raum gespeichert werden kann.
Sie bestimmt im Wesentlichen auch die mechanische Größe des Akkus.
Je höher die Energiedichte, desto mehr Kapazität lässt sich auf gleichem Raum verwirklichen .

  Nickel-Cadmium Nickel-Metallhydrid Lithium-Ionen Lithium-Polymer Bleiakkus
Wirkungsgrad 70 % 70 % 80 % 80 % 60-70%
Energiedichte 1 2-3 3-3,7 4 0,7
  • Tiefentladung


Wird ein Akku nach Auftreten des Batteriealarms weiter betrieben, so kommt es zu einer so genannten Tiefentladung.
Diese wirkt sich stark lebensverkürzend aus und sollte unbedingt vermieden werden.
 

  • Normalladung von Nickel-Cadmium / Metallhydrid Akkus


Nicht gesinterte Akkus dürfen nur normal (14-16h) geladen werden.
Für die Konsumenten ist die lange Ladezeit von 14h oft nicht praktikabel.

  • Schnellladung von Nickel-Cadmium / Metallhydrid Akkus


Durch Verzehnfachung des Ladestromes kann die Ladezeit auf ca. 1,4 - 1,6h herabgesetzt werden. Die Schnellladung bedingt jedoch, um Schäden am Akku zu vermeiden, eine Betriebstemperatur zwischen 10 und 35 Grad.
Ideale, intelligente Schnellladegeräte überwachen daher dauernd die Zellentemperatur sowie die Zellenspannung und unterbrechen die Ladung bei Abweichung sofort.
Ist der Akku zu 100 % geladen, so wird ein weiter zugeführter Ladestrom nur noch im Wärme umgesetzt. Diese wiederum verkürzt die Lebensdauer.
Ideal ist, die Akkus vor einer Schnellladung zu entladen oder nur entladenen Akkus schnell zu laden.

 

 

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