Informationen über Akkus
![](akkus.jpg)
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
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.
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 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 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:
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.
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...
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 |
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.
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 |
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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