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Akku-Technologie
Allgemeine Information zum NickelCadmium-Akku (Ni-Cd)
Lagerung
Ni-Cd-Akkus sollten möglichst nicht in voll geladenem Zustand lange gelagert werden.
Entladen
Grundlagen der
unterschiedlichen
Akku-Systeme
Der Blei-Akku
Für konstante Stromentnahme bis max. 20% der Nennkapazität. (100Ah20A).
Kurzzeitige Belastung bis zum 10-fachen der Nennkapazität sind jedoch möglich.
(100Ah1.000A).
Einsatzbereich vorwiegend in Fahrzeugen und für Notstromversorgungen.
Offene Systeme dürfen nur in ausreichend belüftenden Räumen oder im Freien
betrieben werden.
Besonders beim Ladevorgang ist Vorsicht geboten da Knallgas erzeugt wird,
wodurch Explosionsgefahr besteht. Blei-Akkus dürfen niemals in seitlicher
Lage oder kopfüber betrieben werden.
Der Akku sollte mindestens alle sechs Monate geladen werden, wenn er gelagert
wird.
Blei-Gel-Akku (PB)
Anwendungsbereich und Funktion sind größtenteils mit Blei-Akkus identisch.
Nur ist das Elektrolyt ist nicht flüssig sondern ist ein Gel. Dadurch können diese
Akkus auch in seitlicher Lage oder kopfüber betrieben werden.
Der Lithium-Ion-Akku
Extrem niedriges Leistungsgewicht,
kein Memory-Effekt
das sind die markanten Vorzüge dieses Akkus.
Der Preis liegt hier jedoch nochmals
zwei- bis dreimal über dem des
Nickel-Metall-Hydrid-Akkus.
Die maximale Stromentnahme liegt bei
ca. 2-fachem Nennstrom. (1.5Ah3,0A).
Einsatzbereiche sind meist Handys oder Videokameras.
Der Nickel-Cadmium-Akku
Günstiges Leistungsgewicht (Watt pro Gramm) und sehr hohe Stromentnahme
bei vernünftigen Preis zeichnen diesen Akku aus.
So können Powerpacks kurzzeitig ( 1-2 s ) bis zum 50-fachen ihres Nennstromes
liefern. (2Ah100A). Dieser Vorteil wird insbesondere für Powertools genutzt,
wo kurzzeitig extrem hohe elektrische Leistung für das erreichen des
Drehmoments benötigt wird.
Ein weiterer Vorteil ist die lange Lebensdauer von mehr als 10 Jahren und
bis zu 3.000 Lade- / Entladezyklen. Kurze Ladezeiten mit intelligenten
Ladegeräten sind möglich.
Die Lebensdauer ist stark von der Art des Aufladens abhängig.
Das beste Ladeergebnis wird mit einem Frequenzmodulierten-Impulsladestrom
erreicht.
Durch eine dynamische Überwachung der Zellenspannung und der
Zellentemperatur gepaart mit „Delta Peak“ und „Delta U“ wird sichergestellt
das der Akku niemals überladen wird.
Selbstverständlich sollte eine Zeitbegrenzung nicht fehlen.
Diese Akkus sollen jedoch nach Schwedischem Vorbild ab 31.12.2007 verboten
werden.
Der Nickel-Metall-Hydrid-Akku
Noch günstigeres Leistungsgewicht wie Ni-Cd-Akku und kaum Memory-Effekt
sind die Vorteile dieses Typs.
Der Preis ist jedoch derzeit um 20 - 30% höher.
Hochstrom fähige Akkupacks können bis zum 20-fachen ihres
Nennstromes (3,5Ah70A) kurzzeitig belastet werden.
Zum Aufladen des Akku ist ein intelligentes Ladegerät unabdingbar, da auch
ein kurzfristiges Überladen des Akku meistens irreparable Schäden
verursacht, wodurch der Akku sich dann nur noch auf 30 bis 50% seiner
Nennkapazität aufladen lässt.
Selbst „Refresher oder „Regenerierer“ können diese Schäden weder mildern
noch beseitigen.
Die Lebensdauer der NiMH-Akkus liegt bei gutem Ladegerät im
Durchschnitt bei 500 – 1.200 Lade- / Entladezyklen.
Aufbau einer positiven Elektrode
Ni-MH
Aufbau einer negativen Elektrode
Ni-MH
Ladeverfahren über
Temperaturgradient bei Ni-MH
Normaler Ladeverlauf bei Ni-Cd
Überladung bei Ni-Cd
Ni-Cd-Akku leer und heiß wird geladen
Ni-MH-Akku leer und heiß wird geladen
Spannungsverlauf Ni-Cd-Akkus
EY9101 + EY9106
Spannungsverlauf Ni-MH-Akkus
EY9200 + EY9201
Spannungsverlauf
zwischen
Ni-Cd EY9106 und Ni-MH EY9200 Akkus
EY9201 Belastung mit
10A und 20A
Spannungsverlauf unter
verschiedenen Lasten
Blau
= EY9201
Rot
= EY9200
Grün
= EY9106
Hellblau = Sanyo
Braun = Sanyo
3.500 mA Ni-MH
3.000 mA Ni-MH
2.000 mA Ni-Cd
2.400 mA Ni-Cd
2.000 mA Ni-Cd
Grün
Rot
Braun
Blau
=
=
=
=
3.500 Ni-MH Panasonic EY9201
3.300 Ni-MH Makita BH 1233
3.000 Ni-MH Panasonic EY9200
2.000 Ni-Cd Panasonic EY9106
Neue Bauform nutzt vorhandenes
Volumen besser aus
Lagerung im aufgeladenen Zustand verlängert die
Lagerfähigkeit und erhält die Leistungsfähigkeit
moderner Ni-MH-Akkus.
Sanfter und kräftiger Motoranlauf
Motoranlauf durch
4 Feldmagneten und
6 Ankerpole mit
deutlich niedrigerem
Strom als mit einfachen
Elektromotoren die
meistens nur
2 Feldmagneten und
3 Ankerpole haben.
Begriffsbestimmungen
Akkumulator ( Akku )
(Stromspeicher)
Einzelne Sekundärzelle oder Anordnung mehrerer Sekundärzellen.
Aktives Material
Aktive elektrochemische Materialien zur Herstellung der positiven und
negativen Elektroden.
Anode
Aktives Material Nickelhydroxid; Pluspol des Akku.
Ampere-Stunden
Die Kapazität der Zelle; Strom in Ampere multipliziert mit der Zeit in Stunden,
während welcher der Strom aus der Batterie fließt.
Wird auch in mAh angegeben.
C-Rate
Entspricht der Nennkapazität in Ah, also pro Zeiteinheit fließenden Lade- oder
Entladestrom in Ampere oder mA, z.B. 2.000 mA = 1C, 200 mA = 0,1C.
U-Abschalt-Kriterium (Delta U)
Dabei wird die Spannungsabnahme nach Erreichen der
Maximalspannung am Ende des Ladevorgangs zur Abschaltung des
Ladestroms benutzt.
Dichtung
Zwischen Gehäuse und Deckel der Zelle verpresste Dichtung verhindert
ein Auslaufen des Elektrolyts und isoliert das Gehäuse (-)
zum Deckel (+) voneinander.
Elektrolyt
Wässrige Lösung eines alkalischen, ionenleitenden Materials,
normalerweise Kalilauge.
Entladeschlußspannung
Spannung, bei der die nutzbare Entladung einer Zelle beendet ist
(ca. 1,0 V pro Zelle).
Entladestrom
Wird normalerweise als Bruchteil der Kapazität angegeben und ist das Maß, mit dem
der Strom aus der Zelle oder dem Akku entnommen wird.
Gasabsorption
Die Fähigkeit der Kathode, das in der Zelle erzeugte Sauerstoffgas zu absorbieren.
Je größer diese Fähigkeit ist, desto größer kann der Ladestrom sein.
Innendruck
Der Druck in einer dichten und wartungsfreien Batterie (Akku).
Am Ende des Ladevorgangs wird an der positiven Anode Sauerstoff erzeugt,
so dass der Innendruck ansteigt.
Innenwiderstand
Der elektrische Widerstand in der Zelle. Er verursacht einen zum Strom proportionalen
Spannungsabfall in der Zelle.
Kapazität
Die in einer Zelle oder in einem Akkupack zur Verfügung stehende
elektrische Energie Ah.
Je höher die Entladeströme sind, desto mehr reduziert sich die
entnehmbare Kapazität.
Kathode
Aktives Material Cadmiumhydroxid; Minuspol des Akku.
Ladestrom
Der Strom, mit dem die Zelle aufgeladen wird.
Die Angabe erfolgt normalerweise als Bruchteil der C-Rate.
Ladungsaufnahme
Verhältnis der effektiv in einem Akku gespeicherten elektrischen Ladung.
Ladungs-Wirkungsgrad
Wirkungsgrad, mit welchem die elektrische Energie in dem Akku gespeichert wird.
Nennspannung
Durchschnittliche Zellenspannung während der Entladung.
Normalerweise bei Ni-Cd-Akku 1,2 Volt pro Zelle.
Primärzelle
Zelle, in der die elektrochemische Reaktion bei der Entladung irreversibel
ist (nicht wieder aufladbar).
Sekundärzelle
Zelle, in der die elektrochemische Reaktion umkehrbar ist (aufladbar).
Die Lebensdauer wird in Zyklen angegeben.
Selbstentladung
Kapazitätsverlust einer Zelle, während sie gelagert oder nicht benutzt wird.
Die Größe der Selbstentladung wird durch die Umgebungstemperatur stark
beeinflusst.
Tiefentladung
Entladen einer Zelle durch Entnahme von 95 % bis 100 %
ihrer Nennkapazität.
Trennfolie
Ein Material zur Trennung der aufgewickelten Elektroden (Anode/Kathode).
Speichert gleichzeitig das Elektrolyt.
Überladung
Kontinuierliches Weiterladen einer Zelle, obwohl sie bereits voll ist und
100% ihrer Kapazität hat.
Verbinder
Metallstreifen (Lötfahnen), welche mittels Punktschweißung die einzelnen
Zellen verbinden. Als Material wird häufig Nickel verwendet.
Zelle
Eine zylindrische, in sich geschlossene Einheit aus spiralförmig aufgewickelten
positiven (Anode) und negativen (Kathode) Elektroden, einer Trennfolie und darin
enthaltenem Elektrolyt. In einer Zelle wird chemische Energie direkt in elektrische
Energie umgewandelt. Zwei oder mehr Zellen ergeben einen Akku.
Zellen-Umpolung
Wird durch zu tiefes Entladen (unter = 0,1 V pro Zelle) verursacht.
Dabei wird die normale Polarität einer Zelle in einer mehrzelligen
Akku-Anordnung umgepolt.
Eine Zellenumpolung erfordert normalerweise einen Verbund von
mehr als 3 Zellen.
Zyklus
Ein einzelner Lade-/Entladevorgang einer Zelle oder eines Akkus.