Richtiger Umgang mit Akkus

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Richtiger Umgang mit Akkus
Hersteller versprechen für Akkus bis zu 1000 Wiederaufladezyklen, jedoch wird dies in erster Linie unter
Laborbedingungen erreicht. Inwieweit diese Lebensdauer auch im täglichen Einsatz erreicht wird, hängt in
großem Maße von der pfleglichen Behandlung der Akkus und von der Auswahl des Ladegerätes ab. Die
Nennspannung einer NiCd-/NiMh-Zelle beträgt 1,2Volt.
Es wird in Rundzellen und prismatischen Zellen (Quaderform) unterschieden. Für möglichst hohe Energiedichte
sprechen die Rundzellen, - für ein platzsparendes Gerätedesign die prismatischen Zellen.
Tiefentladung
Durch die vollständige Entladung eines Akkus wird dieser dauerhaft zerstört. Ein Wiederaufladen ist dann nicht
mehr möglich. Die Tiefentladung muss daher unbedingt vermieden werden. Benutzen Sie einen Akku in einer
Schaltung ohne Tiefentladeschutz, so müssen Sie darauf achten, dass die Akkus rechtzeitig entnommen und
wiederaufgeladen werden.
NiCd–, NiMh-, LiIon-Zellensysteme
Die gängigsten Systeme für Akku-Zellen sind Ni-Cd, Ni-Mh und Li-Ion. Während
NiMh und NiCd-Akkus sich prinzipiell gegenseitig ersetzen können, setzen Li-Ion-Akkus
speziell konzipierte Applikationen voraus.
Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd-Akkus) mit Sinterzellen werden aufgrund des geringen
Innenwiderstandes für Einsatzzwecke verwendet, wo hohe Ströme fließen. So werden
sie als Akkupacks im Modellbau und in Maschinen noch sehr häufig verbaut. Darüber
hinaus sind sie auch bei sehr niedrigen Temperaturen noch gut geeignet. Dafür weisen
sie in der Regel geringere Kapazitäten als Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMh-Akkus) auf.
Negativ wirkt sich der unten beschriebene Memory-Effekt wie auch der
umweltbelastende Anteil an Cadmium aus.
Bei Nickel-Metallhydrid-Akkus ist dagegen der negativ wirkende Memory-Effekt kaum vorhanden. Somit ist
kein Entladen vor dem Laden notwendig. Darüber hinaus bieten NiMh-Zellen mehr als 100% höhere Kapazität
als NiCd-Akkus. Negativ ist zu vermerken, dass die Zellen hitzeempfindlicher beim Laden als NiCd-Systeme
sind.
Lithium-Ionen-Akkus bieten in Bezug auf Volumen und Gewicht die höchste Energiedichte und sind daher
ideal für ein platzsparendes Gerätedesign und hohe Strombelastung. Da sie nicht spannungskompatibel zu
anderen Zellensystemen sind, wird aufgrund der eigenen Charakteristik ein spezielles Ladegerät benötigt.
Ebenso wird wegen des kritischen Reaktionsverhaltens der Lithium-Zellen ein Chip mit entsprechendem Ladeund Entlademanagement integriert. Somit sind Lithium-Zellen in der Regel nur für speziell konzipierte
Anwendungen einsetzbar.
Memory-Effekt
Werden Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd-Akkus) häufig nur teilweise
entladen und dann wieder aufgeladen, sinkt die Kapazität der Akkus, sie versagen dann schon frühzeitig ihren Dienst. Diese Akkus sollten
deshalb immer vollständig entladen werden. Ist dies durch den
regulären Betrieb nicht möglich, so sollte auf jeden Fall ein Ladegerät
mit Entladefunktion gewählt werden. Bei diesem Gerätetyp wird der
Akkus auf Knopfdruck erst vollständig entladen um dann automatisch
in den Ladebetrieb umzuschalten. Geräte, bei denen die Akkus
ständig durch ein integriertes Netzteil geladen werden (wie z.B.
Schnurlostelefone), sollten auf jeden Fall mit Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMh-Akkus) ausgerüstet werden. Bei
diesem Akkutyp tritt der Memory-Effekt nur in geringstem Maße auf (er heißt dann Lazy-Battery-Effekt) und die
Kapazität steht immer entsprechend der Ladung zur Verfügung. Aus diesem Grund brauchen NiMh-Akkus vor
dem Ladevorgang nicht immer extra entladen zu werden.
Das erste Laden
Ab Werk gelieferte Zellen sind in der Regel nur zum Teil vorgeladen und müssen vor Gebrauch noch vom
Anwender geladen werden. Die erste Ladung sollte mit nur geringem Ladestrom erfolgen (1/10 der
Nennkapaziät). Die volle Nennkapazität wird erst nach 5 – 10 vollständigen Lade- und Endladezyklen erreicht.
Da in dieser ersten Zeit von einigen Geräten der Ladeschluss nicht richtig erkannt wird, empfiehlt es sich
anfangs eine Zeitschaltuhr dazwischen zu schalten oder die Temperatur öfter zu kontrollieren.
Selbstentladung
In der Regel verlieren Akkus innerhalb von drei Monaten etwa 80% ihrer Ladung. Diese Selbstentladung hat
jedoch keinerlei schädigende Wirkung auf die NiCd/NiMh-Zellen. Auch wenn ein Akku seine ganze Energie
durch Selbstentladung verloren hat, so kann er normal aufgeladen werden und ist wieder voll betriebsfähig. Die
Akkus sollten jedoch auf keine Fall schnell geladen, sondern mit geringem Ladestrom geladen werden (1/10
der Nennkapazität).
Zellengrößen
Die Größenangaben können je nach Hersteller in gewissen Toleranzen abweichen.
2/3 A
4/5 A
4/3 A
A
Ø x Höhe (ca.)
16,5 x 28,0 mm
16,5 x 42,5 mm
16,5 x 67,0 mm
16,5 x 49,5 mm
1/3 AA
2/3 AA
4/5 AA
5/4 AA
AA
14,0 x 17,0 mm
14,0 x 27,7 mm
14,0 x 42,5 mm
14,0 x 64,5 mm
14,0 x 50,0 mm
Mignon
1/3 AAA
2/3 AAA
AAA Micro
10,5 x 13,7 mm
10,5 x 29,0 mm
10,5 x 44,5 mm
2/3 AF
4/5 AF
17,0 x 28,5 mm
17,0 x 43,0 mm
7/5 AF
Ø x Höhe (ca.)
17,0 x 66,5 mm
2/3 Sub-C
4/5 Sub-C
5/4 Sub-C
Sub-C
C
SUB-C
Baby
22,5 x 26,0 mm
22,5 x 33,0 mm
22,5 x 49,5 mm
22,5 x 43,0 mm
25,5 x 49,5 mm
1/2 D
D
Mono
32,2 x 36,5 mm
32,5 x 60,5 mm
F
33,0 x 90,0 mm
Lady
9-Volt-Block
11,5 x 29,5 mm
26x 48x 17 mm
Praktische Hinweise zu Akkus
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Akkus die längere Zeit gelagert wurden, dürfen auf keine Fall schnell
geladen werden.
Bei Temperaturen unter 5°C darf keine Schnellladung durchgeführt werden.
Vermeiden Sie Tiefentladung
Vermeiden Sie das Kurzschließen von Batterien. Die Gefahr des unbeabsichtigten Kurzschließens ist
besonders bei Akku-Packs sehr groß (9-Volt-Blöcke und Zellen mit Lötfahnen). Es werden nicht nur die
Zellen zerstört, sondern durch die Funkenüberschläge kann es auch zu einem Brand kommen.
Akkus dürfen unter keinen Umständen ins Feuer geworfen werden.
Verwenden Sie nur Ladegeräte, die für den Typ und die Kapazität der Batterie geeignet sind.
Dauerndes Überladen verkürzt die Lebensdauer der Akkumulatoren.
Batterieverordnung
Ab dem 1.Oktober 1998 dürfen nach der neuen Batterieverordnung verbrauchte
Gerätebatterien nicht mehr in den Hausmüll. Der Verbraucher muss sie an den Handel
oder an die bekannten Sammelstellen der Kommunen zurückbringen, damit sie
anschließend sortiert, ordnungsgemäß beseitigt oder schadlos verwertet werden können.
Sie als Kunde können Ihre verbrauchten Batterien unabhängig von der Marke, Kaufort oder Typ wieder
zurückgeben und in die dafür vorgesehenen Sammelbehälter einwerfen.
Die weitere Abwicklung und Verwertung wird von der Stiftung „Gemeinsame Rücknahmesystem Batterien“
(GRS-Batterien) übernommen.
Weiterführende Informationen erhalten Sie unter www.grs-batterien.de
Ladetechnik
Aufgrund der in den letzten Jahren enorm gestiegenen Akkukapazitäten und nicht zuletzt aufgrund der vom
Anwender geforderten immer kürzeren Ladezeiten werden an die Ladetechnik sehr hohe Anforderungen
gestellt. Die Lader der ersten Generation mit 50 mA Ladestrom bräuchten Tage, um die modernen Akkus
aufzufüllen.
Ladezeit
Die Berechnung der Ladezeit ergibt sich aus der Akkukapazität und dem Ladestrom.
Nennkapazität des Akkus
--------------------------------Ladestrom des Ladegerätes
=
Ladezeit in Stunden
Wegen thermischer Verluste werden noch einmal 10 – 15 % zugegeben.
Eine über diese Ladezeit hinausgehende Ladung kann den Akku dauerhaft schädigen. Das Problem hierbei ist
jedoch, dass man die Restladung des Akkus nicht genau ermitteln kann. Nur bei komplett entladenen Akkus ist
der Anfangszustand eindeutig und durch die genaue Definition von Ladestrom und Ladezeit bei bekannter
Nennkapazität wird eine optimale Ladung des Akkus gewährleistet.
Hierfür bieten einige Ladegeräte eine Entladefunktion an, um per Tastendruck den Akku vollständig zu
entladen. In der Regel schaltet das Ladegerät danach automatisch in den Ladevorgang mittels
Timerüberwachung um.
-Delta-U-Ladeverfahren
Bei diesem Ladeverfahren wird mittels einer intelligenten Elektronik der Spannungsverlauf der Zelle beim
Ladevorgang überwacht. Bei Erreichen des Lademaximums nimmt die Akkuspannung durch die einsetzende
Gasung und zunehmende Erwärmung wieder ab. Dieser Spannungseinbruch wird vom Ladegerät ausgewertet,
um den Ladevorgang abzuschalten.
Für den Fall, dass der Spannungseinbruch vom Ladegerät nicht eindeutig erkannt wird, bieten einige Geräte
eine zusätzliche Timerabschaltung als 2. Sicherheitsstufe. Darüber hinaus bieten einige Ladegeräte als 3.
Sicherheitsstufe eine Temperaturüberwachung der Zellen. Bei Überschreiten der kritischen Temperatur wird
der Ladevorgang unterbrochen. Diese Technik wird vorwiegend bei kürzesten Ladezeiten und hohen
Ladeströmen eingesetzt.
Im Übrigen erkennen ältere nur für NiCd-Akkus ausgelegte Geräte den Spannungseinbruch bei NiMh-Akkus
nicht immer korrekt. Aktuelle Ladegeräte sind jedoch für beide Akkutypen problemlos einsetzbar.
Einzelschachtüberwachung
Durch die unterschiedlichen Zellengrößen und Nennkapazitäten sowie durch die vorhandenen
Ladungsunterschiede ist jeder Akku als Individuum zu betrachten. Dem entsprechend sollte jeder Ladekanal
einzeln überwacht und gesteuert werden. Durch diese Controller-/Prozessorsteuerung ist eine optimale Pflege
der Akkus gewährleistet. Bei Anwendungen, in denen ständig die gleichen Zellengrößen mit gleichen
Ladegrößen eingesetzt werden (z.B. Digitalkameras), wird zu Teil aus Kostengründen auf Ladegeräte mit
paarweiser Schachtüberwachung ausgewichen.
Selbstentladung
Akkus entladen sich bei Nichtbenutzung und können daher nicht mehr in ihrer vollen Ladekapazität genutzt
werden. Komfortable Ladegeräte haben deshalb eine sogenannte Erhaltungsfunktion. Durch diesen
Impulslademodus (Trickle-ChargeI) wird garantiert, dass die Akkus ihren vollen Energiegehalt beibehalten und
nach dem Ladevorgang bis zum Gebrauch im Ladegeräte verbleiben können.
Komfortable Ladegeräte erkennen selbst die eingesetzte Zellenchemie (NiCd bzw. NiMh) sowie die eingelegte
Zellengröße (Mignon, Micro, Mono etc.) und stellen den Ladestrom darauf ein. Auf Akkupacks ausgerichtete
Ladegeräte erkennen darüber hinaus automatisch die angeschlossene Zellenanzahl.
Refreshing-Funktion
Als zusätzliches Komfortmerkmal sei hier noch die automatische Refresh-Funktion angeführt, die einige HighEnd-Ladegeräte anbieten. Hier wird nach dem Einlegen ein Akku-Schnelltest durchgeführt. Individuell wird für
jeden eingelegten Akku bei Bedarf ein Refreshing-Programm der durch Memory-Effekt oder Überlagerung
vorgeschädigter Akkus durchgeführt. Während dieser Refresh-Funktion wird die Akku-Charakteristik überprüft
und ein Revitalisierungsprogramm mittels Lade-/Endlade-Impulsen gestartet. Im Anschluss daran erfolgt die
Schnellladung und microcontroller gesteuerte Überwachung des Ladezustands. Das Refreshing Programm
selektiert automatisch defekte Akkus. Ebenso wird bei diesen Ladern erkannt, wenn Alkaline Batterien
eingelegt wurden. In diesem Fall wird der entsprechende Ladeschacht abgeschaltet.
Aus Sicherheitsgründen dürfen Alkaline Batterien nicht in Ladern eingelegt werden, die diese
Sicherheitsfunktion nicht aufweisen. Es besteht Explosionsgefahr.
504 – 01/2004
FAQs – Häufig gestellte Fragen zur Akku-Technik.
Kann ich NiCd-Akkus einfach gegen NiMH-Akkus austauschen?
Ja. Der Umstieg auf die neuere, leistungsstärkere und umweltfreundlichere NiMh-Technologie ist problemlos
möglich und empfehlenswert.
Welche Vorteile hat NiMH gegenüber NiCd?
NiMH speichert – je nach Zellgröße und –art bis zu 100% mehr Energie als NiCd.
Es tritt kein Memory-Effekt auf.
Die Lebensdauer ist aufgrund des weniger häufigen Ladebedarfs länger.
Es ist kein Cadmium enthalten.
Gibt es auch Vorteile von NiCd?
NiCd-Akkus sind besser geeignet für Anwendungen, die hohe Ströme benötigen (z.B. Video-Leuchten). Der
innere Widerstand ist bei hohen Belastungen geringer als bei den NiMh-Akkus.
Bei tiefen Temperaturen ist der Wirkungsgrad von NiCd-Akkus höher.
Sie sind preiswerter.
Werden beide Techniken benötigt oder wird sich eine Technik durchsetzen)
Die neue NiMH-Technologie kommt mit den deutlichen Vorteilen gegenüber NiCd, einer „idealen“ Batterie
schon einen deutlichen Schritt näher und kann daher sicher als zukunftsweisend angesehen werden. Dennoch
kann bereits aus heutiger Sicht gesagt werden, dass NiMh Die NiCd-Technologie nie ganz ersetzen wird. Die
Einsatzfähigkeit von NiCd ist im speziellen bei höheren Strömen als auch bei tiefen Temperaturen als größer
anzusehen.
Können Akkus bei weniger als 1,2V nicht in Geräten verwendet werden, in denen man eine alkalische
Batteriezelle von 1,5 V verwendet?
Das stellt im allgemeinen kein Problem dar. Die alkalischen Batteriezellen haben eine Spannung, die nur am
Anfang hoch ist, aber diese Spannung verringert sich schnell, um am Ende das Niveau eines
wiederaufladbaren Akkus zu erreichen. Die wiederaufladbaren Akkus haben eine konstantere Spannung.
Zu welchen Geräten passen wiederaufladbare Akkus am besten?
Die wiederaufladbaren Akkus passen gut zu fast allen Geräten, die viel Energie in wenig Zeit benötigen:
tragbare CD-Player, elektronische Spiele, verschiedene Haushaltsgeräte, professionelle Fotoapparate etc. Die
wiederaufladbaren Akkus sind nicht empfehlenswert, wenn man das Gerät nicht oft benutzt (z.B.
Personenwaage oder Wanduhr). Aufgrund der Selbstentladung von Akkus (80% in drei Monaten) ist hier der
Einsatz einer Primärzelle vorzuziehen.
In welchem Ladezustand werden Akkus ausgeliefert?
Akkuzellen werden grundsätzlich während der Produktion geladen, um ihre Funktionsfähigkeit prüfen zu
können. Je nachdem, wie viel Zeit von der Produktion einer Zelle bis hin zum Verkauf über den Ladentisch
verstreicht, verliert der Akkus seine Ladung. Vor dem ersten Einsatz ist der Akku zu laden. NiCd-Akkus sollten
zuvor einladen werden, damit kein Memory-Effekt eintritt.
Wie pflegt man einen Akku?
Das hängt vom System ab. Ein NiCd-Akku muss z.B. vor jedem Laden immer gründlich entladen werden. Dazu
verwendet man am besten ein Ladegerät mit Entladefunktion. Allen Akkus tut gelegentliches „Zyklen“ gut:
Dabei werden die Akkus mehrmals hintereinander völlig entladen und wieder aufgeladen. Dadurch wird die
durch Memory-Effekt und Lazy-Battery-Effekt eingeschränkte Leistungsfähigkeit wiederhergestellt.
Dürfen Zellen beim Laden heiß werden?
Nein. Das Laden in Schnellladegeräten dauert ca. 1-2 Stunden. Der relativ hohe Strom des Schnellladegerätes
erfordert allerdings eine besonders zuverlässige Abschaltung, sobald die Volladung erreicht ist.
Wie lange darf ich meine Akkus im Ladegerät lassen?
Bei modernen, elektronisch gesteuerten Ladegeräten besteht keine Gefahr, wenn Sie die Akkus über längere
Zeit im Gerät lassen. Sie schalten bei Vollladung ab oder schalten auf eine geringe Erhaltungsstromstärke um.
In einem Ladegerät ohne zuverlässige Abschaltung können die Akkus jedoch beschädigt oder zerstört werden,
wenn sie nicht rechtzeitig herausgenommen werden.
Spielt die Umgebungstemperatur beim Laden eine Rolle?
Ja. Akkus sollten idealerweise bei Raumtemperaur geladen werden. Die Hersteller empfehlen einen
Temperaturbereich von 15 bis 30°C einzuhalten.
Hat ein neuer Akku sofort seine volle Kapazität zur Verfügung?
Nein. Ein neuer Akku erreicht erst nach ein paar Lade-/Entladezyklen seine volle Kapazität. Die geladene
Kapazität hängt darüber hinaus von sehr vielen Umgebungsbedingungen ab, so dass ein Optimum nicht zu
jeder Zeit erreicht werden kann.
Ist der Akku nach einer Tiefentladung kaputt?
Nicht unbedingt. In vielen Fällen kann der durch mehrfaches „Zykeln“ wieder zum Leben erweckt werden. Das
heißt, der Akkus wird mehrmals hintereinander entladen und wieder geladen.
Wie schnell wird ein Akku geladen?
Dies hängt vom jeweils verwendeten Ladegerät ab: Je höher der Ladestrom des Ladegerätes, desto schneller
ist der Akku voll. Das Normalladen dauert ca. 10 bis 16 Stunden. Schnellladen geht in etwa 2 bis 3 Stunden,
Ultraschnellladen kann die Akkus schon ab 30 Minuten wieder füllen. Genauere Hinweise bieten die
Betriebsanleitungen der Ladegeräte.
Was ist ein Delta-U-Ladeverfahren?
Eine intelligente Ladeschaltung, die präzise das Ladeende erkennt und auf Erhaltungsladung umschaltet.
Wie hoch ist die Selbstentladung eines Akkus?
In der Regel verlieren Akkus innerhalb von drei Monaten etwa 80% ihrer Ladung. Die Selbstentladung hängt
von der Umgebungstemperatur ab. Je höher die Temperatur, desto größer ist die Selbstentladung über die
Zeit.
Was ist Zykeln?
Zykeln ist eine Art Kur für den Akku: Er wird 2 bis 3 mal hintereinander entladen und wieder aufgeladen.
Dadurch enthält er wieder die Kapazität zurück, die vor dem sogenannten Memory/Lazy-Battery-Effekt hatte.
Regelmäßiges Zykeln empfiehlt sich für Akkus aller Systeme. Auch bei neuen Akkus, deren Lagerzeit und
Ladezustand nicht bekannt ist, kann 2 bis 3-maliges Zykeln sinnvoll sein.
Was ist ein Lazy-Battery-Effekt?
Bei NiMH-tritt der Memory-Effekt wie er von NiCd-Zellen her bekannt ist nur in einem fast unwesentlichen
Maße auf. Bei der NiMH-Technologie nennt man diesen Effekt dann „Lazy-Battery-Effekt“.
Soll man die Akkus bei längerer Nichtbenutzung aus dem Gerät nehmen?
Ja. Auch im ausgeschaltetem Gerät kann ein geringer Strom fließen, der nach längerer Zeit zu einer
Tiefentladung führt, die dem Akku schadet und ihn im Extremfall zerstört.
In welchem Zustand sollten Akkus gelagert werden?
Da Akkus innerhalb von mehreren Monaten ihre Ladung verlieren, ist es bei NiCd- und NiMH-Akkus prinzipiell
egal, in welchem Zustand sie gelagert werden. Bei längerer Lagerung (länger als ein halbes Jahr) sollte ein NiMH-Akku jedoch im vollgeladenen Zustand gelagert werden. Zudem sollte er alle 12 Monate mindestens
einmal geladen werden. Im Gegensatz dazu besitzen Li-Ion-Akkus eine aktive Elektronik, deren
Stromverbrauch den Akku im Laufe der Zeit restlos entlädt. Deshalb müssen Lithium-Ionen-Akkus generell
geladen gelagert werden und spätestens nach 12 Monaten wieder nachgeladen werden, sonst kann der Akku
zerstört werden.
504 – 01/2004