|
|
|
|
|
|
|
 |
Aktualisiert:
08.10.2010 |
|
|
|
|
Batteriearten und
Anwendungsgebiete
Über die
Lebensdauer einer Batterie
Der Kostenvergleich
Alkalibatterien / NiMH - Akku
Und soviel können Sie Sparen
Sind
Einwegbatterien nun überflüssig?
Vor
+ Nachteile (noch ergänzen)
Was ist
eigentlich ein Memoryeffekt?
Können
Akkuzellen überladen werden?
Können
Akkuzellen in jedem Ladegerät aufgeladen werden?
Innovative
Neuentwicklungen
Die größten Irrtümer der Ladetechnik
(Ein Bericht überwiegend für Techniker) |
|
Sie
haben
ein wertvolles akkubetriebenes Gerät und finden keinen
Ersatzakku?
Wir können Ihnen
eventuell helfen!
Sie kennen das: Klasse
Akkubohrmaschine als Schnäppchen bekommen, aber ein
Ersatzakku ist nicht mehr aufzutreiben.
Wir haben die Möglichkeit Ihnen das Problem abzunehmen!
Und so machen Sie es:
Senden Sie uns eine E-Mail oder Faxen Sie uns alle
wichtigen Daten,
die auf dem Akku vermerkt sind.
Wichtig ist grundsätzlich der Hersteller des Akkus
die Typen und Seriennummer,
Spannungsangaben, Kapazität und notfalls, wenn diese Daten
nicht greifbar sind,
mindestens die Gerätetype/Nummer und Hersteller oder
Vertreiber des Akkubetriebenen
Gerätes.
Falls diese Daten unvollständig sind, bleibt nur noch die
Zusendung des Gerätes kompl.
mit dem schadhaften Akku. (Bitte aber unbedingt "FREI"
zuschicken, da wir ansonsten
die Annahme verweigern!
Wir machen Ihnen dann einen Kostenvoranschlag.
Lehnen Sie eine Instandsetzung wegen zu hoher Kosten oder
wegen der Unmöglichkeit
eines Nachbau ab, so sind die Kosten für eine Rückführung
der Gerätes/Akkus von Ihnen
zu erstatten. (Festpauschale zur Zeit Euro 12,90)
Übrigens:
Sonderanfertigungen sind vom Umtausch ausgeschlossen. |
|
 |
|
Batteriearten +
Anwendungen |
|
 |
|
Unterschiede und die richtige Wahl von Batterien und
Akkus. |
|
Hier behandeln wir Trockenbatterien (z.B. Zink-Kohle und Alkalibatterien) und aufladbare Nickel-Cadmium-
bzw. Nickel-Metall-Hydridakkus (Ni-MH - Akkus) |
|
Kapazitätsvergleich
|
|
(am Beispiel der
gängigsten Batterien:
Mignonzellen (Type AA, l = 49mm, d = 14.5mm))
Während z.B.
einfache Batterien wie Zink-Kohle-Zellen
von Markenherstellern durchschnittlich eine
Kapazität
von ca. 1300mAh aufweisen, erreichen Nickel-Cadmium-Akkus mittlerweile maximal
1000mAh. Und moderne aufladbare Nickel-Metall-Hydridakkus (Ni-MH) etwa 1800mAh und
mehr (Die neuen Panasonic PRO+ Ni-MH
Akkus stehen ab sofort bei uns im Regal und haben eine Superleistung von 2000mAh).
Normale Standart-Alkalibatterien der unterschiedlichsten Markenhersteller haben im
Durchschnitt eine Kapazität von ca. 2500mAh bis 2700mAh und liegen damit
bereits in Spitzenpositionen. |
| |
|
Platz |
Batterietyp |
Kapazität in [mAh] |
% |
|
1. |
Alkalibatterie 1,5V
|
2700 |
100 |
|
2. |
Ni-MH - Akku 1,2V
|
2000* |
74 |
|
3. |
Zink-Kohle-Batterie 1,5V |
1300 |
48 |
|
4. |
Nickel-Cadmium-Akku 1,2V |
1000 |
37 |
|
|
Aus
obiger Tabelle ist ersichtlich, dass Nickel-Cadmium-Akkus sehr schlecht
abschneiden.
Obwohl Ni-MH-Akkus der neusten Generation* die zweitbeste Platzierung
erreichten, haben sie dennoch eine um 25% geringere Kapazität gegenüber
Alkalibatterien.
Ni-MH Akkus sind die wirtschaftlichste Alternative, da etwa 1000 mal
wieder Aufladefähig! |
|
Über
die Lebensdauer einer Batterie |
Gehen wir einmal davon aus, dass sich ein Ni-MH-Akku im ungünstigsten Fall
nur etwa 500
mal "Auftanken" lässt, so erreicht der Akku eine nutzbare Gesamtleistung von
1000.000 mAh über die zu erwartende Lebensdauer!
Die nicht aufladbaren Zink-Kohle-Batterien (1300mAh) und
Alkalibatterien (2700mAh) liegen in der Gesamtlebensdauer weit
abgeschlagen hinter den aufladbaren Ni-MH - Akkus. |
| |
|
Platz |
Batterietyp |
Kapazität in [mAh] |
% |
|
1. |
Ni-MH - Akku |
1000.000 |
200 |
|
2. |
Nickel-Cadmium-Akku |
500.000 |
100 |
|
3. |
Alkalibatterie |
2700 |
0,54 |
|
4. |
Zink-Kohle-Batterie |
1300 |
0,26 |
|
|
|
Resümee:
Nickel-Cadmium-Akkus (NC) werden
aufgrund Ihres negativen
Memoryeffekt
und ihren für die Umwelt schädlichen Schwermetallanteilen nicht weiter zum Vergleich
herangezogen. Da Zink-Kohle-Batterien nur geringfügig preiswerter als Alkalibatterien sind, werden auch diese
anschließend nicht mehr
berücksichtigt.
Eindeutiger
Spitzenreiter ist also eindeutig der Ni-MH-Akku.
Im ungünstigsten Fall ergibt sich eine etwa 400 mal höhere Kapazität
gegenüber der hochwertigsten Alkalibatterie! |
|
Der Kostenvergleich Alkalibatterien / Ni-MH -
Akku
(Mignonzelle, type AA) |
|
Das
angenommene realistische Preisverhältnis eines wideraufladbaren Marken Ni-MH
Akkus zu einer hochwertigen Alkalibatterie beträgt ca: 1 : 4
Alkalibatterie
Mignonzelle AA Preis € 1,00
(Markenbatterie)
Panasonic PRO+ - Ni-MH
Akku Preis € 4,25
|
|
Und soviel können Sie Sparen |
Annahme:
Wir gehen einmal von einer minimalen Ladefähigkeit des Akkus von etwa 500
Lade - Entladezyklen aus,
obwohl die Hersteller durchweg 1000 Aufladevorgänge angeben.
Sie kaufen ein durchschnittliches Ladegerät (Ni-MH -tauglich)
zum Preis von ca. 35 €
|
| Lassen Sie unbedingt die Finger von
Billigangeboten in der Preisklasse von ca. 6 bis 20 Euro, die
meistens in Supermärkten angeboten werden, weil Sie sich damit Ihre
wertvollen Akkus in kurzer Zeit zerstören! |
|
Komplettsystem:
Akku PRO+ von Panasonic + Ladegerät: 4,25 € + 35 € = 39,25€
Kosten für 500 Einweg-Alkalibatterien =
500
€
Ihre
Einsparung
gegenüber
einer Alkalibatterie:
455,80 Euro!*
Gehen wir von der Idealen Aufladefähigkeit aus, so sparen Sie immerhin fast
910,00 Euro*
|
|
*Hierbei wurden bereits Ihre Stromkosten für
das Elektrizitätswerk miteinbezogen. |
|
(Bedenken sollten Sie
zusätzlich, dass sich die Kosten für ein Ladegerät weiter erheblich
vermindern, da Sie mit einem Ladegerät
mehrere Akkus und Akkutypen gleichzeitig aufladen können!) |
|
Sind Einwegbatterien
überflüssig? |
Warum
gibt es noch Alkalibatterien, wenn die Anschaffung von aufladbaren Batterien weitaus
preiswerter ist?
Ein Hauptgrund liegt in der unterschiedlich hohen
Eigenentladung
der verschiedenen Akkuarten. |
|
Die Selbstentladung im Vergleich |
Die
Selbstentladung ist bei aufladbaren Akkus im Vergleich zu Batterien
bei einer mittleren Temperatur von 20° um etwa 20% pro Monat höher.
Unter normalen Lagerbedingungen ergeben sich folgende
Richtwerte: |
| |
|
System |
Selbstentladeverlust |
|
Alkali-Mangan, Rundzelle |
max. 2 % / Jahr |
|
Zink-Kohle, Rundzellen |
max. 4 % / Jahr |
|
Lithium (Li/MnO2), Rund- und Knopfzellen |
ca. 1 % / Jahr |
|
Akkumulatoren (systemabhängig) |
ca. 20 % / Monat |
|
|
|
Akkumulatoren sind damit für Geräte mit
relativ geringem Energieverbrauch, bei denen ein Batteriewechsel erst nach
monatelangem Betrieb erforderlich ist, ungeeignet (Uhren, Fernbedienungen
etc.).
Grober
Richtwert für den Einsatzbereich von Akkus u. Einwegbatterien ergibt die
Zeit, in der sich der Akku selbst entladen hätte.
Dies entspricht der maximal nutzbaren Zeit des Akkus als Energiequelle,
unter Annahme einer minimalen Stromentnahme durch einen Verbraucher (z.B.
Fernbedienung).
Grenzeinsatz in Monaten = 100% Kapazität geteilt durch Selbstentladung pro
Monat in Prozent.
Beispiel: 5 Monate = 100% : 20%
Je nachdem,
nach wie vielen Monaten Sie Ihre Einwegbatterien wechseln müssen, fällt die
Wahl auf die entsprechende Batterieart, Akku oder Einwegbatterie.
Ein Diagramm
veranschaulicht Ihnen
hier
die Kreuzungspunkte. Es verdeutlich die Überschneidungspunkte
von Akku und der normalen Einwegbatterie.
Beachten
sollten Sie auch, dass o. a. Zeitwert nur ein Anhaltspunkt
darstellt, welcher in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur stark
schwanken kann.
|
|
Vor und
Nachteile |
|
|
|
 |
| |
|
Was
ist eigentlich ein Memoryeffekt? |
Werden
Nickel-Cadmium-Batterien
(NC) wieder aufgeladen, bevor sie vollständig entladen
wurden, so können sich auf Polen der negativen Elektrode
Kristalle aus
Cadmium
bilden. Dadurch entsteht der unerwünschte Vorgang einer
zweiten Entladestufe. Die Batterie speichert diese Stufe als
Entladestufe für den nächsten Zyklus in ihrem Gedächtnis ("memory"),
obwohl unterhalb dieser Stufe noch Kapazität verfügbar ist.
Beim nächsten Entladevorgang erinnert sich die Batterie nur
noch an diese, reduzierte Kapazität.
Wenn danach weitere unvollständige Entladezyklen
folgen,
schaukelt sich der Prozess immer weiter hoch, wobei dann die
Leistungsfähigkeit der Batterie immer mehr abnimmt.
NC-Zellen sollten daher hin und wieder vollständig entladen
werden. Auf diese Weise wird der "Memory-Effekt" vermieden
und die Lebensdauer der Zelle bzw. Batterie erhöht. Bei
Nickel-Metallhydrid-Batterien dagegen tritt dieser
Memoryeffekt nicht auf. Diese Zellen können ohne die
geringsten Probleme jederzeit aufladen bzw. nachladen
werden.
|
| |
| |
|
Können Akkuzellen
überladen werden? |
Bei Verwendung eines guten
Ladegerätes ist
dies ausgeschlossen. Diese Geräte besitzen einen elektronischen Zeitgeber
und/oder Thermosensor, der darauf achtet, dass der Ladevorgang beendet wird,
wenn die Akkuzelle vollständig aufgeladen ist. Dadurch wird ein Überladen
vermieden. Bei Billig-Ladegeräten unbekannter Qualität und Herkunft
(Billigmärkte), die nicht dem technischen Standard guter Ladegeräte
entsprechen, kann die Batterie durch zu langes Laden heiß werden und damit
die volle Funktionsfähigkeit verlieren.
Diese Ladegeräte werden daher auch Batteriezerstörer
genannt: Sie laden ohne
Rücksicht auf den Zustand der eingelegten Akkus, der Ladestrom
ist fest eingestellt, eine Abschaltung oder gar Umschaltung auf
Erhaltungsladung kennen diese Geräte nicht
Ergebnis sind dann nicht mehr die etwa 1000 Lade und Entladezyklen, sondern
nur noch ein Bruchteil der angegebenen Möglichkeiten.
Wir
empfehlen daher grundsätzlich prozessorgesteuerte Ladestationen von Firmen
wie Hama, Friwo, Hähnel usw. In diesen Geräten werden die eingelegten
Akkumulatoren elektronisch abgetastet und damit auf ihren aktuellen Zustand
kontrolliert (optimal wäre in jedem Schacht einzeln) und laden dann mit
einem dem jeweiligen Akku entsprechenden angepassten Ladestrom.
Für interessierte haben wir einen Artikel über
die großen Irrtümer der Ladetechnik hier |
|
Können Akkuzellen in
jedem
Ladegerät aufgeladen werden? |
|
Nein, weil jedes
Ladegerät
mit einer bestimmten Ladetechnik ausgestattet ist, die dem jeweiligen
elektrochemischen System der entsprechenden Akkuzellen - wie etwa
Lithium-Ion, Blei-Säure oder Nickel-Metalhydrid (Ni-MH) - angepasst ist. Sie
unterscheiden sich nicht nur in der Spannungscharakteristik, sondern auch in
ihrer Ladetechnik, so dass z.B. nur speziell entwickelte
Schnell-Ladegeräte
für Nickel-Metallhydrid-Akkus für dieses System optimal sind. Ältere
Ladegeräte für Nickel-Metallhydrid-Akkubatterien können natürlich nach wie
vor benutzt werden; sie benötigen jedoch eine längere Zeit bis zur
vollständigen Aufladung der Zellen. - Vorsicht ist bei Ladegeräten geboten,
die nicht den erforderlichen Ladebedingungen eines bestimmten
elektrochemischen Systems entsprechen - selbst wenn sie eine Prüfplakette
tragen, die zu besagen scheint, dass diese offiziell geprüft seien. Eine
Plakette dieser Art besagt unter Umständen nur, dass die Verdrahtung dieses
Gerätes (inkl. Anschlusskabel und Stecker) unter Beachtung des Europäischen
Elektrotechnischen Standards (CENELEC), bzw. einer nationalen Norm wie VDE
(Verband Deutscher Elektrotechniker) erfolgt ist. Auch eine TÜV-Plakette
sagt nichts über die Ladeeignung des Gerätes für ein bestimmtes
Batterie-System. Bei Billig-Geräten dieser Art kann das Aufladen von
Nickel-Metallhydrid-Batterien gefährlich sein oder zu unbefriedigenden
Ergebnissen führen. Vorsicht auch bei Ladegeräten, die für andere Systeme
entwickelt wurden (z.B. für Blei-Akkumulatoren). |
| |
|
 |
|
Innovative Neuentwicklungen |
|
 |
Die neuste
Akkuentwicklung ist der Lithium-Polymer-Akku, dessen
Energiedichte mit etwa 150 Wh/kg um gut 20 Prozent höher
liegt als die eines Li-Ionen-Akkus (zum Vergleich:
Klassische Blei-Batterien haben eine Energiedichte von etwa
35 Wh/kg). Der Kern der Lithium-Polymer-Akkus ist nicht
dabei flüssig, sondern besteht einem
Gel aus noch geheim gehaltenen Substanzen.
Lithium-Polymer-Akkus benötigen kein Metallgehäuse, sondern
sind in wesentlich leichtere Folien aus Kunststoff zu
integrieren. Die Akkus werden bei gleicher Kapazität
erheblich kleiner und machen wegen ihrer Flexibilität neue
Geräte-Designs möglich.
Zur Zeit wird diese neue Akkutechnologie nur bei Handys und
PDAs angewendet. |
| |
|
 |
|
L Die größten
Irrtümer der Ladetechnik |
|
 |
|
Die größten
Irrtümer der Ladetechnik
G. Wiesspeiner
Einleitung:
Zwei
Fragen sind so alt wie die Erfindung des Akkumulators:
Auf
welche Weise kann das Ladeende bestimmt werden und welche Methode ist die
beste um einen Akku aufzuladen. Mit der extensiven Nutzung von portablen Geräten wird die
Forderung nach einer zuverlässigen Energiequelle immer deutlicher. Immer
deutlicher wird auch, dass die bestehenden Ladeverfahren den Erwartungen nur
sehr mangelhaft entsprechen.
Die
Zielsetzung ist klar: Den Akkumulator innerhalb weniger Minuten problemlos
aufzutanken, ohne sich sorgen zu müssen, ob er danach auch wirklich voll ist und gleichzeitig
eine hohe Lebensdauer zu erreichen.
Einerseits sind die Lademethoden, mit denen diese Ziele erreicht werden
sollen, oft so alt wie die Erfindung des Akkus selbst, und andererseits
halten sich Dogmen, Kuriositäten und überlieferte Expertenweisheiten" die
wissenschaftlich nicht haltbar sind.
1. IRRTUM: Der Akku ist ein spezifiziertes Bauelement
Der
Akku unterliegt schon bei der Produktion großen Exemplarstreuungen durch
ungenaue Zusammensetzung des Elektrolyten, der Elektrodenmaterialien und
ihrer Konditionierung. Elektrochemisch reagiert die Zelle auf Druck,
Temperatur und Konzentration. Dazu kommt ein Verhalten, welches von der
Vorgeschichte, d.h. von den Lade/Entladezyklen, den dabei verwendeten
Strömen, von derÜberladung/Tiefentladung, Standzeit, Verwendungsdauer,
Wartezeit, etc. etc. etc.. abhängig ist.
Der Akku verhält sich nicht wie ein spezifiziertes Bauelement, sondern eher
so wie ein Individuum.
2. IRRTUM: 140% Laden ist notwendig
Allgemein wird angenommen, dass 40% Ladeverluste auftreten. Das Verhältnis
zwischen
Lade/Entladestrommenge sollte also 1.4:1 sein (vgl. 14h mit C/10 laden).
Messungen an NC, NMH und Bleiakkus zeigen jedoch, dass bei richtiger
Bestimmung des Abschaltzeitpunktes (Ladeende= Vollzustand) annähernd die
gleiche Strommenge entnommen werden kann, die geladen wurde. Bei qualitativ
hochwertigen Akkus beträgt sie 98-100%. Verlängerte Ladezeiten bringen
keinen Kapazitätsgewinn sondern führen
nur zur Überladung und Schädigung des Akkus.
3. IRRTUM: Pulsladen
Es
wird behauptet, daß das Laden mit kurzen und hohen Strompulsen, wie beim
Pulsladen den Memoryeffekt verhindern
und die Lebensdauer des Akkus erhöhen könne. Jedoch hat die Stromform beim
Laden keine so hohe Bedeutung wie beispielsweise das Überladen. Ungünstig
ist die quadratisch höhere Verlustleistung (Pv = I2x
R). Dementsprechend entstehen bereits bei einem Puls/Pausenverhältnis von 1:3
die neunfach höheren Energieverluste. Hohe Stromimpulse belasten den Akku
4. IRRTUM: Reflexladen
Dem
Reflexladen (= neg. Entladeimpulse während des Ladens) werden wundersame
Effekte zugebilligt. Der positive Effekt wird damit erklärt, dass angeblich
damit
a)
die Gasung verhindert
b) einer Überladung vorgebeugt
c) die Dendritenbildung verhindert
d) der MemoryEffekt vermieden und
e) die Lebensdauer erhöht werden sollte.
Es gibt mehrere Gründe, die aus physikalischen und elektrochemischen
Grundprinzipien berechtigte Zweifel an diesen Erklärungen aufkommen lassen.
1)
Gasung tritt erst bei Überladung auf. Die negativen Stromimpulse werden aber
von Anbeginn und während der gesamten Ladezeit angewendet.
2) Gasblasen sind hochohmig. Kurze, hohe Ströme können nur durch die
niederohmigen
Strompfade des Elektrolyten und nicht durch die hochohmigen Gasbläschen
fließen.
3) Gase lassen sich nicht in wenigen Millisekunden in wässrige
Elektrolyte zurückwandeln.
4) Die elektrische Zeitkonstante ist so hoch, dass kurze Stromimpulse
an der Faraday'schen Kapazität des Akkumulators geglättet werden und so
nicht mehr in Erscheinung treten. Der Effekt des Reflexladens beruht daher
im Wesentlichen auf einer Reduktion des mittleren Ladestromes bei
gleichzeitig erhöhter Ripple- bzw. Wechselimpuls-Strombelastung. Die
Lebensdauer wird dadurch nicht erhöht. Letztendlich bleibt nur der viel
größere technische Aufwand in der Leistungsstufe Energieverschwendung und
Akkubelastung übrig. Reflexladen: Zweifelhafte Wirkung
5. IRRTUM: Schnell-Laden ist schädlich
Schnell-Laden von Akkus, d.h. mit höheren Strömen (bis zu 2C) zu laden, ist
nicht schädlich, sondern kann bei richtiger Ladetechnik, die Lebensdauer der
Akkus sogar beträchtlich erhöhen. Schädlich für die Akkus ist nur das
Überladen mit hohen Überladeströmen. Es wurde der Nachweis erbracht, dass
auch mit relativ hohen Ladeströmen (3 CA) über 5000 Ladezyklen auf
gewöhnlichen NC-Akkus erreicht werden können.
Benötigt man Spezialtypen zum Schnell-Laden?
Wenn
mit hoher Präzision sofort erkannt werden kann, wenn der Akku zu 100%
aufgeladen ist, und jegliche Überladung verhindert wird, dann sind sämtliche
derzeit üblichen NC- oder NMH- Akkus dafür geeignet, ohne dass diese
schnelladefähig sein müssen. Schnellladen ist bei richtiger Anwendung sogar
günstiger
6. IRRTUM: Laden kühlt
Ein
besonderes Kuriosum stellt die Behauptung dar, dass durch besondere
(geheimnisvolle) Mechanismen dafür gesorgt werden könne, dass beim
Ladevorgang keine Erwärmung sondern eine Abkühlung des Akkus bewirkt werde.
Da die
Ladeverluste prinzipiell geringer sind als die Entladeverluste ist die
Erwärmung beim Laden geringer als beim Entladen, aber noch lange keine
Abkühlung.
Ladeverluste führen immer zu einer Erwärmung
7. IRRTUM: Entladen verhindert den Memory-Effekt
Besonders hartnäckig hält sich das Dogma der
Memoryeffekt" könne durch vorheriges Entladen verhindert werden.
Der
Memoryeffekt entsteht nicht wie der
Name fälschlicherweise ausdrückt, in einem Gedächtniseffekt des Akkus, der
sich die Entladetiefe merkt, sondern in der falschen Formierung der
Elektroden durch Überladung. In der Praxis sieht es so aus, dass fast alle
Ladegeräte, nicht erkennen können, wenn der Akku 100% voll ist, und daher
auch bei jeder Ladung eine Überladung produzieren. Diese Überladung ist um
so kräftiger, je weniger der Akku entladen war. Dementsprechend entsteht
auch die Schädigung durch Überladung um so stärker je weniger der Akku
entladen war. Diese Beobachtung wurde irrtümlicherweise als
Memoryeffekt
bezeichnet, hat aber mit Entlade-Gedächtnis nichts zu tun.
Diese neue Erkenntnis wird dadurch bestätigt, dass der
Memoryeffekt auch bei Akkus auftritt, die überhaupt niemals
entladen wurden. Der Memory-Effekt merkt sich die Überladung.
8. IRRTUM: Den Memory-Effekt gibt es nur bei NC-Akkus
Allgemein wird von der Annahme ausgegangen, der
Memoryeffekt
trete nur bei NC-Zellen auf und dies sei auch sein
größter Nachteil abgesehen vom Schwermetall. Insbesondere deswegen wurde
auch die Entwicklung von NMH und Li-Ion forciert. Es ist anzunehmen, dass
dieser Irrtum damit begründet ist, dass durch den sehr häufigen Gebrauch und
die häufige Überladung von NC-Akkus im praktischen Einsatz das Phänomen des
Memoryeffektes sehr deutlich zu Tage gebracht hat. Durch den häufigen
Gebrauch wird seit kurzem auch bei NMH, Li-Ion und sogar bei Bleiakkus das
gleichartige Memoryeffektverhalten beobachtet. Zur Vermeidung des
Memoryeffektes ist es also unbedingt notwendig ein Ladeverfahren
einzusetzen, das von der Akkutype weitestgehend unabhängig ist und unter
keinen Umständen eine schädliche Überladung verursacht. Der
Memoryeffekt tritt auch bei Pb, NMH und
Li-Ion-Akkus auf!
9. IRRTUM: Batteriemanagementsysteme haben keine Probleme
Batteriemanagementsysteme, nach der Methode der Kapazitätsbalance, messen
Ladestrom und Entladestrom und ergänzen die Entladestrommenge durch eine
entsprechende (100 - 140%ige) Ladestrommenge. Diese, nur auf den ersten
Blick, einleuchtende Methode kann weder die Überladung der Batterie noch den
vollständigen Entladung verhindern, da nicht festgestellt wird, wann die
Batterie wirklich voll ist. In den Pausenzeiten treten Leckströme auf und
Selbstentladung, die ebenfalls in der Ladungsbilanz erfasst werden müsste
aber auf Grund des Temperatureinflusses weitestgehend unbestimmt ist.
Ebenfalls unbestimmt und großen Exemplarstreuungen unterliegt der
Wirkungsgrad der Ladung. Zur Sicherheit muss eben überladen werden, was
gegenüber den herkömmlichen Ladeverfahren keinen nennenswerten Vorteil
bringt, weil auch hier der Akku nach einiger Zeit ausfällt. Die
Kapazitätsbalance erkennt nicht den vollen Akku
10. IRRTUM: Es gibt kein optimales Ladeverfahren
Die
herkömmlichen Abschaltkriterien verlangen Konstantstrom für die Nickel
Zellen, wogegen für Blei, Alkali-Mangan, Li-Ion Konstantspannung die Methode
der Wahl ist. Das stellt den Entwickler von portablen Geräten vor die
schwierige Entscheidung sich mehr oder weniger unwiderruflich auf ein
bestimmtes Ladeverfahren für eine vorbestimmte Batterietechnologie
festzulegen. Er hat dabei die Qual der Wahl:
Bekannte Technologie mit bekannten Problemen (und Lösungen),
oder neue Technologie mit neuen Problemen.
Timer-
und temperaturgesteuerte Ladeverfahren führen zu starker Überladung der
Akkus. Trotz gegenteiliger Beschreibung kann auch das V -Verfahren (Delta Peak) die Überladung nicht verhindern. Die Abschaltung im
Deflection Point" (2.Ableitung = 0) erfolgt zu früh wenn der Akku noch nicht
voll ist. Die spannungsgeführten Lademethoden sind überkritisch von anderen
Bedingungen (Type, Elektrolyt, Temperatur, Strom, Alterung, usw..) abhängig und
daher sehr unzuverlässig.
Charakterisierend für die derzeitigen Lademethoden
sind die sattsam bekannten Probleme unvollständig geladener, unbrauchbar
müder", oder kaputter Akkupacks, die bereits nach wenigen Wochen/Monaten
auftreten. Besitzer von Notebook's oder Handy's stellen fest, dass auch bei Batteriemanagement-systemen die Akkupack's davon nicht verschont werden. Die
reale Welt ist, mit einem ständigen Blick auf die Kapazitätsanzeige, von der
Sorge begleitet, ob das akkubetriebene Gerät die erforderliche Betriebszeit
wohl auch erreichen oder durchstehen wird.
Gibt es also wirklich keine optimale Ladetechnik?
Durch
Anwendung völlig neuer Methoden in Analogie zu lebenden Systemen
(Adaptation, Modellbildung, Musteranalyse), kann nun für alle Akkutypen
unterschiedlichster Technologie (NC, NMH, Li-Ion, Pb,..) der
100%-Volladezustand bestimmt werden. Dies wurde möglich, weil erstmals mit
Hilfe eines Wechselstromersatzschaltbildes die Vorgänge im Inneren der Zelle
(Elektrode-Elektrolyt Übergang, Innere Impedanz,) berechnet werden
(CCS-Prinzip).
Das mit dem Innovationspreis ausgezeichnete CCS Ladeverfahren (CCS=Computerized
Charging System) ist eine neue und weltweit einzigartige Methode zum Laden
von Akkus, insbesondere um ursächlich den 100% Voll-Zustand eines Akkus zu
erkennen.
Durch
komplexe Wechselstromrechnung wird der Zustand im Inneren des Akkus
bestimmt. Obwohl prinzipiell nur an den Anschlussklemmen gemessen werden
kann, wird mit Hilfe eines elektrischen Ersatzschaltbildes der Vorgang
zwischen Elektrode und Elektrolyt berechnet. Aus der digitalen Musteranalyse
dieser inneren Impedanz lässt sich mit äußerster Präzision bestimmen, wann
der Akku exakt zu 100% vollgeladen ist.
Durch
diese wissenschaftliche Methode ergeben sich gegenüber allen anderen
Lademethoden eine Reihe von Vorzügen, die im Folgenden dargestellt werden.
Akkutype:
Die
Art der Erkennung der 100%igen Ladung ist von Akkutype und -art unabhängig. Die Methode ist in genau identischer Weise und Ausführung für NC,
NMH,
Pb, LiIon, NiFe, Alkali und dergleichen anwendbar. Mit ein und demselben Ladegerät
können
Akkus unterschiedlichster Technologie geladen werden und die Festlegung der
Akkutechnologie ist unkritisch, weil ein vorhandenes CCS-Ladegerät weiterbenützt
werden
kann.
Präzision:
Die Genauigkeit
und Zuverlässigkeit ist von äußeren Einflüssen wie Temperatur,
Alterung, Exemplarstreuung usw. unabhängig!
Memory-Effekt:
Ein
Memory-Effekt tritt nicht auf! Zeitraubendes und energieschluckendes Entladen vor dem Laden ist dabei nicht nötig.
Stabilisierung:
Vom
Funktionsprinzip her, benötigt die CCS-Methode keine Stromtabilisierung. Erstmalig können Stromschwankungen aus alternativen
Energiequellen
(z.B. Solarstrom, Dynamo) ohne Stabilisierungsverluste akzeptiert werden.
Temperatur:
Untersuchungen
haben gezeigt, dass das CCS-Abschaltkriterium auch unter
extremen Temperaturbedingungen (-20° bis +70°C) ohne Einschränkung gültig
ist.
Sicherheit:
Es sind keine
zusätzlichen Schutzmechanismen wie z. B.
Temperaturabschaltung, Zeitabschaltung o. dgl. erforderlich. Selbst defekte
Zellen oder
irrtümlich eingelegte Primärbatterien werden sicher abgeschaltet.
Lebensdauer:
Mit dem Einsatz
des neuen CCS-Verfahrens wird die Lebensdauer der Akkus
auch bei extrem hohen Ladeströmen deutlich verlängert (nachweislich über
5000
Schnellladezyklen bei NC ohne nennenswerten Kapazitätsverlust = 15 Jahre
Lebensdauer). Alte und unbrauchbar "müde" Akkus werden automatisch
regeneriert.
Umwelt:
Problemlösung
durch Abfallvermeidung & Recycling
Realität:
Die o. a.
angeführten Vorteile sind nicht nur Wunschvorstellung oder graue Theorie,
sondern in Form von CCS-Ladecontroller-IC's, Modulen oder Fertiggeräten
realisiert
und seit Jahren im Einsatz.
Evaluation:
Die Funktion der
CCS-Ladetechnik ist für jedermann einfach überprüfbar. Mit
Hilfe von Evaluation-Boards kann der applikationsspezifische Einsatz der
verschiedenen Chips unter realistischen Bedingungen getestet werden. Für
Laboranwendungen wurde ein High-End Gerät, der CCS-Superlader, vorgestellt, der
nicht nur
Ladefunktionen für alle Akku-Technologien von der Knopfzelle bis zur
Autobatterie
besitzt, sondern auch alle anderen Funktionen aufweist, die der
Entwicklungsingenieur
für batteriebetriebene Stromversorgungen benötigt. Messung der
Akkukapazität, Restenergiemenge, Ladeeffizienz, Konditionierung und Regenerierung sowie
Ausheilung
der aktiven Masse sind unentbehrliche Hilfsmittel zur Beurteilung des
Akkuzustandes,
vor allem im Zusammenhang mit seiner Funktion als Stromversorger eines
bestimmten
Gerätes. Die digitalen Interfaces ermöglichen den Aufbau von
vollautomatischen Mess-
und Prüfplätzen mit entsprechender Dokumentation der Messergebnisse und
Testserien.
Verlässlichkeit:
CCS-Geräte
werden bei Anwendungen mit höchsten Anforderungen an die
Zuverlässigkeit eingesetzt und haben sich mittlerweile mehr als 100.000fach
bewährt
Erfahrung:
Die Anwendung
der neuen Erkenntnisse vermeidet praktisch alle Probleme bei
der Ladung von Akkus. Es kann damit gezeigt werden, dass die Akkus
wesentlich
besser sind als ihr Ruf und, dass vor allem die "AKKU-KILLER", d. h. die
derzeit
verwendeten, ungenügenden und laienhaften Lademethoden sind, welche die zur
Genüge bekannten Akku- und Ladeprobleme verursachen. Daher kann
zusammengefasst werden:
Es
gibt ein optimales Ladeverfahren: CCS
Verfasser: Prof. Dipl.-Ing. Dr. Gerhard Wiesspeiner
Technische Universität Graz, Institut für Elektro- und Biomedizinische
Technik
Ludwig Boltzmann Institut für Technische Lebenshilfen
Tel: ++43/316/873-7392
Fax: ++43/316/46 53 48
Email:WP@BMT.TU-GRAZ.AC.AT
Ergänzende Informationen und Unterlagen: BTI - Büro für Technologie und
Innovation
A-8010 Graz, Rudolfstraße 14, Tel.: ++43/316/32 60 31
Fax: ++43/316/38 18 08
D-82194 Gröbenzell,
von Branca Straße 6b, Tel&Fax: ++49/8142/57 4 65
P. Schneider, D-65527 Niedernhausen, Lenzenbergstr. 18, Tel&Fax:
++49/6127/58 23
|
 |
|
|
pictureland.de |
|
|