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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
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Innovation
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