Letzte Aenderung dieser Seite : 04 November 2007

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 wir, die Begriffe rund um die Akkus verständlich zu erläutern
und Tips für den optimalen Einsatz zu geben.

• Nickel-Cadmium

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.

Auch bei sehr niedrigen Temparaturen können Ni-Cd noch eingesetzt werden.

Nickel-Cadmium Akkus müssen mit konstantem Strom geladen werden.

Schaltungstipp: Einfache, aber bewährte Ladeschaltung für unterwegs

• Nickel-Metallhydrid

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-MH Akkus heute bis zu 80% mehr Kapazität. Zudem sind sie leichter als vergleichbare Ni-Cd Zellen.

Nachteilig ist, dass Ni-MH Akkus nicht bei sehr niedrigen Temparaturen eingesetzt werden können. 

Schaltungstipp: Einfache, aber bewährte Ladeschaltung für unterwegs

Moderne Ladegeräte im Profifunk (z.B. für Motorola GP320/340/360 und 380) erkennen durch einen Chip, eingebaut im Akku, den Akkutyp und den benötigten Ladestrom. Als Nebeneffekt ergibt sich, fast wie bei den Tintenpatronen, eine erhöhte Schwierigkeit für Drittanbieter, eigene und sogenannte kompatible Akkus anzubieten.

• Lithium-Ionen

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. Die Ladezeit ist jedoch länger als bei schnellladefähigen NC und NiMH Zellen.

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.

Sehr tiefe und hohe Temparaturen wirken sich bei Lithium-Ionen Akkus schädlich auf die Lebensdauer aus.

Moderne Ladegeräte im Profifunk (z.B. für Motorola GP320/340/360 und 380) erkennen durch einen Chip, eingebaut im Akku, den Akkutyp und den benötigten Ladestrom. Als Nebeneffekt ergibt sich, fast wie bei den Tintenpatronen, eine erhöhte Schwierigkeit für Drittanbieter, eigene und sogenannte kompatible Akkus anzubieten.

• Lithium-Polymer

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. Solche Akkus lassen sich auch sehr flach herstellen.

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

Schaltungstipp: Automatische Ladeschaltung für 12V Bleiakkus
                         Beschreibung zu Ladeschaltung

Die moderne Ausführung (Blei-Gel) unterscheidet sich zum normalen Bleiakku durch den eingedickten Elektrolyten (Gel)

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 Ueberladung ist nicht möglich.


Eine "Schnelladung" 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.    

Intelligente Ladeschaltungen können z.B. mit folgenden IC's realisiert werden:

Weitere Infos dazu in den Hersteller-Applikation Notes

Texas-Instruments:

BQ2000xx            Universallader NiCd/NiMH /Lion mit Peak-Spannungsüberwachung und sleep-Mode
BQ2002xx            Schnelllader für NiCd / NiMH -dV/dt Ueberwachung und Ladeerhaltung
BQ2004xx            Schnelllader für NiCd / NiMH mit PMW Controller und automatischer Vorentladung
BQ2057                Lion-Ladeschaltung mit Ladezustandsanzeige für 1 - 2 Zellen

Maxim: www.maxim-ic.com

MAX712               Schnelllader für NiCd / NiMH für 1 -16 Zellen, -dV / dt und Timermodus
MAX713               Schnelllader für NiCd / NiMH für 1 -16 Zellen, -dV / dt und Timermodus

Diverse:

U2400B               Ladekontroller mit Entladung und Zeitsteuerung / Temparaturüberwachung
ICS1700              Reflexlader



Schaltungstip:   Einfache, aber bewährte Ladeschaltung  mit Spannungswandler für unterwegs

Weitere Schaltungen finden Sie unter dem Kapitel Elektronik bei www.funkcom.ch

Modifikationen kommerzieller Ladegeräte  SE140/SE160 für Notstrom-Betrieb


Technische Daten/Datenblätter für alle, die mehr wissen möchten gibt es als download z .B. bei www.contrel.com

Bitte geben Sie allfällige defekte Akkus an einer beliebigen Verkaufsstelle zurück.
Die Entsorgungsgebühren wurden bereits beim Verkauf entrichtet (vorgezogene Entsorgungsgebühr)

Keinesfalls dürfen nicht mehr gebrauchte Akkus mit dem Hausmüll/Kehricht entsorgt werden.

• Kapazität

Die einem Akku "entnehmbare" Energiemenge bezeichnet man als Kapazität.
Kapazität wird gemessen in Ah (Amperestunden) oder mAh. 1 Ah = 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 entnehmbare 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.

• Selbstentladung

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.

Bei Bleiakkus wird die Selbstentladung oft aus Marketingründen mit 0.15 % /Tag angegeben. Dies sieht natürlich optisch
wesentlich besser aus als 4,5 % / Monat...

• Akku-Lebensdauer

Bei idealer Behandlung kann ein Akku die angegebenen Werte gemäss Tabelle erreichen.
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.

• Memory-Effekt

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.

• Wirkungsgrad

Der Wirkungsgrad definiert das Verhältnis zwischen Lademenge und Entlademenge.

Bei 100 % Wirkungsgrad würde die gesamte geladene Energie zur Verfügung stehen.

Die Energiedichte definiert, wieviel 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 .

• Lade-Entladeparameter

Diese Parameter definieren, für welchen Zweck die jeweiligen Akkutypen speziell geeignet sind.
Es wird ein entsprechendes, geregeltes Ladegerät vorausgesetzt (kein Billig-Lader).

Nickel-Cadmium und Nickel-Metallhydrid müssen mit Konstantstrom geladen werden

Lithium-Ionen und Lithium-Polymerakkus besitzen eine integrierte Elektronik und werden mit Konstantstrom / Konstantspannung geladen.

Bleiakkus werden mit Konstantspannung geladen, der Ladestrom wird durch den Akku geregelt.

+        möglich, nicht unbedingt empfohlen
++      gut geeignet
+++   optimal (empfohlen)

Entladung mit hohem Strom (Beispiel: +3C) bedeutet, dass eine Entladung bei einer Akkukapazität von 1Ah mit max. 3 facher
Stromdichte (also 3 x 1A(h)) empfohlen ist.

• Tiefentladung

Wird ein Akku nach Auftreten des Batteriealarms weiterbetrieben, so kommt es zu einer
sogenannten 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.

Schaltungstip: Einfache, aber bewährte Ladeschaltung  mit Spannungswandler für unterwegs

• Schnelladung von Nickel-Cadmium / Metallhydrid Akkus

Durch Verzehnfachung des Ladestromes kann die Ladezeit auf ca. 1,4 - 1,6h herabgesetzt werden.
Die Schnelladung bedingt jedoch, um Schäden am Akku zu vermeiden, eine Betriebstemparatur
zwischen 10 und 35 Grad.

Ideale, intelligente Schnelladegeräte überwachen daher dauernd die Zellentemparatur 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 Schnelladung zu entladen oder nur entladenen Akkus schnell zu laden.