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Akku-Technologie

Allgemeine Information zum Nickel-Cadmium-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. (100Ah20A).Kurzzeitige Belastung bis zum 10-fachen der Nennkapazität sind jedoch möglich.(100Ah1.000A).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 seitlicherLage oder kopfüber betrieben werden. Der Akku sollte mindestens alle sechs Monate geladen werden, wenn er gelagertwird.

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 dieseAkkus 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. (1.5Ah3,0A).

Einsatzbereiche sind meist Handys oder Videokameras.

Der Nickel-Cadmium-Akku

Günstiges Leistungsgewicht (Watt pro Gramm) und sehr hohe Stromentnahmebei vernünftigen Preis zeichnen diesen Akku aus. So können Powerpacks kurzzeitig ( 1-2 s ) bis zum 50-fachen ihres Nennstromes liefern. (2Ah100A). Dieser Vorteil wird insbesondere für Powertools genutzt, wo kurzzeitig extrem hohe elektrische Leistung für das erreichen desDrehmoments benötigt wird.Ein weiterer Vorteil ist die lange Lebensdauer von mehr als 10 Jahren und bis zu 3.000 Lade- / Entladezyklen. Kurze Ladezeiten mit intelligentenLadegeräten sind möglich.Die Lebensdauer ist stark von der Art des Aufladens abhängig. Das beste Ladeergebnis wird mit einem Frequenzmodulierten-Impulsladestromerreicht. Durch eine dynamische Überwachung der Zellenspannung und derZellentemperatur 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 verbotenwerden.

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 (3,5Ah70A) 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 ElektrodeNi-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 3.500 mA Ni-MHRot = EY9200 3.000 mA Ni-MHGrün = EY9106 2.000 mA Ni-CdHellblau= Sanyo 2.400 mA Ni-CdBraun = Sanyo 2.000 mA Ni-Cd

Grün = 3.500 Ni-MH Panasonic EY9201Rot = 3.300 Ni-MH Makita BH 1233Braun = 3.000 Ni-MH Panasonic EY9200Blau = 2.000 Ni-Cd Panasonic EY9106

Neue Bauform nutzt vorhandenesVolumen besser aus

Lagerung im aufgeladenen Zustand verlängert dieLagerfähigkeit und erhält die Leistungsfähigkeit

moderner Ni-MH-Akkus.

Sanfter und kräftiger Motoranlauf

Motoranlauf durch4 Feldmagneten und6 Ankerpole mitdeutlich niedrigeremStrom als mit einfachenElektromotoren diemeistens nur2 Feldmagneten und3 Ankerpole haben.

Begriffsbestimmungen

Akkumulator ( Akku )(Stromspeicher)Einzelne Sekundärzelle oder Anordnung mehrerer Sekundärzellen.

Aktives MaterialAktive elektrochemische Materialien zur Herstellung der positiven und negativen Elektroden.

AnodeAktives Material Nickelhydroxid; Pluspol des Akku.

Ampere-StundenDie 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- oderEntladestrom 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.

DichtungZwischen Gehäuse und Deckel der Zelle verpresste Dichtung verhindert ein Auslaufen des Elektrolyts und isoliert das Gehäuse (-) zum Deckel (+) voneinander.

ElektrolytWässrige Lösung eines alkalischen, ionenleitenden Materials,normalerweise Kalilauge.

EntladeschlußspannungSpannung, bei der die nutzbare Entladung einer Zelle beendet ist(ca. 1,0 V pro Zelle).

EntladestromWird normalerweise als Bruchteil der Kapazität angegeben und ist das Maß, mit demder Strom aus der Zelle oder dem Akku entnommen wird.

GasabsorptionDie Fähigkeit der Kathode, das in der Zelle erzeugte Sauerstoffgas zu absorbieren.Je größer diese Fähigkeit ist, desto größer kann der Ladestrom sein.

InnendruckDer Druck in einer dichten und wartungsfreien Batterie (Akku).Am Ende des Ladevorgangs wird an der positiven Anode Sauerstoff erzeugt,so dass der Innendruck ansteigt.

InnenwiderstandDer elektrische Widerstand in der Zelle. Er verursacht einen zum Strom proportionalenSpannungsabfall in der Zelle.

KapazitätDie in einer Zelle oder in einem Akkupack zur Verfügung stehendeelektrische Energie Ah.Je höher die Entladeströme sind, desto mehr reduziert sich dieentnehmbare Kapazität.

KathodeAktives Material Cadmiumhydroxid; Minuspol des Akku.

LadestromDer Strom, mit dem die Zelle aufgeladen wird.Die Angabe erfolgt normalerweise als Bruchteil der C-Rate.

LadungsaufnahmeVerhältnis der effektiv in einem Akku gespeicherten elektrischen Ladung.

Ladungs-WirkungsgradWirkungsgrad, mit welchem die elektrische Energie in dem Akku gespeichert wird.

NennspannungDurchschnittliche Zellenspannung während der Entladung.Normalerweise bei Ni-Cd-Akku 1,2 Volt pro Zelle.

PrimärzelleZelle, in der die elektrochemische Reaktion bei der Entladung irreversibelist (nicht wieder aufladbar).

SekundärzelleZelle, in der die elektrochemische Reaktion umkehrbar ist (aufladbar).Die Lebensdauer wird in Zyklen angegeben.

SelbstentladungKapazitätsverlust einer Zelle, während sie gelagert oder nicht benutzt wird.Die Größe der Selbstentladung wird durch die Umgebungstemperatur starkbeeinflusst.

TiefentladungEntladen einer Zelle durch Entnahme von 95 % bis 100 %ihrer Nennkapazität. TrennfolieEin Material zur Trennung der aufgewickelten Elektroden (Anode/Kathode).Speichert gleichzeitig das Elektrolyt.

ÜberladungKontinuierliches Weiterladen einer Zelle, obwohl sie bereits voll ist und100% ihrer Kapazität hat.

VerbinderMetallstreifen (Lötfahnen), welche mittels Punktschweißung die einzelnenZellen verbinden. Als Material wird häufig Nickel verwendet.

ZelleEine zylindrische, in sich geschlossene Einheit aus spiralförmig aufgewickeltenpositiven (Anode) und negativen (Kathode) Elektroden, einer Trennfolie und darinenthaltenem Elektrolyt. In einer Zelle wird chemische Energie direkt in elektrischeEnergie umgewandelt. Zwei oder mehr Zellen ergeben einen Akku.

Zellen-UmpolungWird 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.

ZyklusEin einzelner Lade-/Entladevorgang einer Zelle oder eines Akkus.