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BTI ECS-Basisplatine Lytron ECS-2011 ENSTORE (55 x 100 mm)
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ENSTORE LYTRON Basisplatine BTI ECS-2011
Stromversorgung mittels Akku - ein unlösbares Problem ? Wer kennt nicht das leidige Problem mit den Batterien für unsere Funkgeräte bzw. mit den Akkus für diverse neue Waffensysteme, wie zum Beispiel bei der PAL 2000 - BILL.
Allzuoft sind die Batterien überlagert und müssen schon nach kurzer Verwendung wieder ausgetauscht werden.
Die wenigsten von uns wissen jedoch, daß meistens nur eine Zelle den Geist aufgegeben hat.
Da wir ja im Bundesheer über kein brauchbares Batterietestgerät verfügen, bleibt oft nur ein Weg übrig, man entsorgt den ganzen Satz, was beim TFF-21 immerhin 15 Zellen und beim AN/PRC-77 10 Zellen sind.
Kluge Nachschubunteroffiziere (NUO's) haben sich einen privaten Batterietester zugelegt.
Die meisten abgegebenen Batterien können so, nach einem kurzen Test, wieder weiterverwendet werden.
All diesen NUO's muß ein großes Lob ausgesprochen werden, denn sie helfen so, den nicht vermeidbaren Batterieverbrauch einzuschränken und anderseits der Umwelt, indem die Batterien auch wirklich ausgenützt werden.
Laut Aussage eines Mitarbeiters vom AWT gibt es auf dem Markt kein militärtaugliches Batterietestsystem.
Die Eigenentwicklung und Produktion ließe sich derzeit bei einem vertretbaren Kostenaufwand nicht realisieren.
Der Preis für einen zivilen Batterietester liegt ungefähr in der Höhe einer Packung Walkmanbatterien (ca. 60.-).
Allein dieses Argument sollte ausreichen, diese Investition auch privat zu tätigen, bedenkt man, daß im Normalfall, bei jedem Wechsel, nur eine Zelle wirklich leer ist.
Diese Batterietester bekommt man im guten Elektrohandel oder über Elektronikversandhäuser.
Sie besitzen auf der Seite eine Anzeigeskala und an der Frontseite einen schwenkbaren Bügel, mit welchem man diverse 1,5 Volt Batterien testen kann bzw. eine Kontaktstelle zum Testen eines 9 Volt Blockes.
Neuerdings werden auch Teststreifen mit diversen Batteriepackungen angeboten.
Diese Streifen weisen aber einen nur sehr geringen Widerstand auf, daher sollte man diese Streifen nur sehr sparsam verwenden.
Akkus
Viele von uns haben sich sicher schon gefragt, warum beim Bundesheer fast keine Akkus verwendet werden, bzw. jene, die bereits mit Akkus zu tun haben, werden diese verfluchen.
Für netzunabhängige Geräte sind Akkus grundsätzlich eine umweltfreundliche und ökonomische Lösung, wenn man sie richtig behandelt bzw. das richtige Ladegerät hat.
Der gebräuchlichste Akku-Typ ist der ,Nickel-Cadmium-Akku" (NiCd), dieser hat ,nur" 1,2 Volt, normale Trockenbatterien weisen 1,5 Volt auf..
Die Kapazität eines NiCd-Akkus ist nicht sehr hoch, bei guten Alkaline-Zellen kann man bis das 4-fache heraus holen.
Unter der Kapazität bei einer Batterie/Akku versteht man die Menge an Strom, welche man über einen gewissen Zeitraum aus einer Zelle herausholen kann.
Die Angabe 500 mAh auf der Zelle bedeutet, daß man über einem Zeitraum von einer Stunde den Strom von 0,5 A aus dieser entnehmen kann.
Ein weiterer Akku Typ ist der ,Nickel-Metall-Hydrit-Akku" (NiMH), welcher heute sehr häufig bei Notebooks und Handys Verwendung findet.
Dieser Akku Typ hat zwar auch nur 1,2 Volt pro Zelle, aber der enorme Nachteil des ,Memory-Effektes" entfällt.
Dieser Akku ist aber oft 3x bis 4x so teurer als der NiCd-Akku, jedoch hat er aber auch ca. 30..40% mehr Kapazität pro Zelle.
Als Nachteil muß aber der höhere Innenwiderstand der Zelle angeführt werden, welcher sogar so hoch ist, daß eine Verwendung in Geräten, wo es auf hohe Stromentnahme ankommt (Werkzeugmaschinen, Sender) in Zweifel gestellt werden muß!
Zudem kommt noch, daß NiMH-Akkus eine merklich höhere Selbstentladungsrate aufweisen.
Die dritte Akku Type ist der alt bewährte Bleiakku (Pb), den wir ja täglich mit uns herumführen.
Jedes Auto verfügt über einen Bleiakku, welcher zum Starten benötigt wird. Aufgrund seines Gewichtes wird er für Kleinakkus aber nur selten eingesetzt.
Der Memory-Effekt
Die gängigste Meinung über den Memory-Effekt ist, daß sich der Akku angeblich ,merkt", wenn er nicht ganz entladen wurde und danach wieder geladen wird.
Der Memory-Effekt kommt nur bei NiCd-Akkus vor.
Dieser entsteht durch ständiges Überladen der Zellen, indem die Zelle zuvor nicht ganz entladen wurde und dann wieder mit 100% aufgeladen wird.
In ein Gefäß mit 1 Liter Inhalt kann man nun mal nur 1 Liter einfüllen.
Würde man mehr einfüllen, so würde dies zu einem Überlaufen führen.
Beim Akku äußert sich dieses „Überlaufen" in Form von Erwärmung!
Denn Energie kann nicht verloren gehen, sondern nur in eine andere Form umgewandelt werden.
Durch immer wiederkehrende Überladung wird ein immer größerer werdender Teile der Elektrodenoberfläche von der Beteiligung am Laden und Entladen ausgeschlossen.
Weniger Oberfläche und weniger elektrochemisch aktive Oberfläche bedeutet aber auch weniger Kapazität.
Das ist der "gefürchtete" Memory-Effekt.
Außerdem steigert sich die Selbstentladung durch wachsende Kristallfinger aus Cadmiumhydroxid, welche die beiden Elektroden verbinden und so zu einen Kurzschluß führen.
Dies ist auch die Ursache, daß man es gerade 50x oder 100x schafft, einen Akku aufzuladen, obwohl auf dem Typenschild steht: bis zu 1000mal wiederaufladbar!
Einige sogenannte halbintelligente Ladegeräte entladen daher den Akku bevor sie ihn wieder aufladen.
Außer, daß dieses Verfahren unökonomisch ist, bedeutet dies auch einen unnötigen Zeitverlust.
Durch intelligente Ladegeräte muß man den Akku nicht erst entladen, um ihn danach wieder zu laden, das Ladegerät erkennt automatisch, wenn der Akku wirklich voll ist.
Außerdem kann durch diese Ladegeräte der Memory-Effekt verhindert bzw. meistens auch wieder aufgehoben werden, was dazu führt, daß man bereits für den Sondermüll bestimmte Akkus wieder auf Vordermann bringen kann.
Laden von Akkus
Viele Akku-Benützer verharren in der irren Meinung, daß eine Langsamladung bzw. ein Überladen (über den vorgegebenen Zeitraum hinaus laden) für den Akku besser wäre.
Für den Anwender hat man die einigermaßen brauchbare "Ladeart C/10" als quasi Betriebsvorschrift herausgegeben.
(C/10 bedeutet, daß mit einem Strom geladen wird der einem 1/10 der Nennkapazität entspricht;
Beispiel:
C sei 1900 mAh, so wird mit 190 mA geladen.
Nur wenn man sich mit dem Akku etwas näher beschäftigt, bemerkt man, daß bei einer C/10-Ladung eine eventuell auftretende Überladung den geringsten Schaden anrichtet:
Meist wird die dabei entstehende Wärme an die Umgebung abgegeben - ohne daß sich das Akku-Innere über 45° C erhitzt.
Meist deswegen, weil Akku-Packs in der Regel flach ausgeführt sind - und damit jede Einzelzelle einen genügend großen Anteil an der Kühl(ober)fläche hat.
Das ist der wahre Grund, warum man gemeinhin diese Ladeart (z.B.: 14 Stunden bei 120 mA für einen 1200 mAh Akku) empfiehlt.
Lädt man den Akku mit einem größeren Strom (z.B. 4C), so sinkt durch die beginnende Erwärmung der Widerstand des Elektrolyts - was wiederum zum Ansteigen des Stromes führt.
Schaltet man nun den Ladevorgang nicht rechtzeitig ab, so führt diese Überladung je nach gewählter Ladestromstärke früher oder später zum Ansteigen des Innendrucks und schlußendlich zum platzen dieser.
Fast alle heute erhältlichen NiCd-Akkus sind schnelladefähig!
Jedoch kann ein Akku, der nach dem vielleicht nur kurzen Einsatz beim NUO abgegeben wird, nicht mit einem "Totladegerät" (handelsübliches Ladegerät) auf Vordermann gebracht werden.
Erfahrungen von Bastlern bestätigten, daß bis zu 10-fache Ladestromstärken der angegebenen Kapazität verwendet werden können.
Einige Beispiele:
Am Akku steht 1,2 V und 750 mAh.
Lädt man nun mit 750 mA (1C=Kapazität), so wäre der Akku theoretisch nach 1 Stunde voll.
Oder man wählt eine Ladestromstärke von 3 Amp. (4 x 750 mA = 3.000 mA = 4C), so ist der Akku in nur 15 Minuten voll.
Wohlgemerkt:
Ohne sich zu erhitzen! - Die praktische Obergrenze des Ladestroms wird eigentlich nur durch die Bauweise des Akku-Packs bestimmt.
Schwach ausgebildete Zellenbrücken oder billig verarbeitete Akku-Packs (hohe Übergangswiderstände) sind Gründe für oft unzulässige Erwärmung während des Ladevorganges.
Genauso sind Batteriehalterungen, die man mit Einzelzellen befüllen kann, nicht, oder nur selten für eine Schnelladung geeignet.
Erhitzte Zellenbrücken aus Stahldraht schmelzen die Kunststoffwände des Gehäuses in wenigen Minuten durch!
Der aufmerksame Leser wird die Frage stellen:
Warum muß man einen Akku länger als die errechnete Zeit (t=C/I) laden? - Nichts ist vollkommen - so auch ein Akkumulator nicht!
Durch Verluste bei der Umwandlung von elektrischer in chemische Energie (und wieder zurück) muß man ca. 20% mehr hineinpumpen als man heraus bekommt.
Oder mit einem technischen Begriff ausgedrückt:
Der Wirkungsgrad eines Akkus ist nie 100%, sondern in der Gegend von etwa 80% (je nach Herstellungsqualität) anzutreffen.
Gilt nicht für ECS-Akku-Lader
Intelligente Akkuladesysteme
Bereits in den 40er-Jahren hat man durch "Pulsladung" versucht, die Speicherschwäche von Akkus zu umgehen bzw. aufzuheben.
Was ist Pulsladung?
Durch kurze, relativ hohe, Stromimpulse kann das Rückwandeln der Metalloxide beschleunigt und die zuvor genannten Kristallformationen zerbrochen und damit wieder im Elektrolyt gelöst werden.
Der Memory-Effekt wird wieder aufgelöst.
Die Entwicklung in diesem Bereich ging aber nur sehr langsam weiter.
Erst in den letzten Jahren werden intelligente, von Mikroprozessoren gesteuerte Chips modernster Art als sogenannte "Ladeprozessoren" angeboten.
Noch wenig bekannt und noch viel weniger eingesetzt, schlummert diese „high sophisticated" Technik unter so profanen Dingen wie Glühlampen, Dioden, Widerständen oder Transistoren in den Läden des einschlägigen Handels -
Ein österreichisches Schicksal?
Eines dieser Ladeverfahren wurde von der Technischen Universität Graz entwickelt, das die ganze Misere mit den Akkus, die heute nahezu überall, wenn auch nicht mit durchschlagendem Erfolg, verwendet werden, beenden könnte:
Das ECS (Electrode Specific Charging System).
Dieses Ladesystem schlägt wahrscheinlich alle Fliegen mit einer Klappe:
* Für alle Akkusysteme einsetzbar (NiCd, NiMH, Pb, Lithium-Ion
* Impulsladung (bis 10 kHz)
* Kontrolle der Zellenspannung (in den Impulspausen)
* Kontrolle der Zellentemperatur (mittels Temperaturfühler)
* Anpassung des Ladestroms an die Akkueigenschaften
* Ladezeitoptimierung (schonende Schnelladung)
* immer 100%-Ladung unabhängig vom vorherigen Ladezustand des Akkus
* Ladeprozeß jederzeit abbrech- und wiederaufnehmbar
* Heilung" von schlecht behandelten, müden Akkus
* Abbau und Verhinderung des Memory-Effektes
* Enorme Verlängerung der Akku-Lebensdauer
Diesen Ladeprozessor erhält man als Bausatzplatine, fertig bestückt bis auf die Bauteile, die man gemäß eigenen Ladewünschen wählen kann,
um nur öS 790.- für Bastler.
Wer nicht zuviel löten möchte, der kann sich ein fast fertiges System um ATS 2.000.- zulegen.
Es fehlen zum ungetrübten Ladegenuß nur noch ein entsprechender Transformator mit Gleichrichtung und Siebung sowie ein passendes Gehäuse und einige wenige Bedienelemente wie Schalter etc.
Wer überhaupt nicht löten möchte (kann), kann sich Fertiggeräte beschaffen, abschreckend ist jedoch der hohe Preis:
So kosten Universalladegeräte schon einige Tausender.
Als Alternative bieten sich hier Fertiggeräte an, welche bis zu 4 Mignon-(BA-58)/Microzellen (ca. ATS 850.-) oder 2 Babymono oder einen 9V-Block (ca. 1450.-) aufnehmen können.
Je nach Gerätetyp kann man das Ladegerät am 230 Vac Stromnetz oder am Kfz-Bordnetz betreiben.
Am Rande sei noch bemerkt, daß mit dem ECS sogar Alkaline-"Einweg"-Zellen etwa 50 bis 100 mal wiederaufladbar sind!
Die Rentabilitätsrechnung
Bei einem durchschnittlichen Batterieverbrauch von 56 Stück DURACEL Mignonzellen pro Woche kommt man auf insgesamt rund öS 1.000,-/ Woche ( Preis pro Packung ca. 72.-).
Die Gesamtkosten für ein Selbstbau-ECS-Universalladegerät belaufen sich zwischen 2.000.- bis 3.000.-.
Die Anschaffung von 4 Sätzen ä 4 Stück NiCd-Akkus (BA-58-Größe) mit 750 mAh Kapazität kostet ca. öS 480.- (etwa 30.- / Stück).
Bei diesem angenommen Batterieumsatz (entspricht dem täglichen Betrieb eines modernen Handfunkgerätes) wäre die Amortisation innerhalb eines Monats gegeben!
Seitens der Entwickler des ECS wurde eine Lebensdauer von minimal 7.000 bis wahrscheinlich 10.000 Lade-/Entladezyklen für qualitativ gute NiCd-Akkus angegeben!
In Weiterführung des obigen Beispiels wäre bei einer Ladung/Entladung pro Tag von allen 4 Akkusätzen ein Zeitraum von über 20 Jahren zu erreichen.
- dies ist wohl auch der Grund, warum man über diese Ladessystem nur sehr wenig hört bzw. sie auch nur in wenigen Geschäften bekommt.
Die Industrie hat sicher kein Interesse am Rückgang des Batterieumsatzes.
Das bedeutet, daß sich die Kosten zum Betrieb von NiCd-Akkus mittel- bis langfristig auf die reinen Stromkosten reduzieren würde.
Für das Bundesheer würde sich ein weiterer Faktor sehr positiv auswirken:
Durch den Ladeprozessor erreicht mann eine rasche und 100% Einsatzbereitschaft der Akkus.
So zum Beispiel könnte mann den Akkupack des PRC-2200 mit einem angepaßten Ladegerät in einer Viertelstunde wieder aufladen !!!
Da man den Prozessor für die verschiedenen Akkupacks fix einstellen kann, ergibt sich auch die sichere (soldatentaugliche) Handhabung dieses Systems.
Wo liegt der Haken an dieser Sache ?
Ich betreibe seit mehreren Jahren das Vorgängermodell CCS (Computer Charging System), welches ebenfalls von der TU GRAZ entwickelt wurde.
Als besonderen Erfolg betrachte ich die Reaktivierung meines Notebookakkus, konnte ich ihn zuletzt nur mehr wenige Minuten nutzen, so schafft er mittlerweile wieder über eine Stunde Nutzungszeit.
Ich habe bei der MIM _96 versucht, auf dieses System aufmerksam zu machen, man teilte mir hierzu mit, daß man bereits seit 1991 mit der TU GRAZ zusammenarbeite, aber bis jetzt noch zu keinem brauchbaren Ergebnis gekommen sei.
Meine Befürchtung geht aber in eine andere Richtung.
Da ich und auch andere die in diesem Bereich schon länger "forschen" bzw. mit diesen Systemen sich beschäftigen noch keine Nachteile entdecken konnten, bleiben nur Vermutungen offen:
Einerseits dürfte das fehlende Verständnis für diese Sache in den Entscheidungstellen des Heeres dafür verantwortlich sein und andererseits die Interessen der Industrie.
Da das Bundesheer ja einen Großabnehmer für Batterien darstellt, kann man sich vorstellen, daß gewisse Industriebetriebe keine Freude haben, wenn das Bundesheer auf dieses System umsteigen würde.
Es wird nun die Frage auftauchen, warum man darüber so wenig hört und liest, wenn dieses System so gut sein soll.
Hier gibt es nur eine Antwort:
Die Macht, welche hinter der Batterieindustrie steckt, ist derartig gewaltig, daß sich den Kampf mit dieser keine (Klein)Firma leisten kann - so wie sich derzeit kaum Alternativtreibstoffe durchsetzen lassen.
Jeder Staat ist natürlich auch "erpressbar", es geht ja schließlich auch um Arbeitsplätze die dabei verloren (oder umgeschichtet ?) werden.
Daher bleibt wohl nur die Möglichkeit, von der Basis her Druck zu machen.
Mein Ziel mit diesem Artikel ist es, möglichst viele Kaderangehörige über diese Möglichkeit der Ladetechnik zu informieren und zu bitten, in ihrem eigenen Bereich diese Idee weiterzuverbreiten.
Der eine oder andere wird sicher auch eine Möglichkeit für den privaten Bereich erkennen und sich ein solches Ladesystem anschaffen.
Letztendlich hat jeder Haushalt einen Bedarf an Batterien bzw. Akkus und wer die Vorteile dieses Systems praktisch ausgetestet hat, wird die Idee auch weitertragen. Im militärischen Bereich kommt aber in den nächsten Jahren ein noch viel größerer Brocken auf uns zu. Einerseits ist mit der generellen Zunahme von elektrischen Geräten zu rechnen (GPS, Nachtsichtferngläser, Gefechtsfeldsensoren, etc.) und andererseits steht uns die Ablöse der gesamten Funkausstattung bevor.
Dieser Weg ist nicht aufzuhalten, da die Funkausstattung bereits seit Jahren an der Grenze des Vertretbaren ist.
Unsere jetzigen Geräte, speziell im UKW Bereich, entsprechen schon längst nicht mehr den Anforderungen einer modernen Armee.
Auch die Zunahme von Auslandseinsätzen (Schlagwort: Interoperabilität) und die internationale Zusammenarbeit machen einen Umstieg auf moderne Geräte zwingend erforderlich.
Die meisten neuen Geräte sind schon standardmäßig mit Akkus ausgestattet.
Das Problem liegt aber bei den Ladegeräten.
Wenn man da Zahlen hört, daß ein Ladegerät fast das Doppelte vom Funkgerät kostet, dann muß doch irgendwo etwas falsch laufen.
Eine militärische Lösung kostet nun mal im Normalfall das Doppelte von der zivilen Ausführung, aber wenn dann noch ein "Totladegerät" um einen Horrorpreis angeboten wird, dann übersteigt das wohl jede Grenze, denn hinter der Etikette steckt oft nur eine Schwindellösung (z.B. Akkuladegerät ZÜ !).
Batterien werden wir uns sicher nie ganz ersparen können, aber man kann den Verbrauch wesentlich einschränken.
Gerade in der Zeit der Sparpakete und des Umweltschutzes sollte uns das ein Anliegen sein, nicht zu letzt bezeichnen wir uns immer wieder als die (Umwelt)schule der Nation.
Tip Akku-Packs aus Videokameras oder ähnlichen Geräten "sterben" meistens durch Inhomogenität innerhalb des Packs.
Durch Entladung des Akku-Packs mit 50 Ohm pro Zelle bis auf die Klemmenspannung 0 (,NULL") für 24 Stunden
und anschließender Ladung mittels ECS (eventuell sind mehrere Lade-/Entladezyklen erforderlich) kann dieses (meist teure) Akku-Pack nicht nur gerettet,
sondern für die Zukunft (10 Jahre und mehr) aktiv erhalten werden.
Anmerkung der Redaktion:
Der vorliegende Beitrag, der von einem Bundesheeroffizier dankenswerterweise im Zeitraum seiner Dienstprüfung erstellt worden war, wurde redaktionell etwas gekürzt.
Dem Verfasser, Herrn Leutnant Saurugg sei aber trotzdem für seine Ausarbeitung gedankt.
Quelle:
Leutnant Herbert Saurugg
http://oedv.at/news/1997/0197a.htm www.oedv.at/news/1997/0197a.htm http://www.bticcs.com/pub.htm http://www.bticcs.com/pub/D+e96.pdf
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Stromversorgungen
Lang lebe ihr Akku
Wie das Ladegerät Lebensdauer und Leistung des Akkus beeinflusst
Wenn Ihr Akku zu früh schlapp macht oder eine enttäuschende Leistung bringt, könnte dies am Ladegerät liegen.
Zu hohe Temperaturen beim Laden und eine falsche Erhaltungsladung sind die häufigsten Ursachen für das vorzeitige Aus.
Damit das Akkupack vollen Ladezustand erreicht und lange lebt, gilt es nicht nur schon beim Kauf eines Ladegerätes, sondern auch beim Ladevorgang grundlegende Dinge zu beachten.
Verlässlichkeit und Lebensdauer eines Akkus werden größtenteils von der Qualität des Ladegerätes bestimmt.
Doch erstaunlicherweise wird dem Ladegerät im preisoptimierten Markt ein relativ niedriger Stellenwert eingeräumt.
Dabei lohnt sich die Anschaffung eines qualitativ hochwertigen Ladegerätes, wenn der Anwender seinem Akku zu längerer Lebensdauer und verbesserter Leistungsfähigkeit verhelfen will.
Zudem beeinflussen entsprechende Lademethoden von Nickel-Metallhybrid-(NiMH-) und Nickel - Cadmium- (NiCd-) sowie Lithiumionen- (Li-lon-) Akkupacks die Akkuleistung ganz wesentlich.
Besonderes Augenmerk gilt während dem Ladevorgang der Temperatur.
Da zu hohe Temperaturen die Lebensdauer des Akkus verkürzen können, darf sich ein Akku beim Laden nicht zu stark erwärmen.
Das gilt z.B. für Li-lon-Akkus.
Stellt der Anwender beim Laden eine erhöhte Temperatur fest, bedeutet dies, dass entweder der Akku oder das Ladegerät defekt ist.
Dagegen lässt sich beim Laden eines Nickel-Akkus eine gewisse Erwärmung nicht vermeiden.
Hier ist der Temperaturanstieg in der Ladeendphase am höchsten und sinkt wieder ab, sobald auf Erhaltungsladen übergegangen wird, um letztlich wieder Raumtemperatur zu erreichen.
Liegt die Akkutempe-ratur jedoch nach ein paar Stunden Erhaltungsladen immer noch deutlich über der normalen Raumtemperatur, ist das Ladegerät nicht korrekt eingestellt.
Dann sollte man den Akku schleunigst vom Ladegerät nehmen, wenn man nicht Gefahr laufen will, seinen Akku zu beschädigen.
Akkus vertragen nicht jede Temperatur beim Laden.
Wiederaufladbare Akkus lassen sich innerhalb eines relativ breiten Temperaturbereiches einsetzen.
Das bedeutet jedoch nicht, dass sie auch innerhalb dieses Bereiches geladen werden können.
Während man extreme Betriebstemperaturen oft nicht beeinflussen kann, bestimmt der Anwender den Zeitpunkt, wann geladen werden soll, selbst.
Und dies sollte man möglichst bei Raumtemperatur tun, da vor allem kommerziell erhältliche Akkus nicht bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt geladen werden dürfen. Für Nickel-Akkus eignet sich eine Schnellladung zwischen 10 und 30 °C. Sinkt die Temperatur unter 5 °C kann sich die Fähigkeit zur Rekombination von Sauerstoff und Wasserstoff stark reduzieren und der resultierende Druckaufbau zum Ventilieren der Zelle führen. Zu hohe Temperaturen wiederum beeinträchtigen das Aufnahmevermögen der Nickel-Akkus. Beispiel: Ein Akku, der bei Raumtemperatur geladen wird, erreicht einen Ladezustand von 100%, wogegen er nur zu 70% geladen ist, wenn das Laden bei 45 °C erfolgt. Dieses Verhalten erklärt beispielsweise die schlechte Leistung von Fahrzeugladegeräten im Sommer. Anders die Li-Ion-Akkus. Sie lassen sich im gesamten Temperaturbereich recht gut laden — sieht man, wie oben angesprochen, vom Laden bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes ab. Lädt der Anwender z.B. bei unter 5 °C, sollte der Wert der Laderate 1 C nicht überschreiten. Die Laderate C ist der auf die Kapazität des Akkus bezogene Lade- oder Entla-destrom. Bei einer Laderate von 1 C wird ein Akku in einer Stunde aufgeladen. Bei einem Akku mit beispielsweise 0,5 Ah Kapazität würde 1 C einem Ladestrom von 0,5 A entsprechen. 
Ladestufen eines Li-lon-Akkus:
Ein höherer Ladestrom hat keineswegs eine kürzere Ladezeit zur Folge. Obwohl die Spannungsspitze schneller erreicht wird, dauert der Auffüllladevorgang länger.
Darauf sollten Sie beim Akkuladen achten
■ Ein Ladegerät für Nickel-Metallhybrid-(NiMH-)Akkus lässt sich auch für Nickel-Cadmium-(NiCd-)Akkus einsetzen.
Umgekehrt jedoch nicht, denn ein speziell für NiCd-Akkus konzipiertes Ladegerät wird NiMH-Akkus überladen.
■ Nickel-Akkus bevorzugen eine schnelle Ladung.
Dadurch kann die Kristallbildung, der so genannte Memory-Effekt, eingeschränkt werden.
■ Weil Nickel- und Lithium-Akkus unterschiedliche Ladeverläufe erfordern, sollten sie nicht am gleichen Ladegerät aufgeladen werden. ■ Bleibt ein Akku längere Zeit unbenutzt, sollte ihn der Anwender nicht fortwährend in Erhaltungsladung lagern.
Oftmals genügt vor dem erneuten Gebrauch eine kurze Auffüllladung.
Hersteller empfehlen, neue Nickel-Akkus über 24 Stunden langsam zu laden, damit jede Zelle eine andere Selbstentladungsstromstärke aufweist.
Beim langsamem Laden werden alle Zellen eines Akkupacks auf den gleichen Ladezustand gebracht.
Zudem schließen sich durch eine verzögerte Ladung die möglichen Trockenstellen an den Separatoren wieder, die als Folge der Schwerkraft bei langer Lagerung entstehen können.
NiMH-Akkus eher schnell als langsam laden
Bei NiMH-Akkus ist jedoch Vorsicht geboten. Ladegeräte für NiMH-Akkus sind den Ladegeräten für Nickel-Cadmium- (NiCd-)Akkus ähnlich.
Allerdings benötigen sie eine kompliziertere Elektronik, um bei Vollladung abzuschalten und die richtige Erhaltungsladung aufrecht zu erhalten.
NiMH-Akkus sollten daher eher schnell als langsam geladen werden.
Durch kurzzeitiges Überladen lässt sich bei NiMH-Akkus eine höhere Endkapazität erreichen als bei einer weniger aggressiven Ladung. Bei einem guten Akku schlägt dies mit etwa 6% zu Buche.
Nachteil:
Dieser Gewinn verringert die Lebensdauer. So ist das Akkupack bereits nach 300 Betriebsintervallen aufgezehrt statt nach 350 bis 400 Intervallen.
Weil NiMH-Akkus Überladungen schlecht vertragen, muss die Erhaltungsladung bei einer Laderate von 0,05 C liegen und damit geringer sein als dies
z.B. bei NiCd-Akkus der Fall wäre.
Darin liegt übrigens auch der Grund, warum NiCd Ladegeräte nicht für NiMH-Akkus genutzt werden dürfen.
Bei C-Werten von 0,1 bis 0,3 C ist der Verlauf von Spannungs- und Temperaturkurve ungewiss.
Somit können diese Verlaufswerte nicht zur Bestimmung des Ladeendzustands herangezogen werden.
Die Ladeüberwachung muss dann zeitgesteuert erfolgen.
Die Crux ist wiederum, dass ein voller oder halbvoller Akku, der mit einer festen Zeiteinstellung geladen wird, dabei überladen und letztlich beschädigt wird.
Das gleiche gilt für alte Akkus, die nur noch 50 Kapazität aufweisen.
Ferner sollte man berücksichtigen, dass sich trotz Überladung ein NiMH-Akku kalt anfühlen kann. Kein Ladegerät kann alte Li-lon-Akkus verjüngen Während Ladegeräte für Nickel-Akkus strombegrenzend sind, sind Li-Ion-Lader spannungsbegrenzend. Für Li-Ion-Zellen schreiben die Hersteller sehr präzise Ladeverfahren vor. Ein „superschnelles" Laden ist deshalb nicht möglich. Ebenso wenig gibt es für die Lithium-Chemie Ladegeräte, die alte Akkus verjüngen oder die Lebensdauer verlängern. Ist eine bestimmte Spannung eingetreten und der Strom auf einen konstanten niedrigen Wert abgesunken, ist der volle Ladezustand erreicht. Ein höherer Ladestrom verringert die Ladezeit nur unwesentlich. Obwohl die Spannungsspitze mit einem höheren Strom schneller erreicht wird, dauert die Auffüllladung länger. Die Grafik zeigt den Spannungs-und Stromverlauf beim Laden eines Li-Ion-Akkus mit den Ladestufen 1 und 2. Einige Ladegeräte wollen Li-Ion-Akkus angeblich in einer Stunde laden können. Nachteil: Solche Geräte lassen die Stufe 2 aus und melden einen vollen Akku, wenn die Ansprechspannung am Ende der 1. Stufe erreicht wird. Der Ladezustand beträgt dann aber erst 70%. Die Auffüllladung dauert normalerweise doppelt so lange wie die Anfangsladung. Weil auch Li-Ion-Akkus keine Überladung vertragen, arbeiten die entsprechenden Ladegeräte ohne Erhaltungsladung. Andernfalls käme es zu einer Beschichtung mit dem Lithiummetall, wodurch die Zellen instabil würden. Stattdessen wird die geringe Selbstentladung über den Akku und den Schutzkreis durch eine kurze Auffüllladung ausgeglichen. Akkuabhängig können Auffüllladungen alle 20 Tage erforderlich sein. Diese Auffüllladung wird normalerweise ausgelöst, wenn die Leerlauf-spannung auf 4,05 V/Zelle abfällt. Bei 4,20 V/Zelle schaltet sie sich wieder aus. Im normalen Spannungsbereich lassen sich Li-lon-Akkus gefahrlos betreiben. Bei höheren Spannungen werden sie allerdings instabil. Wird eine Zelle über 4,30V aufgeladen, setzt sich Lithiummetall auf der Anode ab; die Kathode wird zum Oxidationsmittel, verliert ihre Stabilität, gibt Sauerstoff ab und die Zelle wird beim Überladen warm. Über(ent)laden bei Li-lon-Akkus vermeiden Um Li-Ion-Akkus sicher zu betreiben, sollte man Über- und Überent-Laden vermeiden. Kommerziell erhältliche Li-Ion-Akkupacks verfügen über einem Schutzkreis, der verhindert, dass die Spannung beim Laden zu sehr ansteigt. Die obere Ansprechspannung beträgt normalerweise 4,30 V/Zelle.; Der Ladevorgang schaltet sich ab, wenn die Temperatur 90 °C erreicht. Viele Akkus verfügen über zusätzliche Druckschalter auf den Zellen, die den Ladestrom dauerhaft abschalten, sofern der Ansprechdruck erreicht ist. Ausnahmen bilden einige Spinellpacks (Mangan) mit einer oder zwei kleinen Zellen. Auf ähnliche Weise wie Li-lon-Akkus werden Li-Ion-Polymer-Akkus geladen. Diese Akkus verwenden jedoch ein geliertes Elektrolyt, um die Leitfähigkeit zu erhöhen. Mit Blick auf die Qualität eines Ladegerätes sei noch bemerkt, dass billige Ladegeräte oft nicht den vollen Ladezustand erreichen. Es kommt zu einem „Täuschungseffekt", denn die Ladeenderkennung spricht möglicherweise sofort bei Erreichen der Spannungsspitze oder einer Ansprechtemperatur an. Die Verkaufsargumente für jene Geräte sind die kurze Ladezeit und ein günstiger Preis. Auch einige der „Superschnelllader" erreichen nicht den vollen Ladezustand.
http://batteryuniversity.com/learn/
Quelle:
ELEKTRONIKPRAXIS NR. 16 - 27. August 2002 Seite 106..110
Isidor Buchmann
Isidor Buchmann ist Gründer und Geschäftsführer der
Cadex Electronics Inc.
Richmond/Vancouver, Kanada.
https://ca.linkedin.com/in/isidor-buchmann-32500320/de
http://www.cadex.com/de/about-cadex
[email protected]
604-231-7777 ext. 306 Was begrenzt die Betriebszeit eines Akkus? Isidor Buchmann Cadex Electronics Inc. [email protected] www.buchmann.ca Edited May 2001
281_c_Buchmann-x_Was begrenzt die Betriebszeit eines Akkus - Impedanz_1a.pdf
281_c_Buchmann-x_Akku-Geheimnis gelöst - Handy-Akkus_1a.pdf
281_c_Buchmann-x_Welcher Akku hält länger - NiCd NiMH Li-Ion_1a.pdf
Akkupraxis - Akkus in der Praxis
Akkumulatorenpraxis - Akku-Grundwissen - NiCd NiMH Blei Pb Li-Ion Li-Ion-Poly 
281_c_Buchmann-x_AkkumulatorenPraxis +++ Akku-Grundwissen § LM358 BS250 IRFZ44N BRX45 IRF540_1a.pdf
Ladegeräte, Akkupfleger
www.batteryuniversity.com www.buchmann.ca www.panasonic.com/industrial/battery/oem/images/pdf/Panasonic_NiMH_Overview.pdf www.yuasa-battery.co.uk/ www.gpbatteries.com/html/front/index.html www.kokam.com/english/index.html www.eflight.ch www.ife.ee.ethz.ch/~zinniker/batak www.a123systems.com SBS = Kommunikationsstandard für Geräte mit ihrer Batterieelektronik: www.sbs-forum.org Buch Netz- und Ladegeräte selbst gebaut von DJ3RW (USKA-Warenverkauf Fr. 36.-- DIN A4 ausdrucken
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