Blei (Pb), Blei-Gel und Blei-Vlies Säure-Akkus werden immer mit einer konstanten Spannung geladen und der Strom wird i.R. auf 1/10 der Akku Kapazität begrenzt. Der Strom sinkt zum Ladungsende automatisch bis auf einen geringen Erhaltungsstrom ab. Dieses hängt vom Ladestrom ab und kann bis zu 16 Stunden betragen. Es werden gerne Blei Gel-Akkus eingesetzt, wo es auf ene lageunabhängig ankommt. Das Elektrolyt besteht aus einer Paste, dem Gel und hat somit eine gewisse Steifigkeit. Trotzdem sollte man sie nicht über Kopf betreiben, da sich im Deckel einer jeden Zelle ein Sicherheitsventil in Form eines Gummiplättchens oder einer Gummitülle befindet. Hier kann sich dann doch einmal etwas Flüssigkeit ansammeln, die bei einer Temperaturänderung austreten würde. In einigen Akku-Typen werden Vlieseinlagen verbaut, während in anderen Kastenplatten installiert werden. Ein echter Gel-Akku, aufgebaut mit Kastenplatten, ist tiefendladungssicher. Dieser Akku-Typ ist teurer, aber dafür unkritischer im Modellbaubereich einzusetzen.
Man unterscheidet zwischen Akkus für den USV Bereich (ständig unter Erhaltungsladung, nicht zyklenfest) und diejenigen für den Wechselbetrieb im Hobby und Modellbaubereich (zyklenfest). Hierzu sind unbedingt die Datenblätter der Akku Hersteller heranzuziehen. Blei-Gel wie auch Blei- Vlies können als Zyklenfest deklariert sein. Bleisäure-Akkus für PKW's sind Starter-Akkus, die speziell für den kurzzeitigen Startvorgang des Verbrennungsmotors konstruiert sind, können sofort von der Lichtmaschine mit einen sehr hohen Ladestrom (~30A) beaufschlagt werden. Natürlich lassen sich viele Akkus, u. U. auf Kosten ihrer Lebensdauer, "zweckentfremden". Übrigens, Regeneriersversuche aller Art, sind bei meinen Versuchen mehr oder weniger fehlgeschlagen. Es ist Schade um die vergeudete Zeit. Man kann dabei Glück haben aber meistens eben nicht. Ein bei sommerlichen Temperaturen schon schwächelnder Starterakku streikt spätestens nach dem ersten Nachtfrost und -frei nach Murphy- oftmals auch noch gerade dann, wenn man es am wenigsten gebrauchen kann. Refresher, Impulser und wie sich die ganzen Wundermittel aus der Elektronikkiste nennen, dienen meistens nur dem Hersteller. Bei dem Preis hätte man bequem einen neuen Akku erwerben können. Wer bei Blei Gel oder Vlies Wasser oder gar Säure nachfüllt erntet früher oder später vom Fachmann nur noch Hohn und Spott. Verbraucht ein Säure-Akku durch Ausgasung Wasser, so ist dieser bereits tot. - Die Physik/Chemie lässt sich nun mal nicht überlisten ;-)
NiCD Nickel-Cadmium Akkus werden schonend mit einem Konstantstrom, der 1/10 der Akku Kapazität entspricht geladen. Die Spannung ist hierbei unwichtig. Sie dient bei einer Delta Peak Überwachung lediglich als Schaltkriterium. ( Eine Temperaturabschaltung ist manchmal sicherer und einfacher zu realisieren. 45 °C sollten jedoch nie überschritten werden. ) Nicht jede dieser Zellen-Art zeigt ein sicheres Delta-Peak Veralten. Vor allem die unbekannten billigen Zellen sind mit Vorsicht zu genießen. Einige dieser Zellen haben einen sehr geringen Innenwiderstand (Ri) und eignen sich daher hervorragend für Hochstromanwendungen.
NiMH Nickel-Metallhydrid Akku dienen als Ersatz für die nicht mehr hergestellten NiCd Akkuzellen. Eine u. U. schlechte Wahl, da der Innenwiderstand der Zelle oftmals zu hoch ist. Später folgten dann auch hochstromfeste Akkuzellen. Sie kommen jedoch oftmals nicht an die Leistungsfähigkeit einer guten NiCD Zelle heran.
Es ist nie gut, wenn Zellen warm oder gar heiß werden. Dieses gilt für die Ladung und noch mehr für die Entladung eines Akku-Packs.
Li-Po Lithium-Polymer Akkus arbeiten innerhalb eines festen Spannungsfenster, dessen untere und obere Spannungsgrenze keinesfalls unter- oder überschritten werden darf ( Achtung Explosions- und Brandgefahr ). Diese Akkus erfordern eine besondere Ladetechnik mit einer Spannungs- und Stromüberwachung für jede einzelne Zelle. Im Zellenverbund kann dieses auch mittels sogenannter “Balancer” geschehen. Hierbei handelt es sich um einen spannungsabhängigen Strombypass, der an jede einzelne Zelle angeschlossen wird. Das Laden mit Balancern hat den Vorteil, dass man mit nur einer Ladespannung alle Zellen gleichzeitig laden kann. Bei einer Einzelladung der Zelle, muss auf eine Potentialtrennung der einzelnen Ladespannungen geachtet werden, wenn die Zellen im Verbund gleichzeitig geladen werden sollen. Dieses stellt bei einem Up Down Wandler allerdings kein großes Problem dar, da die Sekundärwicklungen des Wandlertrafos getrennt und somit gegeneinander isoliert ausgeführt sind. An einem 12V KFZ-Akku lassen sich ohnehin nur zwei Li-Po Zellen ohne Wandler laden. Li-Po Akkus sind klein, leicht und je nach Typ sehr hoch belastbar. Eine aufgewickelte Plastiktüte mit einer Beschichtung die es in sich hat. Aufgeblähte Akkus sind fachgerecht zu entsorgen. Ein Einstechen der Plastikhülle ist nicht ratsam, da dann Sauerstoff eindringen kann und somit die Zelle zerstört wird. Tiefgekühlte Zellen sollten nicht zu hoch belastet werden. Li-Po Akkus sollten niemals unbeaufsichtigt geladen oder entladen werden!
Li-Ion Lithium-Ionen Zellen finden in Kommunikationsgeräten sowie z.B. Laptops ihren Einsatz. Auch diese Zellen müssen balanciert werden. Die Spannungslage ist ähnlich der Li-Po Zelle jedoch sollte man die Datenblätter der einzelnen Hersteller genau studieren. Endladeschluss ca. 2,75V Ladespannungmaxima 4,2V pro Zelle. Die angegebene mittlere Spannungslage beträgt 3,7V pro Zelle. Sie sind oftmals nicht hochstromfest. Mit nur 300 angegebenen Ladezyklen sollte man sich den Kauf dieser Zellen gut überlegen.
LiFePo4 Lithium-Eisen-Phosphat Zellen werden gerne als alternativ Zelle zur Li-Po Zelle eingesetzt. Sie ist robuster im Lade-und Entladeverhalten aber vom Gewicht her schwerer. Mehrere Zellen sollten von Zeit zu Zeit balanciert werden, ist aber kein unbedingtes "Muß" bei jeder Ladung. Außerdem sind einige sehr hochstromfest. Auch weicht ihre Spannungslage von denen der vorherigen Zellen ab. Daher gilt auch hier unbedingt die Datenblätter zu studieren.
Bei allen Akku-Typen spielen die Zyklenzahlen für das Laden und Entladen eine entscheidende Rolle in ihrer Wirtschaftlichkeit. Weicht man in den von den Herstellern angegebenen Daten ab, so kann der Akku schnell irreparabel geschädigt werden. Ferner besteht Explosionsgefahr beim Laden und auch beim Tiefentladen; dieses gilt speziell für die Li-Po Zelle. Daher verwendet man oftmals feuerfeste Ladebeutel beim Laden und Hard-Cases im Model, als Schutz vor mechanischer Beschädigung. Auch ist die Schnelladefähigkeit einer Zelle ein wichtiger Punkt, den es zu beachten gilt und der, je nach Anwendungsbereich, unterschiedlich sein kann.
Die meisten Akkus werden durch einen für sie ungeeigneten Einsatz oder durch Überladung zerstört.
Alle Akkus die ich kenne haben Sicherheitsventile, außer die Li-Po Akkus und mir ist gottlob noch keiner von ihnen um die Ohren geflogen. Sehr wohl musste ich den einen oder anderen Akku-Pack, zwecks notwendiger schneller Abkühlung ins Waschbecken umquartieren, oder heiße und bereits sabbernde Zellen nach draußen befördern. Die Schäden durch austretendes Elektolyt sieht man dann etwas später im Teppich oder im Holz der Treppe. Danach waren die Akku-Packs dann auch hinüber. - So etwas kann bei einer Schnellladung mit einem sehr hohen Strom passieren, wenn der Temperaturfühler versagt ( Adernbruch am Fühler oder Fühler auf dem falschen Akku-Pack usw.) und man die Akkus unbeaufsichtigt schnelllädt. Nach Morphy ist hier alles möglich......
Eine Zelle eines nicht angeschlossenen Li-Po Akku-Packs ist während der Lagerung mit einem lauten Knall geplazt. Es kam dabei zwar zu keinem Brand, aber erschrocken ist man schon wenn man sich gerade, in dem Raum befindet in dem auch der Akku lagert, dieser sich gelangweilt mit einem lauten Knall zerlegt, während man selber hochkonzentriert mit dem Lötkolben in der Hand, in einem Gerät herumwerkelt. Die Spannungslage für diesen Lipo-Akku war bis dato in Ordnung, das zeigte zu mindest die andere Zelle.
Während der Entladung, bei der die Akku-Zellen wegen Überlast anfingen über ihre Ventile auszugasen, wurde durch Zündung mittels Kollektorfeuer des Antriebsmotors, ein Modell regelrecht gesprengt. Das Modell war danach regelrecht verschwunden. Die vielen kleinen Teile klebt hinterher keiner wieder zusammen.
Augen auf beim Akku – Kauf
Immer wieder lässt man sich von Billiganbietern oder auch auf Modellbau Messen dazu verleiten, das eine oder andere vermeintlich günstige Akku-Set mitzunehmen. Anfangs sieht es auch noch alles sehr vielversprechend aus. Obwohl ich auch schon Akku Kandidaten erlebt habe, die während ihrer Erstladung im Ladegerät krepierten. Diese Zellen schlugen schlagartig niederohmig durch und erhitzten sich dabei so stark, daß sie sofort in einem Wasserbad gekühlt werden mussten. Danach war Ruhe und 0 V an den Polen. Merkwürdigerweise ließen sich diese Akkus danach wieder laden. Ihre Spannungslagen kamen wieder hoch und blieben während der Ladung bei etwa 1,5 V stehen. Nach dem Abschalten der Ladung erreichten sie nur noch knapp Ihre Nennspannung von 1,2 V. Auch war ihre Kapazität auf ca. 70% abgesunken. Die Selbstentladung dieser Zellen war stark angestiegen. Nach ca. 1 Woche betrug die Nennspannung der einzelnen Zelle nur noch knapp 1 V. Nach mehreren Lade – und Entladezyklen rappelten sie sich wieder einigermaßen auf. Allerdings erreichten sie nicht mehr ihre volle Kapazität. Eine so geschädigte Zelle bleibt immer das schwächste Glied im Verbund eines Akku-Sets und ist somit ein ständiges Ärgernis, wenn es darauf an kommt, mal eben schnell eine stabile Stromquelle zur Verfügung zu haben, ohne sie erst laden zu müssen. Ein besonders gutes Beispiel für solch ein Ärgernis stellen die Digitalkameras, die mit vier ungeeigneten Mignonzellen (AA) ausgestattet sind, dar.
In der Regel kann man NiCD und NiMH Akku–Zellen, wenn man sie denn mit 1/10 ihrer Kapazität lädt, problemlos im Ladegerät belassen. Allerdings neige ich persönlich dazu den Ladevorgang mittels einer Schaltuhr nach max. 16 Stunden zu beenden. Der Ladestrom wird nach etwa 14 Stunden und dem Erreichen der Vollladung, in Wärme umgesetzt. Hier zeigen übrigens die Kurven der Delta Peak Abschaltung und die des Temperaturanstieges Parallelen auf. Über 30°C sollte sie allerdings dabei nicht ansteigen und alle Zellen sollten gleich warm werden. Bei einigen Ladegeräten wird der zur Ladeelektronik hin liegenden Akku-Schacht, von der Seite und von unten her aufgeheizt. Dieses ist durch den mechanischen Aufbau der Ladegeräte bedingt. Hier gibt nicht nur die Akkuzelle Wärme ab, sondern auch die regelnde Elektronik.
– Eine Delta Peak Abschaltung funktioniert nicht bei allen Akku-Typen sicher genug. Eine reine Temperaturabschaltung wäre hier einfacher zu realisieren und sicherer in ihrer Funktion. Denn es gibt auch Akkuzellen, die gar kein Delta Peak Verhalten zeigen.–
Außerdem sind diese Art der Zellen nur bedingt schnelladefähig. Ihr Einsatz reicht dennoch für ein weites Spektrum im Modellbau aus. Auf jeden Fall sollte man jede Zelle nummerieren und die Sets kennzeichnen. Zellen niemals aus einem Verband herausnehmen oder gar untereinander Mischen. Sonst wird bald eine neue Selektion fällig. Da man sich häufig die Akku-Packs für den Modellbau selber konfektioniert, ist eine Einzelladung ohnehin nicht mehr möglich. Absolut Tabu sind Batteriehalter mit Federkontakte. — Denn Sie wissen nicht was Sie tun ;-( — Auch wenn diese Art der Kontaktgabe in vielen chinesischen Fernsteuersendern weit verbreitet ist, so bleibt sie doch dem Spielzeugsektor vorbehalten. Es gibt aber auch einige namenhafte Hersteller von Fernsteuerungsanlagen in Deutschland, die solche Halter für den Einsatz von vier Empfänger-Akkus in ihren Set’s beilegen !?
NiCD Akkus sind im Gegensatz zu den NiMH Akkus nicht so empfindlich. Um nicht ständig frustriert, halb leere Akkus vorzufinden, war ich auf der Suche nach einer Alternative und bin der Meinung, dass ich sie gefunden habe.
Die von Sanyo angebotene Eneloop Zelle soll hier eine rühmliche Ausnahme darstellen. Sie ist kaum teurer, ist aber qualitativ sehr gut. Sie hat eine sehr geringe Selbstentladung über einen sehr langen Zeitraum und kamnn eine große Betriebssicherheit aufweisen. Es handelt sich hierbei um eine NiMH Zelle. Es gibt sie in zwei Akku Größen. Einmal die AA Mignonzelle mit 2000 mAh und die AAA Microzelle mit 800 mAh. Sie sind für Standardanwendungen gedacht, also auch für den Sender, den Empfänger und für die Segelwinde. Die Mignon Zelle ist hier wohl die interessantere Zelle von beiden. Der maximale Endladestrom sollte 2C nicht übersteigen. Geladen werden kann der Akku innerhalb von 5-7 Stunden (Schnelladung). Der Ladestrom liegt dann etwa bei 400 mA – 500 mAh, also 1/5 – 1/4C, dann aber mit einer Ladeüberwachung (evtl.Temperatur). Sonst 1/10C (200 mA)14-16 Stunden. — Also eigentlich nichts Ungewöhnliches.
Leider gibt es diese Zellen nur in diesen beiden Bauformen. Um andere Bauformen ersetzen zu können, benötigt man einen sogenannte Bodys, als Adapter. Der Preis ist merkwürdigerweise für beide Zellengrössen gleich !?
Weitere, eigene Test- und Erfahrungsberichte, werden zu gegebener Zeit folgen.
Vier NiMH eneloop Zellen der Bauform AA wurden nun bereits erfolgreich als Energiespeicher in einer Kamera getestet. Es ist kein Vergleich zu den vorher getesteten herkömmlichen Zellen. Mit ihren knapp 2000 mAh erzielt man etwa vier mal so viele Bilder, wie man es von herkömmlichen 2100 und 2300 mAh Zellen anderen Marken gewohnt war. Bekanntlich weiß man erst nach etwa einem viertel Jahr was in den Zellen steckt.
der Ladestrom sollte zu Beginn der Ladung möglichst hoch gewählt werden (0,5-1C), da sich dieser bereits nach relativ kurzer Zeit auf einen kleineren Wert, als der zuvor eingestellte, sich abwärts bewegend, verändert.
Er ist somit nicht weiter händisch beeinflussbar, ohne dabei die zulässige Zellenspannung zu überschreiten.
Demnach gilt hier, so lange zu warten, bis der Stromfluss nicht mehr weiter abnimmt.
Und genau das dauert unverhältnismäßig lange und ist auch noch vom dem Zustand des Akkus abhängig.
Eine automatische Kapazitätsmessung zeigt hier sehr genau an, wie viel Energie (in mAh) vom Akku während seiner Ladung aufgenommen wurde.
Die abzugebende Energie ist logischer Weise immer geringer als die aufgenommene.
Somit erkennt man sofort wie viel mAh der Akku überhaupt in der Lage ist zu speichern.
Einige Akkus aus Akkupacks besitzen eine automatische Unterspannungsabschaltung gegen eine Tiefentladung aber balancieren die Zellen nicht.
Andere enthalten u.U. eine Thermosicherung, eine Überstromsicherung, eine Überspannungssicherung und eine Unterspannungsabschaltung.
Trotzdem dürfen diese Akkupacks nur mit den für sie bestimmten Ladegeräten geladen werden.
Diese Akkus sind für die extremen Hochstrom-Anwendungen, wie sie im Modellbau benötigt werden, absolut ungeeignet.
Hier eignen sich nur speziell gefertigte Akkus, die langfristig hohe Ströme, bei geringem Spannungsabfall, abgeben können.
Alle anderen Akkus sind für diesen sehr speziellen Anwendungszweck nicht brauchbar .
Auch die 18650ziger Zellen…….für Pedelec, Rechner und Co……
sind für echte Hochstrom-Anwendungen nicht zu gebrauchen.
Nähere Informationen findet man im einschlägigen Modellbaubereich.
Jeder Akku-Hersteller liefert Datenblätter zu seinen Produkten.
Es gibt Li-Po Zellen, Laden C1-C5, Entladen bis zu C30 u. mehr, mit einem sehr geringen Gewicht.
Es folgen die LifePo4 Zellen, hier speziell die A123 ANR 26650M 1B Zellen, sie sind allerdings vom Gewicht her schwerer und haben u.U. ungeeignete Bauformen.
Also eher etwas für den Bootsbau.
Der Innenwiderstand (Ri) dieser Zellen ist sehr klein, somit sind sie eher hochstromfest, erwärmen sich kaum, aber die Li-Po's besitzen keinerlei Sicherheitselemente.
Fehlbehandlungen dieser Akkus können da katastrophal ausfallen.
Die Li-Po Plastikbeutel blähen sich auf und platzen mit einem lauten Knall.
Das kann auch schon mal bei einer normalen Lagerung außerhalb des Modells geschehen, bei einer Überladung, bei einer Tiefentladung während des Betriebes oder nach einer mechanischen Fehlbehandlung z.B. durch den Absturz des Modells.
Sicherheitsventile, gegen Überdruck, sind i.d.R. unter den Pluspolen (kleine Löcher sichtbar) aller Rund-Zellen vorhanden.
Sollte einer dieser Akkus anfangen zu brennen, so sind Löschversuche mit Wasser unbedingt zu unterlassen.
Es gibt Sicherheits-Beutel und Hard-Cases für Li-Po's im Handel.
Diese Akkus sind kein Spielzeug und gehören nicht in die Hände von Kindern.
Akkus dieser Art niemals unbeaufsichtigt laden und feuerfest lagern (zwei Blumentöpfe aus Ton, verdreht übereinander)
Den Blei-Gel Akku findet man, gleich hinter dem offenen Säure-Akku, in vielen Bereichen wieder. Häufig dient er als als Antriebs-Akku in vielen RC-Modellen. Hier tun sie, bei einer richtigen Pflege vorausgesetzt, jahrelang recht zuverlässig ihren Dienst. Es sind keine ausgesprochenen Hochstrom-Akkus und sie vertragen auch keine Schnellladung wie ihre Säurekollegen. Ihr Vorteil ist, daß sie lageunabhängig eingebaut werden können und das sie fast gasdicht sind. Gegenüber einem herkömmlichen Säure-Aku aus dem KFZ Bereich, ist dieser Akku-Typ in der Regel sehr weich. Das heißt der Innenwiderstand der einzelnen Zelle ist relativ hoch. Kontrolliert man einmal die in ihm gespeicherte Energie, so stellt man fest, daß die technischen Daten nur unter ganz bestimmten Bedingungen erfüllt werden. Wer also meint, aus einem 7Ah Akku, eine Stunde lang einen Strom von 7 Ampere entnehmen zu können, der irrt. Es wird maximal 60% der angegebenen Kapazität sein, die der Akku unter dieser Belastung abgibt. Dafür erholt er sich nach einer relativ kurzen Pause wieder und es lässt sich noch einiges an Kapazität aus ihm heraus kitzeln, ohne das man gleich in die für den Akku schädliche Tiefentladung gerät. Die Entladeschlussspannung liegt bei etwa 1,8V, also wie bei einem normalen Säure-Akku.
Der Akku sollte mit maximal 1/10 der angegebenen Kapazität geladen werden. Es stellt sich dabei eine Zeit von 14-16 Stunden ein. Die Ladeschlusspannung sollte dabei 2,35-2,38V pro Zelle nicht überschreiten. Bei einem Säure-Akku wären es 2,4 V. Es gibt Ladegeräte, die beim Erreichen der Ladeschlussspannung einfach abschalten. Dieses Verhalten ist falsch, da der Akku immer noch Ladung aufnehmen kann, nur eben sehr viel langsamer. Der Ladestrom wird, bei konstanter Spannung, über mehrere Stunden langsam von 1/10 auf 1/100 und weiter bis auf etwa 40-10 mA zurückgehen. Dieser minimale Strom ist der Erhaltungsstrom, der unbedenklich dauerhaft angelegt werden darf. Immer unter der Voraussetzung einer konstanten Spannung von 2,38V pro Zelle. Ladegeräte für KFZ-Akkus sind hierfür nicht geeignet.
Die Tiefentladung ist eine Entladung unter die vom Hersteller angegebene niedrigste Zellenspannung. Unterschreitet man diese, so bricht die Zelle in ihrer Spannungslage ein. Eine weitere Entladung sollte vermieden werden. Da sich nicht alle Zellen im Verbund exakt gleich in ihrer Spannungslage verhalten, wird eine Zelle die Erste sein, die in den kritischen Bereich der Tiefentladung geht. Das wäre vielleicht noch nicht so schlimm, aber was dann folgt ist für diese Zelle der sichere Tod, nämlich dem gegenpoligen Laden durch die anderen Zellen, die sich in ihrer Spannungslage noch im grünen Bereich befinden. Da von dem angeschlossenen Verbraucher, z. B. dem Antriebsmotor, ein verhältnismäßig hoher Strom benötigt wird, so wird die tiefentladene Zelle nun gegenpolig geladen. Dabei wird sie sehr warm und lässt sich dadurch sehr schnell lokalisieren. Eine Spannungsmessung ohne Last und später mit einer etwas kleineren Last, gibt schnell Aufschluss über den Zustand des Akkus. Rettungsversuche, eine im Verbund geschädigte Zelle zu reanimieren, sind oftmals sehr schwierig, kosten viel Zeit und führen nur selten zu einem dauerhaften Erfolg.
Eine Überladung des Blei-Gel-Akkus führt dazu, das die Zellen anfangen zu gasen und der Akku warm wird. Nach kurzer Zeit sprechen dann das Sicherheitsventile an und drücken das Knallgasgemisch nach außen ab. Die Zellen verlieren an Flüssigkeit und die Kapazität des Akkus nimmt ab.
Wie erkenne ich alte oder verbrauchte Blei-Gel-Akkus?
Diese Frage ist relativ einfach zu beantworten. Alte Akkus bekommen dicke Bäuche, d. h. die Zellengehäuse beulen sich nach außen aus. Sind die Zellenwände nach innen gezogen, so hat sich ein Vakuum gebildet, das über die Sicherheitsventile nicht ausgeglichen wird. Die Leerlaufklemmenspannung eines Blei-Gel-Akkus sollte mindestens 2,0V pro Zelle betragen. Alte Blei-Gel-Akkus erreichen schnell ihre Ladeschlusspannung, d. h. sie nehmen nicht mehr genügend Ladung auf. Bei geringer Belastung, z.B. 1/10 Entladestrom, bricht die Zellenspannung tief zusammen. Die Zellen fangen an zu gasen und die Sicherheitsventile sprechen an. Kurz gesagt, der Innenwiderstand des Akkus, oder einer Zelle aus dem Verbund, ist zu groß geworden. Man rechnet bei Blei-Gel-Akkus mit einer Lebenserwartung von etwa 4 Jahren. Daher wechselt man in Unterbrechungsfreien Strom Versorgungen (USV-Anlagen) alle 4 Jahre die Akkus aus. Da es sich bei ihnen i.R. um hochwertigere Akkus, als die für den Konsumer Bereich handelt, liegt deren maximale Lebenserwartung bei etwa 6-8 Jahren. Das Herstellungsdatum in Form von von Jahr , Monat oder Woche ist entweder oben neben einem Polschuh oder unterhalb des Gehäusebodens in das Kunststoffgehäuse heiß eingestempelt. Des weiteren gibt eine Kapazitätsprobe Aufschluss über den Zustand des Akkus. Man kann mit etwa 60% der vom Hersteller angegebenen Kapazität bei einer einstündigen Entladung rechnen. Die Herstellerangaben sind über 20 Stunden Entladezeit schön gerechnet.
Bei einer Spannungsmessung muss mit dem Voltmeter immer direkt an den Polklemmen des Akkus gemessen werden. Nicht an den eventuell aufgesteckten AMP-Steckern, da der Übergangswiderstand des Steckverbinders das Messergebnis verfälschen würde. Bei Ladestrommessungen mit dem Ampere-Meter, ist der Innenwiderstand des Messgerätes in der Ladeschlussspannung mit zu berücksichtigen. Je nach Messgerät können hier bei Digitalmultimetern bis zu 200 mV abfallen. Das würde beim Laden einer Zelle bedeuten, dass das Ladegerät dann schon bei 2,18V statt bei 2,38V abregelt.
Sollte der Akku nicht zu alt oder gar klinisch tot sein, so hilft vielleicht noch der folgende Link:
Beim Niederstrom Betrieb mit mehreren Zellen im Verbund, gibt es eine Möglichkeit das gegenpolige Laden einzelner Zellen weitgehend zu verhindern, indem man eine Diode in Sperrrichtung parallel zu jeder Zelle schaltet. Diese Diode muss für den maximalen Stromfluss des Verbrauchers ausgelegt sein, damit sie nicht zerstört wird. Nun wird die schwächste Zelle zwar noch Tiefentladen, jedoch nur noch bis zur Schwellspannung der Diode (0,6-0,9V) gegenpolig geladen.
Bei Hochstrom-Akkupacks, die aus einem NiCD- oder NiMH- Zellenverbund bestehen und deren Daten auseinanderlaufen, gibt es eine Möglichkeit vor Ladebeginn immer neu aufzusetzen. Und zwar nach der deep and dirty Methode. Man legt hierzu eine Diode, die mit einem Entladewiderstand in Reihe geschaltet wurde, parallel zu jeder einzelnen Zelle. Die Diode wird hierbei in ihrer Durchlassrichtung betrieben. jede Zelle wird nun über einen längeren Zeitraum bis auf das Schwellspannungspotential der Diode (0,6-0,9V) entladen. Nun kann die Ladung erfolgen. Allerdings muss dieser Akku-Pack u.U. kurz vor dem Start noch einmal etwas nachgeladen werden, da eine stetige Entladung stattfindet. Die Selbstentladung ist allerdings relativ gering.
Für den jeweiligen Anwendungsfall, die richtige Batterie.
In eine Uhr, oder in ein Thermometer, gehören auslaufsichere Primärelemente und keine Akkus.
Das gilt auch für die Fernbedienung des Fernsehers, nicht aber für den Modellbau oder andere stromhungrige Geräte.
Das CCCV Ladeverfahren
Anmerkung
Das CCCV ( Constant Current Constant Voltage) Ladeverfahren, führt seit einiger Zeit zu Verwirrungen unter den Nutzern von High Tech Akkus. High Tech im KW Bereich………CCS (Combined Charging System) Anwendungen für PKW
Das CCCV Ladeverfahren besteht aus einer Kombination zweier Ladeverfahren wie sie seit je her zur Ladung von Blei-, NiMH und NiCD Akkus eingesetzt werden. Heute allerdings in noch leistungsfähigeren Dimensionen mit einem besseren Wirkungsgrad.
Hier wird nun die Strom- und Spannungsbegrenzung beider Ladeverfahren zu einer Ladetechnologie zusammengeführt
– und mehr nicht –.
Sie entspricht eher der Bleiakku-Ladetechnik der Kfz-Technologie, bei der es um hohe Ladeströme geht und die Spannungshöhe direkten Einfluss, auf den Ladestrom hat, in dem man auf den Erregerstrom der Lichtmaschine zugreift.
Bei Li-Po und Li-Ion Akkus ist das CCCV Ladeverfahren schon lange gebräuchlich.
Es muss zusätzlich zwischen den Zellen balanciert werden um eine Symmetrie der Spannungslage zwischen den einzelnen Zellen zu gewährleisten.
Hier befindet sich übrigens der einzige Messpunkt an dem man den Zustand einer jeden Zelle sehr genau beurteilen kann.
Die Akku-Hersteller geben in den Datenblättern zu ihren Produkten deren Eckdaten genau an.
Die Lebensdauer eines Akkus hängt ganz entscheidend von seiner Behandlung ab.
Den richtigen Akku für einen ganz speziellen Einsatz zu finden, das ist schon eine Herausforderung.
Hinzu kommt noch das Preis/Leistungsverhältnis der Zellen.
Für welchen Akku-Typ ist das CCCV Ladeverfahren geeignet?
Für alle Akkutypen, die nicht nach dem Delta Peak Verfahren geladen werden.
Die LiFePo4 ANR 26650M1A / M1B Zelle ist z.Zt. neben einigen Li-Po Zellen eine starke Konkurrenz in punkto Hochstromverhalten und Energieeffizienz.
Leider gibt es in dieser Bauform wenige Zellentypen mit den
Endkürzeln M1A und M1B. Letztere ist eine verbesserte Ausführung.
Größere Akku-Kapazitäten lassen sich durch das Parallelschalten mehrerer, exakt gleicher Zellen, herstellen.
Alternativ wählt eine andere Bauform. Es gibt sie auch im Plastikbeutel……
Die o.g. Zelle wurden in einem Vierersatz getestet und zeigt ein steiles Verhalten in der Spannung- und Stromkurve zu Ladungs- und Entladungs- Beginn und Ende.
Innerhalb sehr kurzer Zeit erfolgt hier eine Spannungsänderung, überraschend schnell.
Die Kurven bleiben während der gesamten Lade- und Endladezeit nahezu konstant.
Kapazitätsmessungen sind hier, zur exakten Beurteilung der Zellen, unumgänglich.
Im Gegensatz zur Li-Po Zelle lässt hier die Spannungslage keine Beurteilung der noch vorhandenen Restkapazität zu.
Auch erholt sich die Zelle nach Abschaltung der Last nicht sonderlich.
Man muss hier schon sehr genau mitmessen.
Allerdings nimmt die Zelle einem eine Tiefentladung nicht sonderlich krumm.
Wie es im Verbund bei einer unweigerlich auftretender Gegenladung an einer Zelle aussieht, vermag ich nicht zu beurteilen.
Also lieber gar nicht erst versuchen.
In anderen Akku-Packs war diejenige Zelle, die zuerst aufgab, die Erste die auch warm wurde und bald danach defekt ging. Das reichte dann hin bis zum kompletten Zellenschluss.
LiFePo4 Zellen Vorteile (hohe Zyklenzahl) gegenüber anderen Zellen und eine gute Alternative gegenüber der Li-Po Zelle (Li-Po Zelle punktet durch ebenfalls geringen Ri u. geringeres Gewicht, hoher Strom, aber geringere Zyklenzahl dafür viele unterschiedliche Bauformen)
LiFePo4 A123 ANR 26650M1A / neu M1B
geringer Innenwiderstand (Ri)
hoher Ladestrom möglich, dadurch extrem kurze Ladezeiten
hoher Dauerentladestrom
sehr hoher kurzeitiger Spitzenentladestrom
eine Balancierung ist nicht unbedingt erforderlich
eine robuste Zelle gegenüber Fehlbehandlungen
Siehe Datenblatt
Siehe eigene Messungen ANR 26650M1A
Das eine eingestellte Ladespannung auf 1/10 V konstant bleibt sollte hier vorausgesetzt werden.
Das gilt ebenfalls für die einstellbare Strombegrenzung, die i.R. jedoch meist unkritischer ist.
Das wars eigentlich auch schon, das „neue“ CCCV Ladeverfahren.
Es ist u.U. alles schon vorhanden, und zwar in seiner einfachsten Form als Labornetzteil, nämlich einem einstellbaren U/I Konstanter.
Das Ladeverhalten von Akkus in dieser Schaltung allgemein.
Zu Ladungsbeginn greift die Strombegrenzung und die Spannung steigt nur langsam aber stetig an.
Nach relativ kurzer Zeit, abhängig vom Akku-Typ und Ladestrom, wird der eingestellte Spannungswert zu fast 100% erreicht und der Strom beginnt zu sinken.
Hier findet ein Wechselspiel zwischen I und U in Abhängigkeit vom Ri des Akkus statt, also nichts Neues. Als Schaltkriterium (Akku voll) könnte man das nicht mehr weiter Absinken des Stromflusses anwenden, da aber der Strom dermaßen gering ist, kann man den Akku weiterhin problemlos am Ladegerät angeschlossen lassen, bzw. erst später, mittels Zeitüberwachung, abschalten.
Die Selbstentladung ist bei diesen Zellen sehr gering.
Ein Delta Peak Abschaltung, wie bei der NiCD- oder NiMH-Zelle, kann es bei diesem Ladeverfahren nicht geben, da hier die Ladespannung begrenzt wird.
Hier unterscheiden sich die Akku-Lader Typen extrem voneinander.
Rechnergesteuerte Spezial-Lader seien hier nur am Rande erwähnt, da hier nur die aktuelle richtige Software für den passenden Akku-Typ eine Rolle spielt.
D.h. der Akku-Typ muss dem Lader bekannt sein und auch die Zellenzahl muss u.U. händisch eingegeben werden.
Hierbei weitere kritische Kriterien sind:
Akku-Typ- und Zellen-defekt-Erkennung kann hier bei unbekanntem Akku und bei einem schlechten Zustand der Zellen, sehr problematisch werden.
Bei dem Laden eines Akkus mit einem Konstanter müssen die Einstellungen von Spannung und Strom sehr gewissenhaft vorgenommen werden, um keine unliebsamen Überraschungen zu erleben. Besonders wichtig ist hierbei die genaue Einstellung der Ladeschlussspannung.
Eine Temperaturüberwachung, in die Nähe der Akku-Zellen platziert, ist bei nicht überwachten Ladevorgängen, zu empfehlen.
Das Haupt-Ladegerät muss hier unbedingt eine Strombegrenzung enthalten, da zum Ladungsende alle Bypässe i.R. niederohmig durchschalten.
Aber das ist abhängig von der angewandten Regeltechnik des Balancers.
Einige Akku-Hersteller bauen ihn direkt an die Zellenanschlüsse mit ein.
Dieser wird dann bei unsachgemäßer Ladung ( Laden ohne entsprechender Strombegrenzung ) zerstört.
Nicht vertrauenserweckend aussehende Akkus, mit einer undefinierten Spannungslage, sollte man sich vor einer Ladung mit dem Automatiklader sehr genau anschauen und wenn möglich pro Zelle vermessen.
Ein tiefentladener Akku kann u.U. schon zu Sondermüll geworden sein.
Aufgeblähte Li-Po-Zellen ebenfalls.
Austretende Elektrolytflüssigkeit an Zellendichtungen, und Ventilen sowie aufgeplatzte Schrumpfschläuche und angeätzte Anschlüsse zeigen an, dass die Zellen ihre beste Zeit schon hinter sich haben und gehören ausgesondert.
Blei-Gel-Akkus sind verbraucht, sobald einzelne Zellengehäuse sich mechanisch verformen (einen Bauch bekommen).
Hier hat dann die Sulfatierung der Platten bereits eingesetzt und das Gehäuse bekommt Risse.
Ist nur eine Zelle in einem Akku-Verbund durch Tiefentladung warm geworden, so ist i.R. danach der komplette Akku unbrauchbar.
Hier fand bei der schwächsten Zelle im Verbund eine Gegenladung statt, die zur Erwärmung führte.
Oft gestellte Fragen sind:
Wie überprüft man den Zustand von lange gelagerten Akkus?
Wie stellt man am einfachsten die noch in ihm vorhandene Kapazität fest?
Erreicht der Akku noch die angegebenen Daten?
Anforderungen an den Akku
Der Akku soll auch über eine längere Zeit hochstromfest sein.
Seine Schnellademöglichkeit sollte gegeben sein.
Ladezeiten von einer Stunde bis hinunter auf 30 Minuten erscheinen realistisch,
da bei der Verwendung eines 12V Auto-Akkus zum Laden schnell die physikalischen Grenzen erreicht werden.
Zunächst misst man die Spannungslage am Anschlusskabel.
Sollte diese bereits unter 7V liegen ist Vorsicht geboten.
Nach einer kurzfristigen Ladung sollte die Klemmenspannung wieder über 7,2V ansteigen und bei geringer Belastung auch bleiben.
Wenn nicht, so misst man die Spannungslage, wenn möglich, jeder einzelnen Zelle.
Die Verbindungsbrücke der hinteren Kappe kann man durch vorsichtiges Anbohren oder Durchstechen als mittleren Messpunkt pro Zellen-Strang erreichen und den abweichenden Zellenstrang lokalisieren.
Ist man sich bei mehreren eingeschrumpften Zellen unsicher welche Zelle von ihrer Spannungslage abweicht, besteht mittels Durchstechen mit sehr dünnen, aber stabilen Prüfspitzen aus Stahldraht, die Möglichkeit einer Messung und auch die einer eventuellen Einzel-Zellen Ladung.
Sollte eine Zelle gefunden werden, so ist diese zu markieren und beim späteren Betrieb hinsichtlich auf ihre Wärmeentwicklung hin zu beobachten.
Es folgt eine Kapazitätsmessung
Eine Kapazitätsmessung beim Lade- wie auch beim Entlade-Vorgang, natürlich mit rechtzeitiger (automatischer) Unterspannungsabschaltung, kann man leicht selber durchführen.
Beim Laden wird es da schon etwas schwieriger, da sich der Ladestrom, je nach Akku-Typ sehr schnell verringern kann.
Benötigte Messmittel
Ein Niederspannungs-Netzteil mit präziser Spannung- und Strom-Regelung.
Ferner werden einfache Spannungs- und Strom-Messgeräte (Multimeter) mit Messkabeln und Prüfspitzen für die nachfolgenden Messungen benötigt.
Eine Unterspannungsabschaltung, eine Elektronische Last oder eine Temperaturüberwachung, sind schöne Bastelprojekte für verregnete Wochenenden.
Bauvorschläge und Bausätze findet man reichlich im Netz.
Mit einer Scheinwerferbirne und der Uhr in der Hand verliert man zwar schnell die Übersicht, aber funktioniert im Prinzip auch.
Hier wird nun die Kapazität, in Abhängigkeit von Entladestrom zu verstrichenen Zeit, errechnet.
Ein Beispiel an einem Blei-Gel-Akku
6V Blei-Gel-Akku4,0Ah (Kapazität bei einer Entladung über 24h)
Daten pro Zelle (3 Zellen)
obere Ladeschlussspannung 2,38 V (7,14 V)
untere Entladeschlussspannung 1,8 V ( 5,4 V)
Last für die Messung eine 12V Kfz Birne 1,6A (gemessen / Mehrfaden-Birne)
Akku 6V 4,0Ah
Leerlaufklemmenspannung 6,45 V
Unter Last 1,6A 6.20 V 0 h (Beginn der Entladung)
Zeit (1,8V/Z) 5,40 V 2 h (Entladungsende)
Kapazität (K) K =I(A)*t(h) in Ah K =1,6 A * 2h = 3,2Ah errechnete Kapazität
Erreicht man bei dieser Art der Kapazitätsbestimmung 60% der angegebenen Kapazität, so ist das Ergebnis bei diesem Akku-Typ als „normal“ zu bezeichnen.
Denn die vom Hersteller angegebene Kapazität erreicht man nur über einen Entladezeitzeitraum über 20 Stunden und einer Umgebungstemperatur von 25°C.
Für häufige Messungen ist ein automatisches arbeitendes mAh Messgerät die elegantere Wahl. Es erleichtert die Arbeit ungemein und einmal benutzt, möchte man es nicht mehr missen.
Das Gerät arbeitet nach dem Spannungs- / Frequenz-Wandler Prinzip und liefert Impulse, die mit einem Zähler angezeigt und gespeichert werden.
Das Ergebnis wird in mAh angezeigt.
Dieses Messgerät kann für mehrere Messbereiche ausgelegt sein.
1000 mAh und 10 000 mAh anzeigende Messbereiche haben sich als eine gute Wahl herausgestellt.
Weitere Themen
mAh Messgerät
elektronische Last
CCCV Ladegerät
Laptop- / PC- NT als Hochstrom-Ladegerät
Aktuelle Ladetechnik
In der Ladetechnik mit Längsreglern wird, ab einer Strombelastung von etwa 4 A, deren Wirkungsgrad immer ungünstiger, somit kommen hier nur noch Schaltnetzteile zum Einsatz.
Ein Laptop Stecker Netzteil (NT) mit 18V / 4A kann für einen 4 Zellen LiFePo4 26650 2500mAh Akku-Pack und einer nachgeschalteten Regelelektronik, zu einem idealen Schnell-Ladegerät erweitert werden.
Werden höhere Ladeströme benötigt, so lassen sich hierfür umgebaute PC-NT einsetzen.
Weiterführende Links
Kompetent und viele aktuelle Testberichte in alle Richtungen
CCCV Lader für LiFePo4 und Li-Po Akkus (Parameter der Zellen beachten)
Strom- und Spannungsregler einstellbar
Balancer für 4 Zellen einstellbar
Auszug
Ein mAh Messgerät 10A
Erweiterte Ausführung für 1A und 10A
Das fertige mAh Messgerät im Einsatz. 12V Akku- und Netzteilbetrieb möglich.
Das Zäler-Modul läuft autark mit einer 1,5V AA Alkaline Zelle und das Ergebnis bleibt somit auch noch nach dem Ausschalten des Gerätes erhalten. Diese Zelle hält Jahrelang.
Messaufbau während einer Ladung
Ein simpler Temperatur-Schalter mit einem Umschaltekontakt (weißes Kästchen und rechts daneben im silbernen Gehäuse, ein Anlege-Fühler mit einem Magneten. Diese beiden Teile gewährleisten eine doppelte Sicherheit der Abschaltung, bei einer zu hoch ansteigenden Lade-Temperatur, bzw. zu dem bei Ladungs-Ende beginnenden Temperaturanstieg.
Das Rückstrom-Ladeverfahren
Vorwort
Schon in den 50ziger Jahren wurde für das Wiederaufladen von Primär-Elementen ein geheimnisvolles Lade-Verfahren, für noch nicht chemisch verbrauchte (zerfressene Zinkbecher), eingesetzt.
Häufig waren es die stromfressenden Verbraucher, wie Taschenlampen oder Spielzeuge, die den Spaß durch ihre relativ schnellen Entladungenzeiten, stark reduzierte.
Damals
Gab es da doch noch den Trick des „Regenerierens“ leerer Batterien, durch starkes Erhitzen der Zellen, in der Glut oder auf der Herdplatte des Kohle-Herdes, welcher in der Küche stand. Die Batterien wurden soweit erhitzt bis die Vergussmasse anfing flüssig zu werden.
Die Schelte der Mutter, wegen der „Schweinerei“ am Herd, war somit schon vorprogrammiert.
All diese Dinge haben sich bis heute, als der Geheimtipp schlechthin, aufrecht gehalten.
Heute
Anfang 1999 hatte Klaus Böttcher DJ3RW das altbekannte Ladeverfahren des Rückstromladens zur Regenerierung müder NiCD- und NiMH-Akkus wieder aufgegriffen und verfeinert. Er berichtete damals u.a. in der Club-Zeitschrift CQ VFDB über seine Erfolge und stellte dazu einige Schaltungen vor.
Die Funktion des Rückstrom-Ladeverfahren
Im einfachsten Falle ist es lediglich ein Widerstand, der zusätzlich über eine Gleichrichterdiode gelötet wird und dessen Wert auf 1/10 des Lade-Vorstroms, der jetzt jedoch für den Rückstrom von Bedeutung ist, berechnet wird.
Der Ladestrom wird entweder durch den Innenwiderstand des Lade-Trafos oder einen, in Reihe mit der Diode geschalteten Widerstand, begrenzt.
Eine Diode als Gleichrichter hinter einem Trafo bei 50Hz Wechselspannung, lässt nur eine Halbwelle passieren und halbiert somit die Netzfrequenz auf 25Hz.
Der „Trick“ besteht nun darin, die zweite gesperrte Halbwelle, über den Widerstand der parallel zur Diode geschaltet ist, mit einer wesentlich geringeren Stromstärke (1/10) als den durch die Diode fließenden Ladestrom, zum Trafo zurückfließen zulassen.
Das ist eigentlich auch schon alles.
Eine Verfeinerung des Aufbaus wurde angestrebt und wird nachfolgend beschrieben.
Was möchte man mit diesem Verfahren erreichen.
Man möchte eine Auffrischung und damit eine längere Lebensdauer der Zellen erreichen.
Ferner erhofft man sich bei drohendem Kapazitätsverlust den angegebenen Kapazitätsdaten wieder zu nähern.
Bei höheren Ladeströmen soll, bedingt durch den Rückstrom, ein Gasen der Zelle möglichst vermieden werden.
Bemerkung meinerseits
Das Gasen einer entladene Hochstrom-Zelle, während der Hochstrom-Ladung, konnte nicht festgestellt werden (A-billig-Zellen einmal ausgeklammert). Kritisch wird die Lage allerdings zum Ladungsende. Dann steigen Spannung und Temperatur sehr schnell an und somit auch die Gefahr der Gasbildung.
In alle Akku-Zellen die ich kenne, befinden sich Sicherheitsventile in den Pluspolkappen. Primärelemente ausgenommen.
Man kann den Rück-Strom (Entladestrom) gleich dem Vor-Strom (Ladestrom) setzen.
Dann ist im Akku die Hölle los. -- Es gibt Reibungsverluste --
Er wird warm, jedoch nicht geladen, weil der Strom der hineinfließt zeitversetzt und gleich groß wieder zum Trafo zurückfließt.
Hier folgen die nachstehend beschriebenen Schaltungskomponenten.
Der Versuchsaufbau 2.0
Versuchsaufbauten meinerseits sollten die Wiederbelebung alter Akkus belegen
und neue Akkus für den harten Hochstrom-Einsatz „fit“ machen.
Die Zellen sollen in ihren Daten möglichst gleich sein. Daher selektiert man sie, bevor sie zu Hochstrom Akku-Packs zusammengestellt werden.
Der Aufbau
Der wichtigste Teil der Schaltung besteht aus zwei einstellbaren Hoch-Stromreglern (Stromsenken), deren Leistungstransistoren auf großen Kühlkörpern montiert sind.
Sie benötigen keine eigene Versorgungsspannung und sind somit überall, potentialfrei, einsetzbar.
Der Vor-Regler regelt den Vor-Ladestrom, der Rück-Regler den Rück-Entladestrom.
Der Rück-Entlade-Strom soll i.R. 1/10 des Vorlade-Stroms betragen.
Zur Kontrolle der beiden Ströme dienen zwei getrennte digitale Einbau-Amperemeter.
Eine Spannungsanzeige bis 20 V erfolgt über ein digitales Einbau-Voltmeter.
Alle digitalen Einbau-Meter besitzen eine eigene, galvanisch getrennte, 9 V Stromversorgung.
Der Trafo mit einem Kern M100 (~100VA) und 20V Wechselspannung speist einen 40 A Brückengleichrichter der auf seiner Wechselstromseite kurzgeschlossen wurde.
Zwei 120 mm 12 V Lüfter sorgen für eine ausreichende Kühlung.
Zur Unterbringung der einzelnen Schaltungskomponenten dient ein ausgemustertes externes SCSI-Platten Gehäuse, in der nur das Schaltnetzteil für die ehemaligen Platten verblieb.
Somit stehen noch zwei zusätzlich Spannungen von 5 + 12 V zur Verfügung. Sie werden über 4 mm Buchsen an der Frontplatte herausgeführt.
Alle Anzeigen und Bedienungskomponenten befinden sich in den vorderen, herausnehmbaren, Abdeckstreifen des Gehäuses.
Die wichtigsten Daten des Rückstrom-Ladegerätes
Spannungslage 0 - 20V
Vor-Ladestrom 0 – 5 A
Rück-Strom 0 – 10 A (7,5 A)
Entlade-Strom 0 – 10 A (7,5 A) 120W
Magnetischer Anlegefühler zur automatischen Temperaturabschaltung bei 40°C
Automatische Entladeschaltung für NiCD und NiMH Zellen
mit einer Unterspannungsabschaltung für 4 5 6 8 10 und 12 Zellen
Die Kühlung erfolgt durch eine 2 stufige Gebläse-Kühlung mittels Klixon - Schalter für die 2. Stufe.
Das Ergebnis eigener Versuche
Das Regenerieren von Akkus funktioniert nicht ganz so zufriedenstellend wie erwartet. Man sollte daher von dieser Ladetechnik keine Wunder erwarten. Ein normales Labor-Netzteil tut es auch. Die Kombination der eingebauten Baugruppen werten den Lader wieder zu einem interessanten Gerät auf.
Das Einschleifen eines mAh-Messgerätes funktioniert wegen der 25Hz im Vor-Lade Modus und dem Rückstrom nicht. Während es, bei der reinen Gleichstromentladung mit Unterspannungsabschaltung, einwandfrei funktioniert. Die Temperatur der Zellen spielt ebenso eine große Rolle, wann welche Zellen, geladen bzw. entladen werden sollen. Versuche mit Primärelemente werden noch folgen.
Problemfälle
Ein 20 Jahre alter Akku ist i.R. innerlich zerstört.
Erstes Anzeichen für eine defekte Zelle ist austretendes Elektrolyt an der Pluspol-Kappe.
Zellen die beim Anlegen einer etwa 10x höheren Zellenspannung, mit eingestellter Strombegrenzung bis 1 A, in ihrer Spannungslage über 1,8 V ansteigen und nicht die Tendenz zu einem Sinken der Spannung anzeigen, sind definitiv defekt.
Ein Schnelltest mit einem DMM im 20 A Bereich sollte danach kurzzeitig mindestens 5 - 10 A anzeigen. (Vorsicht bei Zellen mit einer großen Kapazität.
Zellen die keinen Strom mehr annehmen sind hochohmig geworden und selbst wenn sie sich scheinbar wieder erholen, wird hier ein Schnelltest wie zuvor beschrieben, negativ ausfallen.
Zellen die einen Kurzschluss aufweisen (Zellenschluss) können, durch einen extrem hohen Stromimpuls, eventuell wieder aktiviert werden.
Sie haben danach eine hohe Selbstentladung und neigen erneut zu einem weiteren Zellenschluss.
Dieser Schluss wird mit jedem Male immer niederohmiger und lässt sich dann irgendwann nicht mehr „freischießen“.
Es gibt viele Möglichkeiten einen Akku zu zerstören.
Die meisten Akkus werden kaputtgeladen.
Einige Akkus werden schon vor ihrem ersten Einsatz bei ihrer ersten Ladung, durch Überladung zerstört. Das kann passieren, weil man oftmals nicht weiß, wie vollgeladen die Zellen in der Verpackung sind.
Alter und Lagerzeit usw. also denkt man, lieber erst einmal laden; besser ist besser.
Ein Herstellungsstempel auf dem Akku kann hier Auskunft geben.
Nicht jeder Akku zeigt ein Delta-Peak Verhalten und nicht jedes Ladegerät erkennt ein solches.
Der Delta-Peak Spannungsverlauf und der Temperaturanstieg in der Zelle queren sich immer.
So ist die Temperaturauswertung m.M.n. immer noch die bessere und technisch einfachere Lösung für eine sichere Abschaltung. Vor allem bei einer Schnelladung.
Eine Temperaturabschaltung haben i.R. nur die Eigenbauten.
Gute Ladegeräte haben beides……
Und Computer-Lader sind nur so gut, wie ihre Programme geschrieben wurden.
Gestern
Hochstrom NiCD- und NiMH-Akkus
Innerhalb weniger Minuten (8-12) müssen diese Akkus ihren gesamten Ladungsinhalt an das Antriebssystem abgeben, ohne dabei durch Überhitzung zerstört zu werden. Das bedeutet das der Innenwiderstand der Zellen möglichst klein sein muss.
Um den Innenwiderstand einer Zelle so gering wie nur möglich zu bekommen, wurden neue Zellen „gepusht“. Dieses geschah, in dem man einen mit einer hohen Spannung aufgeladener Kondensator großer Kapazität, schlagartig über die Zelle entlud. Damit einem die Zelle bei der Prozedur nicht um die Ohren flog, wurde sie isoliert und in Längsrichtung zwischen die Backen eines Schraubstocks eingespannt. Parallel zur Zelle lag ein Messinstrument um die aktuelle Spannungslage und damit den Erfolg des „Pushens“ zu verfolgen.
Anschließend wurden die Zellen „gematcht“, das bedeutet ausgesucht und zu Akku-Packs zusammengestellt. Der Ausschuss einzelner Zellen hielt sich bei dieser Prozedur in Grenzen.
Die Ladeabschaltung geschah durch eine Delt-Peak Überwachung, da die Zellen bei einer Schnellladung warm wurden und daher zumindest die NiCD- Akkus immer mittels Lüfter zu kühlen waren. Alternativ musste man lange warten, bis sie abgekühlt waren. Manche Modellbauer tauchten zu diesem Zweck ihre NiCD-Akkus ins Wasser. Mobile Ladestationen hatten bis zu zwei Lüfter zwischen dennen die Packs gekühlt und geladen wurden.
NiCD
Immer kalt laden
kalt entladen
entladen längere Zeit lagern
NiMH
Immer heiß (max. 55°C) laden
heiß entladen
geladen längere Zeit Lagern
Heute
LiPo
wird beim Laden/Entladen kaum warm
kalt laden
bei halber Spannungslage länger lagern
LiFePo4
wird beim Laden/Entladen kaum warm
kalt laden
bei halber Spannungslage länger lagern
Beide Akku-Typen müssen während des Ladens, spannungsabhängig, jede Zelle für sich, balanciert werden.
Es erfolgt keine Delta-Peak und keine temperatur Erkennung, sondern eine U/I Begrenzung nach dem CCCV-Verfahren.
D.h. fließt zum Ladungsende nur noch ein sehr geringer Strom, somit ist der Akku maximal geladen.
Eine weitere, umgekehrt gepolte Diode in der Rückstromleitung, beseitigt alle unschönen Begleiterscheinungen dieser simplen Schaltung von Bild A.
Unterschiedlichen Akkuzellen sind in ihrer Spannungslage nie gleich.
Hier spielt der Typ, der Zustand und die Alterung mit hinein.
Ferner ist das Temperaturverhalten der Zellen zu berücksichtigen.
Zum Beispiel funktionieren LiPo-Zellen bei Minusgraden gar nicht mehr………….
Bei NiCD bzw. NiMH Zellen kann die Ladeschlussspannung nicht für eine Abschaltung ausgewertet werden, da diese von Typ zu Typ sehr unterschiedlich ausfällt und nicht immer eine Delta-Peak Ladekurve geschrieben wird.
Daher wird den bei meisten einfachen Ladegeräten nur mit einem Vorwiderstand zur Strombegrenzung und einen über mehrere Akku-Typen gemittelten Wert für 1/10 Ladestrom geladen. Eine LED im Ladekreis zeigt nur an, dass ein Strom fließt.
Die Leerlaufspannung beträgt häufig ein vielfaches der Ladespannung.
Abhängig von der Kapazität der Zelle, daher sollte der Ladestrom auf dem Lader angegeben sei. Außerdem ist eine (umgebaute mechanische) Schaltuhr zu empfehlen.
Tipp
Die einfachste Methode eine mechanische Schaltuhr, für einen einmaligen programmierbaren Ablauf umzubauen, ist durch umlöten der Motorwicklung, hinter dem Schaltkontakt, zu bewerkstelligen.
Als Richtwerte bei einfachen Ladern gelten
AAA (Micro) Zelle zu hoher Strom kurze Ladezeit 4-6 Std
AA (Mignon) Zelle normale Ladezeit 12-16 Std Ladezeit
D (Mono) Zelle zu wenig Strom sehr lange Ladezeit 20-30 Std
Etwas aufwändigere Lader haben elektronische Konstantstromregler verbaut und berücksichtigen in ihren Akkuschächten die Bauformen der einzelnen Zellen. Somit läßt sich eine Ladestromanpassung zu den einzelnen Zellen sehr gut vornehmen, was bei Gleitschiebern, mit wenigen Ausnahmen, nicht umgesetzt wird. Akku-Packs benötigen ohnehin andere, angepaßte oder Automatik-Lader. Oftmals werden diese temperaturüberwacht (integrierte NTC's), innerhalb von 4 Std, schnellgeladen.
Memory-Effekte sind eher selten zu beobachten, eher aber Tiefentladungen.
Zum Ausklang
Die DEAC Zelle, wohl eine der bekanntesten in DL, die schon sehr früh von der Firma VARTA hergestellt wurde und heute noch erhältlich ist. Ihr Preis war und ist immer noch relativ hoch.
Die erste mir bekannte NiCD-Zelle (außer dem Stahl-Sammler) war die Knopfzelle als Einzelzelle. Daneben gab es in einem Schlauch eingeschrumpfte und miteinander verschweißte Zellen, als fertige Akkustangen. Diese wurden mit verschiedenen Kapazitäten und in mehreren Spannungslagen geliefert. Sie wurden häufig von der Industrie, in Messgeräte für den netzautarken Betrieb, eingesetzt. Eingebaute strom- und spannung-geregelte Ladeteile, sorgten dann für einen wartungsarmen Betrieb dieser Akkus. In die Jahre gekommene Zellen wiesen gerne mal einen Schluss auf, der dann dazu führte, dass die noch übriggebliebenen Zellen gnadenlos überladen wurden. Sie bekamen, durch die dabei entstandenen Gase, welche zu einem starken Überdruck in den Zellen führte, "runde" Gehäuseböden. Außerdem überhitzten diese Zellen sehr stark. Eine simple Temperaturüberwachung hätte hier größere Schäden an ihnen verhindern können. Somit wurden die Akkustangen immer länger und passten schließlich nicht mehr in den für sie vorgesehenen Schacht hinein.
Der Versuch, eine Zelle mit "rundem" Boden, im Schraubstock wieder in seine Urform zurück zu drücken, misslang und die Zelle quittierte diese Tortur mit einem satten Zellenschluss. Somit konnte man, mit einem scharfen Kabelmesser, die defekten Zellen heraustrennen.
Diese Zellen waren für Hochstrom-Anwendungen im Modellbau und Co. natürlich nicht geeignet. Aber für Empfänger und Servo halt die erste und eine teure Wahl.
Eine Alternative waren die kleinen RULAG Blei-Akkus für Feuerzeuge, sie waren damals sehr preiswert im Zigarrenladen zu erstehen und galten unter den Modellbauern als Geheimtip. Echte kleine Bleisammler, Gel gefüllt, gasdicht und Lageunabhängig, in einem Kunststoffgehäuse. Spannungslage 2V/Zelle. Wurde die Zelle zum Ladungsende hin etwas "bauchig", so unterbrach ein einfacher Kontakt die Ladung. Bekannt sind sie mir in zwei Größen mit unterschiedlichen Kapazitäten (500 und 225mA). Es waren praktisch die Vorläufer des Blei-Gel-Akkus.
In der Regel lohnt sich der Aufwand einer Wiederaufladung eines Primärelementes nicht.
Zeitaufwand und Ergebnis einer solchen „Ladung“ stehen in keinem vernünftigen Verhältnis zueinander.
Dieses gilt auch für alte Akku-Zellen, die womöglich noch mit destilliertem Wasser einer Frischzellenkur unterzogen werden sollen, da sie angeblich ausgetrocknet seien.
Hierzu existieren die kuriosesten Vorschläge in der gesamten Medienwelt.
Aus der Praxis
Prinzipiell lässt sich ein Alkaline Primärelement mehrfach wieder aufladen und ist danach noch kurzfristig einsetzbar. Die erreichbare Kapazität ist deutlich geringer, als die einer neuen Zelle.
Bedingung hierbei ist, dass sie noch nicht chemisch verbraucht / zersetzt ist.
Das maximale Lagerdatum sollte noch nicht erreicht oder gar überschritten sein.
Dieses steht i.d.R. auf jeder Zelle (z.B. auf dem Gehäuseboden oder auf deren Seite)
Es ist das Rückstrom-Ladeverfahren anzuwenden, um eine Gasbildung in der Zelle gering zu halten.
Wenn es denn doch sein soll
Es ist größte Vorsicht beim Laden dieser Zellen geboten.
Das Laden sollte nur innerhalb eines Sicherheitsbehältnisses erfolgen.
Einige Zellentypen besitzen eine Sollbruchstelle als Sicherheitsventil im Inneren, vor dem eigentlichen Gehäuseboden.
Das Bodenblech hat seitlich eine kleine Bohrung aus der das Gas, nach dem Auslösen des „Ventils“, gefahrlos entweichen kann.
Ist dieses Merkmal an der Zelle nicht sichtbar, so ist hier größte Vorsicht geboten, da sie durch Gasbildung während des Ladevorganges, bersten kann.
1,7V gilt als die höchste Ladespannung. Diese kann man durch die Minderung des Ladestroms oder Erhöhung des Entladestroms begrenzen.
Ein vorhandenes Bodenventil löst mit einem lauten Knall, schlagartig aus.
Das „Ventil“ ist danach zerstört, es tritt Elektrolyt aus und die Zelle bleibt undicht.
Ist kein Sicherheitsventil vorhanden so kann die Zelle, bei der Ladung mit einem zu hohen Strom, explodieren!
Während des Ladens sollte die Spannung der Zelle nicht hochlaufen und nach Unterbrechung der Ladung bei etwa 1,5 – 1,6V stehenbleiben.
Unter Last darf kein starker Spannungseinbruch stattfinden.
Die Zelle sollte während des Ladevorgangs nicht warm werden.
Nach dem Laden empfiehlt es sich, die Zelle einige Zeit liegen lassen und nicht gleich in die Hand zunehmen.
Niemals solch eine Ladung unbeaufsichtigt durchführen.
Eine so nachgeladene Zelle kann einen Kurzschlussstrom von 5-6A erreichen.
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