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Einfache Ladeschaltung mit Konstantstromquelle 

1. Allgemeine Eigenschaften der NiCd-Akkus. 
2. Aufbau und Funktionsweise einer NiCd-Zelle. 
3. Welches Elektrolyt verwendet man fuer NiCd-Zellen. 
4. Warum sind neue NiCd-Akkus immer leer ? 
5. Wichtige Groessen und spezielle Eingenschaften von NiCd- Akkus? 

 
5.1. Wann und und wieso bilden sich im Akku Gase ? 
5.2. Was bedeutet Lade -und Entladeschlusspannung ? 
5.3. Wie hoch ist die Leerlauf- und Klemmspannung einer NiCd-Zelle? 
5.4. Was bedeutet Selbstentladung und wovon haengt sie ab ? 
5.5. Welche Rolle spielt die Temperatur beim Akku ? 
5.6. Was hat es mit dem Memory-Effekt bei NiCd-Akkus aufsich ? 
5.7. Wovon ist die Kapazitaet anhaengig ? 

6.0. Durch welche Massnahmen kann man die Eigenschaften vom NiCd verbessern ? 
7.0. Welche Aufgabe hat der Separator in einem NC-Akku ? 
8.0. Einige technische Daten. 
9.0. Welche Ladeverfahren gibt es ? 

 

A Anhang NIMH Akkus 

1. Allgemeine Eigenschaften der NiCd-Akkus 

Wohl einer der Hauptvorteile von NiCd- Systemen sind vorallem lange 
Lagerfaehigkeit im entladenen Zustand, sowie die Tiefentladefaehigkeit. 
Man muss dies aber einschraenken, denn schaltet man mehrere NiCd-Zellen 
hintereinander, dann besteht die Gefahr, dass sich nach einer Tiefentladung 
eine einzelne Zelle umpolt, dazu spaeter mehr. 
Natuerlich ist auch die groessere mechanische Stabilitaet und das gute 
Verhaeltnis von Masse (Gewicht) zu Kapazitaet zu erwaehnen. 

Nickel und Cadmium 
Cadmium besitzt das Formelzeichen Cd und geheort wie Blei zu den Schwermetallen, 
Daher sind alle Cd-Verbindungen sehr giftig. 
Nickel besitzt das Formelzeichen Ni und gehoert ebenfalls zu den 
Schwermetallen. 

Praktisch verwendbare NiCd-Systeme gibt es erst seit der Jahrhundertwende. 
Nachdem sich Thomas A. Edison in seinen Forschungen auf Nickel / Eisen- Systeme 
konzentrierte, schuf Waldemar Jungner 1899 den ersten spaeter in Serie 
gefertigten NiCd-Akku. Gasdichte NiCd- Zellen konnten erst nach 1933 
hergestellt werden, nachdem A.Sassler mit seinen Forschungen die Grundlage 
dafuer gelegt hat. Seinerzeit war auch schon das Prinzip der Sinterelektroden 
bekannt. Der naechste Technologiesprung Mitte der 80'iger Jahre brachte dann 
die Metallschaumelektrode und einige weitere Verbesserungen. Damit war es 
gelungen, in den Abmessungen einer Mignonzelle eine Kapazitaet von ueber 
1 Ah unterzubringen. 


2. Aufbau und Funktionsweise einer NiCd-Zelle. 

In einer NiCd-Zelle besteht die positive Elektrode aus Nickelhydroxid (NiO2H), 
in der Regel mit einem Graphitzusatz um die Leitfaehigkeit zu verbessern. Bei 
gasdichten NC-Zellen ist es heute allgemein ueblich, einen Anteil sogenannter 
antipolarer Masse als Umpolschutz, meist Cadmiumhydroxid ( Cd (OH)2) hinzu- 
zufuegen. Die positive Nickel-Elektrode laesst sich naemlich viel schlechter 
Laden als die negative Cadmium-Elektrode. Der Zusatz von Cadmiumhydroxid bildet 
eine Ladereserve, welcher die Wasserzersetzung und somit die Bindung von 
Wasserstoffgas verhindert. Die Chemische Umwandlung des Wasserstoffs durch 
Oxidation an der positiven Elektrode verlaeuft so langsam, das er fuer 
Rekombinationszwecke in der Zelle nicht brauchbar ist. Dieser Wasserstoff- 
ueberschuss, der zu einem Druckanstieg in der Zelle fuehren wuerde, nimmt die 
Ladereserve auf und sorgt gleichzeitig fuer einen gewissen Umpolschutz. 
Die negative Elektrode besteht aus pulverisierten Cadmiumverbindungen. Auch 
hier befinden sich zur Verbesserung der elektrischen Leitfaehigkeit 
eingelagerte Graphitpartikel, auch hier gibt es analog zu positiven Elektrode 
eine Entlade - und Ladereserve, welche dadurch realisiert wird, dass mehr 
Elektrodenmasse als eigentlich erforderlich verwendet wird. Bei Ueberladung 
wird dann der gesamte Ladestrom zur Suerstoffreduktion an der negativen 
Elektrode verwendet ohne dass es zu einem unzulaesisgen Druckanstieg kommt. 
Trotz all dieser Massnahmen hat natuerlich die Umpolfestigkeit auch ihre 
Grenzen. 
In Grosserienfertigung werden die Elektrodenmaterialien in die gewuenschte 
Form gepresst und dann zur mechanischen Stabilisierung mit einem feinmaschigen 
Nickeldraht umgeben. Dieses leitfaehiges Nickelnetz dient auch zur 
gleichmaessigen Ladungsverteilung. 

3. Welches Elektrolyt verwendet man fuer NiCd-Zellen ? 

In NC-Elementen dient Kalilauge (KOH) als Elektrolyt, ueblicherweise mit einer 
Dichte von 1,27 kg/l. Sie kann aber auch leicht variieren. Bei hoeheren 
Saeurekonzentrationen ist zwar mit hoeherer Kapazitaet zu rechnen, jedoch geht 
dies sehr zu Lasten der Lebensdauer einer Zelle. Uebrigens bleibt die 
Saeuredichte einer NiCd-Zelle waehrend der Ladung und Entladung ziemlich 
konstant, da sich die Reaktionen an der negativen und an der positiven 
Elektrode nahezu kompensieren. 

4. Warum sind neue NiCd-Akkus immer leer ? 

Grundsaetzlich fliesst bei jedem Akku ein Entladestrom, auch wenn dieser nicht 
belastet wird. (=Selbstentladung) Akkus mit Sinterelektroden besitzen eine 
deutlich hoehere Selbstentladung. 
Man muss die erste Ladung (=Formatierungsladung) sehr gewissenhaft durchfuehren, 
um eine hoehere Lebensdauer zu erreichen. Der Grund ist, dass bei der ersten 
Ladung, sich die elektrisch aktiven Schichten an den Elektroden ausbilden. 
Wuerde man den Akku geladen ausliefern, so wuerde bereits vor der Formatierung 
eine gewisse Selbstantladung stattfinden. Die volle Kapazitaet erreichen 
NC-Akkus erst nach 6 Lade -Entladezyklen. 

5. Wichtige Groessen und spezielle Eigenschaften von NC-Akkus 

5.1 Wann und wieso bilden sich im Akku Gase ? 

Bei Erreichen des Ladeendzustandes werden die waessrigen Anteile des Elektrolyts 
zersetzt; es entstehen (an der positiven Platte) Sauerstoff und Wasserstoff 
(an der negativen Platte), die normalerweise von der Gegenelektrode absorbiert 
werden. Beim Ueberladen bewirkt diese Knallgas-Erzeugung (Gasung) einen Druck- 
anstieg in der Zelle, der bis zur Explosion fuehren kann. Daher sind alle 
Akkus (auch die dichten Zellen) mit einem Sicherheitsventil versehen, das bei 
hohen Innendruck anspricht. 


5.2 Was bedeutet Lade-Entladeschlusspannung ? 

 

Die Ladeschlusspannung ist die Klemmspannung bei voll aufgeladenem Akku 
mit angeschlossenem Ladegeraet. 
Sie betraegt bei NC-Zellen ca. 1.50 V. 

Die Entladeschlusspannung ist der Wert der Klemmspannung die der Akku gerade 
noch erreichen darf, ehe er tiefententladen wird. 
Eine Tiefentladung des Akkus bedeutet immer eine Verkuerzung der Lebensdauer. 
Entladeschlusspannung betraegt bei NC-Zellen ca. 0.85 V. 
Ein leer werdender Akku muss also rechtzeitig nachgeladen werden. Dabei ist 
darauf zu achten, dass die Nennkapazitaet niemals zu 100% entnommen wird, da hier 
Schaeden auftreten. 
Obwohl NiCd-Zellen recht unempfinlich gegen gelegentliche Tiefentladungen sind, 
sollte die Entladeschlusspannung nie unterschritten werden. Sonst koennen 
naemlich im Zellenverbund (bei Akku-Packs) einzelne Zellen bereits leer sein, 
waehrend die Nachbarn noch etwas Ladung haben. Diese Nachbar-Zellen haben aber 
fuer die entladene Zelle die falsche Polaritaet, so dass hier zu einem 
Umpoleffekt kommen kann, der zur Zerstoerung der leergepumpten Zelle fuehren 
kann. 


5.3 Wie hoch ist die Leerlauf und die Klemmspannung einer NC-Zelle? 

Die Leerlaufspannung einer NC-Zelle betraegt ca.1.299 V. 
Die Klemmspanng ist die bei angeschlossener Last an den Klemmen liegende 
Spannung. 


5.4 Was bedeutet Selbstentladung und wovon haengt sie ab? 

Auch ohne Belastung geht mit der Zeit ein Teil der im Akku gespeicherten 
elektrischen Energie verloren. Mit steigender Temperatur nimmt dieser Effekt 
stark zu. Die Ursache dafuer ist im schnellen Zerfall des hochaufgeladenen 
Nickelhydroxides auf der positiven Elektrode zu suchen. Dabei wird Sauerstoff 
abgespalten, der eine aequivalente Reduktion auf der negativen Elektrode 
bewirkt.Zudem haben die inneren Selbstentladestroeme durch vagabundierende 
Ionen eine nicht unbedeutende Wirkung. Selbstverstaendlich kann durch die 
Bauform die Selbstentladung beeinflusst (aber nicht vermieden) werden. 


Faustregel: 
Eine Verringerung der (Lager)-Temperatur um 10 grad, halbiert die Groesse der 
Selbstenladung und verdoppelt somit die moegliche Lagerfaehigkeit. 

Bei tiefen Temperaturen ist die Selbstentladung vernachlaessigbar. 
Reduktion= das Gegenteil von Oxidation, also Abspaltung des Sauerstoffes. 


5.5 Welche Rolle spielt die Temperatur im Akku ? 


Viele Eigenschaften von Akkus aendern sich mit schwankender Temperatur. 

Eine Angabe von Bsp. 1Ah = 1000mAh besagt, das man bei 1/10 des Nennstromes 
(100mA) rund 10 h benoetigt, um den Akku restlos auszuschoepfen. Dies ist aber 
nicht erwuenscht (s.o.) Ausserdem ist die Stromausbeute sehr stark Temperatur- 
abhaengig. Wie wir schon von der Schule her wissen, laufen chemische Reaktionen 
bei erhoeten Temperaturen wesentlich schneller ab, das gilt auch fuer die 
Selbstentladung, die in diesem Fall die verfuegbare Kapazitaet ziemlich stark 
einschraenkt. 
Aber auch Kaelte beeinflusst die Eigenschaften des Akkus. Kaelte bremst die 
chemischen Vorgaenge im Akku, da der Ionenstrom im Elektrolyt langsamer 
ablaeuft. Dies bewirkt wiederum eine Zunahme des Innenewiderstandes und 
eine kleinere verfuegbare Klemmspannung. 


5.6 Was hat es mit dem Memory-Effekt auf sich ? 

Hierbei tritt eine Kapazitaetsminderung auf, wenn der Akku oft teilentladen 
wird und dann (fachgerecht) aufgeladen wird. Man erklaert sich den Vorgang 
durch eine Kristallvergroesserung des Nickelhydroxids und des Cadmiums 
an den Elektroden und den damit verbundenen Oberflaechenschwund. 
Dies kann bis zu einen kristallinen Kurzschluss fuehren. Durch gezieltes 
Tiefentladen und dann wider fachgerechtes Aufladen kann der Akku 
einigermassen wieder \"fit\" gemacht werden. 

 


5.7 Wovon ist die Kapazitaet abhaengig ? 

 

Die verfuegbare Kapazitaet in Abhaenigkeit vom Entladestrom ist stark vom 
Aufbau abhaengig, wobei man die Zellengroesse als Faustkriterium nehmen kann. 
Bei kleinen Zellen (300mAh) sind bei 1C gerade mal 60% verfuegbar, bei Zellen 
mit 1,5Ah sind bei 1C noch 95% verfuegbar, speziellen Zellen liegen bei 1C 
noch weit ueber der Nennkapazitaet. Immer noch Spitze sind die 1,7Ah-Zellen 
von Sanyo (56g), die z.B. einen Strom von 65A (=38C) immerhin noch 80s lang 
liefern koennen, das entspricht einer entnehmbaren Kapazitaet von 85% bei 
38C. 

 


6.0 Durch welche Massnahmen kann man die Eigenschaften einer NiCd-Zelle verbessern ? 

 

Etwas aufwaendiger und teurer sind NiCd-Akkus mit Sinterfolien-Elektroden. 
Hierbei dient ein vernickeltes Stahlgewebe als Traeger, auf welches das 
Elektrodenmaterial, also NiOOH = positive Elektrode u. Cd = negative 
Elektrode, staubfoermig aufgebracht wird. 
Unter sehr hohen Temperaturen und Druecken sintern dann diese Stoffe zusammen 
und ergeben rauhe Oberflaechen. Durch die nun sehr grosse aktive Oberflaeche, 
ergeben sich folgende Eigenschaften: sehr geringen Innenwiderstand 
hohe Entladestroeme und eine gute Ueberladefestigkeit, da ja durch die grosse 
Oberflaeche die Gase (O und H) bei Ueberladung sich besser an den Elektroden 
binden koennen. Desweiteren besitzen solche Akkus bis zu 20 % mehr Kapazitaet. 
Weniger verbreitet sind Akkus mit Metallschaumelektroden.Ein selbsttragender 
Metallschaum oder Metallschwamm kann zu einem Wickel geformt, vollautomatisch 
zu Elektroden, verarbeitet werden. 

 

7.0. Welche Aufgabe hat der Separator in einem NC-Akku ? 

 

Damit die Elektroden immer einen optimalen Abstand haben, muss man sie stets 
mechansich fixieren. Diese Aufgabe uebernimmt der Separator (er wird oft auch 
als Scheider bezeichnet). Er beeinflusst die Zelle sehr wesentlich. Der 
Separator muss einerseits die Elektroden sicher voneinander trennen, und 
andererseits flexibel sein und das ueber einen grossen Temperaturbereich. 
Er darf fuer den Ionenfluss nur ein sehr minimaler Widerstand sein, soll 
aber gleichzeitig hochisolierend sein. Zudem darf der Separator nicht durch 
Saeure oder Lauge angegriffen werden. Als Materialien eignen sich Folien 
wie Vliese, Polyamid oder Polypropylen. Diese werden noch einer speziellen 
Oberflaechenbehandlung unterzogen. 

 


8.0 Einige technische Daten 

 

Spezifische Energiedichte : 21-27 Wh/kg 
elektrochemische Spannung 
der Gesamtreaktion : 1.299 V 
Innenwiderstand : 5m Ohm 

 

entnommene Kapazitaet Qab 
Ladewirkungsgrad nAH = : --------------------------------- = ----- 
zugegebene Kapazitaet Qzu 

 

Ladewirkungsgrad : ca. 83 % - 72 % 

 

Endladeschlusspannung : 0.85 V 

 

Die generelle obere 
Temperaturgrenze von NiCd : bei etwa 65 Grad 

 

Dauertemperaturen ab etwa 
45 Grad erfordern bereits 
einen speziellen Zellenaufbau. 

 

Unterhalb -10 Grad hat 
die Zellenspannung einen 
negativen Temp-Koeffizienten 
Der Abfall betraegt etwa : 3mV/Grad. 

 


9.0 Welche Ladeverfahren gibt es ? 

14 Stunden Normalladung mit Konstantstrom: (Laden ca. 1/10 des Nennstromes) 
Die Ladedauer ist lang, 
teilentladene Akkus werden ueberladen und verlieren 
ihre Speicherkapazitaet (Memoryeffekt), 
tiefentladene Akkus werden nicht regeneriert. 

 

Definiertes Entladen und anschliessende 14 Stunden 
Normalladung: 
Die Ueberladung und der Memoryeffekt werden ver- 
hindert. 
Die Regeneration schwacher Akkus ist maessig. 

 

Entladen und anschliessende zeitgesteuerte Schnelladung: 
Die Vorteile sind kurze Ladezeiten und bessere Re- 
generation. 
Wegen des unterschiedlichen Wirkungsgrades verschiedener 
Akkutypen wird der Akku jedoch meist ueber- oder unterladen. 
Schnelladefaehige, also teure Akkutypen sind notwendig. 

 

Entladen und anschliessende Schnelladung mit Spannungs- 
ueberwachung: 
Von der Zellenspannung kann nur bedingt auf den Lade- 
zustand geschlossen werden. 
Zudem ist die Spannung des vollen Akkus von Typ zu Typ 
unterschiedlich. 
Deshalb sind die Akkus oft teils ueber- oder unterladen. 

 

Entladen und Schnelladung mit Temperaturueberwachung: 
Der Temperaturanstieg waerend der Ladung ist ein gutes 
Mass fuer den Ladezustand. 
Der Kontakt von Fuehler und Akku ist oft problematisch. 

 

Entladen und Schnelladung mit Delta - Peak - Abschaltung: 
Da die Zellenspannung des Akkus aufgrund des Temperatur- 
anstieges sinkt, ist dies ein sehr gutes Abschaltkriterium. 
Die Elektronik macht Fertiggeraete teuer, und wegen der 
erforderlich hohen Ladestroeme duerfen keine Normalakkus 
benutzt werden. 

 

Entladen und Laden nach dem Reflexprinzip: 
Das derzeit modernste Ladeverfahren erlaubt eine Schnell- 
ladung aehnlich der Delta-Peak-Methode auch bei Normalakkus. 
Kurze Entladeimpulse waehrend der Ladephase erhalten die 
chemische Reaktionen in der Akkuzelle in einem guenstigen 
Bereich. 

 

Anmerkungen zum Reflexprinzip: 
Das wesentliche Element des von Christie Electric Corp. 
1988 patentierten Reflexverfahrens liegt darin, dass waeh- 
rend eines Ladevorgangs (mit hohem Strom) periodisch fuer 
eine kurze Zeit (mit einem noch hoeheren Strom) entladen 
wird. 

 

Der Sinn des Prozedur ist: Waehrend des Ladens mit hohem 
Strom entstehen durch Elektrolyseprozesse kleine Sauer- 
stoffblaeschen an den Elektroden. Dadurch wird die effektive 
Elektrodenoberflaeche reduziert und so die Impedanz der Zelle 
erhoeht. Eine erhoehte Zellenimpedanz hat aber eine geringere 
Ladeeffektivitaet und zudem eine hoehere Temperatur zur Folge. 

 

Um dies zu vermeiden, ist der periodische Entladepuls vorge- 
sehen. Dieser Entladepuls loest Blaeschen von den Elektroden 
ab und foerdert durch den nun umgekehrten Stromfluss die Re- 
kombination des Sauerstoffs an der negativen Elektrode. Die 
Strategie arbeitet aber nur dann zuverlaessig, wenn die Gas- 
blaeschen noch klein sind. Aus diesem Grunde erfolgt der Ent- 
ladepuls etwa jede Sekunde. 

 

Der Vorteil des Verfahrens liegt nun nicht nur im hoeheren 
zulaessigen Ladestrom. Die Effektivitaet des Ladevorganges 
steigert sich naemlich auch noch dadurch, dass (NiCd-typisch) 
allein schon durch die Hochstromladung eine zusaetzliche 
hoehere Effektivitaet erreicht wird. 

 

Waehrend die Effektivitaet beim Reflex-Prinzip mehr als 95 
prozent (bei minimaler Zellenerwaermung) erreicht, liegt 
die Effektivitaet bei konventioneller C/3-Ladung bei nur 
etwa 70 prozent. 

 

Das Reflex-Prinzip setzt also mehr Energie in Ladung statt 
in Gasentwicklung um. 

 

Dass bei dieser Lademethode ein Memoryeffekt vermieden bzw. 
ein bestehender Memoeffekt rueckgaengig gemacht wird (Aufbrechen 
der Kristalstrukturen) braucht keiner besonderen Erwaehnung. 

NiMH-Zellen 

1. Allgemeines 
2. Zellenaufbau 
3. Vergleich der Systeme 
4. Lade/Entlade-Eigenschaften 
5. Vergleich diverser Sekundaerelemente 

 

1. Allgemeines 

 

Unter den wideraufladbaren Geraetebatteriesystemen ist zur Zeit das System ni-cd 
mit Abstand vorherrschend, was an der Robustheit und der universalen Einsetz- 
barkeit liegt. Alle anderen verfuegbaren Systeme sind neu auf dem Markt oder 
Spezialsysteme fuer spezielle Anwendungen. Da das System Ni-Mh weitgehenst 
kompatibel dazu ist, zusatzvorteile bietet und in Zukunft weiterentwickelt wird, 
kann es in vielen Anwendungen die Rolle des NiCd Systems uebernehmen. Als 
weiteres System wird im Laufe der kommenden Jahre Lithium wiederaufladbar, 
auch unter der Bezeichnung Li/Swing oder Li/Ion bekannt, an Boden gewinnen. 
Da es sich hierbei um ein System mit 3 V handelt, ist keine Kompatibilitaet 
zu anderen Systemen gegeben, was eine Markteinfuehrung verlangsamt. 

 

2. Zellenaufbau 

 

die elektrochemischen Vorgaenge eine NiMh-zelle sind mit den der NiCd-zelle 
fast identisch, sie unterscheiden sich jedoch an den negativen Elektroden. 

 

Wie von NiCd-Systemen bekannt ist,gibt es auch bei NiMh-Zellen eine Lade/Entla- 
dereserve, d.h. eine Ueberlade- und Teifentladefaehigkeit ohne Schaeden fuer 
den Akku. Dies wird erreicht, indem man die negative Elektrode groesser bzw. 
massenreicher gestaltet wie die positive Elektrode. Die Entstehung eines Sauerstoff- 
ueberdruckes durch Ueberladung wird wie bei der NiCd-Zelle durch Rekombination 
an der negativen Elektrode verhindert. Man muss also bei Ueberladung die 
entstehenden O2-Molekuele moeglichst schnell binden, um einen Ueberdruck zu 
verhindern bzw. das das Sicherheitsventil das Akkus nicht anspricht. 
Andererseits ist die negative Elektrode einer NiMh-Zelle in der Lage, 
Wasserstoff zu absorbieren, so das im Fall einer Tiefentladung oder Umplolung 
der an der positiven Elektrode entstehende Wasserstoff ebenfals zu einem 
gewissen Grad verzehrt werden kann. 
Das die Lade/Entladereserve nur in einem gewissen Bereich Wirkung zeigt, bedarf 
keiner weiteren Erwaehnung. 
Zur Verdeutlichung der Vorgaenge soll Bild 1 helfen. 

 


Bild 1 - Vorgaenge an der Elektroden der NiMh-zelle 

 


Ueberladen 

 

------------------------------- 
+ | ni(oh)2 | -- 
------------------------------- 

| o2-verzehr 
------------------------------------------ / 
- | | meh | me | <- 
---- ------------------------------------- 
er lr 

 


Tiefentladen 

 

---------------------------------- 
-- | ni(oh)2 | + 
/ ---------------------------------- 
| 
| 
h2-verzehr | 
----------------------------------------- 
-> | mhe | mhe | me | - 
----------------------------------------- 
er lr 

 

er = entladereserve 
el = ladereserve 

 

 

3. Vergleich der Systeme 

 

Das Verhalten der NiMh-Zellen bei kleinen und mittleren Entladestroemen 
gleicht fast den der NiCd-Zellen. Bei grossen Entladestroemen sind NiCd-Akkus 
im Vorteil,d.h das sich grosse Entladestroeme bei NiCd-zellen weniger auf die 
Kapazitaet auswirken, wie bei NiMh-Akkus. Weitere Unterschiede ergeben sich 
zwischen NiMh -und NiCd-Zellen aber im Spannungverhalten waehrend der Ladung. 
Generell liegt die Ladespannug von NiMh-Zellen leicht unterhalb der NiCd-Zellen, 
und das fuer NiCd-typische Spannungsmaximum am ladeende bei hoeren Laststroemen 
ist bei NiMh-Zellen wesentlich schwaecher ausgepraegt. 
Deweiteren zeigen NiMh-Akkus 25%-100% groessere Kapazitaetswerte auf wie 
NiCd-Systeme bei gleicher Bauform. Die Groessenaenderung haengt natuerlich 
von der Baugroesse und des verwendeten NiCd-Systems ab. 
Ausserdem sind NiMh-Zellen ueber einen viel groesseren Temperaturbereich 
einsetzbar als NiCd-Systeme. laden: 0 .... 60 grad 
entladen: -20 ... 65 grad 
lagern: -40 ... 65 grad 
Die obere Grenze fuer NiMh-Zellen liegt also bei 65 grad. 
Ladespannungen sollten nicht unter 0 grad durchgefuehrt werden, da der 
unerwuenschte Druckaufbau die Zelle im unguenstiegen Fall zersteoren koennte. 
Ein weiterer grosser Vorteil der NiMh-Zelle ist, das sie keinen Memory-Effekt 
aufweist. Der Memory-Effekt wurde bereits in der NiCd-FAQ eroertert. 

 

4. Lade/Entlade-Eigenschaften 

 

Je hoeher der Ladestrom, desto hoeher ist die Ladeschlusspannung. 
Die Ladespannung von NiMh-Akkus weist einen negativen Temperaturkoeffizienten 
auf.( d.h je hoeher die Temperatur, desto geringer ist die _Lade_endspannung ). 
Die Ladespannungskennlinie verlaeuft sehr flach. 
Bei ereichen des Ladeendzustandes steigt die Spannung nochmal staerker an. 
Ladegeraete koennen diesen Spannungsanstieg auswerten und entsprechend auf 
Ladehaltestrom umschalten. Laedt man den NiMh-Akku ueber die Ladeendspannung 
hinaus weiter, so sinkt die Ladespannung wieder. Auch diesen Rueckgang der Spannung 
kann man als Abschaltkriterium verwenden. Meist lassen sich negative Spannungs- 
aenderungen schaltungstechnisch besser loesen, als positive. 
Der Anstieg bzw- der Rueckgang der Ladespannung ist temperaturabhaengig. 

 

Anders ist es bei der Entladespannung. Sie ist um so groesser je hoeher die 
Temperatur ist. Die Kapazitaetsausbeute steigt mit der Temperatur. 
Bei hoeheren Temperaturen macht sich bei kleinen und mittleren Entladestroemen 
jedoch der gegenteilige Effekt bemerkbar. Daher verringert sich die 
Kapazitaet bei 60 Grad geringfuegig gegeueber der bei Raumtemperatur. 

 

5. Vergleich diverser Sekundaersysteme 

---------------------------------------------------------------------------- 
nicd blei nimh li/ion 
---------------------------------------------------------------------------- 
energiedichte (volumenbezogen) - - ++ ++ 
zyklenverhalten ++ - ++ ++ 
selbstentladung + + + ++ 
schnelladefaehigkeit ++ - + - 
hochstrombelastbarkeit ++ + + - 
sicherheit und 
zuverlaessigkeit + ++ + - 
kosten + ++ - - 
spannungskompatibilitaet ++ - ++ -- 
umweltvertraeglichkeit -- -- + + 
spannungsstabiliatet beim 
entladen ++ -- ++ -- 

 

++ ausgezeichnet + gut - ausreichend fuer viele Anwendungen 
-- betraechtliche Nachteile 

 

 

Bleiakkus / Bleigelakkus 

Bleiakkus werden mit einer konstanten Spannung
von 2,3 V pro Zelle geladen daraus ergeben sich folgende Ladespannungen: 

6 V Akku Ladespannung 6,9 V 

12 V Akku Ladespannung 13,8 V 

Bei der Entladung sollte die Zellenspannung
nicht unter 2.1 V sinken, das entspricht 6,3 bzw. 12,6 V 

 

Ladung von NC-Accus

NC-Akkus werden mit konstantem Strom geladen. GlÀttungs-Kondensatoren sind 
nicht notwendig, es kommt nur auf den 'konstanten' Effektiv-Wert an. Die 
NORMALLADUNG dauert 14 stunden bei einem Ladestrom von i/10 (bsp. Mignonzelle 
mit 500 mAh: 14 Stunden mit 50 mA). Eine Überladung mit i/10 wird seitens der 
Hersteller mit mindestens 300 Stunden als undenklich angegeben, in der Praxis 
wirken sich auch lÀngere Ladezeiten nicht negativ aus, sollten aber vermieden 
werden. (besonders bei NC-Akkus mit Masse-Elektroden). Die Erhaltungs- oder 
PUFFER-LADUNG (d.h. zulÀssige unbegrenzte Dauerladung) sollte max. bei i/30 bis 
i/20 liegen (Bsp. Mignonzelle mit 500 mAh: bei 16-25 mA). fĂŒr Knopfzellen mit 
Masse-Elektroden gilt als Erhaltungsstrom i/100. Die SCHNELLADUNG (nur bei 
Sinterzellen) birgt die Gefahr der Überladung und der evtl. Gasung. Es sollte 
darauf geachtet werden, dass der Akku nur bis zu seiner NennkapazitÀt 
vollgeladen wird. ZweckmĂ€ĂŸigerweise wird der Akku vor der Schnellladung auf 0.8 
bis 0.9 Volt Zellenspannung entladen. die Ladezeit (in stunden) lÀsst sich durch 
die KapazitÀt (in mAh) dividiert durch Ladestrom (in mA) mal 1.4 errechnen : 
T=(K:I)*1.4 durch die Schnellladung erreicht der Akku zwischen 85 und 95% seiner 
NennkapazitĂ€t. Durch eine Anschließende 1.5 stĂŒndige Normalladung erreicht der 
Akku seine NennkapazitÀt. Ist der Akku NICHT LEER und soll trotzdem 
schnellgeladen werden, so ist die Ladezeit auf die dem Akku entnommene KapazitÀt 
zu errechen. Alle o.g. Angaben gelten fĂŒr 20 grad Celsius.. bei davon 
abweichenden TEMPERATUREN gestaltet sich das laden schwieriger. so erreicht der 
Akku bei -10 C bereits bei Normalladung mit 14 stunden eine kritische 
Zellenspannung von 1.6 Volt, bei der die entstehende GASUNG durch das 
SICHERHEITSVENTIL entweicht. ein geringerer Ladestrom ist daher bei tieferen 
Temperaturen angebracht, empfohlen wird max. 0.5*i/10 und eine Begrenzung der 
Zellenspannung auf 1.55 Volt pro Zelle. bei höheren Temperaturen z.B. bei 40 C, 
entsteht bei Normalladung bereits nach 75% aufgeladener KapazitÀt die 
Überladephase (hierbei wird durch den Gaskreislauf (elektrochemischer 
Ladungsprozess) die Ladespannung herabgedrĂŒckt anstatt - wie ĂŒblich - gegen 
Ladeschluss heraufgesetzt), wobei die weiter zugefĂŒhrte Energie in wĂ€rme 
umgewandelt wird. ein laden mit höheren Strömen ist daher bei höheren 
Temperaturen empfehlenswert, da die Überladephase erst spĂ€ter beginnt. Da bei 
der Ladung prinzipiell ein anstieg der Temperatur und der Ladespannung zu 
beobachten ist, ist bei der automatischen Abschaltung des Ladevorganges der 
Abschaltspannungswert fuer jeden Typ, jede Umgebungstemperatur und fuer jeden 
Ladestrom zu ermitteln. Des weiteren sind auch Akkublöcke vom gleichen 
Hersteller untereinander unterschiedlich und Àndern sich zusÀtzlich 
altersbedingt. Besser als automatische Abschaltung ĂŒber den Spannungswert 

Erwiesen sich AutomatikladegerÀte, die den Ladevorgang durch eine Zeitschaltuhr 
unterbrechen. (an eventuelle StromausfÀlle denken, Akkus vorher (auf ca. 0.9 
Volt pro Zelle) entladen (dann weiß man, wie lange man laden muss), die 
Mindestspannung beim Laden betrÀgt 1.45-1.5 Volt pro Zelle. Bei stromgeregelten 
LadegerÀten, insbesondere bei Kombiladern fuer 1-12 Zellen liegt die 
Leerlaufspannung zum teil erheblich höher, der vom Akku benötigte Spannungswert 
stellt sich jedoch wÀhrend des Ladevorganges automatisch ein. 

Ladung von Blei-Gel-Akkus.

Blei-Gel-Akkus werden mit 
konstanter Spannung geladen. >GlÀttungskondensatoren sind nicht notwendig, es 
kommt auf die (Spitzen-)Spannung an. ( Autobatterie-LadegerÀte sollten auf grund 
der (in der Regel) zu hohen Ladespannung nicht zum Laden benutzt werden. Bei 
einer Ladetemperatur von 20 C betrÀgt die Ladespannung 2.3 Volt pro Zelle (bei 
6-volt Akkus also 6.9 Volt und bei 12-volt Akkus 13.8 Volt). Bei -20 C sollte 
die Ladespannung auf 2.56 Volt pro Zelle angehoben werden, bei +40 C dagegen auf 
2.2 Volt pro Zelle abgesenkt werden. Bei diesen Spannungen nimmt der Akku 
anfangs so viel Strom auf, wie ihm zur VerfĂŒgung gestellt wird. Der Strom sinkt 
im weiteren Verlauf kontinuierlich ab, bei einem Ladestom von ca. i/100 ist der 
Akku voll und nimmt nur noch den Ladeerhaltungsstom auf. Im 
BEREITSCHAFTS-PARALLELBERIEB liegt die Erhaltungsspannung bei 2.25 bis 2.3 Volt 
pro Zelle, auf diesen Strom schalten diverse Automatik-LadegerÀte um. Die 
Ladezeit (in Stunden) lÀsst sich durch die entnommene KapazitÀt (in Ah) 
dividiert durch Anfangsladestrom (in A, den das LadegerĂ€t zu VerfĂŒgung stellen 
kann) plus 3 bis 5 errechnen: T=(K/I)+3 bis 5 (plus 3 bei einem Anfangsladestrom 
von K/10, plus 5 bei K/5) (bei 20 C). SCHNELLADUNGEN erfolgen mit max. 2.4 Volt 
Zellenspannung bei 20 C. ab 2.4 Volt Zellenspannung muss auf Ladeerhaltung 
umgestellt werden. (zu deutsch : Dem Akku wird der Maximal-Strom des LadegerÀts 
zu VerfĂŒgung gestellt.) Sobald die Zellenspannung 2.4 Volt erreicht wird 
umgeschaltet auf Erhaltungsladung mit 2.25-2.3 Volt pro Zelle. Sollte der Akku 
gasen (z.B. weil die Temperatur ansteigt und somit nur eine niedrigere 
Ladespannung erforderlich ist), so ist die Ladung zu unterbrechen (bis die Akku- 
oder Umgebungstemperatur gesunken ist) oder die Ladespannung zu senken. 

Allgemeine Tipps (NC-, Blei-, Bleigel-Akkus) 

GedĂ€chtnis-Effekt: Werden Akkus ĂŒber lĂ€ngere Zeit nicht oder nur teilweise 
entladen sinkt ihre KapazitÀt ab. 

Abhilfe: gelegentliches Laden 

formatieren: mehrfaches (3 bis 5 mal) 
Normal-Laden + entladen 

Defekte Akkus: (jede Zelle einzeln 
behandeln) 

Leer, Zelle kommt bei Ladung nicht auf 
Spannung -> Strom langsam erhöhen (bis 20*i), aber auf Spannung, Temperatur, 
Gasung achten : rechtzeitig abbrechen. Sobald die Zelle 'kommt' : auf 
Normalladung ĂŒbergehen 

Leer, Zelle hat hohen Innenwiderstand/ 
voll, Zellenspannung bricht bei kleinster Last zusammen: -> abwechselnd 
laden + entladen (kleiner Lade- + kleiner Laststrom) (z.B. erste Halbwelle 
laden, erste Halbwelle entladen, zulÀssige Parameter einhalten !)  

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