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Batterie Hinweise

Akkumulator? Batterie? Was ist richtig und was sind die Dinge, die später den Unterschied ausmachen?

Eine Batterie ist ein elektrotechnischer Speicher auf elektrochemischer Basis. Früher wurden Batterie- und Akkumulator Zellen klar unterschieden- in nicht wieder aufladbare (Primärzellen) und in wieder aufladbare (Sekundärzellen). Heutzutage gibt es zum Glück fast nur noch Batterien die wieder aufladbar sind. Es gibt aber auch hier noch viele Unterschiede, welche wir hier näher zu erläutern versuchen.

Lithiumakkus

Pro

Der Lithium Akku besticht durch hohe Lebensdauer, kein Memory Effekt, lange Lagerfähigkeit, sehr hohe Energiedichte, beispielsweise kann ein Lithium-Ionen-Akku im Vergleich zu einem Bleiakku, dieselbe Kapazität bei nur halbem Gewicht bereitstellen. Auch ist die Anzahl der Ladezyklen im Vergleich zu einem Blei Akku deutlich höher. Der Anschaffungspreis eines Lithium Akkus amortisiert sich somit in kürzester Zeit. Das sogenannte BMS(Battery Management System) sorgt dafür, dass die einzelnen Zellen im Ladezustand sowie im Entladezustand überwacht werden und falls nötig in den Lade- oder Entladeprozess eingegriffen und dieser gestoppt wird.

Kontra

Das größte Manko eines Lithium Akkus ist die sogenannte „Tiefenentladung“, tritt diese ein,  ist der Akku sehr wahrscheinlich unwiderruflich beschädigt und kaum mehr zu retten. Die negativen Folgen der Tiefentladung sind nicht umkehrbar.

Sehr niedrige oder zu hohe Temperaturen bereiten dem Akku Probleme und die Zellen im Innern geraten in sog. „Stress“. Die optimale Betriebstemperatur eines Lithiumakkus hinsichtlich dessen optimaler Lebensdauer liegt bei 22° C. 

Bleiakkus

Pro

Bleiakkus sind bis heute in fast jedem KFZ, Motorrad, LKW verbaut und erfüllen problemlos Ihre Aufgabe als Starterbatterie. Auch was Preis-Leistung betrifft, ist der Bleiakku eine gute Lösung. Er kann in kurzer Zeit hohe Ströme liefern und ist, (gute Wartung und Pflege vorausgesetzt) auch hinsichtlich seiner Lebensdauer eine der wirtschaftlichsten Lösungen.

Kontra

Bleiakkus besitzen eine sehr geringe Energiedichte. Das heißt, auf sein Gewicht bezogen ist der Bleiakku gegenüber einem Lithium-Ionen-Akku etwa doppelt so schwer. Außerdem darf ein Bleiakku nicht Kopfüber betrieben werden und nur bedingt in Seitenlage.

Energiemenge (Wh)

Die Energie wird in Wattstunden (Wh) angegeben. Sie errechnet sich aus der Formel Kapazität mal Spannung (Ah x V = Wh). Teilt man die Energiemenge durch die verbrauchte Leistung des Geräts, so ergibt sich in etwa die Laufzeit.

Kapazität? Was ist das?   

Die Kapazität ist gespeicherte elektrische Energie. Bei einem Akku gibt die Kapazität an, wie viel Strom der Akku speichern oder liefern kann. Die Kapazität wird meistens in Milliampere stunden (mAh) oder Amperestunden (Ah) angegeben.

Ein Akku mit 1 Ah Kapazität kann eine Stunde lange einen Strom von 1 Ampere abgeben.

Muss der Akku nur ein halbes Ampere abgeben, reicht die Kapazität aus für 2 Stunden Laufzeit oder bei 2 Ampere für entsprechend eine halbe Stunde. Umgekehrt, je höher der entnommene Strom, desto geringer ist die Laufzeit.

Wie wird die Kapazität eines Akkus gemessen?

Anders als die Spannung in Volt oder die aktuelle fließende Stromstärke, lässt sich die Kapazität nicht direkt und unmittelbar messen.

Um die aktuelle Kapazität eines Akkus messen zu können, muss dieser in einem Prozess von Aufladen, Entladen und wiederaufladen mit dazwischen liegenden Abkühlphasen unter Last gemessen werden. Dieser Prozess dauert je nach Sollkapazität des zu prüfenden Akkus mehrere Stunden bis zu einem gesamten Tag. Beschleunigt werden kann der Messprozess zwar durch erhöhen der Lade- und Entladeströme sowie abkürzen der Abkühlphasen- dies führt aber unwiderruflich zu großen Fehlern im Messergebnis.

Wie berechnet man die Reichweite eines Akkus?

Einen zuverlässigen Wert für die mögliche Reichweite die mit einer Akkuladung gefahren werden kann gibt es nicht. Die Reichweitenangaben sind deshalb immer nur maximale Richtwerte die im allerbesten fall erreicht werden können. Die mögliche Reichweite ist bedingt zum einen durch den Stromverbrauch des Elektromotors welcher bedingt durch Fahrtstrecke, Zuladung, Reifendruck, Windverhältnisse, Streckentopographie, usw.  extremen Schwankungen unterliegt, sowie auch in Kennzahlen zum Akku selbst wie Alter, Pflegezustand, Ladeverhalten, usw..

Was man deshalb als fixen Wert zur Ermittlung der theoretisch möglichen Reichweite heranziehen sollte ist die Kapazität in Wh oder Ah. Dies ist ein fester Wert welcher messbar ist. (Vergleichbar mit dem Tank eines benzinbetriebenen PKW). Ist der Tank leer bleibt das Fahrzeug stehen – wird dies in dieser Zeit mit einer Person und leerem Kofferraum gefahren ist die Fahrtstrecke natürlich wesentlich größer da weniger Kraftstoffverbrauch als bei vollbesetztem PKW mit dem Kofferraum voll Gepäck und mit Anhänger. Hier schießt der Kraftstoffverbrauch in die Höhe und die Reichweite reduziert sich unter Umständen dramatisch.

Laden und Entladen?

Es gibt bei einem Akku drei Spannungen die wichtig sind. Das wäre die Nennspannung (Bleiakku 12 V) Die Ladeschlussspannung, über die hinaus nicht geladen werden darf (Bleiakku 13,8 V) und die Entladeschlussspannung über die nicht weiter entladen werden darf, weil sonst Beschädigungen drohen.  Bei einem Bleiakku wäre das 10 V. Alle Spannungsangaben sind auf jeweils eine Akkuzelle bezogen. Bei manchen Akkus ist eine Abschaltelektronik eingebaut, diese schützt vor Tiefentladung. 

Verschleiß durch Ladevorgänge / Schnellladung

Je höher der Ladestrom, desto größer der Verschleiß im Innern der Zellen. Es gibt am Markt viele sog. Schnellladegeräte – der Vorteil dieser liegt darin, dass sich wie der Name schon sagt die Ladezeit teils drastisch reduziert. Dies wird möglich durch hohe Ladeströme von teilweise bis zu 10A. Dies führt allerdings zu thermischem sowie auch chemischen „Stress“ im Innern der Lithiumzellen, was wiederum zu erhöhtem Verschleiß und somit kürzerer Lebensdauer führt.

Die üblicherweise verwendeten Ladeströme sind 2A – alle Ladegeräte mit höherer Leistung, könnte man als sog. „Schnellladegeräte“ bezeichnen. Der zulässigen max. Ladeströme von Akkuzellen sind unterschiedlich und man sollte die vom Hersteller als max. Ladestrom angegebenen Werte auf dem Typenschild oder Datenblatt des Akkus niemals überschreiten, um diesen nicht zu beschädigen.

Tiefentladung – was bedeutet das?

Jede Akkuzelle besitzt je nach Akkutechnologie eine Entladeschlusspannung. Wird diese unterschritten, spricht man von Tiefentladung. Desto größer die Unterschreitung, desto negativer wirkt sich dies unmittelbar auf den Akkuzustand und dessen Lebensdauer aus.

Lithiumakkus reagieren auf diesen Tiefentladungszustand extrem empfindlich und werden in den allermeisten Fällen unwiderruflich beschädigt, oder gar zerstört. Bleiakkus sind gegenüber der Tiefentladung zwar grundsätzlich robuster und verzeihen etwas mehr, aber auch sie werden gleich wie die Lithiumzellen unwiderruflich geschädigt und geschwächt bis hin zum Totalausfall der Zelle.

Fakten, Lebensdauer, Pflege, Lagerung

Lithiumakkus

Ein Lithium-Ion Akku verliert im Laufe seines Lebens rein durch die Alterung an Kapazität. Zusätzlich beeinflussen Ladezyklen sowie Leistung die vom Akku abverlangt wird die Lebensdauer - sprich jeder Lade- sowie Entladezyklus. Durch chemische Prozesse im Innern, wird der Akku mehr und mehr abgenutzt. Extreme Temperaturen im Plus-  oder Minusbereich, können die chemischen Bestandteile einer Batterie ebenso stark beschädigen oder zu einem stärkeren Verschleiß beitragen. Optimalerweise wird ein Lithiumakku niemals zu 100% aufgeladen und ebenso wenig völlig entladen – der optimale Bereich liegt hier zwischen 30-80% - hier fühlt sich der Akku am wohlsten und dankt dies mit einer größtmöglichen Lebensdauer.

Hinsichtlich der Leistungsfähigkeit spielt die Betriebstemperatur eine sehr große Rolle. Sie sollte nicht zu niedrig, aber auch nicht zu hoch sein – ist dies der Fall, nimmt die Leistungsfähigkeit des Akkus ab, oder schädigt diesen im schlimmsten Fall. Bei zu niedriger Temperatur erhöht sich der Innenwiderstand vom Akku und die Spannung fällt ab, umso schwerer wird es für den Akku die benötigte Energie bereitzustellen, somit sinkt auch die Reichweite. Bei zu hoher Temperatur (ab 35 Grad Celsius) muss der Akku viel mehr Energie aufbringen um dieselbe Leistung abzugeben – ebenfalls hier sinkt dann die Reichweite. Der Alterungsprozess vom Akku wird ebenso durch Wärme beschleunigt, Einbußen in der Reichweite und Gesamtzahl der Ladezyklen können hier die Folge sein. Die ideale Betriebstemperatur liegt bei 22° Celsius.  Die optimale Lagertemperatur von Lithiumakkus liegt bei 10°C - also stets kühl und trocken. Wichtig ist, den Akku währen der Lagerung nicht sich selbst zu überlassen, sondern diesen einmal im Monat zu prüfen und optimalerweise bei einem Ladezustand von um die 50% zu halten.

Bleiakkus

Während des Entladevorganges bei einem Bleiakku, bilden sich in dessen Inneren an den Bleiplatten Sulfatkristalle – dies ist ein normaler Prozess. Durch die durch das Wiederaufladen ansteigende Spannung, werden diese Kristalle einfach gesagt wieder aufgelöst. Dies allerdings nie zu 100% - das bedeutet, etwas vom Kristall bleibt immer „übrig“. Im Laufe seines Lebens, sammeln sich so mehr und mehr Sulfatkristalle an der Oberfläche der Bleiplatten, welche den Energiefluss mehr und mehr erschweren und behindern. Irgendwann ist die „Anzahl“ dieser Sulfatkristalle so angestiegen, dass ein nennenswerter Stromfluss nicht mehr vorliegt – dann spricht man von der Verschleißgrenze des Bleiakkus und dieser muss durch einen neuen ersetzt werden.

Es gilt - je tiefer die Spannung und je länger ein Bleiakku bei niedriger Spannung betrieben oder gelagert wird, desto stärker „wachsen“ die Sulfatkristalle an der Oberfläche der Bleiplatten. Sind diese extrem lange & groß „gewachsen“ (z.B. durch lange Pausen während zwei Wiederaufladevorgängen), lässt sich dieser Prozess auch durch aufladen nicht mehr rückgängig machen und man spricht von einem sulfatierten Akku, was dann die sog. “Tiefentladung“ eines Bleiakkus bedeutet. Auch dann lässt sich dieser nur noch durch einen neuen ersetzen.

Als optimale Lagertemperatur von Bleiakkus empfehlen wir 15°C - also stets eher kühl und trocken. Wichtig ist den Akku während der Lagerung nicht sich selbst zu überlassen, sondern diesen einmal im Monat zu prüfen und optimalerweise bei einem Ladezustand von um die 90% zu halten - also eher im oberen statt am unteren Spannungsbereich.

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