Herzlich Willkommen zum Vortrag Akku-Technologie

Allgemeine Information zum Nickel-Cadmium-Akku (Ni-Cd)

Lagerung Ni-Cd-Akkus sollten möglichst nicht in voll geladenem Zustand lange gelagert werden.

Entladen

Grundlagen der unterschiedlichen Akku-Systeme

Der Blei-Akku Für konstante Stromentnahme bis max. 20% der Nennkapazität. (100Ah20A). Kurzzeitige Belastung bis zum 10-fachen der Nennkapazität sind jedoch möglich. (100Ah1.000A). Einsatzbereich vorwiegend in Fahrzeugen und für Notstromversorgungen. Offene Systeme dürfen nur in ausreichend belüftenden Räumen oder im Freien betrieben werden. Besonders beim Ladevorgang ist Vorsicht geboten da Knallgas erzeugt wird, wodurch Explosionsgefahr besteht. Blei-Akkus dürfen niemals in seitlicher Lage oder kopfüber betrieben werden. Der Akku sollte mindestens alle sechs Monate geladen werden, wenn er gelagert wird. Blei-Gel-Akku (PB) Anwendungsbereich und Funktion sind größtenteils mit Blei-Akkus identisch. Nur ist das Elektrolyt ist nicht flüssig sondern ist ein Gel. Dadurch können diese Akkus auch in seitlicher Lage oder kopfüber betrieben werden.

Der Lithium-Ion-Akku Extrem niedriges Leistungsgewicht, kein Memory-Effekt das sind die markanten Vorzüge dieses Akkus. Der Preis liegt hier jedoch nochmals zwei- bis dreimal über dem des Nickel-Metall-Hydrid-Akkus. Die maximale Stromentnahme liegt bei ca. 2-fachem Nennstrom. (1.5Ah3,0A). Einsatzbereiche sind meist Handys oder Videokameras.

Der Nickel-Cadmium-Akku Günstiges Leistungsgewicht (Watt pro Gramm) und sehr hohe Stromentnahme bei vernünftigen Preis zeichnen diesen Akku aus. So können Powerpacks kurzzeitig ( 1-2 s ) bis zum 50-fachen ihres Nennstromes liefern. (2Ah100A). Dieser Vorteil wird insbesondere für Powertools genutzt, wo kurzzeitig extrem hohe elektrische Leistung für das erreichen des Drehmoments benötigt wird. Ein weiterer Vorteil ist die lange Lebensdauer von mehr als 10 Jahren und bis zu 3.000 Lade- / Entladezyklen. Kurze Ladezeiten mit intelligenten Ladegeräten sind möglich. Die Lebensdauer ist stark von der Art des Aufladens abhängig. Das beste Ladeergebnis wird mit einem Frequenzmodulierten-Impulsladestrom erreicht. Durch eine dynamische Überwachung der Zellenspannung und der Zellentemperatur gepaart mit „Delta Peak“ und „Delta U“ wird sichergestellt das der Akku niemals überladen wird. Selbstverständlich sollte eine Zeitbegrenzung nicht fehlen. Diese Akkus sollen jedoch nach Schwedischem Vorbild ab 31.12.2007 verboten werden.

Der Nickel-Metall-Hydrid-Akku Noch günstigeres Leistungsgewicht wie Ni-Cd-Akku und kaum Memory-Effekt sind die Vorteile dieses Typs. Der Preis ist jedoch derzeit um 20 - 30% höher. Hochstrom fähige Akkupacks können bis zum 20-fachen ihres Nennstromes (3,5Ah70A) kurzzeitig belastet werden. Zum Aufladen des Akku ist ein intelligentes Ladegerät unabdingbar, da auch ein kurzfristiges Überladen des Akku meistens irreparable Schäden verursacht, wodurch der Akku sich dann nur noch auf 30 bis 50% seiner Nennkapazität aufladen lässt. Selbst „Refresher oder „Regenerierer“ können diese Schäden weder mildern noch beseitigen. Die Lebensdauer der NiMH-Akkus liegt bei gutem Ladegerät im Durchschnitt bei 500 – 1.200 Lade- / Entladezyklen.

Aufbau einer positiven Elektrode Ni-MH

Aufbau einer negativen Elektrode Ni-MH

Ladeverfahren über Temperaturgradient bei Ni-MH

Normaler Ladeverlauf bei Ni-Cd

Überladung bei Ni-Cd

Ni-Cd-Akku leer und heiß wird geladen

Ni-MH-Akku leer und heiß wird geladen

Spannungsverlauf Ni-Cd-Akkus EY9101 + EY9106

Spannungsverlauf Ni-MH-Akkus EY9200 + EY9201

Spannungsverlauf zwischen Ni-Cd EY9106 und Ni-MH EY9200 Akkus

EY9201 Belastung mit 10A und 20A

Spannungsverlauf unter verschiedenen Lasten

Blau. = EY9201. 3. 500 mA Ni-MH Rot. = EY9200. 3. 000 mA Ni-MH Grün Blau = EY9201 3.500 mA Ni-MH Rot = EY9200 3.000 mA Ni-MH Grün = EY9106 2.000 mA Ni-Cd Hellblau = Sanyo 2.400 mA Ni-Cd Braun = Sanyo 2.000 mA Ni-Cd

Grün. =. 3. 500 Ni-MH Panasonic EY9201 Rot. =. 3 Grün = 3.500 Ni-MH Panasonic EY9201 Rot = 3.300 Ni-MH Makita BH 1233 Braun = 3.000 Ni-MH Panasonic EY9200 Blau = 2.000 Ni-Cd Panasonic EY9106

Neue Bauform nutzt vorhandenes Volumen besser aus Lagerung im aufgeladenen Zustand verlängert die Lagerfähigkeit und erhält die Leistungsfähigkeit moderner Ni-MH-Akkus.

Sanfter und kräftiger Motoranlauf Motoranlauf durch 4 Feldmagneten und 6 Ankerpole mit deutlich niedrigerem Strom als mit einfachen Elektromotoren die meistens nur 2 Feldmagneten und 3 Ankerpole haben.

Begriffsbestimmungen Akkumulator ( Akku ) (Stromspeicher) Einzelne Sekundärzelle oder Anordnung mehrerer Sekundärzellen. Aktives Material Aktive elektrochemische Materialien zur Herstellung der positiven und negativen Elektroden. Anode Aktives Material Nickelhydroxid; Pluspol des Akku. Ampere-Stunden Die Kapazität der Zelle; Strom in Ampere multipliziert mit der Zeit in Stunden, während welcher der Strom aus der Batterie fließt. Wird auch in mAh angegeben. C-Rate Entspricht der Nennkapazität in Ah, also pro Zeiteinheit fließenden Lade- oder Entladestrom in Ampere oder mA, z.B. 2.000 mA = 1C, 200 mA = 0,1C.

U-Abschalt-Kriterium (Delta U) Dabei wird die Spannungsabnahme nach Erreichen der Maximalspannung am Ende des Ladevorgangs zur Abschaltung des Ladestroms benutzt. Dichtung Zwischen Gehäuse und Deckel der Zelle verpresste Dichtung verhindert ein Auslaufen des Elektrolyts und isoliert das Gehäuse (-) zum Deckel (+) voneinander. Elektrolyt Wässrige Lösung eines alkalischen, ionenleitenden Materials, normalerweise Kalilauge. Entladeschlußspannung Spannung, bei der die nutzbare Entladung einer Zelle beendet ist (ca. 1,0 V pro Zelle).

Entladestrom Gasabsorption Innendruck Innenwiderstand Wird normalerweise als Bruchteil der Kapazität angegeben und ist das Maß, mit dem der Strom aus der Zelle oder dem Akku entnommen wird. Gasabsorption Die Fähigkeit der Kathode, das in der Zelle erzeugte Sauerstoffgas zu absorbieren. Je größer diese Fähigkeit ist, desto größer kann der Ladestrom sein. Innendruck Der Druck in einer dichten und wartungsfreien Batterie (Akku). Am Ende des Ladevorgangs wird an der positiven Anode Sauerstoff erzeugt, so dass der Innendruck ansteigt. Innenwiderstand Der elektrische Widerstand in der Zelle. Er verursacht einen zum Strom proportionalen Spannungsabfall in der Zelle.

Ladungs-Wirkungsgrad Kapazität Die in einer Zelle oder in einem Akkupack zur Verfügung stehende elektrische Energie Ah. Je höher die Entladeströme sind, desto mehr reduziert sich die entnehmbare Kapazität. Kathode Aktives Material Cadmiumhydroxid; Minuspol des Akku. Ladestrom Der Strom, mit dem die Zelle aufgeladen wird. Die Angabe erfolgt normalerweise als Bruchteil der C-Rate. Ladungsaufnahme Verhältnis der effektiv in einem Akku gespeicherten elektrischen Ladung. Ladungs-Wirkungsgrad Wirkungsgrad, mit welchem die elektrische Energie in dem Akku gespeichert wird. Nennspannung Durchschnittliche Zellenspannung während der Entladung. Normalerweise bei Ni-Cd-Akku 1,2 Volt pro Zelle.

Primärzelle Zelle, in der die elektrochemische Reaktion bei der Entladung irreversibel ist (nicht wieder aufladbar). Sekundärzelle Zelle, in der die elektrochemische Reaktion umkehrbar ist (aufladbar). Die Lebensdauer wird in Zyklen angegeben. Selbstentladung Kapazitätsverlust einer Zelle, während sie gelagert oder nicht benutzt wird. Die Größe der Selbstentladung wird durch die Umgebungstemperatur stark beeinflusst. Tiefentladung Entladen einer Zelle durch Entnahme von 95 % bis 100 % ihrer Nennkapazität. Trennfolie Ein Material zur Trennung der aufgewickelten Elektroden (Anode/Kathode). Speichert gleichzeitig das Elektrolyt.

Überladung Verbinder Zelle Zellen-Umpolung Zyklus Kontinuierliches Weiterladen einer Zelle, obwohl sie bereits voll ist und 100% ihrer Kapazität hat. Verbinder Metallstreifen (Lötfahnen), welche mittels Punktschweißung die einzelnen Zellen verbinden. Als Material wird häufig Nickel verwendet. Zelle Eine zylindrische, in sich geschlossene Einheit aus spiralförmig aufgewickelten positiven (Anode) und negativen (Kathode) Elektroden, einer Trennfolie und darin enthaltenem Elektrolyt. In einer Zelle wird chemische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Zwei oder mehr Zellen ergeben einen Akku. Zellen-Umpolung Wird durch zu tiefes Entladen (unter = 0,1 V pro Zelle) verursacht. Dabei wird die normale Polarität einer Zelle in einer mehrzelligen Akku-Anordnung umgepolt. Eine Zellenumpolung erfordert normalerweise einen Verbund von mehr als 3 Zellen. Zyklus Ein einzelner Lade-/Entladevorgang einer Zelle oder eines Akkus.