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Akkumulator

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Der Begriff Akkumulator oder kurz Akku genannt, stammt aus dem Lateinischen (lat.: accumulare, sammeln/anhäufen) und bedeutet demnach übersetzt Sammler. In der Technik und Elektronik wird mit einem Akku eine wiederaufladbare Batterie bezeichnet, die zur Speicherung elektrischer Energie dient und somit als flexible Energiequelle genutzt werden kann. Diese hilft dadurch die Umwelt zu schonen und Geld zu sparen. Moderne mikroprozessorgesteuerte Ladegeräte und spezielle Ladeverfahren sorgen für schonende Ladungen und erreichen damit eine lange Lebendauer des Akkus.

Beispielabbildung handelsüblicher Akkus



Funktionsweise

Ein Akku speichert Energie beim Aufladen durch Umwandlung elektrischer Energie in chemische Energie. Er besteht aus einer oder mehreren Sekundärzellen, welche zur Erhöhung der Gesamtspannung in Reihe geschaltet sein können. Die Energie muss den Zellen zunächst durch einen Ladevorgang zugeführt werden, bevor diese durch einen angeschlossenen Verbraucher wieder abgerufen werden kann. Im Gegensatz dazu enthält eine nicht wiederaufladbare Batterie bereits direkt nach der Herstellung ihre abrufbare Energie, weshalb man bei Batterien auch von Primärzellen spricht. Bei der Entladung wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt.


Verwendung

Akkumulatoren werden hauptsächlich verwendet, um Geräte / Fahrzeuge unabhängig vom Stromnetz betreiben zu können oder eine Teilfunktion nach Trennung des Stromnetzes (z.B. zur Speicherung von Einstellungen) zu ermöglichen. Ein anderes, typisches Einsatzgebiet von Akkus ist die Verwendung als Starterbatterie für Verbrennungsmotoren, beispielsweise in Fahrzeugen oder Booten.

Durch ihre Eigenschaft, wieder aufgeladen werden zu können, amortisiert sich der höhere Anschaffungspreis gegenüber Batterien oftmals bereits nach wenigen Lade-Entlade-Zyklen.

In sensiblen Bereichen werden Akkus in unterbrechungsfreien Stromversorgungen (kurz: USV) eingesetzt, um Stromschwankungen oder Ausfälle des Stromnetzes kurzzeitig auszugleichen. Ein weiteres Anwendungsbeispiel findet man im Bereich von Solar-Anlagen, wobei mittels Solarzellen Sonnenenergie in elektrische Energie umgewandelt und in Akkus zwischengespeichert wird, um diese Energie bei Bedarf (Dämmerung, Dunkelheit) wieder abrufen zu können.


Selbstentladung

Unter Selbstentladung versteht man einen von selbst ablaufenden Vorgang, welcher bewirkt, dass sich Batterien und Akkus entladen, selbst wenn kein Verbraucher daran angeschlossen ist.

Die Geschwindigkeit der Selbstentladung ist je nach Zellentyp unterschiedlich und bestimmt, welcher Anteil der ursprünglich gespeicherten Energie nach der Lagerung noch zur Verfügung steht. Das Maß der Selbstentladung ist außerdem abhängig vom Alter der Zellen als auch von der Lagertemperatur.

Die Selbstentladung gehört zu den wichtigsten Kenndaten von Batterien und Akkumulatoren, weil die Selbstentladung ein wichtiges Kriterium zur Auswahl geeigneter Batterie- oder Akkutypen für bestimmte Anwendungsfälle darstellt.

Die Industrie hat inzwischen einen neuen Typ von modifizierten NiMH-Akkus (sog. LSD-Zellen) entwickelt, die auch unter der allgemeinen Bezeichnung Akku-Batterien bekannt sind und die Vorteile von Batterien (geringe Selbstentladung) und Akkus (wiederaufladbar) miteinander vereinen.


Akku-Typen

Die Bezeichnung von Akkumulatoren entstammt in der Regel den verwendeten (chemischen) Materialien. Alle Angaben zur Selbstentladung beziehen sich auf Raumtemperatur (20°C). Da der Effekt der Selbstentladung innerhalb des ersten Monats nach der Aufladung deutlich stärker ist, beziehen sich die Angaben der Tabelle auf den Zeitraum nach Ablauf des ersten Monats.

Vergleichstabelle verschiedener Akku-Typen

Vollständige Bezeichnung Kürzel Typische Zellspannung Selbstentladung nach 1. Monat) Anwendungsbereich Besonderheiten
Bleiakku Pb 2,0 V 5-10 % Starterbatterie, USV, Solar-Technik Große Abmessungen.
Nickel-Cadmium-Akku NiCd 1,2 V 10 % Elektrowerkzeuge und Kleingeräte älteren Datums Inzwischen innerhalb der EU verboten.
Nickel-Metallhydrid-Akku NiMH 1,2 V 15-25 % Modellbau, elektronische Kleingeräte
Lithium-Ionen-Akku Li-Ion 3,62 V 2 % Handys, Notebooks, Kameras Hohe Kapazität bei geringer Größe.
Lithium-Polymer-Akku LiPo 3,7 V 2 % Handys, PDA's, Notebooks, Modellbau Sehr hohe Kapazitäten bei geringem Gewicht.
Rechargeable Alkaline Manganese RAM 1,5 V ca. 4 % pro Jahr Kleingeräte Zellspannung entspricht "normaler" Batterie, nur ca. 25 Zyklen möglich und nicht hochstromfähig. Spezielles Ladegerät erforderlich.
Low Self Discharge LSD 1,2 V < 1 % elektronische Kleingeräte, Modellbau, Telefone NiMH-basierter Akku mit äußerst geringer Selbstentladung.


Ladetechniken


Allgemeines

Handelsübliche Akkus werden in der Regel mit Ladegeräten geladen, die mit Netzstrom betrieben werden. Viele Ladegeräte benötigen mehrere Stunden zum Laden, obwohl die Akkus selbst häufig viel schneller geladen werden könnten. Inzwischen sind jedoch Ladegeräte am Markt verfügbar, die schnell ladefähige AA- und AAA-Akkus in bis zu 15 Minuten aufladen können. Man sollte allerdings bei der Schnellladung bedenken, dass die Haltbarkeit der Akkus (und damit die Anzahl der möglichen Ladezyklen) bedingt durch sehr hohe Temperaturen während des Ladevorgangs spürbar reduziert wird.

Hinweis:
Versuchen Sie niemals, handelsübliche, nicht wiederaufladbare Batterien mit einem Ladegerät zu laden. Bei dem Versuch können die Batterien explodieren! Das gleiche gilt für RAM-Zellen in einem nicht dafür vorgesehenen Ladegerät.

Weitere Informationen zum Aufladen und Umgang mit Akkumulatorn, können in dem Thema Ladeverfahren nachgelesen werden.


Tiefentladung

Durch die vollständige Entladung (Tiefentladung) wird ein herkömmlicher Akku (z.B. NiMh) dauerhaft zerstört. Danach können diese Zellen nicht wieder geladen werden. Um dies zu vermeiden, besitzen viele der Geräte einen sogenannten Tiefentladeschutz. Ist dieser nicht vorhanden, müssen die Zellen rechtzeitig zur Ladung entnommen werden.

Nicht verwendete Akkus sollten während der Lagerung regelmäßig nachgeladen werden.


Memory-Effekt

Dieser Effekt betrifft hauptsächlich NiCd-Akkus. Bei NiMh-Akkus macht sich dieser Effekt kaum bemerkbar und wird hier Lazy-Battery-Effekt genannt.

Der Memory-Effekt ist vereinfacht gesagt eine Reduzierung der nutzbaren Kapazität eines NiCd-Akkus, den bei diesen Zellen steht einem - vereinfacht - nur so viel Energie zur Verfügung, wie auch im letzten Ladevorgang hinzugefügt wurde. Aus diesem Grund sollte vor einer Ladung eines NiCd-Akkus, dieser erst entladen werden.


Delta-U

Bei guten Ladegeräten mit intelligenter Elektronik wird der Spannungsverlauf eines Akkus während des Ladevorgangs überwacht. Bei Erreichen der Endkapazität fällt die Zellspannung durch die einsetzende Gasung und der zunehmenden Erwärmung wieder etwas ab. Dieser Spannungseinbruch wird vom Ladegerät erkannt und der Ladevorgang damit abgeschlossen.


Timerabschaltung

Ladegeräte mit einer Timerabschaltung schalten den Ladestrom nach einer gewissen Zeit automatisch ab. In der Regel sind zu ladende Akkus nicht "leer" und werden - wenn sie nicht rechtzeitig entfernt werden - überladen. Modernere Geräte nutzen die Timerabschaltung als zusätzliche Sicherung, falls das Lademaximum nicht erkannt wird.

Einzelschachtüberwachung

Durch unterschiedliche Zellengrößen, Nennkapazitäten und Ladungsunterschiede sollte jeder Akku individuell geladen werden. Bei Ladegeräten mit Einzelschachtüberwachung ist dies der Fall.


Refreshing

High-End-Ladegeräte bieten zusätzlich eine Refresh-Funktion an. Bei diesen Geräten wird der Akku nach dem Einlegen in Form eines Akku-Schnelltests überprüft und bei Bedarf ein Revitalisierungsprogramm mittels Lade-/Entlade-Impulsen gestartet. Dadurch können zum Teil Überlagerungen und Kapazitätseinbußen durch Memory-Effekt behoben werden.


Allgemeine und wichtige Hinweise

Der erste Ladevorgang

Frische Zellen (ab Werk) sind in der Regel nur vorgeladen und können beispielsweise durch Zwischenlagerung bereits geringe Kapazitätsverluste aufweisen. Vor dem ersten Gebrauch sollte daher ein neuer Akku erst einmal mit einem geringen Ladestrom voll geladen werden. Die volle Nennkapazität erreichen neue Akkus erst nach 5 bis 10 vollständigen Lade-/Entladezyklen.


Wichtige Hinweise

  1. Akkus die bereits eine Zeit lang gelagert wurden, dürfen auf keinen Fall schnell geladen werden.
  2. Bei Temperaturen unter 5°C darf keine Schnellladung durchgeführt werden.
  3. Extremes Schnellladen verkürzt die Lebensdauer eines Akkus.
  4. Tiefentladungen sind zu vermeiden.
  5. Akkus dürfen nicht kurzgeschlossen werden, da sich dadurch die Zellen extrem erhitzen und somit zerstört werden können.
  6. Akkus dürfen unter keinen Umständen ins Feuer geworfen werden.
  7. Verwenden Sie nur Ladegeräte, die für den Typ und die Kapazität der Akkus geeignet ist.
  8. Dauerndes Überladen verkürzt die Lebensdauer eines Akkus erheblich.


Batterieverordnung

Ab dem 1. Oktober 1998 dürfen nach der neuen Batterieverordnung verbrauchte Gerätebatterien und Akkus nicht mehr in den Hausmüll. Der Verbraucher muss sie entweder an den Handel oder an einer der bekannten Sammelstellen der Kommunen zurückbringen, damit diese anschließend sortiert, ordnungsgemäß beseitigt oder schadlos verwertet werden können.


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