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.