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Was man alles über Akkus wissen sollte

Was man alles über Akkus wissen sollte
© Kalcher, Herbert K.
Was man alles über Akkus wissen sollte

August 2006 Akkubetriebene Geräte haben sich mehr und mehr durchgesetzt. Die Stromversorgung per Anschlusskabel erweist sich, insbesondere bei mobilem Einsatz, oftmals als störend. Auch wird eine ganze Reihe von elektrischen Geräten mit Niedervolt betrieben, sodass hier für die Stromversorgung gerne Batterien eingesetzt werden. Die sind aber teuer und was die Entsorgung angeht, nicht gerade umweltfreundlich. Heute können selbst solche Geräte mit Niedervolt betrieben werden, an die noch vor Jahren niemand auch nur im Traum gedacht hätte. Bestes Beispiel: Akkubetriebene Pneumatik-Bohrhämmer oder Heckenscheren. Dazu wäre es freilich nicht gekommen, wenn nicht auch leistungsstarke Trockenakkus entwickelt worden wären.


nach obenWie alles anfing

Die Geschichte der "elektrochemischen Energiespeicher" – so die damalige wissenschaftliche Bezeichnung – begann mit der Erforschung der Elektrizität. Verbunden damit sind Namen wie Luigi Galvani oder Alessandro Cont di Volta.

Auf die Erkenntnisse aus Galvanis Experimenten aufbauend gelang es Volta die erste einfache Batterie herzustellen, indem er Kupfer- und Zinkscheiben abwechselnd übereinanderschichtete und in Salzlösung getränkte Pappscheiben dazwischenlegte. Damit war die "Volta’sche Säule", die elektrische Energie lieferte, erfunden.

Johann Wilhelm Ritter entwickelte die Volta’sche Säule weiter. Seine, die "Ritter’sche Säule", aus übereinandergeschichteten und mit Natriumchlorid getränkten Kupfer- und Pappscheiben gilt als Urform des Akkumulators!

nach obenZurück in die Gegenwart

Unterschieden wird bei den akkubetriebenen Geräten in Geräte mit fest eingebautem Akku und in Geräte mit Wechselakku. Bei denen mit fest eingebautem Akku ist gerne auch eine Ladeeinheit integriert, die das Gewicht zwangsläufig erhöht. Ein größerer Nachteil: ist der Akku leer, kann auch das Gerät nicht weiter benutzt werden. Geräte mit Wechselakkus sind da praktischer, ist der Akku leer, wird er gegen einen vollen gewechselt und weiter geht’s.

nach obenAkku-Info

Lithium-Ionen-Akkus

Geräte-Akkus (Lithium-Ionen) für Digital-Kameras
© Kalcher, Herbert K.
Geräte-Akkus (Lithium-Ionen) für Digital-Kameras
Der Markt von Kleinstgeräten (Handys, Notebooks, PDAs u. a.) zeigt einen Trend zur Miniaturisierung. Gleichzeitig steigt der Energiebedarf solcher Systeme. Wegen der hohen Energiedichte der Lithium-Zellen sind diese besonders für mobile Geräte geeignet. Allerdings sind Lithium-Ionen-Akkus (noch) teuer und reagieren wesentlich empfindlicher auf falsche Behandlung als andere Akkus. Generell sollte ein Lithium-Ionen-Akku immer vollständig geladen und entladen werden. Unvollständige Lade-/Entladevorgänge zählen als ein kompletter Ladezyklus. Auch der ständige Betrieb des Akkus parallel zu einem Netzteil – speziell bei Notebooks – drückt die Anzahl der möglichen Ladezyklen.

Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH)

Auf der Suche nach einem umweltverträglichen Ersatz zum NiCd-Akku wurde das Cadmium (Cd) durch eine Metallegierung ersetzt. Die NiMH-Zelle ist spannungskompatibel zur NiCd-Zelle, erreicht allerdings die Strombelastbarkeit nicht. Hochstromanwendungen, wie zum Beispiel bei Akku-betriebenen Elektrogeräten sind mit NiCd-Akkus besser ausgestattet.

Moderne NiMH-Akkus können mit einem hohen Ladestrom geladen werden. Dann sind die Akkus schon nach wenigen Stunden voll. Der maximale Ladestrom darf dabei trotzdem nicht überschritten werden. Ist der Akku voll, kann jede weitere Energiezufuhr den Akku dauerhaft schädigen. Ein gutes Ladeverfahren und ein entsprechend guter Akkulader können teilgeladene Akkus erkennen und zuverlässig das Ladeende bestimmen. Die Entladefunktion der Ladegeräte sollte bei NiMH-Akkus nicht verwendet werden. Bei einem vollen Entlade- und Ladezyklus muss die komplette Akku-Chemie umgeschichtet werden. Nach Möglichkeit sollte das vermieden werden. Der Akku nutzt sich durch Teilentladung wesentlich weniger ab.

Quelle: www.elektronik-kompendium.de

nach obenAkkuformen

Akkus gibt es in vielen Formen und mit unterschiedlichen Leistungen. Als Geräteakkus bezeichnet man die Stromspeicher, die ausschließlich für ein bestimmtes Gerät genutzt werden können. Hier können die Zellen weitgehend der Gehäuseform angepasst und leistungsmäßig genau auf das Gerät abgestimmt werden.

Praktisch sind die Geräte, die mit Batterie oder Akku betrieben werden. Sogenannte "Rund-Akkus" gibt es in Form von Micro-, Mignon-, Baby- und Monozellen, aber auch als 9-Volt-Energieblock. Da diese Akkus mittlerweile zu Massenprodukten geworden sind, sind sie relativ preiswert und können Vaters Zusatzblitzgerät mit Strom versorgen und im nächsten Moment aber auch schon Kinderspielzeug in Aktion versetzen.

nach obenNachteile

Trockenakkus ist es egal, ob sie liegen oder stehen, sie liefern aus jeder Lage heraus ihren Strom. Aber Tiefenentladung und starke Überladung mögen sie nicht. Die Stromspeicherung ist auch nicht unbegrenzt, denn Akkus entladen sich im Laufe der Zeit selbst.

Die Lebensdauer der Akkus liegt, je nach Typ und Ladesystem, bei 1.000 bis 3.000 Ladezyklen. Den Ladegeräten kommt daher eine besondere Bedeutung zu. Jeder Akku verlangt eine bestimmte Ladedauer mit einem bestimmten Ladestrom. Die Ladedauer richtet sich nach dem Ladestrom. Akkus die ständig mit einem konventionellen Ladegerät mit einer für sie zu hohen Ladespannung und dafür verkürzten Ladezeit geladenen werden, erreichen meist nicht die sonst übliche Lebensdauer. Diese Art der Schnelladung kann also recht teuer werden.

nach obenHochwertige Ladegeräte

Anders verhält es sich da bei computergesteuerten Ladegeräten. Der Ladestrom ist hier zwar um ein Vielfaches höher als auf dem Akku angegeben, allerdings fließt der Strom nicht permanent, sondern in Intervallen. Während des Ladevorgangs wird ständig die Akkutemperatur kontrolliert, ist sie zu hoch, wird der Ladevorgang abgebrochen. Ist der Akku voll, schaltet das Ladegerät automatisch auf Erhaltungsladung, dass heißt, es wird die durch die Selbstentladung verlorene Leistungskapazität durch kurzfristiges Nachladen ausgeglichen.

Vorteile der elektronischen "Computer"-Ladegeräte

Diese Lademethode hat entscheidende Vorteile:
  • Bei jedem herkömmlichen Akku wird die Lebensdauer von etwa 1.000 auf rund 3.000 Ladezyklen erhöht.
  • Die Ladedauer von mehreren Stunden wird auf Minuten reduziert. Ein nicht zu verkennender Vorteil, wenn es sich zum Beispiel um einen Akku für einen Bohrschrauber handelt. Eine Kaffeepause reicht zum Laden.
  • Umweltfreundlich ist diese Lademethode auch: Die Anschaffung eines zweiten Akkus erübrigt sich meist durch die kurze Ladezeit und jeder nicht gekaufte Akku muss auch nicht entsorgt werden.

nach obenDie wichtigsten Akkutypen

Nickel-Cadmium (NiCd)

Die Vorteile dieses Akkus sind die hohe Belastbarkeit, die Schnelladefähigkeit und die Kältestabilität bis minus 15 °C. Nachteile sind der relativ geringe Energieinhalt gegenüber anderen Akkutypen und der sogenannte Memory-Effekt. Dieser kann entstehen, wenn der Akku vor dem Laden nicht vollständig entladen wurde oder der Akku auf Dauerladung mit geringen Strömen eingesetzt wird. In solchen Fällen bilden sich an der negativen Elektrode metallische Kristalle. Dadurch verringert sich die verfügbare Kapazität immer mehr, sodass letztlich der Akku nur noch wenige Minuten Strom liefert. So beeinträchtigte Akkus können durch wiederholtes Laden/Entladen mit einem speziellen Refreshing-Gerät wieder reaktiviert werden. Der Memory-Effekt ist so meist reversibel.

Nickel-Metallhydrid (NiMH)

Bei diesem Akkutyp wurde das Cadmium vollständig durch eine Wasserstoff speichernde Legierung ersetzt. Die Kapazität ist gegenüber dem NiCd-Akku zwar höher, allerdings ist die Belastbarkeit geringer. Den Memory-Effekt gibt es beim NiMH-Akku nicht, aber einen ähnlichen, den Lazy-Battery-Effekt, der sich aber vollständig beseitigen lässt. Vermeiden lässt sich der Lazy-Battery-Effekt, wenn der Akku stets vollständig entladen wird.

Lithium-Ionen (LiIon)

Diese Akkus besitzen von allen wiederaufladbaren Akkus die höchste Energiedichte. Kurz und knapp: Bezogen auf das Volumen verfügen sie über die größte Kapazität. Memory-Effekt und dergleichen gibt es nicht. Sie sind jedoch nicht kompatibel mit NiCd- oder NiMH-Akkus und sie erfordern eine besondere Ladetechnik mit einem speziellen Zellenmanagement. Die Problematik der LiIon-Akkus liegt in der verhältnismäßig geringen Belastbarkeit und ihrer Empfindlichkeit gegenüber Tiefentladung, die die Zellen komplett zerstören kann. Auch die Zahl der Ladungen ist relativ niedrig. Vorteil sind die sehr geringe Selbstentladung (etwa ein Prozent/Monat) und das geringe Gewicht. Damit lassen sich – z. B. bei Werkzeugen im Vergleich zum NiCd-Akku – kleinere, leichtere Geräte bei gleicher Leistung bauen oder bei gleichen Gerätedimensionen wesentlich stärkere Maschinen konstruieren.

Die angesprochenen Nachteile gleichen die Hersteller mit entsprechend aufwendigen elektronischen Steuerungen aus.

nach obenLi-Power-Geräte von Metabo

Li-Power von Metabo
© Metabo
Li-Power von Metabo
Mehr Leistung bei geringerem Gewicht, verspricht Metabo bei seinen Li-Power-Geräten. So liefert ein Li-Power-Akku rund 40 % mehr an spezifischer Energie als NiCd-Akkus. Dabei ist er um rund 40 % leichter als bisherige Akku-Systeme. Ein Akkupack mit 18 Volt Spannung und einer Kapazität von 2,2 Ah wiegt etwa 700 g – ein „normaler“ NiCd- oder NiMH-Akkupack wiegt über ein Kilo!

Durch die geringere Selbstentladung ist ein Li-Power-Akku auch nach längerer Lagerung sofort wieder bei voller Leistung einsetzbar. Je kühler der Akku beim Laden, desto schneller ist er wieder einsatzfähig. Jeder Akku wird aber beim Einsatz heiß, was ein sofortiges, effektives Wiederaufladen behindert. Metabos AIR COOLED-Ladetechnologie hebt diesen Effekt auf, denn hier wird der Akku während des Ladevorgangs heruntergekühlt. Dies geschieht, indem Kaltluft durch den Akkupack gesaugt wird. Der Ladevorgang wird damit um ein Drittel schneller und die Akkus leben deutlich länger.

nach obenAkku-Bohrschrauber von Black & Decker

Akku-Bohrschrauber von Black & Decker
© Black & Decker
Akku-Bohrschrauber von Black & Decker
Kabelloses Bohren und Schrauben in Haus, Werkstatt und Garten geht jetzt noch einfacher von der Hand. Dank kleinerer und leichterer Lithium-Ionen-Akkus ist der neue 14,4 V Akku-Bohrschrauber von Black & Decker kompakter als vergleichbare Geräte mit NiCd- oder NiMH-Akkus – und das bei gleicher Leistung und Laufzeit.

nach obenEU-Verordnung

Ende 2004 haben die EU-Umweltminister eine Verordnung erlassen, die den Einsatz von Batterien und Akkus mit dem Schwermetall Cadmium reduziert. Bis spätestens 2007 muss ein Verbot für NiCd-Akkus in nationales Gesetz umgesetzt werden. Ausgenommen sind schnurlose Elektrowerkzeuge, sogenannte Power Tools, für die es keinen gleichwertigen Ersatz gibt.
Quelle: www.elektronik-kompendium.de
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Akku, Ladegerät, Lazy-Battery-Effekt, Lithium-Ionen-Akku, Memory-Effekt, Nickel-Cadmium-Akku, Nickel-Metallhydrid-Akku

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