hm,
vielleicht sind ja doch mal ein paar Basics zum Thema Akkuladen interessant. Ich versuche hier einmal das Wesentliche in aller Kürze darzustellen:
Aufbau
So ein Akku ist kein elektronisches Bauelement sondern ein kleines Chemiewerk, oder besser gesagt, eine Energieumwandlungsstation.
Ein Akku besteht aus dem Behälter mit dem Sicherheitsventil, in dem Behälter aufgewickelte Folien aus Metallhydrid (Anode-Minuspol) sowie Nikelhydroxid (Kathode-Pluspol) und einer Separatorfolie aus Polyamid oder Polypropylen die die beiden Metallfolien Isoliert. Die elektrische Verbindung der beiden Metallfolien wird durch ein Elektrolyt bestehend aus Kalilauge (Kaliumhydroxid) hergestellt. Die Minuspolfolie ist eine gesinterte (aus Metallpulver gepresste) poröse Folie aus einer Metallegierung und hat die Fähigkeit in ihren Poren Wasserstoff zu binden (speichern) und wieder freizugeben. Diese Eigenschaft ist mit wesentlich für die Kenngrößen eines Akkus.
Ein Bild des Aufbaus gibt es hier
(
http://www.uni-koblenz.de/~odsbset/profse96/akku-gr/akkusch.gif)
Die im Akku ablaufenden chemisch/physikalischen Prozesse bestimmen alle elektrischen Eigenschaften des Akkus und definieren somit die Spannungslage bei unbelastetem Akku, die Spannungslage bei Hochstromentladung, die Kapazität des Akkus, den Innenwiederstand, die Lebensdauer und die Ladefähigkeit der Zelle. Das Ding ist also eigentlich ein komplexeres Bauteil, für den, den es interessiert, gibt es hier das elektrische Ersatzschaltbild eines Akkus.
Nennspannung
Die Nennspannung des Akkus ist durch die galvanische Spannung seiner Reaktionselemente, Wasserstoff, Nickelhydroxid und Metallhydrid vorgegeben und beträgt im unbelastetem Zustand 1,24 Volt. Da die 0,04 Volt nicht so ausschlaggebend sind, spricht man der Einfachheithalber von einer Nennspannung von 1,2 Volt. Das heißt mit anderen Worten, es gibt keine NiMh Akkus mit höheren oder niedrigeren Spannungen. Es gibt aber welche (z.B. Sanyo 2300er), die die Nennspannung auch unter hoher Last lange aufrecht erhalten können.
Innenwiederstand
Dieses bezeichnet die Eigenschaft, dem Stromfluss innerhalb des Akkus einen Wiederstand (gebildet durch den Elektrolyten und den Metallfolien) entgegenzusetzen. Der Innenwiederstand ist somit beim Laden und Entladen eines Akkus aktiv. Bei einem gegebenen Innenwiederstand reduziert sich die verfügbare Spannung in Abhängigkeit zu der Größe des Stromflußes im Akku. Fließt wenig Strom, ist somit fast die volle Nennspannung verfügbar. Fließt viel Strom, fällt am Innenwiederstand auch eine höhere Spannung ab und die noch verfügbare Spannung ist dementsprechend kleiner. Die Spannung die durch den Innenwiederstand "zurückgehalten" wird, setzt der Akku in Wärme um. Temperaturen oberhalb von 40°-45° Celcius sind auf die Dauer schädlich und schädigen den Akku irreversibel.
Kapazität
Die Kapazität bezeichnet die Eigenschaft wieviele freie Elektronen in dem Elektroden Material des Akkus durch chemische/physikalische Umsetzung gespeichert werden kann. Wesentlich für die Kapazität ist somit das Wasserstoff Speichervermögen der gesinterten porösen Metallhydridfolie. Umso mehr Oberfläche (durch die poröse Struktur) zur Wasserstoffaufnahme diese zur Verfügung stellt, umso höher kann die Kapazität des Akkus sein. Natürlich muß die Nickelhydroxid Folie dem Angepasst sein um die entsprechende Menge an Wasserstoffatomen zur Verfügung zu stellen. Optimal wäre daher ein Verhältnis von 1:1. Aber in der Praxis dimensioniert man die Fläche der Metallhydridfolie größer, damit man ein gewisses Speichervermögen für Überladungen und Entladungen hat (dazu später mehr). Die aufgedruckte Nennkapazität eines Akkus gilt für einen Entladezeitraum von 10 Stunden in dem der Akku 1/10 der Kapazität bringen muß, z.B: 200mA * 10h = 2000mAh. Nun könnte man rein Mathematisch sagen das wäre das gleiche wie: 2000mA * 1H = 2000mAh. Nun verlangt man dabei aber innerhalb des Akkus einen wesentlichen höheren Stromfluß und der Innenwiederstand macht sich nun überproportional bemerkbar. Er "bremst" die Stromentnahme aus dem Akku so dass bei solchen Strömen diese Kapazitäten eigentlich nie erreicht werden.
Entladen/Verbrauch
Beim Entladen eines Akkus haben die Wasserstoffionen das Bestreben aus der Metallhydridfolie wieder zurück in die Nickelhydroxidfolie zu gelangen (Reduktion von NiOOH zu Ni(OH)2). Da diese beiden Folien aber mittels der Polypropylen bzw. Polyamid Folie voneinander getrennt sind bleibt nur der "Umweg" über den Elektrolyten. Dabei werden die Wasserstoffionen über das Elektrolyt zur Nickelhydroxidfolie transportiert und zum Ausgleich Elektronen von Nickelhydroxidfolie zu der Metallhydridfolie transportiert (der Stromfluß). Dieser Vorgang dauert solange an, bis keine freie Wasserstoffionen mehr verfügbar sind, die Kapazität des Akkus ist nun erschöpft.
Die Anzahl der Elekronen je Zeiteinheit die an dieser Reaktion teilnehmen kann, bestimmt dabei die Größe des Innenwiederstandes des Akkus und somit unseren nutzbaren Stromfluß. Dieses ist durch den inneren Aufbau des Akkus und die Qualität der verwendeteten Materialen abhängig. Entscheidend sind dafür zum Beispiel die freie Oberfläche der porösen Metallhydridfolie sowie das Speicherungsvermögen der Separatorfolie für den Elektrolyten. Dies Qualitäten bestimmen im wesentlichen die Hochstromfähigkeit eines Akkus. Es ist leicht einzusehen, das bei zwei verschiedenen Akkus von gleicher Nennkapazität, derjenige Hochstromfähiger ist, der z.B. durch größere Reaktionsoberflächen mehr Wasserstoffionen die Reaktion je Zeiteinheit ermöglicht als der andere.
Wird der Akku tiefentlanden kann trotz der vorhandenen im Verhältnis größeren Reservefläche der Metallhydridfolie diese durch das Abwandern der Wasserstoffionen oxidieren. Die oxidierten Flächen der Metallhydridfolie sind den ablaufenden Reaktionen im allgemeinen nicht mehr zugänglich. Solange sich dieses nur in der "Reservefläche" der Folie abspielt hat das keine weiteren Auswirkungen auf die Verwendung des Akkus. Durch öfteres Wiederholen der Tiefentladung, werden jedoch die geschädigten Bereiche immer größer und es geht nutzbare Kapazität des Akkus verloren. Dieser Vorgang geht natürlich umso schneller von statten, umso weniger Reservefläche der Akkuhersteller bereitstellt, um sie z.B. lieber für nutzbare Kapazität zu verwenden. D.H., man hat dann zwar nominal einen Akku mit 2300mAh Kapazität, aber die Reservefläche beträgt nun nur noch beispielsweise 2% statt 10%.
Laden
Der mittlerweile schon oft genannte Innenwiederstand ist natürlich auch beim Laden wirksam. Auch hier bestimmt die zur Verfügung stehende Reaktions"masse" wieviel von dem fließendem Strom in die chemische Reaktion Ni(OH)2 + Metall --> NiOOH + Metallhydrid und wieviel hier von in Wärme umgesetzt wird. Leider ist es beim Laden (wie auch beim Entladen) so, das der Innenwiederstand keine konstante Größe ist, sondern von der Sättigung der Elektroden abhängt. Mit zunehmender Sättigung haben die Wasserstoffionen es immer schwieriger noch ein freies Plätzchen für sich zu ergattern, sie werden förmlich in poröse Struktur der Folie hineingepresst, der Innenwiederstand steigt an.
Irgendwann kommt nun der Zeitpunkt wo diese Suche nach einem Plätzchen immer schwieriger wird, die angelegte Ladespannung aber nicht abnimmt. Allerdings muß diese Spannung nun irgendwo hin. Erstmal sorgt nun der gestiegene Innenwiederstand für ein Erwärmung des Akkus, soweit noch nicht schlimm, es gibt ja noch ein paar freie Plätzchen für die Wasserstoffionen. Wenn das letzte Wasserstoffion nun seinen Platz gefunden hat (und die Akkutemperatur nun so bei ca. 30°C liegt), fängt die Ladespannung nun an zusätzliche Wasserstoffionen aus der Nickelhydroxidfolie freizusetzen. Diese können aber nicht irgendwo hin und werden von der Reservekapazität der Metallhydridfolie aufgenommen.
Unser Akku hat schon längst die Nennspannung von 1.24 Volt erreicht und sie fällt wieder leicht (um ein paar Millivolt) ab. Merkt das Ladegerät dieses noch nicht, dann bleibt die Ladespannung weiter am Akku anliegen und die Temperatur im Akku steigt weiter bis auf z.B. 50°C, die Ladespannung fängt nun langsam an den Elektrolyten unwiederbringlich chemisch zu Zersetzen. Irgendwann dann, fällt die Spannung im Akku aufgrund der nicht mehr vorhanden Reaktionspartner weiter ab. Die meisten Ladegeräte mit -dU Erkennung merken dann erst einen Spannungsrückgang von 20-40mV und schalten nun erst endlich ab, obwohl es für den Akkku richtiger und für 100% Ladekapzität erforderlich ist, schon bei einem Spannungsrückgang von 2-5mV abzuschalten. Denn das mehr an Spannungsversorgung führt nicht zu mehr eingelagerter Kapazität (diese ist nur von der Menge der Reaktionmasse abhängig) sondern langfristig zu einer Kapazitätsminderung des Akkus.
Das heißt also, die Eigenschaften zum Laden werden von dem Akku vorgegeben und nicht von dem Ladegerät. Das Ladegerät muss sich aber Optimalerweise auf diese Eigenschaften einstellen können.
Ein gut konzipiertes Ladegerät ist ein ziemlich komplexes Gerät. Kurzfristige Einsparungen können den Benutzer auf die Dauer teuer zu stehen kommen. Die Wahl eines gut konzipierten Ladegerätes wird die Investition auf die Dauer mit länger lebenden und bessere Leistungen aufweisende Batterien rechtfertigen.
Meiner Kenntnis nach, gibt es auf dem Markt nur 4 Ladegerät die eine dermassen sensibele Abschaltspannung realisieren:
Accumanager 10
Accumanager 20
IVT AT1
IVT AT3
Für die Accumanger Geräte ist zudem ein dynamisches Ladeverfahren kennzeichnend das ständig den Innenwiederstand des Akkus ermitelt und so kontinuierlich den Ladestrom Impulsförmig, ähnlich einer Pulsbreitenmodulation, auf die Belange des Akkus abstimmt und es so auch gelingt geschädigte Bereiche teilweise wieder zu regenerieren.
Die Geräte der Firma IVT bieten eine Recyclingfunktion um Akkus wieder zu reaktivieren. Das AT3 darüber hinaus ein LCD Display auf dem Daten wie Kapazität, Spannung usw. angezeigt werden. Die Ladegeräte sind verwendbar für Mignon und Mikrotypen, das Accumanager 20 darüber hinaus auch für Mono, Babyzellen und 9V Blocks. Das AT3 und das Accumanager10 und 20 werden mit zusätzlich mit einem 12Volt Kfz-Adapter geliefert.
So, das wars von mir in aller Kürze zu den Akkus. Soll nun jeder selbst entscheiden was er seinen Akkus wie, wo, warum und womit zumutet.
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Grüße und allzeit gutes Licht,
Uwe