Technologie - Akkus

Welche Akku- und Batterie-Typen gibt es in Ihrer MAL Lighting Lampe und was sind die Unterschiede? Hier eine kleine Übersicht, die  ein Gefühl über das Verhalten dieser Energie-Speicher geben soll:

Es gibt eine Vielzahl an unterschiedlichen Akku- und Batterie-Systemen, aber nur einige wenige haben sich für den Einsatz in unseren Lampen durchgesetzt. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen so genannten "Primär-Systemen" und "Sekundär-Systemen". Ein Primär-System ist, was in der Umgangssprache als "Batterie oder Einwegbatterie" bezeichnet wird und bis auf wenige Ausnahmen nicht wiederaufladbar ist. Mit Sekundär-Systemen bezeichnet man die wiederaufladbaren Batterien: Die Akkumulatoren oder einfach Akkus, auf welche im Folgenden nun etwas näher eingegangen wird.

Die verschiedenen Akku-Typen unterscheiden sich in der chemischen Zusammensetzung ihres Elektrolyts, der Elektroden und ihrer Bauform, wobei der elektrochemische Vorgang beim Laden bzw. Entladen im Prinzip derselbe ist. Unterschiedliche Stromveträglichkeiten, Temperaturverhalten, Ladecharaktere bzw. Entladeeigenschaften bestimmen die verschiedenen Anwendungsbereiche.

Blei-Akku

Der Blei-Akku ist eine der ältesten am und am verbreitesten Akku-Typen. Die Zellenspannung eines Blei-Akkus beträgt ca. 2V. Ein Lampenakku mit 12V besteht aus 6 hintereinander geschalteten Zellen.Geladen wird ein Blei-Akku mit konstanter Spannung, welche die so genannte "Gasungsspannung", (die Spannung bei der Gasbläschen an den Elektroden entstehen), von 2.4V/Zelle nicht überschreiten sollte. Bei Erreichen dieser Spannung muss der Ladevorgang beendet werden. Die Schnellladung eines Blei-Akkus ist im Gegensatz zu NiMH Akkus nicht so einfach, da unter normalen Bedingungen auf der einen Seite der Ladestrom durch den Innenwiderstand des Akkus selber begrenzt wird, auf der anderen die Gasungsspannung von 2.4V/Zelle nicht überschritten werden darf. Der maximal mögliche Ladestrom ergibt sich damit aus diesen Gegebenheiten. Charakteristisch ist bei Blei-Akkus auch, dass während des Ladevorgangs mit einer Konstantspannungsquelle zuerst ein relativ geringer Strom fließt, der im Laufe der Zeit immer mehr ansteigt. Kritisch ist auch die Temperatur des Blei-Akkus während des Ladens, da die Gassungsspannung je nach Temperatur stark schwankt. Beim Entladen sollte darauf geachtet werden, dass keine Tiefentladung vorkommt (kleiner 1,75 V/Zelle), da sonst die Lebensdauer des Blei-Akkus stark verkürzt wird.
Blei-Akkus sollten auch nicht längere Zeit ungeladen lagern. Bei zu langer Lagerung kristallisiert das bei der Entladung entstandene Bleisulfat (Sulfatierung) und der Akku trocknet aus. Ein sehr großer Vorteil dieser Akkus ist, das Sie eine sehr lange Lebensdauer haben. (> 5 Jahre).

NiMH-Akku

Der NiMH Akku hat eine Ruhespannung von ca. 1.25V. Im Gegensatz zum Blei-Akku nimmt beim NiMH Akku das Elektrolyt nicht an der chemischen Umsetzung teil. Er hat ausschließlich die Aufgabe, den Ionenstrom zwischen den Elektroden zu leiten. Es kann auch keine Elektrodensubstanz in den Elektrolyten abwandern, wie es z.B. bei Blei-Akkus der Fall ist. Da der NiMH -Akku keine Änderungen im physikalischem Sinne erfährt, und sich auch seine Dichte nicht ändert, ist die Spannung während der Entladung relativ konstant, und seine Lebensdauer entsprechend hoch. NiMH -Akkus sind leichter und die Baugröße ist in der Regel kleiner als bei vergleichbaren Blei-Akkus.

Geladen wird ein NiMH -Akku mit konstantem Strom, wobei der Ladestrom oft auf die Einheit C normiert wird. Wird z.B. ein Akku mit einer Kapazität von 1Ah mit 1A Ladestrom geladen, so spricht man theoretisch von einer Ladung mit 1C. In der Praxis jedoch wirken beim Laden parasitäre Effekte der Chemie und der Innenwiderstand des Akkus der Ladung etwas entgegen, sodass man um den Faktor 1,4 mehr Ladung einbringen muss, als die angegebene Kapazität des Akkus. Die meisten Hersteller geben als "normale Ladung" eine Ladung mit C/10 an. Multipliziert man diesen Wert mit 1,4, so wäre die Standard Ladezeit eines 1Ah NiMH -Akkus 14 Stunden mit einem Strom von 100mA.

NiMH -Akkus kann man auch Schnellladen (viele NiMH -Akkus bis ca. 4C). Allerdings sollte man beim Schnellladen darauf achten, dass der Akku dabei nicht überladen wird. Viele handelsübliche Schnellladegeräte schalten den Ladevorgang nach dem so genannten "Minus-Delta-U" Verfahren automatisch ab, sobald der Akku voll ist. Das "Minus-Delta-U" Abschaltkriterium bezieht sich auf den Effekt, dass die Energie nachdem der Akku voll ist, nicht mehr in den Akku "hineinfließt", sondern in andere elektrochemische Effekte umgewandelt wird (unter anderem auch Gasung und Wärme). Diese Effekte machen sich durch ein leichtes Absinken der Zellenspannung am Ende des Ladevorgangs bemerkbar, das elektronisch detektiert werden kann.

NiMH -Akkus können im Gegensatz zu Blei-Akkus in der Regel tiefentladen werden. Das gilt allerdings nur für Einzelzellen. Da durch leichte Kapazitätsunterschiede von in Serie geschalteter Zellen, z.B. in Akku-Packs, nicht alle Zellen gleich leer sind, kann es vorkommen dass manche Zellen, bedingt durch Tiefenentladung, umgepolt werden, dies wirkt sich negativ auf die Lebensdauer der Zellen aus

Wird ein NiMh-Akku vor dem Wiederaufladen mehrfach nicht vollkommen entladen, so kann es zu einem "Gedächtniseffekt" oder auch "Memory Effekt" kommen. Jedes mal wenn der Akku zu früh nachgeladen wird, bzw. zu lange mit einer Erhaltungsladung (Ladung von ca. C/20 zur Kompensation der Selbstentladung) beauftragt wird, verliert er etwas an Kapazität. Dieser Defekt kann durch mehrmaliges vollständiges Entladen und Laden des Akkus wieder behoben werden.

Li-Ion-Akku

Neue Maßstäbe in jeder Hinsicht setzt der seit Mitte 1990 erhältliche Li-Ion-Akku. Hinsichtlich der Speicherdichte, der Baugröße und des Gewichts ist dieser Typ fast unschlagbar aber leider auch etwas teurer.

Durch seine Zellenspannung von 3,6-3,8 Volt braucht man jedoch für viele Anwendungen nur noch eine geringere Anzahl von Zellen. Ein Memory-Effekt ist praktisch nicht vorhanden, das Nachladen kann deshalb jederzeit und bei jedem Kapazitätszustand erfolgen.

Das Funktionsprinzip einer Li-Ion-Zelle ähnelt der eines NiMH-Akkus. Die Energie wird ebenso durch Austausch der Elektronen zwischen den Elektroden erzeugt.

Allerdings dient hier als Elektrolyt ein gelöstes Lithium-Salz, in dem während des Ladens Lithium-Ionen gespeichert werden. Die positive Elektrode besteht hier aus Kohlenstoff.