ANSMANN ENERGY - Ihr professioneller Partner für Lade -und Lichttechnik, Netzgeräte und technisches Zubehör

ANSMANN Wiki

In unserer ANSMANN Wiki erklären wir verschiedene Begriffe und Fachausdrücke aus der Welt der Akku-, Batterie und Elektrotechnologie.

Weitere Themen:

Balancing

Produktentstehung

Sicherheitsmaßnahmen

Vergleich Zellchemie

A-Z

Hier finden Sie verschiedene Begriffe und Fachausdrücke von A wie Akku, bis Z wie Zyklen.

Um mehr über einen Begriff zu erfahren, klicken Sie bitte auf das jeweilige Feld.

Akku


Der Begriff kommt aus dem Lateinischen und bedeutet Sammler. Gemeint ist damit ein auf elektrochemischer Basis arbeitender Energiespeicher.

Anode


ist die Elektrode, an der oxidierende Prozesse ablaufen. Fälschlicherweise wird die Anode bei Akkus immer als Pluspol angesehen. Richtig ist, dass die Anode während dem Laden die positive Elektrode darstellt, während des Entladens ist die Anode die negative Elektrode.

Auslaufen

Akkus und Batterien sind mit einem Elektrolyten befüllt. Meist ist dies eine flüssige, wässrige Lösung mit Salzen, eine Lauge oder eine Säure. Bei Fehlbehandlung des Akkus/der Batterie (wie z.B. Überladung oder Kurzschluss) kann der Elektrolyt vom Innern der Zelle ins Freie gelangen. Die Zelle läuft aus.

Batterie

Mit Batterie wird eine nicht wiederaufladbare Primärzelle bezeichnet oder aber eine Zusammenschaltung aus mehreren Zellen (egal ob wieder aufladbar oder nicht).

C-Rate

Mit der C-Rate wird die Höhe des Lade-/ Entladestroms in Bezug auf die Kapazität ausgedrückt.

Beispiel: Ein Akku dessen Kapazität 2000mAh beträgt wird mit einem Ladestrom von 2000mA aufgeladen. Dies bedeutet, er wird mit 1C aufgeladen. Wäre der Ladestrom nur 1000mA, so wäre die C-Rate nur 0,5C.

Elektrode

Elektroden sind Elektronenleiter. Bei Akkus dienen die beiden Elektroden (Anode u. Kathode) der Stromzuführung oder Stromentnahme. Sie haben eine unterschiedliche Polarität (+ und -). Siehe auch Anode / Kathode.

Elektrolyt

Ein Elektrolyt ist ein (üblicherweise flüssiger) Stoff, der den Strom leitet. Säuren, Basen und wässrige, salzhaltige
Lösungen sind gute Elektrolyte.

Energie

Sie wird bei Akkus in mWh oder Wh angegeben. Sie errechnet sich aus dem Produkt von Kapazität und Spannung.

Beispiel: ein Akku hat eine Spannung von 3,6V und eine Kapazität von 2000mAh > die Energie beträgt 3,6V x

2000mAh = 7200mWh = 7,2Wh

Energiedichte

Maß für den Energieinhalt eines Akkus / einer Batterie bezogen auf das Volumen (Wh/l) oder Gewicht (Wh/kg) Erhaltungsladung. Ein vollgeladener Akku entlädt sich im Laufe der Zeit von selbst. Man spricht von der Selbstentladung eines Akkus. Deshalb ist es bei vielen Akkutypen ratsam mit einem geringen Ladestrom nachzuladen, um der Selbstentladung entgegenzuwirken, bzw. die volle Ladung des Akkus zu erhalten.

Gasen

Bei der Überladung eines Akkus wird der flüssige Elektrolyt im Innern der Zelle zersetzt. Dabei entstehen meist die Gase Sauerstoff und Wasserstoff. Wird der Druck im Innern der Zelle zu hoch, entweichen die Gase durch das eingebaute Sicherheitsventil ins Freie.

Innenwiderstand (bzw. Impedanz)

Der Innenwiderstand ist für den Spannungseinbruch eines Akkus verantwortlich, der entsteht, wenn dieser Energie liefern muss. Er begrenzt zudem den möglichen Ausgangsstrom des Akkus. Es ist also besser, wenn ein Akku einen geringen Innenwiderstand aufweißt. Leider nimmt der Innenwiderstand im Laufe eines Akkulebens zu.

Kapazität

Die Kapazität gibt die Menge an elektrischer Ladung an, welche eine Batterie /ein Akku speichern kann. Die Angabe erfolgt in Ah (Ampere-Stunden) bei großen und mAh (Milli-Ampere-Stunden) bei kleineren Akkus.

Kathode

Ist die Elektrode, an der reduzierende Prozesse ablaufen. Fälschlicherweise wird die Kathode bei Akkus immer als Minuspol angesehen. Richtig ist, dass die Kathode während dem Laden die negative Elektrode darstellt, während des Entladens ist die Kathode die positive Elektrode.

Kurzschluss

Ein elektrischer Kurzschluss ist eine nahezu widerstandslose Verbindung der beiden Pole einer elektrischen Spannungsquelle. Wird also der Pluspol einer Batterie/eines Akkus mit dem Minuspol direkt verbunden, so wird die Zelle kurzgeschlossen. Dies ist tunlichst zu vermeiden, da dies die Zelle schädigt und auch gefährlich für den Benutzer werden kann, da die Zelle sehr heiß werden und im Extremfall explodieren kann.

Ladefaktor

Beim Aufladen eines Akkus wird die zugeführte elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Da diese Umwandlung mit Verlusten (in Form von Wärme) verbunden ist, muss mehr Energie als 100% zugeführt werden, um den Akku komplett aufzuladen. Der Ladefaktor gibt an, wie viel mehr Energie zugeführt werden muss.

Beispiel: ein Ladefaktor von 1,2 bedeutet, dass 20% mehr elektr. Energie nötig ist, um den Akku vollzuladen.

Ladewirkungsgrad (ähnlich Ladefaktor)

Beim Aufladen und Entladen von Akkumulatoren wird Wärme frei, wodurch ein Teil der zum Laden aufgewandten
Energie verloren geht. Das Verhältnis der aufgenommenen zu der beim Laden zugeführten Ladung wird als Ladewirkungsgrad bezeichnet.

Lastspannung

Lastspannung ist die Spannung, die an den Polen eines Akkus/einer Batterie gemessen wird, wenn ein elektrischer Verbraucher angeschlossen ist.

Leerlaufspannung

Leerlaufspannung ist die an den Polen einer offenen Spannungsquelle gemessene elektrische Spannung. Das heißt, die Leerlaufspannung wird gemessen, wenn kein Verbraucher angeschlossen ist. Es fließt dann auch kein elektrischer Strom (=Leerlauf).

Memory–Effekt

Als Memory - Effekt wird der Kapazitätsverlust bezeichnet, der bei sehr häufiger Teilentladung eines Nickel-Cadmium-Akkus (Ni-Cd) auftritt. Deshalb ist es ratsam Ni-Cd Akkus von Zeit zu Zeit komplett zu entladen. Bei den Nickel-Metall-Hydrid-Akkus gibt es diesen Effekt nicht.

Passivierung

Bei manchen Lithiumbatterietypen kann es durch Langzeitlagerung zu einer Passivierung kommen. Dabei bildet sich ein dünner Film auf der Anode, welcher dafür verantwortlich ist, dass die Batterie unmittelbar nach der Lagerung nicht ihre volle Leistung bringen kann.

Ready to Use Akkus (LSD)

sind Akkus, welche schon vorgeladen sind und deshalb unmittelbar nach dem Auspacken eingesetzt werden können. „Normale Akkus“ müssen in der Regel zuerst einmal aufgeladen werden vor dem erstmaligen Einsatz. Ready to Use Akkus haben auch eine sehr geringe Selbstentladung.

(Akku-) Schutzschaltung

Elektronische Baugruppe, welche einen Akku vor Fehlbehandlung schützt. Fehlbehandlung kann sein: Kurzschluss, Überlastung, Überladung, Tiefentladung. Eine Schutzschaltung ist in den meisten Lithium-Akku-Packs eingebaut, da diese empfindlich auf Fehlbehandlung reagieren. Ohne Schutzschaltung geht eine erhöhte potentielle Gefahr (z.B. Explosion, Brand) von Li-Ion-Akkus aus.

Selbstentladung

Selbstentladung bezeichnet von selbst ablaufende Vorgänge, die dazu führen, dass sich Batterien und Akkumulatoren mehr oder weniger schnell selbst entladen, auch wenn kein Verbraucher (Verbrauchsmittel) angeschlossen ist.

Separator

Isolierung die der Hersteller zwischen die beiden Elektroden eines Akkus/einer Batterie legt, damit sich die beiden Elektroden nicht kurzschließen.

Sicherheitsventil

Überdruckventil, welches das Bersten eines Akkus im Extremfall (z.B. beim Kurzschluss oder bei starker Überladung) verhindern soll.

Spannung

Zwischen 2 Punkten mit unterschiedlicher elektrischer Ladung (z.B. dem Plus und Minuspol einer Batterie) besteht eine elektrische Spannung. Diese unterschiedlichen Ladungen sind bestrebt sich auszugleichen. Deshalb kommt es zu einem Stromfluss, sobald ein Verbraucher angeschlossen wird. Die Einheit der Spannung ist das Volt (V).

Strom

Sobald eine Spannungsquelle elektrisch mit einem Verbraucher verbunden wird, kommt es zum Fließen von Elektronen. D.h. die Elektronen bewegen sich in einem Leiter von einem Pol zum anderen, es fließt Strom.

Überladung

Ladung, die noch in den Akku eingebracht wird, nachdem dieser schon voll ist. Der Ladevorgang eines Akkus sollte nach vollständiger Aufladung entweder komplett beendet werden oder der Ladestrom auf einen sehr geringen Wert reduziert werden (Erhaltungsladung). Geringe Überladung verkraftet ein Akku problemlos, eine starke Überladung jedoch schädigt ihn und kann zu Kapazitätsverlust führen. Im Extremfall wird der Akku sehr heiß und fängt zu gasen an. Ein eingebautes Sicherheitsventil lässt den Druck nach außen entweichen.

Zyklen(-festigkeit)

Akkuhersteller geben für ihre Akkus die sogenannte Zyklenfestigkeit an. Damit ist die mögliche Anzahl an Zyklen gemeint (1 Zyklus = 1 Aufladevorgang + 1 Entladevorgang), welche die Akkus bis zum Unterschreiten einer gewissen Kapazität erreichen. Im Laufe eines Akkulebens verringert sich die Kapazität nach und nach, so gesehen ist die Zyklenfestigkeit ein Maß für den Verschleiß eines Akkus.

Batteriemanagementsystem

Um Akkupacks sicher und zuverlässig zu betreiben, muss das Batteriemanagement alle notwendigen Funktionen für eine lange Laufzeit bereitstellen.

Im elektrischen Management werden oft der Ladealgorithmus und die Entladeüberwachung zusammengefasst. Es besteht häufig ein enger Zusammenhang zwischen Energiemanagement und dem elektrischen Management.

In einem Batteriemanagementsystem werden oftmals nicht alle hier aufgeführten Komponenten benötigt. Zum Beispiel wird ein thermisches Management nur benötigt, wenn der Akkupack mit hohen Strömen belastet wird oder wenn äußere Einflüsse es veranlassen.

jpgBatteriemanagementsystem

 

Balancing Funktion

  • Die Einzelzellen erreichen bei der Ladung und Entladung unterschiedliche Spannungslagen. Damit es nicht zu einer Überladung oder Tiefentladung einzelner Zellen kommt, werden diese einzeln kontrolliert.
  • Der „Balancer“ überwacht während des Ladevorgangs die Spannungen der einzelnen Zellen durch separate Anschlüsse.

Temperaturüberwachung

  • Ein Temperaturschalter löst bei einer kritischen Temperatur aus und unterbricht den Lade- bzw. Entladevorgang.
  • Bei Verwendung eines Temperatursensors kann die Temperatur, auch eine externe Peripherie (z.B. Ladeschaltung), weiter gegeben werden um vorbeugende Maßnahmen einzuleiten.

Datenkommunikation mit externer Peripherie

  • Akkupacks lassen sich mit einem Identifikationscode versehen um Schutz vor Akku-Kopien zu gewährleisten.
  • Grenzwerte bezüglich Ladung, Temperatur und Spannung können kontrolliert und somit nicht überschritten werden.
  • Lösungen: I2C, SM Bus.

Kapazitätsanzeige

  • Die Ladungsbilanz wird durch Leuchtdioden angezeigt; alternativ kann  auch eine konkrete Umrechnung in Minuten oder Stunden erfolgen.
  • Die Ladungsbilanz wird von der Spannung der Zellen abgeleitet (ungenau bei NiMH-Akkus).
  • Genaue Kapazitätsangabe nur durch Coulomb-Zählung möglich.

Bei einem NiMH-Akkupack:

  • Poly Switch
  • Temperaturschalter ( Unterbrechung des Stromflusses bei hohen Temperaturen)
  • NTC
  • Sicherung

 Bei einem Lithium-Akkupack:

  • Safetyboard
  • Poly Switch
  • Temperaturschalter (Unterbrechung des Stromflusses bei hohen Temperaturen)
  • NTC
  • Balancing (BMS)
  • Kommunikation
  • Zusätzliche Sicherung

Safetyboard / Schutzbeschaltung schützt vor:

              Safety-Board 1         

Kurzschluss:

Widerstandslose Verbindung des positiven und negativen Pols des Akkus: Es fließt sehr viel Strom, was zu einer Erhitzung/Zerstörung führt.

  • Safetyboard erkennt den hohen Stromfluss und trennt die Zellen vom Stromkreis

Überladung:

Überladung durch schlechte oder falsche Ladegeräte: Das Ladegerät schaltet nicht ab wenn die Zellen voll sind.

  • Safetyboard trennt den Akkupack von seinen äußeren Kontakten

Tiefenentladung:

Der Akku wird Tiefenentladen wenn der Verbraucher nicht abschaltet, sobald der Akku leer ist oder bei Überlagerung der Zellen.

  • Safetyboard trennt den Kontakt zum Verbraucher

Überlast:

Bei einer Überlast der Zellen fließt ein zu hoher Strom.

  • Safetyboard erkennt den erhöhten Stromfluss und unterbricht den Stromkreis

 

 

Blei

NiHM

Li-Ion
  

 

 

 Standard

LSD

Li-Co

LiMn

LiFePo

Sicherheit

++

++

++

 -

 +

 ++

Safetyboard erforderlich

nein

nein

nein

ja

empfohlen

nein

Nennspannung (V)

2

1,2

1,2

3,6-3,7

3,6

3,2

Ladeschlussspannung
(V)

2,3 - 2,45

1,45

1,45

4,2

4,2

3,6

Entladeschlussspannung (V)

1,6 - 1,8

0,8 - 1,0

0,8 - 1,0

2,5 - 2,8

2,5 - 2,8

 2

Energiedichte in Wh/kg

40

120

100

200 - 260

120 - 150

90 - 120

Lebensdauer
(Zyklenanzahl)

bis zu 400

300 - 500

300 -
1000

300 -
1000 
500 -
1500
1000 -
3000

Zulässige Entladeströme

10C

2 - 10C

2 - 5C

2 - 30C 20C 50C

Ladewirkungsgrad in %

80 - 95

80 - 95

95 - 99

95 - 99

95 - 99

95 - 99

Selbstentladung in % Monat

2 - 5

10 - 30

1,5 - 3

1 - 3 + 3
(für 1 - 3 Safetyboard)

1 - 3

1 - 3

Lithium-Ionen

  • Kapazität differenziert je nach Kathodenmaterial und Größe
  • Hohe Energiedichte (doppelt so hoch wie bei NiMH) also kleinere, leichtere Produkte
  • Größerer Temperaturbereich ( 0 – 40°C),                                                   
  • Geringe Selbstentladung  (<2 % pro Monat)
  • Ladeverfahren: CC / CV ( günstiger weise mit Vorladung)
  • Safety-Board notwendig

Handhabung Lithium-Akkus

Laden:              

  • CC/CV-Ladetechnik anwenden
  • Überladung vermeiden
  • Mittlerer Ladezustand (30-70%) ist zu bevorzugen (nicht täglich laden)
  • Temperaturen über 40°C vermeiden

Entladen:

  • Tiefentladung unter 3V vermeiden (öfter nachladen)
  • Temperaturen über 40°C vermeiden

Lagerung:

  • Einlagerung bei Ladezustand von ca. 30-50% bei 5-15°C empfehlenswert
  • Nachladen nach spätestens 6 Monaten

 

Nickel-Metallhydrid /  NiMH

  • Nennspannung einer Zelle: 1,2 V
  • Ladeverfahren: Spannungsüberwachte Ladung, Timerladung, Temperaturüberwachte Ladung
  • Umweltfreundlich
  • Keine Schutzbeschaltung /  Safetyboard notwendig
  • Kein UN-Test notwendig

Handhabung von NiMH-Akkus

Laden:

  • Temperatur von 10-25°C ideal
  • Akku möglichst voll laden

Entladen:

  • Temperatur von 10-25°C ideal
  • Tiefentladung bis zu 1V bei mittleren Strömen und 0,8 V  bei hohen Strömen unproblematisch

Lagerung:

  • Ladezustand bis 100% unproblematisch
  • Tiefentladung  vermeiden
  • Nach langer Lagerdauer (> 6 Monate) zunächst 3 Vollladungen mit kleinem Ladestrom und Entladung mit mittlerem Entladestrom durchführen

 

 

Blei

  • Nennspannung einer Zelle: 2V
  • Geringe Energiedichte
  • Hohes Gewicht
  • Hohe Selbstentladung
  • Hohe Lebensdauer möglich

Blei-Akkupacks sind eine optimale Lösung, wenn Energie zuverlässig und lang gespeichert werden muss und das Gewicht keine Rolle spielt. Blei ist im Vergleich zu Lithium oder NiMH eine kostengünstige  Alternative.