AkkuLadeAbschaltKriterien


Akku-FAQ

Abschaltkriterien

Zeit

Die Unterbrechung des Ladestromes nach einer definierten Zeit war zu Zeiten geringer Ladeströme eine geläufige Methode, lässt sie sich doch für einen konstanten Ladestrom einfach berechnen. Die Methode hat jedoch gravierende Nachteile: Der Akkumulator muss vollständig entladen sein und der Ladestrom sollte das übliche Richtmaß C/10 nicht überschreiten um Ungenauigkeiten durch leichtes, aber schadloses Überladen auszugleichen. Üblicherweise werden jedoch beide Vorraussetzungen den heutigen Ansprüchen, sei es im Modellbau oder in der Unterhaltungselektronik, nicht gerecht. Die Abschaltung nach Zeit stellt somit oft nur noch eine Sicherheitsreserve nach Versagen anderer Abschaltkriterien dar. Ferner findet die Zeitabschaltung beim neuer oder lang gelagerter Akkumulatoren Anwendung.

Ladezeitberechnung

Die Ladezeit für eine (oder mehrere Zellen in Serie, also hintereinander) lässt sich sehr einfach berechnen, wenn die meist auf den Zellen aufgedruckte Zellenkapazität (mAh) und der (u.U. einstellbare) Ladestrom (mA, A) bekannt sind. Um eine Überladung möglichst zu vermeiden, muss der Akkumulator vollständig entladen sein. Der Ladestrom sollte nicht deutlich höher als C/10 sein. Ideal wären also z.B. ein Ladestrom von 170mA bei einem Akkumulator mit 1700mAh Nennkapazitä

Von einem Ladefaktor 1,4 ausgehend, berechnet sich die Ladezeit t zu: t=C/I · 1,4 wobei entweder

Bei gemischten Angaben muss zuvor entsprechend umgerechnet werden: 1Ah=1000mAh bzw. 1A=1000mA.

Beispiel: Akkukapazität: C = 2Ah = 2000mAh, Ladestrom: I=200mA. t = 2Ah / 0,2A · 1,4 = 14h. Die Ladezeit beträgt also 14 Stunden. Spannung Das "Spannungskriterium" beruht nicht auf einer definierten Ladestromabschaltung, sondern dessen stetiger Abfall auf ein Minimum. Siehe hierzu das Ladeverfahren Konstantspannungsladung. Eine von Temperatur und Alter unabhängige Ladeschlussspannung ist Voraussetzung für ein sicheres Abschalten. Daher ist die Abschaltung für NiCd?/NiMH-Zellen ungeeignet. Temperatur Aufgrund unerwünschter Elektrolyseprozesse nimmt der Ladewirkungsgrad gegen Ende des Ladevorganges ab. Ein Großteil der Ladeleistung wird zunehmend in Wärme umgesetzt - bei vollem Akkumulator sogar vollständig. So bietet es sich an, mittels eines Fühlers ab einer bestimmten Temperatur den Ladestrom abzuschalten. Das Verfahren bürgt jedoch Nachteile: Entweder der Akkumulator wird überladen, da die nötige Temperatur erst zu spät erreicht wird (z.B. bei geringer Umgebungstemperatur) oder die Erwärmung tritt zu früh ein (hoher Innenwiderstand nach langer Lagerung, zu hoher Ladestrom, hohe Umgebungstemperatur) und der Ladestrom wird zu früh unterbrochen. Daher gilt die Temperaturabschaltung moderner Schnelllader maximal als Sekundärkriterium (vergleichbar mit der Zeitabschaltung). Dennoch wird diese Abschaltung aufgrund der günstigen Realisierung in vielen Werkzeugen mit Akkubetrieb verwendet, wenngleich ein merklicher Kapazitätsverlust nach wenigen 100 Zyklen in Kauf genommen wird.

-Delta U

Bei annährender Vollladung von NiCd?/NiMH-Zellen sinkt bei weiterlaufendem, konstantem Ladestrom die anliegende Klemmenspannung etwas ab. Diesen charakteristischen Spannungsrückgang (-delta U) erkennt der Ladeprozessor und unterbricht den Ladestrom. Der Spannungsrückgang ist nur ausgeprägt, wenn der Ladestrom entsprechen hoch ist (ab etwa 0,3C), weshalb sich das Formieren mit C/10 an einem Automatiklader schwierig gestaltet. Da bei NiMH-Zellen der Spannungsrückgang nicht so stark ausgeprägt ist, wie bei NiCd?-Zellen (10-20mV bzw. 20-30mV), sollte er einstellbar sein bzw. das Ladegerät sollte zwei verschiedene Einstellungen für den jeweiligen Zellentyp bereitstellen. Daher eignen sich ältere NiCd?-Schnellladegeräte nicht unbedingt auch für NiMH-Zellen. Umgekehrt werden NiCd?-Zellen nicht ganz vollständig geladen, wenn die Spannungsdifferenz zu niedrig definiert ist (z.B. für NiMH-Zellen); sie nehmen jedoch dadurch keinen Schaden. Moderne Mikroprozessor-Ladegeräte drosseln bereits bei beginnendem Spannungsabfall den Ladestrom und laden bis zur Abschaltung mit verringertem Strom, so dass eine Steigerung der Zellenlebenserwartung gegenüber älteren Ladegeräten erzielt werden kann.

deltau.gif Diagramm: delta U Abschaltung

Die bei annähender Volladung vermehrt einsetzende Sauerstoffproduktion an der positiven Elektrode führt zunächst zu einem kurzzeitig höheren Spannungsanstieg. Aufgrund der Sauerstoffbildung steigt der Zellendruck und damit verbunden auch die Temperatur. Dies hat zur Folge, dass der Innenwiderstand etwas herabsinkt und somit (gemäß des Ohmschen Gesetzes) auch die Klemmenspannung geringfügig abnimmt.

dU/dt

Neben der reinen Spannungskurve bilden einige Ladeprozessoren intern deren numerische Ableitung (dU/dt = Spannung U abgeleitet nach der Zeit t). Nimmt diese Ableitungskurve den Wert 0, die Spannungskurve also ihren maximalen Wert, an, kommt es zur Unterbrechung des Ladestroms - unabhängig vom angeschlossenen Zellentyp (NiCd? oder NiMH) und ohne leichte Überladung, wie beim -Delta-U-Verfahren. Da im Moment des Abschaltens der Akkumulator jedoch noch nicht zu vollständig geladen ist, folgt meist eine Übergangsladung mit geringem Strom (z.B. C/10) bevor der Ladestrom engültig unterbrochen oder in den Erhaltungslademodus übergegangen wird.

dudt.gif Diagramm: Gradienten-Abschaltung