Batterien und Akkumulatoren (Akkus)

Alkaline Batterien (Primärelemente)LR03 AAA Micro, LR6 AA Mignon, LR14 C Baby, LR20 D Mono, 6LR61 9V-Block

Alkaline Batterien sind nicht zum Laden geeignet!Die Alkaline Batterie, die auch als Alkali-Mangan-Batterie bezeichnet wird, ist eine galvanische Zelle. Die Alkaline Batterie ist belastbarer und lagerfähiger als die alte Zink-Kohle-Zelle.
Die Alkaline Batterie zählt zu den Primärelementen. Das heißt, sie gehört zu den nicht wiederaufladbaren Batterien.
Der elektrochemisch aktive Stoff in der positiven Elektrode Mangandioxid und in der negativen Elektrode Zink ist ein alkalisches Elektrolyt.
Mehrere Einzelzellen können auch zu Batterien kombiniert werden (beispielsweise 6LR61 = Alkali-Mangan-9-Volt-Block aus sechs Zellen).
Die Nennspannung der Alkaline Batterie beträgt 1,5 V. Durch Reihenschaltung mehrerer Zellen bzw. Batterien können höhere Spannungen erreicht werden.
Die tatsächliche Leerlaufspannung einer frischen Alkali-Mangan-Zelle liegt im Bereich von 1,57 V bis 1,63 V (bei einer Temperatur von 20 °C). Sie hängt hauptsächlich von der Aktivität des verwendeten Mangandioxid und dem Zinkoxidgehalt in der Elektrolytlösung ab.

Aufladbare Batterien – Akkumulatoren - kurz Akkus (Sekundärelemente)

NiMH AkkusDer Nickel-Metallhydrid-Akkumulator ist ein Akkumulator mit einer positiven Elektrode aus Nickel(II)-hydroxid und einer negativen Elektrode aus einem Metallhydrid.
Sie habe die hoch giftigen Nickel-Cadmium-Akkumulatoren (NiCd) abgelöst!

Li-Ion AkkusEin Lithium-Ionen-Akkumulator hat eine höhere spezifische Energie (Energie pro Kilo) als andere Akkumulatoren.
Sie reagieren auf Tiefentladung und auf Überladung nachteilig und brauchen deshalb elektronische Schutzschaltungen.
Die reaktiven Materialien – sowohl in der negativen als auch in der positiven Elektrode ebenso wie im Elektrolyten – enthalten Lithiumionen.

Li-Ion-Poly AkkusDie Lithium-Ionen-Polymer-Akkumulatoren sind eine Weiterentwicklung des normalen Lithium-Ionen-Akkus.
Sie sind beliebig formbar und so auch in den kleinsten oder flachsten Geräten.
Achtung! Brennende, lithiumhaltige Akkus können giftige Substanze freisetzen!

Blei Akkus

Ein Blei-Akkumulator ist ein Akkumulator, bei dem die Elektroden aus Blei bzw. Bleidioxid und der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure bestehen.
Blei-Akkumulatoren gelten als zuverlässig und preisgünstig.
Im Vergleich mit anderen Akkumulatoren haben sie im Verhältnis zum Volumen eine große Masse, sowie eine geringe Energiedichte.
Die bekannteste Anwendung ist die Starterbatterie für Kraftfahrzeuge.
Geschlossene Akkumulatoren besitzen eine Blei-Gel oder Blei-Vlies.

Daten

Ladeschlussspannung: 2,4V / pro Zelle + 20° C.
Ladeerhaltungsspannung: 2,23V / pro Zelle + 20° C.
Entladeschlussspannung: 1,75V / pro Zelle + 20° C.
Normalladung = 1/10 der Kapazität C.
Schnellladung = 3/10 der Kapazität C.

Akkumulatoren laden

Selbsterklärende Schlagwörter zur LadungLadestrom, Ladespannung, Ladeschlussspannung, Ladeerhaltungsspannung, Entladeschlussspannung, Ladeverfahren, Ladezeit, Temperatur beim Laden, Gasung, ...

Was ist wichtig und zu beachten?

Ladezeit (Schnelladen).
Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.
Schutzschaltungen (Überladen, Tiefenentladung, Temperaturüberwachung).

Ladeverfahren

Konstantstrom-Ladeverfahren: Laden mit einem konstanten Strom!
Puls-Ladeverfahren: Laden mit Stromimpulsen – Verhindert Kristallisation (Dendritenwachstums)!
Rückstromladen bzw. Reflexladen: Pulsladeverfahren, bei dem zwischen den einzelnen Stromimpulsen kurze Entladestromimpulse eingeschoben werden.
Konstantspannungs-Ladeverfahren: Die Ladespannung wird über die Ladezeit konstant gehalten (alte Technik).
IU-Ladeverfahren (CCCV - constant current constant voltage): Das IU-Ladeverfahren ist eine Kombination aus Konstantstrom- und Konstantspannungs-Ladeverfahren.
Anfänglich wird mit einem konstanten, begrenzten Strom geladen.
Bei Erreichen der gewählten Ladeschlussspannung auf Spannungsregelung umgeschaltet und mit konstanter Spannung weiter geladen, dabei sinkt mit zunehmendem Ladestand der Ladestrom selbsttätig ab.
IUoU-Ladeverfahren (mit Ladeerhaltung): Ladegeräte mit IUoU-Kennlinie arbeiten wie die zuvor beschriebenen IU-(CCCV)-Geräte, jedoch wird nach dem Laden bis zur Ladekennspannung auf Erhaltungsladung umgeschaltet.
Bei der Erhaltungsladung (oft gepulst, sowie temperaturüberwacht) wird der Selbstentladung des Akkumulators entgegengewirkt.
Ladegeräte mit dieser Kennlinie sind geeignet, dauerhaft Bleiakkumulatoren zu laden.

Berechnung von Akkumulatoren

Berechnungsbeispiele für Akkumulatoren

Autobatterie (Bleiakku)
Batterie Nennspannung U: 12V
Batterie-Kapazität C: 40Ah (40A 1h)
Kurzschlussstrom I_max : 330A
Verbraucherstrom: I = 10A
Leistung Auto-Anlasser: P= 1KW

Akkulaufzeit (Betriebszeit)Wie lange kann der Verbraucher betrieben werden?

C = I x t

t = C : I

t = 40Ah : 10A = 4h

Lösung: Die Akkulaufzeit liegt bei 4 Stunden!

LadestromWie hoch ist der Ladestrom bei Normal- und Schnellladung?

Normalladung: I_L = 1/10 von C 40 : 10 = 4

Schnellladung: I_L = 3/10 von C (40 : 10) x 3 = 12

Lösung: Der Ladestrom beträgt 4A für Normalladung und 12A für Schnellladung!

Anlasserstrom aus der BatterieWie hoch ist der Strom, wenn die Spannung beim Starten auf 7V absackt?
Kann die Autobatterie diesen Strom liefern?

P = U x I

I = P : U

I = 1000W : 7V = 143A

Lösung: Der Anlasserstrom liegt bei 143A. Die Autobatterie kann einen Strom von max. 330A liefern.
Die Antwort lautet somit: "Ja".

Was sind Gold-Caps?

Gold-Cap / Doppelschicht-Kondensator

Superkondensator, Super-Cap, Ultra-Caps, Boost-Cap, Pseudo-Cap

Ein Gold-Cap ist ein Doppelschicht-Kondensator und wurde 1972 von der Firma Panasonic entwickelt und 1978 auf den Markt gebracht.
Von einigen Herstellern wird er unter der Bezeichnung Super-Cap gehandelt.
Gold ist in diesem Kondensator nicht enthalten.
Der Doppelschichtkondensator oder Gold-Cap ist eine Mischung aus Batterie und herkömmlichen Kondensator.
Er kombiniert Schnelligkeit und seinen großen Energiespeicher zu einem Superkondensator.
Durch den Doppelschichtkondensator wurden einige Anwendungen erst möglich.
Er ist trotz seiner hohen Kapazität besonders klein.
Die Spannungsfestigkeit ist nicht besonders hoch. Sie liegt bei wenigen Volt.
Der Gold-Cap eignet sich jedoch wegen seiner hohen Kapazität als Überbrückungsspannungsversorgung.
In Geräten in denen Daten bei ausgeschaltetem Zustand erhalten bleiben sollen, ist er besonders geeignet.
Die Lebensdauer des Gold-Cap ist auf 8 bis 10 Jahre begrenzt.
Die Lebensdauer reduziert sich schneller, wenn die Betriebstemperatur höher liegt als erlaubt oder wenn häufig hohe Ströme entnommen werden.
Dann tritt mit der Zeit ein Kapazitätsverlust auf.
Ein Gold-Cap eignet sich dann am besten, wenn er selten und mit geringem Strom geladen und entladen wird.

Ultra Caps sind innovativDie ungeheure Kapazität einzelner Zellen von bis zu 3000F ermöglicht die Herstellung von Großmodule, so dass z.B. Straßenbahnen große Strecken ohne Oberleitung fahren können, und beim Bremsen die gewonnene Energie wieder speichern können (Rekuperation).
Hochleistungzellen von bis zu 3000F und sehr geringem Innenwiderstand werden z.B. in Bussen und Nutzfahrzeugen zur Energierückgewinnung eingesetzt und tragen erheblich zur Treibstoffeinsparung, Kosteneinsparung und Emissionsreduktion von CO2 bei.

Eigenschaften

Kapazitäten bis 5000 F.
Spannung liegt zwischen 2,5 und 2,7 Volt (pro einzelne Zelle).
Temperaturbereich zwischen -40°C und +60°C.

Berechnung des Überbrückungszeitraumes mit Gold-Caps

U_Lade = Ladespannung (V)

U_min = minimale Betriebsspannung (V)

C = Kapazität (F)

T = Überbrückungszeitraum (s - Sekunden)

I = Stromaufnahme (A)

T = ( ( U_Lade - _Umin ) x C ) : I

Aufgabe

Ein handelsüblicher Gold-Cap hat einen Wert von 25F.
Wie hoch ist die Überbrückungszeit, wenn die Ladespannung bei 2,5V beträgt, die Spannung bis 2V absacken darf und der Haltestrom bei 10mA liegt?

Lösung: (2,5V – 2V) * 25F / 0,01 = 1250 s - ca. 21 Minuten!

Kipper-Spedition findet das Top!

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