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 Was gibt es für Batterien (Primärbatterien)?

Wer auf Gesamtwirtschaftlichkeit achtet, ist mit Alkali-Mangan-Batterien am besten bedient. Diese halten bis zu siebenmal länger als Zink-Kohle-Batterien. Außerdem sind sie höher und länger ohne großen Spannungsverlust belastbar und bieten minimale Selbstentladung. Lithium-Batterien kosten mehr als Alkali-Mangan-Batterien, leisten aber deutlich mehr. So hält eine Lithium-Zelle bis zu dreimal, bei Kälte bis zu sechsmal länger durch als Alkali-Mangan-Batterien. Nur wer auf den Kaufpreis schaut, ist auf den ersten Blick mit Zink-Kohle-Batterien am besten beraten. Diese Kosten ungefähr halb soviel wie Alkali-Mangan-Batterien. Je nach Anwendung halten Sie jedoch nur einen Bruchteil der Zeit, die Alkali-Mangan-Zellen schaffen.

Welche Batterie-Arten gibt es?

Die wesentlichen Gruppen sind: Knopfzellen (kleine Uhrenbatterien, Durchmesser größer als die Höhe) und Rundzellen (größere, zylindrische Batterien, bei denen der Durchmesser kleiner ist als die Höhe).

Welche Batteriegrößen gibt es?

  • Rundzellen-Größen: R
  • Mignon (Bezeichnung AA und LR06)
  • Micro (Bezeichnung AAA und LR03)
  • Baby (Bezeichnung C und LR14)
  • Mono (Bezeichnung D und LR20)
  • Lady (Bezeichnung N und LR01)
  • 9V-Block (Bezeichnung 6LR61)

 

Warum kann ich meistens problemlos Akkus mit 1,2 Volt in Geräte einsetzen, die eigentlich nur lt. Hersteller mit 1,5 Volt Batterien betrieben werden dürfen ?

Batterien haben eine Anfangsspannung von ca. 1,59 Volt, Akkus hingegen von 1,42 Volt. Die Nennspannung beträgt 1,5V bei Batterien bzw. 1,2 Volt bei Akkus. Wird ein elektrischer Verbraucher an einer Batterie angeschlossen, fällt die Spannung kontinuierlich während des Entladevorganges ab. Dagegen hält der Akku je nach Innenwiderstand seine Spannung von 1,2 Volt fast bis zum Schluss, das heißt, der Akku gibt über 70% seiner Kapazität bei über 1,2 Volt ab.

Was ist ein Akku (Sekundärbatterie)?

Der Begriff Akku kommt von Akkumulator und bedeutet Sammler. Der Akku besteht aus Zellen, die aufgrund Ihrer chemisch-physikalischen Eigenschaften in der Lage sind, elektrische Energie zu sammeln und wieder abzugeben.

Akkus gibt es in verschiedenen Größen. Für viele Anwendungen werden mehrere Zellen zu einem Paket zusammengefasst, miteinander verbunden und in einem gerätespezifischen Gehäuse untergebracht. Dies ist überall da der Fall, wo der Akku zur Standardausrüstung gehört, also etwa bei Handys, Videokameras und auch vielen Digitalkameras.

Welche Kapazität für welchen Bedarf?

Die Kapazität ist die Speicherfähigkeit des Akkus, vergleichbar mit der mit dem Inhalt eines Benzintanks beim Auto. Je größer der Tank, desto länger kann man fahren. Angegeben wird die Kapazität in Ah (Amperestunden).

Die verfügbare Kapazität eines Akkus ist abhängig von:

  • der Entladestromstärke
  • der Geräteabschaltspannung
  • der Umgebungstemperatur
  • dem Ladezustand


der Lagerzeit. Die gängigen Nickel-Metallhydrid-Akkus sind den unterschiedlichen Energieanforderungen moderner Geräte perfekt angepasst. Daher gibt es sie – je nach Bedarf – in verschiedenen Größen (Micro- oder Mignon-Zellen) und Kapazitäten von 600 mAh bis über 2700 mAh. Leistungsstarke Mignon-Akkus mit einer Kapazität von 2700 mAh oder mehr eignen sich für äußerst energieintensive Anwendungen.

Besonders hohe Ansprüche stellen Blitzlichtgeräte, MP3-Player und digitale Geräte, die mit einem Display arbeiten. Ausdauernde Akkus mit einer Kapazität bis 2100 mAh können, je nach Nutzungsverhalten, ebenfalls Digitalkameras und MP3-Player, aber auch Spielzeugautos und Funkgeräte mit einem hohen Energielevel versorgen.

Der NiMH-Akku bis 2200 mAh ist mit seiner etwas geringeren Kapazität und der langen Lebensdauer der perfekte Partner für häufig genutzte Geräte wie elektrische Zahnbürsten und tragbare CD-Player. Mignon-Akkus mit einer Kapazität bis 1000 mAh sind beispielsweise sehr gut für schnurlose DECT-Telefone zu verwenden.

Diese Zellen haben zwar einen deutlich geringeren Energieinhalt, sind dafür aber für das Dauerladen bestens geeignet. Micro-Zellen mit 900 mAh empfehlen sich für tragbare CD-Player, MP3-Player und Funkmäuse. Für DECT-Telefone, die mit Micro-Zellen betrieben werden, sind NiMH-Akkus mit einer Kapazität bis zu 900 mAh die richtige Lösung. Über die Standardgrößen Micro und Mignon hinaus sind Nickel-Metallhydrid-Akkus auch in den Größen Mono, Baby und 9V erhältlich.

Akkus mit sehr hohen Kapazitäten (2700 mAh oder mehr) sind grundsätzlich nur für Geräte mit großem Energiebedarf und bei besonders intensiver Anwendung zu empfehlen. Denn mit steigender Kapazität sinkt in der Regel auch die Anzahl möglicher Ladezyklen – und somit die Lebensdauer des Akkus.

Welche Akku-Systeme gibt es?

Akku ist nicht gleich Akku – was von außen gleich aussieht, kann sich im Inneren erheblich unterscheiden. Denn die beiden Elektroden eines Akkus enthalten je nach System unterschiedliche Materialien. Dabei hat jedes System seine individuellen Stärken und ist daher für die speziellen Anforderungen verschiedener Geräte geeignet.

Ni-MH - Der Nickel-Metallhydrid-Akku

NiMH-Akkus haben eine lange Lebensdauer, sind extrem belastbar und verfügen im Vergleich zum zweiten gängigen Akku-System – dem Nickel-Cadmium-Akku – über einen bis zu vierfach höheren Energieinhalt. Aus diesem Grund sind sie besonders für energieintensive Anwendungen geeignet, die einen hohen Stromfluss erfordern.

Grundsätzlich werden bei Nickel-Metallhydrid-Akkus heute zwei Varianten unterschieden: auf der einen Seite traditionelle Akku-Technologien, die eine große Bandbreite an verschiedenen Kapazitäten bieten und selbst bei intensiver Nutzung höchste Energieansprüche erfüllen. Auf der anderen Seite so genannte Ready-to-use-Konzepte, die dieVorzüge von Akkus mit denen von Batterien kombinieren. Diese Akkus zeichnen sich durch einen hohen Anwendungskomfort sowie eine besonders lange Lebensdauer aus. Die Kapazitätsbetrachtung entfällt hier, im Vordergrund steht die vielseitige Einsetzbarkeit dieser Allround-Talente.

Vorteile:

  • bis zu 100% mehr Kapazität als NiCd-Akkus
  • kein Memory-Effekt, daher ist kein Entladen vor dem Aufladen nötig
  • geringe Umweltbelastung
  • teurer als NiCd - dafür aber besseres Preis-/Leistungsverhältnis

Nachteile:

  • hitzeempfindlicher beim Aufladen als NiCd-Akkus
Ni-Cd - Der Nickel-Cadmium-Akku

NiCd-Akkus sind robust und kältefest, für hohe Ströme konzipiert und besitzen eine lange Lebensdauer. Aufgrund des hohen Cadmium-Anteils wird der Umstieg auf die umweltfreundlichere und zudem leistungsstärkere NiMH-Technologie empfohlen. Als Folge einer 2006 in Kraft getretenen EU-Umweltschutz-Richtlinie haben die meisten Hersteller Nickel-Cadmium-Akkus bereits aus dem Programm genommen.

Vorteile:

  • auch bei niedrigen Temperaturen gut geeignet
  • für Geräte mit hohem Energieverbrauch geeignet

Nachteile:

  • umweltbelastend (durch Cadmium)
  • relativ geringe Kapazität
  • Memory-Effekt

Li-Ion - Der Lithium-Ionen-Akku

Li-Ion-Akkus besitzen eine hohe Energiedichte, kurze Ladezeiten und ein geringes Gewicht, sind jedoch teurer als NiMH-Akkus und benötigen eine spezielle Ladetechnik. Da sie eine höhere Spannung als NiMH-Akkus besitzen und zudem aus Sicherheitsgründen eine Schutzelektronik benötigen, sind Li-Ion-Akkus nicht als handelsübliche Rundzellen erhältlich. Besonders geeignet sind sie für moderne Hightech-Geräte wie Notebooks, Mobiltelefone, Digitalkameras und Camcorder.

Vorteile:

  • hohe Energiedichte (bezogen auf Volumen und Dichte)
  • kein Memory-Effekt
  • sehr geringe Selbstentladung

Nachteile:

  • teurer
  • benötigt meist eine spezielles Ladegerät (nicht mit NiCd und NiMH kompatibel)
  • nur für speziell konzipierte Anwendungen

LiPoly - Der Lithium-Polymer-Akku

Eine Weiterentwicklung des Lithium-Ionen-Akkus. Die jüngste Akkutechnologie mit höchster Energiedichte, insbesondere bezogen auf das Gewicht. Durch die mögliche flexible Formgebung sind sehr flache Akkus machbar. Lithium-Polymer-Akkus zeichnen sich auch durch das sehr geringe Gewicht aus. Die verwendete Ladetechnik ist speziell für Lithium-Polymer-Akkus.

Vorteile:

  • höchste Energiedichte (insbesondere bezogen auf das Gewicht)
  • sehr geringes Gewicht
  • flexible Formgebung

Nachteile:

  • teurer
  • benötigt meist eine spezielles Ladegerät (nicht mit NiCd und NiMH kompatibel)
  • nur für speziell konzipierte Anwendungen
  • geringe Lebensdauer

LiFePO4 - Lithium-Eisen-Phosphat Zellen

Lithium-Eisen-Phosphat wird die zukünftig bevorzugte Technologie für den Antriebsakku des Elektrofahrzeugs sein und auch für viele andere Anwendungen, wo hohe Leistung, niedriges Gewicht und eine hohe Lebensdauer wichtig sind. Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) Akkus zählen zur ursprünglichen Lithium-Ionen-Chemie, aber es wird kein Lithium-Cobalt-Dioxid (LiCoO2) mehr als Kathodenmaterial verwendet. Dies wird hauptsächlich in den gängigsten Akkus von Laptops, Handys, MP3-Playern, etc. eingesetzt.

LiFePO4 ist sicherer als das Kathodenmaterial LiCoO2, da keine exotherme Reaktionen in Akkus, die auf diesem Material basieren, auftreten können. Darüber hinaus haben LiFePO4 Zellen einen höheren Entladestrom, sind nicht toxisch und haben eine wesentlich höhere Lebensdauer als LiCoO2 Zellen. LiFePO4 ist die ideale Chemie für Elektrofahrzeug-Anwendungen.

Die richtigen Lithium-Zellen für ein modernes umweltfreundliches Akkusystem auszuwählen, das Design für den Akku und das Batterie-Management-System (BMS), das die geometrischen, thermischen und elektrischen Vorbedingungen berücksichtigt, bedarf einer qualifizierten Beratung ebenso wie der richtigen Ladetechnik.

In fast 90 % der aller Traktionsanwendungen wird immer noch Blei-Säure oder Blei-Gel benutzt. Diese Produkte basieren auf einer bewährten Technologie mit giftigem Schwermetall und sind billig in der Anschaffung. Dem entgegen stehen die Vorteile von LiFePO4 wie Kapazität, Gewicht und die Betriebstemperaturen, sowie die CO2-Reduktion. Obwohl der anfängliche Kaufpreis von LiFePO4 höher ist als bei Blei-Systemen, machen die längere Lebensdauer und die höhere Leistungsfähigkeit den Preis pro Zyklus deutlich günstiger.

Vorteile:

  • doppelt so hohe Energiedichte wie Ni-MH
  • fast 4-mal so hohe Energiedichte wie Ni-Cd
  • geringe Selbstentladung – perfekt für den mobilen Einsatz
  • unschlagbar leicht im Vergleich zu Ni-MH/Ni-Cd
  • anfänglich teurer, dafür aber längere Lebensdauer und höhere Leistungsfähigkeit
  • ideal für Elektrofahrzeuganwendungen, als Starterbatterie und für andere Anwendungen wo hohe Leistung, niedriges Gewicht und hohe Lebensdauer wichtig sind

Nachteile:

  • dürfen nur mit speziellen Ladegeräten geladen werden, die rechtzeitig beim Erreichen der Entladespannung pro Zelle abschalten (Balancer)
  • dürfen niemals ohne Balancer-Anschluss zu Packs verbaut werden
  • dürfen für industrielle Packs nur mit Lastmodul oder Tiefentladeschutz (BMS) konfektioniert werden

Wie werden Akkus richtig geladen?

Alle Akku-Zellen werden grundsätzlich während der Produktion geladen, um ihre Funktionsfähigkeit zu prüfen. Je nachdem, wie viel Zeit danach bis zum Verkauf verstreicht, verliert der Akku jedoch seine Ladung. Laden Sie deshalb Ihre Akkus vor dem ersten Einsatz immer auf.

NiCd-Akkus sollten im Gegensatz zu anderen Akkus vor dem Ersteinsatz vollkommen entladen werden, um sie danach wieder aufzuladen. Der Memory-Effekt kann dadurch vermieden werden.

Akkus verschiedener Systeme, Kapazitäten oder Hersteller sollten niemals zusammen verwendet werden. Ebenso riskant ist die gemeinsame Nutzung von Akkus mit unterschiedlichen Ladezuständen. Durch Wechselwirkungen, bei denen der schwächste Akku die Gesamtleistung aller reduziert, kommt es zu Kapazitätsverlusten und im schlimmsten Fall zu einer Tiefentladung, die den Akku zerstören kann. Eine ähnliche Entwicklung bringt das gemeinsame Laden von Akkus mit unterschiedlichen Ladezuständen mit sich.

Die Lösung sind hochwertige Ladegeräte, die jeden einzelnen Ladeschacht überwachen. Diese Funktion ermöglicht das gemeinsame Laden von Akkus mit verschiedenen Ladezuständen ohne schädigende Wechselwirkung.

Darf ich meine Akkus mit anderen Akkus vermischen?

Nein, verwenden Sie in einem Gerät nur Akkus gleicher Nennkapazitäten, die in Alter und Ladezustand übereinstimmen und gemeinsam geladen und entladen wurden.

Was ist der Memory-Effekt?

Dieser Effekt tritt nur bei NiCd-Akkus auf. Der klassische Memory-Effekt ist ein Phänomen, das einen NiCd-Akku bei falscher Handhabung schnell außer Gefecht setzen kann.

Werden Nickel-Cadmium-Akkus mehrfach nicht vollständig entladen, kommt es zu Materialveränderungen in der negativen Elektrode, die einen Kapazitätsverlust bewirken. Dieser Vorgang wird als Memory-Effekt bezeichnet und führt dazu, dass der Akku weniger Energie freisetzen kann und seine Leistungsfähigkeit sinkt. Daher sollten NiCd-Akkus gelegentlich komplett entladen werden, bevor ein neuer Aufladevorgang beginnt.

Bei Nickel-Metallhydrid-Akkus äußert sich diese Entwicklung nur in abgeschwächter Form als Lazy-Battery-Effekt. Aufgrund des geringeren Kapazitätsverlustes wird die Nutzungsdauer von NiMH-Akkus weniger beeinflusst. Die gute Nachricht: Durch das so genannte „Zykeln", das mehrmalige vollständige Auf- und Entladen, werden betroffene Akkus wieder auf Trab gebracht und erhalten ihre Leistungsfähigkeit zurück. Hilfreich sind dabei Ladegeräte mit Entladefunktion.

Entladene Akkus sollten nicht über längere Zeit im eingeschalteten Gerät belassen werden. In einem solchen Fall kann es zur so genannten Tiefentladung kommen, die ein Wiederaufladen des Akkus unmöglich macht. Generell sollten Akkus, die längere Zeit nicht verwendet werden, immer außerhalb des Geräts gelagert werden – am besten in geladenem Zustand. Auch in ausgeschalteten Geräten kann ein geringer Strom fließen, der die Selbstentladung des Akkus begünstigt und im schlimmsten Fall zur Tiefentladung führt.

Für eine lange Lebensdauer und anhaltende Höchstleistung stellen Akkus besondere Ansprüche an Lagerung und Pflege. So mögen die mobilen Energiequellen kühle, trockene Plätze ohne direkte Sonneneinstrahlung. Hohe Temperaturen begünstigen hingegen die Selbstentladung von Akkus und können den Lebenszyklus verkürzen.

Die Ladungsmenge, die ein Akku speichern kann, wird als Kapazität bezeichnet und in Amperestunden (Ah) gemessen. Je höher die Kapazität, desto mehr Energie können Akkus theoretisch zur Verfügung stellen. Die praktisch verwendbare Kapazität ist von vielen Faktoren abhängig: vom Ladezustand, dem Entladestrom, der Geräteabschaltspannung, der Anzahl der Ladezyklen, der Temperatur, den Lagerbedingungen und insbesondere der Lagerzeit.

Wie verändert sich die Ladezeit abhängig von Kapazität und Ladestrom?

Ladezeit (h) = Kapazität (mAh)/Ladestrom (mA)*1,3 = Ladezeit in Stunden

Was versteht man unter "Kapazität C [mAh]" ?

Die Kapazität eines Akkkus/Batterie ist die Menge der entnehmbaren Ladung, gemessen in Milli-Amperestunden (mAh) und besagt, wieviel Strom der Zelle eine Stunde lang entnommen werden kann.
Kapazität(C) = Entladestrom(I) x Entladezeit(t)
Zum Beispiel kann man einer 2000 mAh (2 Ah) Zelle theoretisch:

  • 1 Stunde lang 2 A entnehmen
  • 10 Stunden lang 0,2 A entnehmen
  • 6 Minuten lang 20 A entnehmen

Durch eine Parallelschaltung von Zellen wird die Kapazität erhöht.

Was versteht man unter "Spannung U [V]" ?

Die Spannung wird in Volt (V) gemessen und ergibt sich aus der Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden. Durch eine Serienschaltung von Zellen wird die Spannung erhöht.

Was versteht man unter "Strom I[A]" ?

Schließt man einen Verbraucher an dieAkkus/Batterien an, wird der Stromkreis geschlossen und es fließt Strom. Die Stromstärke ist abhängig von dem Verbraucher, der anliegt und dem Innenwiderstand des Akkus/der Batterie.

Was versteht man unter "Energie [Wh]" ?

Das Produkt aus Spannung und Kapazität ergibt die Energie, diese wird in Wattstunden gemessen. Je mehr Energie ein Akku/eine Batterie gespeichert hat, desto mehr Arbeit können Sie mit dem Gerät verrichten.

Ein 12 Volt Akku-Pack aus 10 Zellen in Reihe mit einer 2,0 Ah Zelle hat ca. 24 Wh. (2,0 Ah x 1,2 V x 10 Zellen = 24 Wh)

Was versteht man unter "Innenwiderstand R [Ohm]" ?

Jeder Akku/jede Batterie hat einen Innenwiderstand, dieser ist ausschlaggebend für ihre Leistung. Der Innenwiderstand entsteht in dem Akku/der Batterie von selbst. Während der Entladung des Akkus/der Batterie nimmt die Spannung kontinuierlich ab, dafür verantwortlich ist der Innenwiderstand der Zelle. Der Innenwiderstand einer Zelle ist keine konstante Größe sondern hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab, z.B. Temperatur, Alterung der Zelle, Entladung und auch der Größe der Zelle. Bei einer neu aufgeladenen Zelle ist der Innenwiderstand noch am kleinsten, dieser aber erhöht sich während der Entladung und somit erwärmt sich die Zelle. Je größer der Innenwiderstand wird desto mehr Spannung fällt ab.

Was versteht man unter "Selbstentladung" ?

Die Selbstentladung ist ein temperaturabhängiger, ständiger chemischer Reaktionsprozess an den Elektroden des Akkus/der Batterie, ohne Anschluss an einen elektrischen Verbraucher. Das heisst: Alle Akkus/Batterien entladen sich auch ohne Verwendung in einem Gerät nach einer gewissen Zeit von selbst. Je nach System der Akkus/Batterien (NiCd, NiMH, Li-Ion, Alkaline, Zink-Kohle, RAM), verlieren die Akkus/Batterien zwischen 1% - 100 % Ihrer Kapazität pro Jahr.

Warum hat mein nagelneuer Akku so wenig Leistung ?

Nagelneue Akkus benötigen ca. 5 Zyklen (Laden/Entladen) bis ihnen die volle Leistung zur Verfügung steht.

Was ist eine "Tiefentladung"und ist das gefährlich für den Akku ?

Bei einer Tiefentladung werden diejenigen Zellen eines Akkus umgepolt, die die geringste Kapazität haben. Schon durch eine einzige Tiefentladung kann ein Akku zerstört werden. Besondere Vorsicht ist geboten, wenn der Stromverbraucher sich bei zu geringer Spannungsversorgung nicht selbsttätig abschaltet.

Kann ich beim Laden der Akkus etwas falsch machen ?

Ja. Das Laden in minderwertigen Ladegeräten ohne Ladekontrolle, Abschaltung und Temperaturüberwachung kann Ihre Akkus zerstören.

Dürfen meine Akkus beim Laden heiß werden ?

Nein. Sie dürfen sich erwärmen aber nicht heiß werden. NiCd-Akkus sind nicht so empfindlich gegen Erwärmung beim Laden im Vergleich zu NiMH-Akkus. Werden die Akkus zu heiß (über 60°C) dann sind die Akkus entweder überladen oder defekt.

Schadet Schnell-Laden meinen Akkus ?

Im Prinzip nein, wenn das Ladegerät besonders zuverlässig und rechtzeitig abschaltet. Und vorausgesetzt es sind Qualitätszellen (GP, Panasonic oder Sanyo)

Akku-Entsorgung

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