Ob Fachbegriff, chemischer Prozess, physikalische Wirkung oder anwendungsspezifische Probleme – hier finden Sie die Antworten auf Ihre Fragen rund um Akku, Batterie, Ladegerät, Netzteil und Ladekabel.
Ein Akkumulator besteht aus zwei Elektroden, die eine Elektrolytlösung berühren. Die Elektrolytlösung sowie das Material der Elektroden variieren dabei je nach Akku-Typ. Beim Kontakt mit einer Stromquelle nehmen Akkumulatoren elektrische Energie auf und speichern sie durch eine Transformation als chemische Energie. Bei Gebrauch wandeln sie nun diese Energie wieder in elektrische um und geben sie an das entsprechende Gerät ab.
Das Prinzip wieder aufladbarer Zellen lässt sich vereinfacht so darstellen:
Elektrische Energie –> Laden –> chemische Energie –> Entladen –> elektrische Energie
Als Zelle wird eine geschlossene elektrochemische Einheit mit einer Spannungsdifferenz zwischen Anode und Kathode bezeichnet. Zellen sind die Grundbausteine von Batterien und Akkumulatoren. Die Kapazität und Spannung hängen dabei hauptsächlich von Material und Größe der Zelle ab.
Zylindrische Zellen sind besonders robust und werden aus diesem Grund vielfach eingesetzt. Sie bestehen aus einer zylindrisch gewickelten Zelle mit einem Hardcase. Dieses verhindert den Ein- und Austritt unerwünschter Bestandteile.
Li-Ionen-Akkus sind die beliebtesten Akkus moderner Technik.
Lithium-Ionen-Zellen werden zur Herstellung von Li-Ionen-Akkus verwendet. Sie bestehen aus einer negativen Grafit-Elektrode sowie einer positiven Lithium-Metalloxid-Elektrode. Da das Metall Lithium eine extreme Reaktion mit Wasser aufweist, wird anders als in anderen Zellen nicht Wasser, sondern ein anderes Lösungsmittel verwendet. Dieses ist jedoch leicht brennbar, weshalb Li-Ionen-Akkus stets vor Hitze, Überladung und Tiefentladung geschützt werden müssen. Ein elektrolytdurchlässiger Separator trennt schließlich die zwei Elektroden voneinander, um einen Kurzschluss auszuschließen.
Die Spannung von Li-Ionen-Zellen beträgt je nach Elektrodenmaterial zwischen 3,6 und 3,7 Volt . Li-Ionen-Akkus gehören zu den beliebtesten Akkus moderner Technik, da Lithium das leichteste Metall ist und andere Akkus damit in Sachen Gewicht deutlich in den Schatten stellt.
Ein gesamter Zyklus reicht von der vollkommenen Entladung eines zu 100 Prozent geladenen Akkus zur anschließenden vollständigen Ladung. Die Zyklen-Angabe dient oft als Einschätzung der Lebensdauer eines Akkus.
Ein Akku-Zyklus besteht also aus drei Zuständen: geladen – entladen – geladen
Die Zyklenfestigkeit bezeichnet indes die Lebensdauer eines Akkus, also die Anzahl möglicher Ent- und Aufladungen bis zu einer gewissen Kapazitäten-Unterschreitung.
Die elektrische Energie überwindet den Separator und gelangt fast ungehindert von Pol zu Pol. Dadurch fließt kurzzeitig viel Strom und die Zelle überheizt, wodurch die Elektrolytflüssigkeit zersetzt wird und verdampft. Gleichzeitig wird das Aktivmaterial an den Kathoden zersetzt und so noch mehr Wärme generiert. Die freigesetzten Gase können sich entzünden und Feuer fangen.
Die Spannung eines elektrischen Gerätes oder Spannungskreises im Normalbetrieb. Dieser Wert wird meist vom Hersteller angegeben. In der Praxis ist ein Abweichen von diesem Wert innerhalb eines festgelegten Toleranzbereiches zugelassen. Die Li-Ionen-Zelle hat beispielsweise eine Nennspannung von etwa 3,6 Volt .
Die Spannung, die nötig ist, um eine elektrische Schaltung und damit ein Gerät zu betreiben.
Wird ein Akku mehrmals nur teilweise entladen, kann es passieren, dass der Akkumulator sich diesen Entladungsstand „einprägt“ und anschließend nicht mehr unterhalb dieser Ladungsstufe funktioniert. Es kommt also durch das „Akku-Gedächtnis“ zu einer enormen Kapazitäten-Reduktion des Akkumulators. Der Memory-Effekt tritt vor allem bei NiCd-Akkus auf und kann in manchen Fällen durch mehrfaches Zykeln behoben werden.
Als Selbstentladung wird das langsame Entladen eines Akkus ohne Geräteanschluss bezeichnet. Die dabei ablaufenden chemischen Reaktionen führen zu einem Kapazitäten-Verlust der Zellen.
Von Tiefentladung spricht man, wenn ein Akku unter die Entladeschlussspannung – d.h. die Grenze, unter der keine Energie mehr für das Gerät zu Verfügung gestellt werden kann – entladen wird. Die meisten modernen Akkus, so etwa der Li-Ionen-Akku, sind jedoch mit einer Schutzfunktion versehen, die das Entladungsende erkennt und den Entladungsvorgang unterbricht.
Tiefentladung kann auch durch Selbstentladung zustande kommen. Aus diesem Grund sollten Akkus regelmäßig geladen und entladen werden. Tiefentladung kann sonst zu irreparablen Schäden führen.
Dieser Begriff bezeichnet die vorhandene Spannung in einer Zelle ohne Belastung, das heißt ohne elektrischen Anschluss und ohne Verbraucher. Der Wert lässt sich also nur feststellen, indem ein Akku über etwa 24 Stunden weder geladen, entladen noch benutzt wird. Ruhestrom variiert je nach Ladezustand.
Zykeln ist eine Art Akku-Pflege, die in Ausnahmefällen sogar tiefentladene Akkus wieder zum Leben erwecken kann. Dabei wird der Akku etwa dreimal vollständig aufgeladen und wieder vollständig entladen.
Diese erkennt das Lade-Ende und schaltet auf Erhaltungsladung ein, wodurch eine Überladung verhindert wird.
Die Akku-Kapazität gibt an, wie viel Ladung ein Akku zu speichern imstande ist und wird in Amperstunden (Ah) angegeben. Höhere Kapazitäten ermöglichen dabei längere Betriebszeiten. Multipliziert man die Akku-Kapazität mit der Nennspannung, bekommt man die speicherbare Energie in Wattstunden (Wh).
Das Überladen eines Akkus gehört zu den schädlichsten Umgängen mit Akkus. Es geschieht häufig aus Versehen, wenn der Benutzer in dem Glauben ist, dass das Ladegerät den Ladestrom automatisch abschaltet. Der Akkumulator sollte immer, so auch bei automatischen Vorrichtungen, sicherheitshalber kurz nach dem vollständigen Laden vom Strom genommen werden.
Der Ladezustand ist nur vom Gerät selber abzulesen. Ist diese Funktion defekt, sollte ein Experte konsultiert werden. Den Zustand des Akkus selbst kann ebenfalls nur ein Experte feststellen.
Nein, nicht notwendigerweise. Er kann zum Beispiel durch mehrfaches Zyklen rehabilitiert werden.
Diese Vorrichtung dient der Erinnerung des Benutzers. Sie hat eine rein mechanische und keine elektrische Funktion. Nach dem Laden des Akkus wird der Schieber manuell so eingestellt, dass der rote Punkt sichtbar ist. So besteht nicht die Gefahr einer Mehrfachladung, die beispielsweise bei Ni-Cd-Akkus zum Memory-Effekt führen kann und der Leistung des Akkus schadet.
Nein. Ein neuer Akku erreicht erst nach ein paar Lade-/Entladezyklen seine volle Kapazität.
Diese variiert stark je nach Akku-Typ. Bei Li-Ionen-Akkus beträgt sie nur etwa 1-2 Prozent pro Monat, bei NiCd-Akkus schon 10-15 Prozent pro Monat und bei NiMH-Akkus etwa 10-15 Prozent pro Monat. Die Höhe der Selbstentladung hängt vor allem von Zellladung und Temperatur ab. Die folgende Tabelle zeigt die erforderlichen Rahmenbedingungen für möglichst geringe Selbstentladung:
|
Akku |
Entladung pro Monat |
Empfohlener Ladezustand |
Empfohlene Temperatur |
Nachladezyklus |
|
Li-Ionen-Akku |
1-2% |
60% |
15-25°C |
1-2 Jahre |
|
NiCd |
10-15% |
40-60% |
20°C |
2-3 Monate |
|
NiMH |
15-20 % |
40-60% |
20°C |
2 Monate |
Ja, da auch in ausgeschalteten Geräten gering Strom fließt und es zu einer Tiefentladung kommen kann.
Raumtemperatur. Werden 10 Grad unterschritten oder 40 Grad überschritten, wird der Akku belastet.
Das hängt vollkommen von der Benutzung und Pflege ab. In der Regel zwischen 500 und 1000 Zyklen.
Dass ein Akkumulator warm oder sehr warm wird, ist normal. Schließlich gibt er Spannung ab. Wird er jedoch so heiß, dass man ihn nicht mehr problemlos berühren kann, sollte der Benutzer Alarm schlagen. Er ist in dem Fall entweder überladen oder defekt und sollte von einem Experten untersucht oder – ganz entladen – entsorgt werden. Moderne Ladegeräte erkennen Hitze und schalten automatisch ab.
Beim Überladen oder Tiefentladen können Li-Ionen-Akkus in seltenen Fällen Feuer fangen. Beim Überladen sowie bei sehr hoher Umgebungstemperatur kann die Schichtstruktur des Metalls zusammenbrechen. Dabei verdampft die organische Elektrolyt-Flüssigkeit. wodurch leicht brennbare Gase entstehen. Wird es in der Zelle nun so heiß, dass der Brennpunkt der Gase überschritten wird, kommt es zu einem Feuer, das auch auf das Metall überschlagen kann, da Lithium relativ leicht brennbar ist. Der daraus resultierende Metallbrand ist extrem schwer löschbar und sollte auf keinen Fall mit Wasser in Kontakt kommen.
Beim Tiefentladen kommt es wie beim Überladen zu einer Zersetzung der Elektrolytflüssigkeit und der Freisetzung extrem leicht brennbarer Gase. Die Kupfer-Ionen der Anodenseite können dabei flüssig werden und beim erneuten Laden zu einem Kurzschluss führen. Durch die fehlende Elektrolytflüssigkeit wird die Ladeenergie außerdem in Wärme umgesetzt und droht, den Akku zu entfachen.
Bei all dem Elektroschrott verliert man schon mal den Durchblick.
Kaputte oder entladene Akkus müssen wie alle sonstigen technischen Geräte in dafür vorgesehene Behälter. Diese finden sich in Supermärkten, Drogeriemärkten, Baumärkten, Kaufhäusern und auf dem Wertstoffhof wieder. Wichtig ist, dass vor der Entsorgung die vollkommene Entladung des Akkus sichergestellt ist. Dies erkennen Sie meist an Signalen des Gerätes selbst: z.B. „Batterie leer“ oder das Gerät lässt sich nicht mehr einschalten. Sind Sie nicht 100-prozentig sicher, kleben Sie die Batteriepole ab oder verschließen Sie die Akkus in eine Plastiktüte.
Batterie und Akkumulator haben etliche Gemeinsamkeiten, weswegen sie des Öfteren begrifflich verwechselt werden. In beiden Fällen ermöglichen elektrische Zellen den Betrieb eines Gerätes ohne Stromanschluss. Die zwei Hauptunterschiede zwischen Batterie und Akku sind:
Eine nicht wieder-aufladbare Batterie, zum Beispiel eine alkalische Batterie.
Eine wieder-aufladbare Batterie, also ein Akku.
Ordnungsgemäßes Laden gehört zu den wichtigsten Voraussetzungen für ein langes Akku-Leben.
Heiße Ladegeräte sind eine Gefahr. Das Gerät sollte vom Strom entfernt und ausgeschaltet und der Akkumulator sollte vollständig entladen werden.
Ist der Akku schnellladefähig, kommt er nicht zu Schaden. Diese Angabe machen Hersteller meist auf dem Akku selbst oder auf der Verpackung. Das Laden in Schnelladegeräten dauert ca. 1-2 Stunden, im Gegensatz zu über 10 Stunden Ladezeit bei den Normalladegeräten. Der relativ hohe Strom des Schnelladegeräts erfordert allerdings eine besonders zuverlässige Abschaltung, sobald die Vollladung erreicht ist.
Wie bei allen technischen Geräten gilt: vor extremen Temperaturen und physischer Belastung bewahren. Ladegeräte sollten immer vor Feuchtigkeit, Hitze und Erschütterung geschützt aufbewahrt werden.
Wie bei Akkus gilt hier ein Temperaturbereich zwischen 15 und 25 Grad Celsius.
Nein. Ein Netzteil sollte ebenso wie Ladegerät und Akku nur sehr warm, aber niemals heiß werden. Überhitzung deutet auf einen Defekt oder Überladung hin.
Siehe die Entsorgung von Akkus.
Kabel müssen wie alle elektrischen Geräte gesondert entsorgt werden und dürfen nicht in den Restmüll. Es empfiehlt sich der Besuch eines Ladens oder Wertstoffhofs. Auch beim Kauf neuer Kabel, Netzteile etc. können die alten oft abgegeben werden.
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