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Inhalt:
Allgemeines
Grundsätzlicher Aufbau
Fachbegriffe
Bleiakkumulatoren
Allgemeines / Aufbau
Laden von Bleiakkus
Ladestand von Bleiakkus
Kälteverhalten von Bleiakkus
Nickelcadmiumakkus (NiCd)
Allgemeines / Aufbau
Laden von NiCd-Akkus
Memory-Effekt
NiCd-Akkus in der Praxis
Nickelmetallhydridakkus (NiMH)
Allgemeines / Aufbau
Laden von NiMH-Akkus
Ultraschnelladung von NiMH-Akkus
NiMH-Akkus mit niedriger Selbstentladung
Lithiumionenakkus
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Elektronische Bauelemente
Lichterzeugung


Allgemeines

AkkumulatorBestimmte Geräte müssen unabhängig vom Lichtnetz betreibbar sein. Bestes Beispiel sind Mobiltelefone, Notebooks, tragbare Musikgeräte, elektronische Spiele und Taschenlampen. Zudem kommt es immer mehr in Mode, daß Geräte, die bislang kabelgebunden betrieben wurden, unabhängig vom Lichtnetz einsetzbar sein sollen wie z.B. schnurlose Festnetztelefone, Rasierapparate und elektrische Werkzeuge. Dies bedeutet, daß man diese mit einer eigenen Energiequelle ausstatten muß. Batterien haben den Nachteil, daß man sie entsorgen muß, wenn sie leer sind, was nicht nur schlecht für die Umwelt sondern auch für den Geldbeutel ist. Daher werden vermehrt Akkumulatoren oder kurz Akkus eingesetzt, die man mit Hilfe von Ladegeräten am Lichtnetz immer wieder aufladen kann.

Leider werden viele Akkus aus Unkenntnis heraus durch völlig falsche Handhabung und nicht selten auch durch unsinniges Sparen an der Ladetechnik schon nach wenigen Ladezyklen faktisch unbrauchbar, d.h. ihre Kapazität geht derart drastisch zurück, daß man sie in der Praxis nicht mehr sinnvoll nutzen kann, weil sie trotz Volladung nur noch ganz kurz Energie liefern. Nickelcadmiumakkus (NiCd-Akkus) können beipielsweise bei sachgerechtem Gebrauch eine Lebensdauer von ca. 1000 Ladezyklen erreichen, im schlimmsten Fall aber durch Tiefentladung und/oder starkes Überladen schon nach einem einzigen Entladezyklus Schrott sein. Nachfolgend wird daher nicht so sehr auf kleinste Details von Aufbau und Funktion der verschiedenen Akkutypen eingegangen als vielmehr auf den sachgerechten Umgang und speziell das richtige Laden.


Grundsätzlicher Aufbau von Akkus

Akkus bestehen immer aus zwei Elektroden, die in eine Elektrolytlösung eintauchen, wie dies in Bild 1 dargestellt ist. Die verschiedenen Akkutypen unterscheiden sich durch das verwendete Elektrodenmaterial und den Elektrolyten. Ein spezieller Akkutyp ist oft in den unterschiedlichsten Bauformen erhältlich. Beispielsweise kann man die bekannten NiCd-Akkus außer als weitverbreitete Rundzellen in unterschiedlichen Größen auch in einer Bauform kaufen, die sehr stark an die im Automobilbereich verwendeten Bleiakkus erinnert.

Akku laden   Akku entladen
Bild 1a: Akku laden Bild 1b: Akku entladen

Beim Laden läßt man einen Strom durch den Akku fließen (Bild 1a). Den Stromfluß bewirkt eine Stromquelle, die als G wie Generator dargestellt ist. Dadurch kommt eine chemische Reaktion in Gange, wodurch beide Elektroden sich chemisch verändern. Welche Reaktionen das genau sind, hängt vom Akkutyp ab. Irgendwann ist nicht mehr genug Elektrodenmaterial für diese Reaktion vorhanden oder besser gesagt dem Elektrolyten zugänglich. Ab diesem Zeitpunkt wird der Akku nicht weiter geladen sondern die Elektrolytlösung zersetzt. Weil es sich fast immer um einen wässrigen Elektrolyten handelt, wird das darin enthaltene Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespaltet. Ist der Akku hermetisch verschlossen, kann er durch den entstehenden Überdruck explodieren. Zudem verringern dann ablaufende chemische Reaktionen irreversibel die nutzbare Kapazität des Akkus. Daher sollte man bei Erreichen der Volladung das Laden sofort beenden. Das Explodieren durch zu hohen Innendruck bei extremer Überladung verhindern die Hersteller fast immer durch Einbau eines Überdruckventils, jedoch tritt dann der Elektrolyt aus, der meistens ätzend ist, und der Akku ist Schrott.

Ist der Akku geladen, kann man ihm solange Strom entnehmen (in Bild 1b ist exemplarisch eine Lampe als Stromverbraucher dargestellt), bis die im Vergleich zum Ladevorgang umgekehrte chemische Reaktion zum Erliegen gekommen ist. Im Idealfall kann man genausoviel Ladung (also Strom mal Zeit) entnehmen, wie man hineingesteckt hat. In der Praxis liegt der Wirkungsgrad meistens zwischen 80% und knapp unter 100%, d.h. man muß etwas mehr Ladung in den Akku hineinstecken, als man später entnehmen kann.


Fachbegriffe

Rund um Akkumulatoren und die damit zusammenhängende Ladetechnik gibt es einige wenige Fachbegriffe, die man kennen sollte. Der wohl am häufigsten gebrauchte ist die Akkukapazität. Darunter versteht man das physikalische Maß für die Energiemenge, die man einem vollgeladenen Akku unter bestimmten Randbedingungen entnehmen kann. Deren Einheit Ah (Amperestunden) bzw. bei kleineren Akkus mAh (Milliamperestunden, d.h. 1/1000 Amperestunde) wird gebildet aus Stromstärke multipliziert mit der Zeitdauer. Die Einheit der Stromstärke wird in Ampere, Abkürzung "A", die der Zeitdauer in Stunden, Abkürzung "h", gemessen.

Kann man einem vollgeladenen Akku einen Strom von 1 A eine Stunde lang entnehmen, berechnet sich die Kapazität zu 1 A mal 1 h, was 1 Ah ergibt. Auf den gleichen Wert kommt man, wenn man dem Akku beispielsweise 4 Stunden lang einen Strom von 0,25 A entnehmen kann. 1 Ah entsprechen übrigens 1000 mAh.

Der Begriff Ladung besitzt die gleiche Einheit. Während die Akkukapazität eine Kenngröße für das Strom-Fassungsvermögen des Akkus ist, verwendet man den Begriff Ladung um zu beschreiben, wieviel Energie man eingespeist bzw. entnommen hat oder wieviel Ladung ein Akku noch besitzt. Wenn man einem vollgeladenen 1-Ah-Akku eine Ladung von 200 mAh = 0,2 Ah entnimmt, besitzt dieser eine Restladung von 0,8 Ah. Den Unterschied zwischen Kapazität und Ladung kann man an einem Wasserglas verdeutlichen: Die Kapazität gibt an, wieviel Wasser ins Glas hineinpaßt, während der Begriff Ladung eine Wassermenge beschreibt - eine entnommene, eine hineingekippte oder einfach die noch im Glas vorhandene Wassermenge. Beispielsweise ist Ladungsentnahme gleichbedeutend mit Wasserentnahme; die Restladung entspricht der Wassermenge, die tatsächlich im Glas noch drin ist.

Selbstentladung ist ein weiterer Begriff, der im Zusammenhang mit Akkus gebräuchlich ist. Darunter versteht man die unerwünschte Eigenschaft, daß ein Akkumulator im Laufe der Zeit an Ladung verliert. Um beim Beispiel mit dem Wasserglas zu bleiben: Bei einem randvollen Glas Wasser verdampft täglich ein wenig Wasser, so daß es irgendwann einmal leer ist, ohne daß man auch nur einen Schluck getrunken hat. Elektronen können natürlich nicht verdunsten. Bei Akkus verschwinden daher keine Elektronen in die Umgebung, sondern stehen lediglich durch unerwünschte interne chemische Reaktionen nicht mehr für die Stromabgabe zur Verfügung.

Als letzter Fachbegriff sei die Nennspannung erwähnt. Die Spannung eines Akkus ist nämlich mitnichten ganz konstant, sondern ist im vollgeladenen Zustand am höchsten und geht bei Entladung mehr oder weniger stark zurück, bevor sie bei Tiefentladung (siehe nächster Abschnitt) fast schlagartig auf 0 V zusammenbricht. Die Nennspannung ist dabei ein mehr oder minder künstlich gewählter Wert, mit dem man die mittlere zu erwartende Spannung beschreiben will. Ein Autoakku besitzt beispielsweise eine Nennspannung von 12 V. Bei Volladung erreicht er je nach Temperatur bis zu 14,4 V, während er (je nach Temperatur) bei 11 V noch nicht wirklich leer ist.

Unter Tiefentladung versteht man das "Ausquetschen" eines Akkus, bis dieser überhaupt keinen Strom mehr abgibt. Dabei sinkt die Spannung bis auf 0 V ab. Behält man diesen Zustand längere Zeit bei, können im Akku chemische Reaktionen an den Elektroden ablaufen, die diese teilweise bis vollständig unbrauchbar machen. Resultat ist, daß der Akku massiv an Kapazität verliert und sich im Extremfall überhaupt nicht mehr laden läßt. Aus diesem Grund sollte man die meisten Akkutypen tunlichst nicht unter eine typabhängige Entladeschlußspannung entladen und möglichst rasch wieder aufladen.

Bei der Entladung von Akkupacks, die aus mehreren Zellen bestehen, kann ein weiterer noch schlimmerer Effekt als die Tiefentladung auftreten: Das Umpolen. Durch herstellbedingte Toleranzen besitzten die Akkus keine absolut identischen Kapazitäten. Wird ein Akkupack entladen, ist irgendwann die Akkuzelle mit der geringsten Kapazität leer, während seine geringfügig "größeren" Kollegen noch Strom liefern können, auch wenn es nur eine kurze Zeit ist. Diese Akkuzelle wird dann zunächst tiefentladen und anschließend zudem noch durch den Strom der anderen Zellen aufgeladen, aber fatalerweise mit falscher Polung (der Strom fließt ja im Vergleich zum regulären Laden umgekehrt). Dadurch wird sie irreversibel geschädigt. Selbst wenn es gelingt, sie sofort wieder richtig herum aufzuladen, hat sie fast immer einen beträchtlichen Teil ihrer Kapazität eingebüßt, so daß sie beim nächsten Entladevorgang noch schneller umgepolt wird.


Bleiakkumulatoren

Allgemeines / Aufbau

Einfaches Ladegerät für BleiakkusDer Bleiakkumulator gehört zur Standardausrüstung eines jeden Autos. Fälschlicherweise wird er nicht selten als Batterie, Autobatterie, Motorradbatterie, Starterbatterie oder Bleibatterie bezeichnet. Als Batterie werden jedoch nicht wiederaufladbare Zellen bezeichnet, oft auch Primärzelle genannt. Die korrekte Bezeichnung Bleiakkumulator (oder kurz Bleiakku) rührt daher, daß die Elektroden aus Blei bestehen. Als Elektrolyt dient Schwefelsäure. Im geladenen Zustand besteht die positive Polplatte aus Bleidioxid (PbO2) und die negative aus blankem Blei (Pb). Beim Entladen bildet sich an beiden Platten feinverteiltes Bleisulfat (PbSO4).

Bleiakkumulatoren sind aufgrund des stark ätzenden Elektrolyts im Falle eines Defekts potentiell gefährlich und bei nicht fachgerechter Entsorgung alles andere als umweltfreundlich, da Blei ein giftiges Schwermetall ist. Er muß daher unbedingt dem Recycling zugeführt werden, was in Deutschland mittlerweile Pflicht ist. Er ist zudem relativ schwer, voluminös und besitzt eine im Vergleich zu anderen Akkumulatortypen geringe Strombelastbarkeit. Zudem ist seine Selbstentladung mit 0,2 bis 1% pro Tag relativ hoch. Allerdings ist er vergleichsweise billig, robust und sehr einfach zu laden, weshalb er trotz seiner zahlreichen Nachteile im Automobilbereich nach wie vor ausschließlich eingesetzt wird. Eine Ausnahme bilden aus Gewichts- und Platzgründen lediglich Hybridfahrzeuge.

Im Automobilbereich benutzte Akkumulatoren besitzen Bleielektroden, die gewollt extrem porös ausgeführt sind, um eine hohe Oberfläche pro Volumen zu erreichen. Durch die große Oberfläche kann der Akku viel mehr Strom liefern als mit glatten Elektroden, was eine Grundvoraussetzung für einen erfolgreichen Kaltstart ist. Zudem wird so eine vergleichsweise große Kapazität bei kleinem Volumen erreicht. Sie hat aber auch einen ganz entscheidenden Nachteil: Da die Bleielektrode einem Schwamm nicht unähnlich ist, bröckeln bei jedem Lade-/Entladevorgang winzige Teile der Elektrode ab, weil eine chemische Umwandlung der Elektroden erfolgt, die auch Auswirkungen auf die Stabilität haben. Einerseits verringert sich damit die wirksame Oberfläche, andererseits bildet sich sogenannter Batterieschlamm, der sich am Boden absetzt. Beim Autoakku reichen daher die Elektroden nicht bis ganz unten an den Boden, damit sich der teilweise leitfähige Batterieschlamm gefahrlos unten absetzen kann. Erreicht er aber die Elektroden, kann es zu einem Kurzschluß kommen, wodurch die betroffene Zelle unbrauchbar wird. Wenn man den Akku bis zur Kapazitätsgrenze entlädt und wieder auflädt, bröckelt relativ viel Material ab, was seine Lebensdauer sehr stark verkürzt. Autoakkus sind durch die Elektrodenstruktur vielmehr daraufhin ausgelegt, für kurze Zeit hohe Ströme liefern zu können. Sie mögen es aber nicht, wenn man ihnen viel Ladung entnimmt, weil dann die Elektroden wegbröckeln. Bei regulärem Betrieb ist das auch nicht der Fall: Nach einem Motorstart wird der Akku sofort wieder geladen.

Bei Kurzstreckenautos oder bei Defekten am Generator ("Lichtmaschine") wird der Akku hingegen nicht genügend aufgeladen und befindet sich mehr oder weniger ständig im halb- bis nahezu ganz entladenen Zustand. Wenn ein Akku in diesem Zustand tagelang verharren muß, sulfatieren die Elektroden, was einer Kapazitätsverringerung gleichkommt, die nicht mehr vollständig rückgängig gemacht werden kann. Dies ist zusammen mit dem Batterieschlamm der Grund, warum Bleiakkus in Kurzstreckenautos meistens nicht sehr lange überleben. Dies kann man abmildern, indem man bei häufigem Kurzstreckenbetrieb den Akku regelmäßig mit einem Ladegerät vollädt. Ganz schlimm ist es, wenn man einen Autoakku zweckentfremdet (z.B. als vermeintlich preisgünstige Alternative zu speziell für Solaranlagen konstruierten Akkus) und regelmäßig bis zur Kapazitätsgrenze entlädt. Hierbei ist die Schlammbildung sehr hoch, was sich sehr ungünstig auf seine Lebensdauer auswirkt. Für Solaranlagen gibt es aus genau diesem Grund spezielle Akkus mit weniger porösen Elektroden, die starke Entladungszyklen deutlich besser wegstecken und auch eine geringere Selbstentladung besitzen.

Autoakkus sind wie gesagt durch ihre Elektrodenstruktur dahingehend optimiert, daß sie kurzzeitig selbst bei niedrigen Temperaturen relativ hohe Ströme liefern können, da ihre Hauptaufgabe darin liegt, den Strom zum Starten des Motors zu liefern. Das Stromliefervermögen ist direkt proportional zur Plattenoberfläche, was auch erklärt, daß Akkus mit hohem Stromliefervermögen automatisch eine höhere Kapazität besitzen als solche mit kleinem Stromliefervermögen. Fahrzeuge mit Ottomotoren großen Hubraums und solche mit Dieselmotoren benötigen stärkere Anlasser als Fahrzeuge mit kleinem Ottomotor, die natürlich auch mehr Strom benötigen. Deswegen benötigen sie größere Akkus als Fahrzeuge mit kleinem Motor. Daß der Akku dabei auch eine größere Kapazität besitzt, ist entgegen landläufiger Meinung dabei nur ein Sekundäreffekt.

Aus genau diesem Grund ist es auch nicht unsinnig, nach Möglichkeit einen Akku mit größerer Kapazität zu verwenden, wenn man in sein Fahrzeug eine Standheizung einbaut. Die höhere Kapazität braucht man dabei keineswegs, um den Strombedarf der Standheizung zu stillen, denn mit ungefähr 5 A für die Standheizung und noch einmal 5 A für den Lüfter bräuchte man selbst bei einer Heizdauer von einer ganzen Stunde nur 10 Ah (notwendig sind dagegen üblicherweise nur 1/4 Stunde). Dies würde auch den im Automobilbereich kleinsten üblichen Akku mit 36 Ah vor keine großen Probleme stellen. Allerdings würde er incl. des nachfolgenden Motorstarts zu gut einem Viertel entladen, was nicht gut für seine Lebensdauer ist. Ein deutlich größerer Akku wird prozentual deutlich weniger entladen und dankt dies mit einer deutlich längeren Lebensdauer. Als angenehmen Nebeneffekt hat man dann auch mehr Reserven, wenn der Akku am Ende seiner Lebensdauer deutlich an Kapazität verliert. Unsinnig ist übrigens in diesem Zusammenhang die weitverbreitete Behauptung, ein kleiner Generator ("Lichtmaschine") habe mit einer dicken Autobatterie Probleme oder würde sogar Schaden nehmen. Der Beweis ist sehr einfach: In heutigen Fahrzeugen serienmäßig verbaute Generatoren haben eine Leistung von eher mehr als 1000 W. Dies entspricht bei einer Nennspannung von 13,2 V einer Stromstärke von immerhin 75 A. Ein handelsüblicher PKW-Akku kann einen solch hohen Ladestrom überhaupt nicht aufnehmen; das Problem bei der Ladung von Bleiakkus ist ja eher, ausreichend Strom in den Akku hineinzubekommen, um eine vertretbare Ladezeit hinzubekommen.


Laden von Bleiakkus

Einfaches Ladegerät für BleiakkusBleiakkus sind empfindlich gegenüber Tiefentladung. Bereits eine einmalige Tiefentladung kann den Akku unbrauchbar machen, selbst wenn man ihn sofort wieder auflädt. Das Laden selbst ist sehr einfach: Man versorgt ihn mit Strom und beendet den Ladevorgang knapp unterhalb der Gasungsspannung von ca. 2,4 V pro Zelle (stark temperaturabhängig). Das ist diejenige Spannung, ab der der Akku kaum mehr weiter geladen wird, sondern hauptsächlich das Wasser des Elektrolyts in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet wird. Dieses Gasgemisch explodiert selbst bei nur geringen Mengen beim geringsten Funken heftig, weshalb man nur im Freien oder gut durchlüfteten Räumen laden darf. Billige Ladegeräte besitzen nicht nur keine automatische Abschaltung bei Erreichen der Gasungsspannung, sondern lassen einen Akku durch pulsierenden Gleichstrom mit hohem Scheitelwert immer gasen. Nicht zu starkes Überladen richtet zwar bei Akkus, bei denen man Zugang zu den einzelnen Zellen hat, keinen allzu großen Schaden an, jedoch geht Wasser verloren. Hat man den Akku überladen, muß man daher den alten Flüssigkeitspegel durch Nachfüllen von destilliertem Wasser wiederherstellen. Keinesfalls dürfen Sie hierfür im Handel erhältliche Batteriesäure nehmen; diese ist ausschließlich zum Befüllen von sogenannten "trocken vorgeladenen" Bleiakkus (d.h. Akkus, die aus versandtechnischen Gründen ohne Säure ausgeliefert werden) gedacht. Da beim Überladen nur Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet wurde, die Säure aber unbeeinflußt blieb und daher auch nicht verbraucht oder chemisch aufgespaltet wurde, muß lediglich destilliertes Wasser nachgefüllt werden.

Die Bordnetzspannung ist in den meisten Fahrzeugen nicht temperaturkompensiert. Dies hat zur Folge, daß bei hoher Akkutemperatur (also dann, wenn die Gasungsspannung geringer als bei niedriger Temperatur ist) die Bordnetzspannung höher als die Gasungsspannung ist. Dann wird das Wasser im Akku in Sauerstoff und Wasserstoff zersetzt und dabei verbraucht. Das Gasen ist nicht ganz so schlimm, aber dabei sinkt der Flüssigkeitsstand. Liegt der Flüssigkeitsstand längere Zeit so niedrig, daß die Platten nicht mehr komplett von Säure umgeben sind, verlieren die trockenen Plattenteile ihre Stromspeicherfähigkeiten, sodaß sich auch nach Nachfüllen von Wasser die Kapazität verringert. Probleme im Winter werden daher meistens durch nachlässige Pflege im Sommer gelegt. Es ist also wichtig, vor allem im Sommer öfter den Säurestand des Akkus zu überprüfen und ggf. Wasser nachzufüllen.

Sofern es sich bei Ihrem Auto-Akku nicht um einen "wartungsfreien" Typ handelt, haben Sie meistens durch Entfernen von 6 Schraubstöpseln oder einer Kunststoffleiste Zugang zum Elektrolyten und können im Bedarfsfall problemlos destilliertes Wasser nachfüllen. Sie sollten alle 1 bis 2 Monate (bei hoher Kilometerleistung öfter) überprüfen, ob der Flüssigkeitsstand noch ausreichend hoch ist. Bei durchsichtigen Akkus ist der Sollfüllstand meistens durch eine Markierung auf der Seite des Akkus gekennzeichnet. Falls eine solche fehlt, sollte der Flüssigkeitsstand ca. 1 cm über der Oberkante der Platten liegen. Wenn er niedriger ist, sollten Sie im Interesse einer langen Lebensdauer destilliertes bzw. demineralisiertes Wasser nachfüllen.

Falls Sie Ihren Akku z.B. durch vergessenes Ausschalten der Beleuchtung stark entladen oder sogar tiefentladen haben, sollten Sie ihn keinesfalls mit einem Schnelladegerät aufladen. Denn durch den hohen Ladestrom würde er endgültig Schaden nehmen. Auch wenn es lange dauert, sollten Sie ihn lediglich mit einem geringen Strom aufladen. Das mag er auch im Normalbetrieb am liebsten. Als Faustregel sollte der Strom ein Zehntel der Akkukapazität nicht überschreiten, darf allerdings gerne geringer sein. Bei einem Akku mit einer Kapazität von beispielsweise 60 Ah sollte der Ladestrom daher 6 A oder weniger betragen. Falls Sie für alle Fälle gewappnet sein wollen und daher an die Anschaffung eines Ladegeräts denken, sollten Sie aus den genannten Gründen leistungsstarke Geräte im Regal stehen lassen und lieber eines mit geringem Strom aber automatischer Abschaltung ("elektronische Laderegelung") kaufen. Wenn Sie tatsächlich einmal den Akku sehr weit entladen haben, reicht das Laden über Nacht auch bei geringem Strom locker aus, um Ihr Fahrzeug morgens wieder starten zu können. Selbst bei einem hohen angenommenem Anlasserstrom von 500 A und einer sehr langen Startdauer von 10 s wird nur eine Ladung von 1,4 Ah benötigt, während bei nur 2 A Ladestrom und einer Ladedauer von 8 h immerhin 16 Ah in den Akku eingeladen werden. Dabei empfiehlt es sich wärmstens, das Laden bei nächster Gelegenheit so lange fortzusetzen, bis der Akku vollgeladen ist.

Innenleben eines einfachen Ladegeräts
Bild 1: Einfaches Ladegerät für Bleiakkus

Wie Sie in Bild 1 sehen können, sind die normalen Ladegeräte, die man für wenig Geld im Zubehörhandel kaufen kann, extrem einfach aufgebaut. Sie bestehen lediglich aus einem Stahlblechgehäuse, einem Transformator, einem Gleichrichter, einem einfachsten Meßgerät und einem Sicherungshalter. Der Gleichrichter liefert an seinem Ausgang keineswegs eine Gleichspannung, wie sie zum schonenden Laden sinnvoll wäre, sondern lediglich eine gleichgerichtete Wechselspannung, wie dies in Bild 2 dargestellt ist:


Bild 2: Gleichgerichtete Wechselspannung

Der Spitzenwert der Spannung US beträgt üblicherweise ca. 20 V, damit der rot dargestellte Effektivwert Ueff im Bereich um 13,5 bis 14 V liegt. Durch das periodische Überschreiten der Gasungsspannung des Akkus, gast ein Akku bei Verwendung solcher Ladegeräte. Dies ist immer dann der Fall, wenn die Ladespannung die rote Gerade überschreitet. Dank seines relativ niedrigen Innenwiderstands belastet ein leerer Akku zwar das Ladegerät so stark, daß die Spannung des Ladegeräts unter der Gasungsspannung bleibt, aber schon weit vor Volladung nimmt der Ladestrom ab, wodurch auch die Belastung des Ladegeräts abnimmt. Dadurch überschreitet die Ladespannung periodisch die Gasungsspannung. Dies ist für den Akku nicht sonderlich gut, auch wenn man nach dem Laden das in Wasser- und Sauerstoff aufgespaltete Wasser durch Einfüllen von destilliertem Wasser ersetzt. Da der Akku bei solchen Ladegeräten nahezu immer gast, kann man nur sehr schwer feststellen, wann der Akku wirklich vollgeladen ist. Wenn Sie ein Ladegerät kaufen, sollten Sie daher unbedingt eines mit einer sogenannten elektronischen Laderegelung kaufen. Wenn Sie sich gut mit Elektronik auskennen, können Sie übrigens auch ein sehr preiswertes kaufen und mit ein wenig Elektronik nachrüsten, die die Spannung auf die gewünschte Ladeschlußspannung begrenzt. Das oben abgebildete Gerät habe ich für sehr wenig Geld mit einem Elektrolytkondensator zur Spanungsglättung sowie einem strombegrenzten Spannungsregler ausgestattet, der max. 4 A und max. 13,8 V liefert.

Wenn Ihnen das Malheur eines entladenen Akkus über Nacht passiert ist, sie morgens zügig zur Arbeit fahren müssen und keine Starthilfe durch ein anderes Fahrzeug möglich ist, müssen Sie natürlich nicht den Akku ganz aufladen. Es reicht aus, ihn soweit zu laden, daß Sie den Motor starten können. Solange der Akku nicht eingefroren ist (siehe unten) und Ihr Auto normalerweise sofort anspringt, reicht hierfür als Richtwert eine Viertelstunde mit einem Ladestrom von einem Zehntel der Nennkapazität aus. Schalten Sie vor dem Startversuch alle Stromverbraucher (Licht, Heckscheibenheizung, Lüftung, Sitzheizung, Klimaanlage bzw. Standheizung etc.) aus. Nach dem Start sollten Sie nur die wirklich notwendigen Stromverbraucher einschalten (also keine Heckscheibenheizung, keine Sitzheizung, keine Nebelleuchten etc.) und sofort losfahren, wobei Sie ausnahmsweise eine niedertourige Fahrweise vermeiden sollten. Wenn Sie an Ampeln o.ä. anhalten müssen, ist es empfehlenswer, mit dem Fuß soviel Gas zu geben, daß der Motor mit mindestens 2000 Umdrehungen pro Minute dreht, auch wenn der Neben- oder Hintermann sich deswegen aufregt. Ansonsten besteht die Gefahr, daß der Generator weniger Strom liefert als verbraucht wird. Als Folge würde der Akku nicht geladen sondern entladen, weswegen der Motor bei einer längeren Rotphase auszugehen droht. Durch die beschriebene Vorgehensweise sollte der Akku auch bei relativ kurzer Fahrstrecke genügend geladen sein, um den Motor für den Rückweg zu starten. Wieder zu Hause gönnen Sie ihm dann mit einem Ladegerät am besten eine sanfte Volladung oder fahren Sie auf dem Rückweg wenigstens eine längere Strecke mit nicht zu niedriger Drehzahl über Land mit möglichst wenigen eingeschalteten elektrischen Verbrauchern, um ihn wenigstens teilweise aufzuladen, und informieren Sie sich dann, wo Sie ihn baldmöglichst aufladen lassen können (Werkstatt, Tankstelle, ausgeliehenes Ladegerät o.ä.). Sollte der Akku trotz dieser Sonderbehandlung am nächsten Morgen wieder schlapp machen, können Sie mit ziemlicher Gewißheit davon ausgehen, daß er das Ende seines Lebens erreicht hat. Eine Messung der Säuredichte im vollgeladenen Zustand (siehe nächstes Kapitel) bringt diesbezüglich endgültige Gewißheit.

Wenn Sie ihr Fahrzeug über Winter stillegen, ist es ratsam, dem Akku während dieser Zeit im Interesse einer langen Lebensdauer ein bißchen Aufmerksamkeit zu gönnen. Wenn möglich, sollten Sie den Akku ausbauen und an einem frostfreien, trockenen Ort überwintern. Bei modernen Fahrzeugen kann das Abklemmen allerdings zu Problemen führen (Verlust der Adaptionswerte der Motorsteuerung, Eintippen des Sicherheitscodes des Radios erforderlich etc.), weshalb das Ausbauen nicht praktikabel ist und daher der Akku besser im Fahrzeug verbleibt. Ideal ist es in beiden Fällen, wenn der Akku von einem speziellen kleinen Ladegerät mit einem geringen Strom vollgeladen gehalten wird. Dagegen spricht, daß ein solches Ladegerät dann 24 Stunden am Tag Strom verbraucht, und zwar deutlich mehr, als der Akku zum Ladeerhalt benötigt. In der Praxis sinnvoll ist es, rund alle 2-4 Wochen den Akku nachzuladen und dann das Ladegerät wieder abzuklemmen. Seit einigen Jahren werden Geräte angeboten, die die Akkus zyklisch entladen und dann wieder volladen. Was bei NiCd-Akkus noch beschränkt Sinn macht, ist bei Auto- und Motorradakkus wegen des dabei erhöhten Anfalls an Batterieschlamm kontraproduktiv, weshalb man sich besser darauf beschränken sollte, den Akku regelmäßig nur vollzuladen.


Ladestand von Bleiakkus

Aräometer (Säureheber)Mit Hilfe eines im Volksmund Batteriesäureheber genannten Aräometers, das Sie für wenig Geld im Fachhandel erwerben können, können Sie die Dichte des Elektrolyten sprich der "Batteriesäure" messen. Dabei muß man aufpassen, daß man weder zuviel noch zu wenig Säure ansaugt. Der kleine Schwimmer muß frei und unbehindert schwimmen können, d.h. er darf weder durch zuviel Säure im Säureheber oben anschlagen (und dadurch eine zu geringe Dichte anzeigt) noch durch zu wenig Säure unten aufliegen (wodurch er eine zu hohe Dichte anzeigt). Am Aräometer können Sie bei einem neuen Bleiakku direkt ablesen, ob der Akku ganz geladen (1,28 kg/l), ganz leer (1,12 kg/l) oder zu einem bestimmten Prozentsatz geladen ist. Diese Werte sind nur gültig, wenn der Soll-Flüssigkeitsstand eingehalten wird (ggf. destilliertes Wasser nachfüllen) und der Akku neu ist. Wichtig ist, daß die Dichte in allen Zellen gemessen wird und daß sie in allen Zellen mit geringer Toleranz gleich ist. Bei einem Bleiakku, der schon einige Zeit in Gebrauch war, wird man trotz Volladung die angegebenen 1,28 kg/l nicht mehr erreichen. Dies ist völlig normal, denn mit zunehmender Alterung sulfatiert ein immer größer werdender Flächenanteil der Bleiplatten und steht nicht mehr für die Energiespeicherung zur Verfügung. Diese Sulfatierung wird durch an die Bleiplatten gebundene Säure hervorgerufen, wodurch die Säurekonzentration und damit die Säuredichte sinkt (Schwefelsäure ist schwerer als Wasser). Bei einem Test mit einem 1 Jahr alten Akku konnte ich trotz Volladung mit einem elektronischen Ladegerät lediglich noch 1,26 kg/l messen, siehe Bild links. Durch die Sulfatbildung wird ein Teil der Batteriesäure an den Platten gebunden, so daß die Säuredichte mit zunehmender Sulfatierung abnimmt. Bei einem vollgeladenen Akku ist daher die Säuredichte ein Indikator für sein Leistungsvermögen. Durch nachträgliches Erhöhen der Säuredichte wie beispielsweise durch Zugabe von konzentrierter Schwefelsäure kann man den Akku übrigens nicht regenerieren, denn die verminderte Säuredichte ist nur ein Symptom und keineswegs die Ursache für die abnehmende Kapazität. Bei Zugabe von Säure würde die Leitfähigkeit des Elektrolyten abnehmen, so daß der Maximalstrom abnimmt und der Motor bei Kälte möglicherweise nicht mehr anspringt. Die besagten Sulfatschichten kann man übrigens auch mit irgendwelchen Wundergeräten, die den Akku mit Strompulsen beaufschlagen, nicht mehr beseitigen. Die Behauptung, daß man damit die Sulfatkristalle "aufsprengen" und die Sulfatierung rückgängig machen könne, ist weder in der Theorie noch in der Praxis haltbar. Zudem wird der Akku bei jedem Motorstart mit einem deutlich stärkeren Strompuls als bei solchen Geräten belastet. Von unabhängiger Stelle konnte ein kapazitätssteigernder Effekt jedenfalls nicht nachgewiesen werden.

Seien Sie beim Überprüfen der Säuredichte bitte sehr vorsichtig und tragen Sie neben alter Kleidung unbedingt eine Schutzbrille. Denn bereits ein kleiner Spritzer Schwefelsäure brennt Löcher in die Kleidung bzw. die Haut und kann schlimmstenfalls zur Erblindung führen, falls er in die Augen gerät. Spülen Sie betroffene Stellen im Falle des Falles sofort mit viel Wasser ab. Ist Säure in die Augen gekommen, müssen Sie sie sofort mit viel Wasser ausspülen und unbedingt direkt nach dem Ausspülen einen Augenarzt aufsuchen. Falls Sie diesen nicht schnellstmöglichst aus eigener Kraft aufsuchen können, verständigen Sie sofort den Rettungsdienst, denn Ihr Augenlicht steht auf dem Spiel. Aufgrund dieser Gefahren sollten Sie die Dichte der Akkusäure nur dann bestimmen, wenn es unbedingt notwendig ist. Spülen Sie den Aräometer nach Gebrauch unter reichlich fließendem Wasser ab und spülen Sie auch das Innere gut aus, damit der Aufbewahrungsort nicht infolge von Säureresten Schaden nimmt.


Kälteverhalten von Bleiakkus

Wie schon oben beschrieben ändert sich die Dichte des Elektrolyten (Schwefelsäure) mit dem Ladezustand. Leider ändert sich mit der Säuredichte auch der Gefriepunkt. Ein vollgeladener Bleiakku mit einer Säuredichte von 1,28 kg/l besitzt einen Gefrierpunkt von satten -68 °C. Bei einem leeren Akku mit einer Säuredichte von 1,12 kg/l sind es jedoch nur noch -11 °C. Gerade im Winter wird viel Strom für Beleuchtung, Heckscheibenheizung, etc. benötigt, so daß vor allem im Kurzstreckenverkehr mehr Strom verbraucht wird, als der Generator liefern kann; zudem verringert sich bei niedrigen Temperaturen die nutzbare Kapazität. Dadurch sind nicht mehr ganz taufrische Akkus im Winter oft permanent fast leer und damit frostempfindlich. Falls Sie nur Kurzstrecken fahren und Ihr Fahrzeug im Freien parken, sollten Sie bei angekündigtem starkem Frost aus diesen Gründen die Säuredichte im Auge behalten und ggf. den Akku ausbauen bzw. mit niedrigem Strom laden. Denn wenn der Akku gefriert, bilden sich oft Risse im Gehäuse, durch die die Säure ausläuft, sobald sie auftaut. Wenn dies im Fahrzeug passiert, korrodieren alle metallischen Teile, mit denen sie in Kontakt kommt. Sollte der Akku gefroren sein, gibt er absolut keinen Strom mehr ab, und es leuchten beim Einschalten der Zündung noch nicht einmal mehr die Kontrolleuchten. Bauen Sie in diesem Fall den Akku unbedingt schnellstmöglichst im noch gefrorenen Zustand aus und stellen Sie ihn an einem warmen Platz in eine große Plastikschüssel. Wenn keine Flüssigkeit austritt und auch keine Risse sichtbar sind, können Sie nach dem vollständigen Auftauen versuchen, ihn schonend aufzuladen, und dann wieder einbauen. Ansonsten müssen Sie ihn entsorgen (d.h. im Fachhandel abgeben) und einen neuen kaufen. Vorsicht mit der ausgelaufenen Säure!

Wenn die Säuredichte permanent niedrig ist und auch durch Volladung kaum steigt, können Sie zwar damit bis zum Exitus des Akkus weiterfahren, aber es macht großen Sinn, ihn schnellstmöglichst durch einen neuen zu ersetzen. Denn er wird ohnehin ausfallen, und zwar vorzugsweise dann, wenn Sie es am wenigsten gebrauchen können, nämlich wenn es kalt, dunkel und ungemütlich ist. Wenn Sie zudem morgens viel Zeit haben, können Sie mit Starthilfe, Nachladen etc. die Gebrauchsdauer zwar noch um ein paar Wochen verlängern, aber deutlich sinnvoller ist es, gleich nach einem neuen Akku Ausschau zu halten. Denn solange Ihr Fahrzeug noch relativ problemlos anspringt, haben Sie noch die Chance, mehrere Läden abklappern und so preiswerten Ersatz finden zu können (die Preisunterschiede sind teilweise enorm). Ist der Akku endgültig platt, haben Sie diese Chance vertan und müssen u.U. das nächstbeste und damit höchstwahrscheinlich teure und qualitativ trotzdem eher suboptimale Angebot annehmen. Wenn Sie schon aus Kostengründen den alten Akku unbedingt bis zu dessen Tod aufbrauchen wollen, sollten Sie sich wenigstens rechtzeitig einen neuen Akku kaufen und diesen im vollgeladenen Zustand samt passenden Werkzeugs für den Wechsel im Auto mitführen, um größere Unannehmlichkeiten zu vermeiden.


Nickelcadmiumakkus (NiCd)

Allgemeines / Aufbau

NiCd-AkkusBei Nickel-Cadmium-Akkus besteht, wie die Bezeichnung vermuten läßt, eine Elektrode aus Nickel, die andere aus Cadmium. Die Nickelelektrode bildet dabei den positiven Pol und die Cadmiumelektrode den negativen. Als Elektrolyt wird Kalilauge verwendet. Zwar gibt es für Hochstromanwendungen NiCd-Akkus in einer Bauform, wie sie bei Bleiakkus üblich ist (d.h. Platten, die in den Elektrolyten eintauchen), aber viel bekannter sind die Bauformen als Rundzelle, wie sie auch bei ganz normalen Batterien für die Unterhaltungselektronik und Beleuchtungstechnik üblich sind. Hierbei liegen die Elektroden durch einen hauchdünnen Abstandshalter getrennt aufeinander und werden aufgewickelt. Der Wickel kommt dann in ein zylindrisches Metallgehäuse, in das nach Kontaktierung der Elektrolyt eingefüllt wird. Dann wird der Akku hermetisch versiegelt. Nachfolgend finden Sie eine Aufstellung einiger weitverbreiteter Akkubauformen:

  Typ    Bezeichnung    Circa-Maße
AAA Mikrozelle 44 mm lang, Durchmesser 10,5 mm
AA Mignonzelle 50 mm lang, Durchmesser 14 mm
C Babyzelle 50 mm lang, Durchmesser 25,5 mm
D Monozelle 60 mm lang, Durchmesser 33 mm
--- 9-V-Block 48 mm x 26 mm x 17 mm

Nickelcadmiumakkus sind der Akkutyp schlechthin, wenn Geräte mit hoher Stromaufnahme wie Fotoblitzgeräte, Akkuschrauber etc. versorgt werden müssen. Sie besitzen einen sehr niedrigen Innenwiderstand und liefern daher hohe Ströme, ohne daß die Spannung allzusehr in die Knie geht. Selbst eine kleine, qualitativ nicht sehr hochwertige Mignonzelle besitzt in der Regel einen Kurzschlußstrom von immerhin ca. 80 A oder mehr. Ihre Lebensdauer wird üblicherweise von den Herstellern mit 1000 Lade-/Entladezyklen angegeben. Dies ist aber eher ein Wert unter Laborbedingungen, der in der Praxis aufgrund schlechter Behandlung der Akkus (Überladung, Tiefentladung, hohe Temperatur etc.) oft nicht erreicht wird. Ein weiterer Vorteil ist, daß NiCd-Akkus einem weiten Temperaturbereich betrieben werden können; sie funktionieren auch bei Temperaturen unter 0 °C noch gut. Allerdings ist Selbstentladung ein eklatanter Nachteil dieses Akkutyps: Sie ist bei Raumtemperatur mit je nach Akkuqualität bis zu 20% pro Monat recht hoch. Bei dem genannten Wert beträgt nach Volladung die nutzbare Ladung nach 2 Monaten Lagerung nur noch 64% und nach 4 Monaten bescheidene 40% der Kapazität. Nach 10 Monaten Lagerung sind es sogar nur noch 10%. Die Selbstentladungsrate ist dabei stark temperaturabhängig und verdoppelt sich aufgrund der zugrundeliegenden chemischen Abläufe bei einer Temperaturerhöhung um 10 °C bzw. halbiert sich bei einer Temperaturabsenkung um 10 °C. Nachteilig ist zudem seine vergleichsweise geringe Kapazität, die nur die Hälfte bis ein Drittel heutiger NiMH-Zellen beträgt.

Leider sind NiCd-Akkus vor allem aufgrund des verwendeten Cadmiums, einem giftigen Schwermetall, nicht gerade besonders umweltfreundlich, falls sie unkontrolliert in die Umwelt gelangen. Sie müssen nach Erreichen der Lebensdauer oder im Falle eines Defekts daher unbedingt dem Recycling zugeführt werden. Jeder Händler in Deutschland, der Akkus verkauft, ist übrigens zur Rücknahme gesetzlich verpflichtet. Unverständlicherweise wurde trotz des existierenden Recyclingzwangs per EU-Verordnung der Verkauf von NiCd-Akkus wegen des Cadmiums verboten worden, und nur für ganz wenige Anwendungsfälle gibt es Ausnahmen. Wundersamewreise ist für die ebenfalls schwermetallhaltigen Bleiakkus in absehbarer Zeit kein Verbot geplant.


Laden von NiCd-Akkus

Ladegerät Ansmann Powerline4Ganz wichtig ist die richtige Ladetechnik, denn anhand der Zellenspannung kann man so gut wie überhaupt nicht auf den Ladezustand schließen, weil sie außer vom Ladezustand noch von weiteren Faktoren wie z.B. der Temperatur abhängt. Lediglich wenn die Zellenspannung bei Raumtemperatur unbelastet unter ca. 1,1 V liegt, kann man eine Aussage treffen, nämlich daß sie ziemlich stark entladen ist. Einfache Ladegeräte laden die Zellen permanent mit einem relativ geringen Strom, so daß ein leerer Akku in üblicherweise etwa 12 bis 15 Stunden vollgeladen ist. War der Akku nicht vollständig entladen oder beläßt man ihn länger im Ladegerät, wird er überladen und nimmt durch Gasentwicklung an den Elektroden Schaden. Noch schlimmer sind einfache Geräte ohne Ladeabschaltung, die aufgrund des höheren Ladestroms leere Akkus in 3 bis 5 Stunden volladen. Sie sind die reinsten Akkukiller, weil damit ge- oder besser gesagt überladene Zellen nicht selten nach nur 5 Ladezyklen Schrott sind. Trotzdem sind sie oft im Lieferumfang von billigen akkubetriebenen Geräten zu finden. Hier hofft der Hersteller wohl auf zusätzliche Einnahmen durch den Verkauf von Ersatzakkus. Auch die sogenannten Ladeschalen, die im Lieferumfang von z.B. schnurlosen Festnetztelefonen enthalten sind, sind nicht selten Akkukiller. Sie laden zwar nur mit relativ geringem Strom, aber sie verleiten dazu, das Gerät dauernd darin zu belassen, was eine permanente Überladung nach sich zieht. Dies hat zur Folge, daß die Akkukapazität innerhalb weniger Monate dermaßen zurückgeht, daß trotz permanenter Volladung bereits nach kurzer Benutzung des Geräts der Akku leer ist.

Nur wenig besser sind Ladegeräte mit Zeitsteuerung, bei denen nur solange geladen wird, bis rein rechnerisch ein absolut leerer Akku vollgeladen ist. Nicht ganz leere Akkus werden gnadenlos überladen, wobei die Überladung wenigstens nicht unbefristet ist wie bei den ganz einfachen Geräten. Aufgrund der unterschiedlichen Kapazität von Akkus gleicher Baugröße muß zudem der Ladestrom oder alternativ die Ladezeit einstellbar sein, was bei einer fehlerhaften Einstellung ebenfalls zur Überladung führt. Die Problematik der Überladung teilentladener Akkus bekommt man zwar durch Ladegeräte in den Griff, die die Akkus vor dem Laden erst einmal vollständig entladen, aber die Probleme, daß die tatsächliche von der Nennkapazität abweichen kann und daß man durch eine fehlerhafte Wahl des Ladestroms überladen kann, bleibt jedoch. Was passiert, wenn man einen Akku mit 500 mAh irrtümlich in der Einstellung 1000 mAh lädt, können Sie sich leicht vorstellen.

Um NiCd-Akkus nicht beim Laden zu schädigen, ist die Verwendung von Ladegeräten mit einer elektronischen "Akku-Voll"-Erkennung unumgänglich. Hierbei wird der Spannungsverlauf beim Laden beobachtet und der Ladevorgang unabhängig vom ursprünglichen Ladezustand und von der Kapazität rechtzeitig beendet. Die Qualität eines solchen Ladegeräts steht und fällt mit dem Algorithmus, der die Volladung erkennen soll. Bei besseren Geräten, die von einem kleinen Mikrocontroller gesteuert werden, ist die sogenannte Delta-U-Abschaltung weit verbreitet (oft als ΔU- oder dU-Abschaltung bezeichnet). Sie nutzt aus, daß beim Laden eines leeren Akkus die Spannung erst einmal ansteigt, um bei Volladung ein Spannungsmaximum zu erreichen. Beim weiteren Laden sinkt die Zellenspannung dann wieder ein bißchen. Der geringe Spannungsrückgang wird im Fachjargon als ΔU bezeichnet (griech. Δ = Delta, mathematisch gern zur Kennzeichnung von Unterschieden verwendet). Geräte mit Delta-U-Abschaltung überprüfen daher andauernd die Zellenspannung darauf, ob sie im Laufe des Ladevorgangs um ein paar mV (Millivolt, d.h. tausendstel Volt) sinkt, und beenden dann den Ladevorgang. Das Problem dabei ist, einen Spannungsrückgang um wenige mV sicher zu erkennen, denn man will ja nicht z.B. infolge geringer Störungen bei halbvollem Akku die Ladung beenden. Die Folge ist, daß etliche Ladegeräte einen relativ hohen Spannungsrückgang benötigen, um eine Volladung zu detektieren. Dies bedeutet aber gleichzeitig, daß der Akku immer ein bißchen überladen wird. NiCd-Akkus sind diesbezüglich zwar relativ tolerant, aber es wäre besser, nicht den Spannungsrückgang abzuwarten, sondern bereits im Spannungsmaximum das Laden zu beenden.

Gute Ladegeräte können das Spanungsmaximum sicher erkennen oder benötigen zumindest nur einen winzig kleinen Spannungsrückgang. Man erkennt sie daran, daß die Akkus auch kurz vor Ladeende nicht heiß werden (mehr als handwarm werden sie allerdings immer). Wenn eine rechtzeitige Abschaltung gegeben ist, kann man mit relativ hohen Ladeströmen arbeiten, welche den Vorteil haben, daß die Bildung von großen Kristallen im Akku mit einhergehender Kapazitätsverminderung und Vergrößerung des Innenwiderstands verhindert wird. Man kann auf diese Weise gefahrlos einen NiCD-Akku in weniger als einer Stunde laden. Zu hohe Ladeströme sollte man allerdings vermeiden, weil sich dann der Akku durch die ohmschen Verluste unzulässig erwärmt. Im Interesse einer möglichst hohen nutzbaren Kapazität, eines niedrigen Innenwiderstands und einer langen Lebensdauer sollte man eine Ladezeit von möglichst 1 bis 4 Stunden anstreben. Man kann sie leicht abschätzen, indem man die Akkukapazität durch den Ladestrom dividiert.

Normalerweise nicht unbedingt notwendig aber ein netter Zusatz ist das Reflexladen. Dieses Ladeverfahren wurde in den 50er Jahren erfunden und bedeutet, daß man den Akku während des Ladevorgangs regelmäßig ganz kurz entlädt. Der Sinn besteht darin, beim Ladevorgang in der Zelle an der positiven Elektrode entstehende Sauerstoffbläschen, die die wirksame Elektrodenoberfläche reduzieren, weil sie keinen Strom leiten können, durch ganz kurze Entladeimpulse mit wenigen Millisekunden (=tausendstel Sekunden) Länge wieder zu binden. Dadurch verringert sich während des Ladevorgangs im Vergleich zur Normalladung der Innenwiderstand, wodurch sich der Akku weniger durch den fließenden Strom erwärmt. Dies kann man einerseits ausnutzen, um den Akku durch die niedrigere Temperatur schonender zu laden, oder aber andererseits, um den Ladestrom erhöhen zu können.

Für kleinere Akkupacks mit 4 bis 10 Zellen gut geeignet ist beispielsweise das von einem Microcontroller gesteuerte, mit ca. 40 Euro vergleichsweise preiswerte Universalladegerät ACS 410 der Firma Ansmann, sofern man keine ultrakurzen Ladezeiten benötigt, wie dies beispielsweise im Modellbaubereich der Fall ist. Falls das Akkupack keinen genormten Anschluß besitzt, was leider bei vielen herstellerspezifischen Akkupacks der Fall ist, muß man sich einen geeigneten Adapter selbst basteln. Falls Sie mit einem Lötkolben umgehen können oder jemanden kennen, der das kann, sollte dies kaum Probleme bereiten. Zum Laden einzelner Rundzellen kann man dem Durchschnittsanwender die Geräte der Powerline-Serie des gleichen Herstellers empfehlen (siehe Bild links), bei denen der Ladevorgang für jede Zelle einzeln von einem Microcontroller gesteuert und überwacht wird. Mit diesen Geräten kann man Akkuzellen der Größe AAA (Mikro) und AA (Mignon), beim Powerline 5 zusätzlich auch C (Babyzellen) und D (Monozellen) aufladen. Eine Alternative stellen die Ladegeräte von IVT dar. Auch wenn ich selbst gute Erfahrungen mit Ladegeräten von IVT und den Powerline-Modellen von Ansmann gemacht habe, gibt es brauchbare Ladegeräte selbstverständlich auch von anderen Herstellern.

Soweit irgendwie möglich, sollte man NiCd-Akkus mit einem Ladegerät laden, das die Zellen einzeln überwacht. Der Grund liegt darin, daß die Kapazität der Zellen nie absolut gleich ist. Deswegen sind sie bei gleichem Ladestrom auch zu unterschiedlichen Zeiten voll. Ladegeräte mit sogenannter Einzelschachtüberwachung laden und überwachen die Zellen völlig unabhängig voneinander, sodaß man sie nicht notwendigerweise zeitgleich ins Ladegerät einsetzen muß. Sind die Akkus jedoch in Form eines Akkupacks fest miteinander verbunden, ist eine Überwachung der einzelnen Zellen natürlich nicht möglich. Dabei kann es passieren, daß eine Zelle infolge Volladung bereits einen Spannungsrückgang zeigt, während alle anderen Zellen dieses Akkupacks noch an Spannung zulegen, sodaß die Gesamtspannung noch leicht steigt. Das Ladegerät kann dann nicht erkennen, daß der erste Akku bereits voll ist, und sinnvollerweise das Laden dann beenden. Der Ladevorgang wird vielmehr fortgesetzt, bis weitere Zellen voll sind und die Gesamtspannung sinkt. Dabei wird immer mindestens eine Zelle überladen, z.T. sogar massiv, wobei diese geschädigt wird und an Kapazität verliert. Beim nächsten Laden ist sie noch früher voll, wird daher noch weiter überladen, verliert noch mehr Kapazität usw. - ein wahrer Teufelskreis. Dieser wird beim Entladen noch dadurch verstärkt, daß diese Zelle aufgrund ihrer kleineren Kapazität auch früher leer ist, und dann die Gefahr der Tiefentladung bzw. sogar Umpolung besteht. Kleine Kapazitätsunterschiede werden so im Laufe der Zeit immer größer.


Memory-Effekt

Über den Memory-Effekt von NiCd-Akkus gibt es zahlreiche Berichte und auch die wildesten Mythen. Hierunter versteht man den Effekt, daß ein Akku, der vor dem Laden stets nur teilentladen wird, sich "merkt", daß seine ganze Kapazität nie wirklich benötigt wird und dies mit einem Kapazitätsrückgang quittiert. Erklärbar ist dies mit der Bildung größerer Kristalle, die eine geringere Oberfläche besitzen als viele kleine (die Kapazität verhält sich proportional zur Oberfläche). Der Memory-Effekt läßt sich beseitigen, indem man den Akku mehrfach mit hohem Strom bis auf ca. 0,8 V entlädt und dann wieder möglichst mit relativ hohem Strom auflädt. Es mag sein, daß NiCd-Akkus früherer Jahre tatsächlich einen Memory-Effekt besaßen, aber ich selbst konnte bei meinen Akkus diesen noch nie feststellen. Diese Beobachtung wurde inzwischen sowohl durch die Elektronik-Zeitschrift Elektor als auch durch Stiftung Warentest bestätigt.

Es gibt noch einen anderen Effekt, der sich so äußert, daß die Kapazität zurückgeht, wenn man einen NiCd-Akku immer nur mit geringen Strömen beaufschlagt, selbst wenn man ihn weder tiefentlädt noch überlädt. Die Ursache: Das Laden mit geringen Strömen hat eine lange Ladezeit zur Folge, was eine ideale Voraussetzung für das Wachstum größerer Kristalle sind, die bei gleichem Volumen eine geringere Oberfläche als kleine Kristalle besitzen. Da sich die Kapazität direkt proportional zur Oberfläche verhält und der Innenwiderstand umgekehrt proportional, ergibt sich so ein Kapazitätsrückgang und gleichzeitig eine Erhöhung des Innenwiderstands. Der erhöhte Innenwiderstand hat zur Folge, daß an ihm bei gleichem Entladestrom mehr Spannung abfällt, wodurch die außen meßbare Zellenspannung sinkt. Verbraucher mit Betriebsspannungsüberwachung wie z.B. Digitalkameras gehen dann von einer leeren Batterie aus und schalten ab, obwohl die Kapazität noch nicht erschöpft ist. Dies führt zu einem nicht realen aber vom Benutzer gefühlten Kapazitätsrückgang, da diesem vom jeweiligen Gerät "Akku/Batterie leer" gemeldet wird, obwohl diese Meldung nicht korrekt ist. Dieser als "lazy accu effect" bezeichnete Effekt ist reversibel, d.h. er kann wie der Memoryeffekt durch einige Lade-/Entladezyklen mit höherem Strom rückgängig gemacht werden, was dazu führt, daß er häufig mit dem Memory-Effekt verwechselt wird.


NiCd-Akkus in der Praxis

NiCd-Akkus sollten vorzugsweise bei Geräten mit mittlerer oder hoher Stromaufnahme verwendet werden. Wenn das Blitzgerät nicht mehr lädt oder der Akkuschrauber nur noch kraftlos dreht, sollten Sie nicht versuchen, das letzte Quentchen Strom aus den Akkus zu quetschen. Denn dabei werden sie tiefentladen. Einzelne Zellen weden möglicherweise sogar umgepolt, was sich kapazitätsvermindernd bis hin zum Totalschaden auswirkt. Leider gibt es nur wenige NiCd-/batteriebetriebene Geräte, die den Entladevorgang überwachen und bei Erreichen der Entladeschlußspannung eine weitere Entladung unterbinden, so daß Sie als Benutzer einen erheblichen Einfluß auf das Wohl und Wehe Ihrer NiCd-Akkus haben. Laden Sie sie baldmöglichst auf anstatt sie zu quälen, und verwenden Sie währenddessen einen zweiten Satz Akkus. Dieser kostet nicht die Welt und hält bei sachgerechter Handhabung und einem guten Ladegerät sehr lange. Unbenutzte Akkus sollten Sie aufgrund der Selbstentladung ungefähr alle 1 bis 2 Monate nachladen, damit sie auch für unverhoffte Fälle einsatzbereit und nicht im unpassendsten Moment leer sind und dann doch kaputtgequält werden. Durch gelegentliche vorherige Entladung mit relativ hohem Strom, was Sie bei guten Ladegeräten einstellen können, wird verhindert, daß der Akku mit der Zeit schlapp wird ("lazy accu effect"). Werden die Akkus in Geräten mit hoher Stromaufnahme wie z.B. Elektrowerkzeugen benutzt, ist dies jedoch unnötig, weil sie selbst die Akkus mit hohem Strom entladen.

Neu gekaufte Akkus sind immer fast vollständig entladen und müssen vor der ersten Verwendung erst einmal aufgeladen werden. Sofern Sie ein gutes Ladegerät mit Entlademöglichkeit und Delta-U-Abschaltung besitzen, sollten Sie sie einige wenige Male hintereinander laden und entladen, um sie richtig fit zu machen. Wenn eine anfänglich etwas geringere Kapazität nichts ausmacht, können Sie sie nach dem erstmaligen Aufladen aber auch sofort im Gerät verwenden. Ob das Entladen durch das Ladegerät oder das akkubetriebene Gerät erfolgt, ist völlig egal. Auch hierbei baut sich erst nach einigen Zyklen die Nennkapazität auf. Das mehrmalige vollständige Entladen mit nachfolgendem Aufladen hilft auch oft bei Akkus, die offenbar in ihrer Leistungsfähigkeit nachgelassen haben. Allerdings hat irgendwann einmal jeder Akku seine Lebensdauer erreicht.

Wofür NiCd-Akkus überhaupt nicht geeignet sind, sind Geräte mit geringer Stromaufnahme wie z.B. Uhren, denn einerseits müssen sie aufgrund der relativ hohen Selbstentladung alle paar Monate nachgeladen werden, andererseits sind die Akkus bereits tiefentladen, wenn die Uhr stehenbleibt. Selbst wenn Sie die Akkus rechtzeit wieder aufladen, gewöhnen sich NiCd-Akkus an die geringen Entladeströme und lassen in ihrer Leistungsfähigkeit nach. Für solche Anwendungen sollte man keine Akkus sondern Alkali-Mangan-Batterien verwenden, auch wenn man aus Gründen des Umweltschutzes Batterien eigentlich nicht mag.


Nickelmetallhydridakkus (NiMH)

Allgemeines / Aufbau

NiMH-AkkusNickelmetallhydridakkus sind im Prinzip genauso aufgebaut wie  Nickelcadmiumakkus, weshalb das oben Gesagte im Grundsatz auch hier gilt. Das Schwermetall Cadmium wurde hier jedoch durch deutlich umweltfreundlicheres Metallhydrid ersetzt. Dieses Metallhydrid hat die Aufgabe, Wasserstoff zu speichern, welches die eigentliche Elektrode bildet. Als angenehmer Nebeneffekt ergibt sich eine höhere Kapazität bei gleichem Volumen. Die Selbstentladung ist bei NiMH-Akkus bezogen auf die Standardtypen hingegen höher als bei NiCd-Akkus und erreicht bei Raumtemperatur je nach Akkuqualität Werte von bis zu 30%. Bei dem genannten Wert beträgt die nutzbare Ladung nach 2 Monaten Lagerung nur noch 50% der Kapazität und nach 4 Monaten bescheidene 25%. Nach ca. 6 Monaten sind es sogar nur noch 10%.

Der größte Nachteil von NiMH-Akkus ist jedoch, daß der Innenwiderstand erheblich höher ist, so daß bei Hochstromanwendungen wie z.B. Fotoblitzgeräten und Akkuschraubern NiCd-Akkus nach wie vor die bessere Wahl sind. Bei Akkuschraubern und anderen Elektrogeräten kann man dieses Manko durch eine höhere Zellenzahl und damit höhere Betriebsspanung teilweise kompensieren, da bei gleicher Leistung dann ein geringerer Strom erforderlich ist, den auch NiMH-Zellen liefern können. Bei schon vorhandenen Geräten wie z.B. Blitzgeräten mit ihrer vorgegebenen Zellenzahl ist dies natürlich nicht möglich. Nachteilig gegenüber NiCd-Akkus sind zusätzlich der deutlich geringere zulässige Temperaturbereich (unter 5 °C und über 30 °C Umgebungstemperatur sollte man NiMH-Akkus weder benutzen noch laden) und die üblicherweise mit nominell 500 Lade-/Entladezyklen nur halb so große Lebensdauer.

Ideal sind NiMH-Akkus für Geräte mit mittlerer Stromaufnahme wie z.B. Taschenlampen, tragbare Musikgeräte, elektronische Spiele und Digitalkameras. Auch viele schnurlose Festnetztelefone und Rasierapparate sind mit ihnen ausgerüstet. Aufgrund der Gefahr der Tiefentladung sollten NiMH-Akkus nicht in Geräten mit niedriger Stromaufnahme wie z.B. Uhren verwendet werden (auch nicht die selbstentladungsarmen Typen): Wenn die Uhr bei nahezu völlig leergesaugtem Akku stehenbleibt, ist sehr oft der Akku bereits irreparabel geschädigt.


Laden von NiMH-Akkus

Ladegerät IVT AV4Ein weiterer Nachteil ist, daß NiMH-Akkus Überladung noch deutlich schlechter als NiCd-Akkus vertragen. Auch gegenüber Tiefentladungen sind sie deutlich sensibler; man sollte daher noch weniger als bei NiCd-Akkus versuchen, die letzten Elektronen aus dem Akku zu quälen. Ohne Ladegerät mit wenigstens Delta-U-Abschaltung und Einzelschachtüberwachung macht wegen der Empfindlichkeit gegenüber Überladung die Verwendung von NiMH-Akkus überhaupt keinen Sinn. Wenn Sie ein Gerät mit Abschaltung im Spannungsmaximum besitzen, ist dieses natürlich neben NiCd- auch für NiMH-Akkus hervorragend geeignet. Bei Geräten mit Delta-U-Abschaltung ist dies leider nicht immer der Fall. Vor allem billige Geräte benötigen einen zu hohen Spannungsrückgang, wodurch die Zellen überladen und infolgedessen heiß werden, was sich in einer reduzierten Lebensdauer niederschlägt. Ein Ladegerät ist normalerweise ein Investitionsgut, das man nur sehr selten ersetzt. Insofern macht es sich im Laufe der Zeit bezahlt, nicht an der falschen Stelle zu sparen und lieber gleich ein hochwertiges Ladegerät zu kaufen. Mit diesem kann man sowohl NiCD- als auch NiMH-Zellen laden. NiMH-Zellen muß man aufgrund ihres höheren Innenwiderstands langsamer laden als NiCd-Zellen, um eine unzulässige Temperaturerhöhung zu vermeiden. Andererseits muß bei Geräten mit Delta-U-Abschaltung der Ladestrom groß genug sein, damit sich ein verwertbarer Spannungsrückgang einstellt, der auf einem Temperaturanstieg in der Zelle beruht. Ist der Strom zu gering, steigt die Zellentemperatur nicht genügend an, um einen ausreichenden Spannungsrückgang für die Ladeendeerkennung zu provozieren. Je nach Ladegerät und Ladeverfahren sollte die bei völlig leerem Akku zu erwartende Ladezeit möglichst zwischen ca. 2 und 4 h liegen.

Während es viele NiCd-Zellen tolerieren, gelegentlich bis auf wenige zehntel Volt entladen zu werden (nach Abschalten der Last steigt dann die Leerlaufspannung sofort auf ca. 1,1 V an), sofern man sie bald danach wieder auflädt, reagieren NiMH-Zellen auf solche Tiefentladungen mit einer deutlichen Lebensdauerverkürzung. NiMH-Zellen mögen es absolut nicht, wenn man sie unter 0,85 V entlädt (Spannung unter Last). NiMH-Zellen sollte man aus diesem Grund nur in Geräten betreiben, die sich bei niedriger Versorgungsspannung selbst abschalten. Ein typisches Beispiel für solche Geräte sind  Digitalkameras.

Standard-NiMH-Zellen werden wie ihre NiCd-Kollegen im nahezu entladenen Zustand ausgeliefert. Nach dem Kauf müssen sie also ebenfalls erst einmal geladen werden. Wer seinen Akkus etwas Gutes tun will, sollte das allererste Aufladen (auch Formieren genannt) möglichst schonend durchführen, d.h. mit eher niedrigem Ladestrom. Dies macht aber nur Sinn, wenn Ihr Ladegerät das Aufladen mit relativ geringem Ladestrom unterstützt d.h. in der Lage ist, das Ladeende korrekt zu bestimmen. Für viele Ladegeräte ist der Spannungsrückgang der Zellenspannung bei Volladung zu gering, wenn mit geringem Strom geladen wird, was eine Überladung zur Folge hätte, die die Zellen schädigt. In diesem Fall sollten Sie lieber mit normalem (d.h. eher hohem) Ladestrom laden. Nach dem ersten Aufladen besitzen auch NiMH-Akkus noch nicht ganz ihre maximale Kapazität. Diese wird erst nach einigen Lade- und Entladezyklen erreicht. Das Entladen kann dabei durchaus auch durch den Betrieb in einem akkubetriebenen Gerät erfolgen, sofern die anfänglich etwas geringere Kapazität nicht stört. Alle auf die Erstladung folgenden Ladevorgänge sollten mit tendenziell hohem Ladestrom erfolgen (d.h. sodaß der Akku in weniger als 4 h geladen wird), um die Bildung großer Kristalle und damit eine geringe Akkukapazität sowie einen hohen Innenwiderstand zu vermeiden.


Ultraschnelladung von NiMH-Akkus

Nahezu alle heute erhältlichen NiMH-Akkus sind schnelladefähig. Der Ladestrom wird dabei nach oben hin prinzipiell durch zwei Faktoren begrenzt: Die durch den Ladestrom verursachte Wärmeentwicklung und die sichere Erkennung eines vollgeladenen Akkus. Hitze ist für NiMH-Akkus schädlich; wenn sie beim Laden oder Entladen deutlich mehr als handwarm werden, wirkt sich das negativ auf die Lebensdauer aus. Wärme wird dabei deshalb erzeugt, weil erstens die Übergangsstellen und Verbindungsleitungen im Akku einen ohmschen Widerstand bilden, der bei Stromfluß warm bzw. heiß wird (je höher der Strom desto mehr). Zweitens geschieht die elektrochemische Umwandlung mit einem Wirkungsgrad von weniger als 100%, sodaß auch hier eine Verlustleistung anfällt, die zur Erwärmung beiträgt. Wenn mit hohen Ladeströmen gearbeitet wird, ist eine sichere und vor allem schnelle Erkennung des Zustands "Akku vollgeladen" unabdingbar, da ab dem Zeitpunkt der Volladung der Akku keinen weiteren Strom mehr speichern kann und somit ein weiterhin anliegender Ladestrom eine große Verlustleistung erzeugt, wodurch der Akku sehr heiß wird. Gleichzeitig wird im Akku Sauerstoff erzeugt, der aufgrund der vergleichsweise großen erzeugten Mengen keine Zeit hat, wie bei niedrigen Strömen langsam absorbiert zu werden. Dadurch steigt der Innendruck schnell stark an und bringt das Überdruckventil zum Bersten. Der Akku befindet sich dann in den ewigen Jagdgründen. Zudem ist dies wegen der austretenden Kalilauge nicht ganz ungefährlich.

Es werden durchaus Ladegeräte angeboten, die versprechen, konventionelle NiMH-Akkus in 15 Minuten zuverlässig laden zu können - oft unter Verwendung eines Lüfters zur Kühlung der Akkus. Aber leider funktioniert diese Ultraschnelladung oft deutlich weniger gut, als es die Hochglanzprospekte versprechen. Zudem ist sie nur bei ausgewählten Akkutypen möglich, da manche Akkus schon beim Laden mit einem Strom, der (in mA) lediglich 1/3 des aufgedruckten Kapazitätsnennwerts beträgt (womit ein völlig leerer Akku in etwas mehr als 3 Stunden vollgeladen wäre) bedenklich heiß werden. Insbesondere NoName-Billigakkus vom Grabbeltisch sind dafür berüchtigt.

Die sicherste und zuverlässigste Methode, den Ladestrom rechtzeitig abzuschalten, wäre die Überwachung des Innendrucks der Akkuzellen. Genau diesen Weg geht Varta mit ihren Akkus namens "15 minute charge&go" bzw. "Photo 15 minute". Diese Akkus besitzen einen in den Akku integrierten Druckschalter, der ab einem bestimmten Überdruck in der Zelle ein Schaltsignal liefert. Dieses Schaltsignal wird über einen zusätzlichen Kontakt am Akku nach außen geführt. Die von Varta verkauften, proprietären Ladegeräte können dieses Schaltsignal auswerten sprich den Ladestrom dann abschalten, wodurch die sehr schädliche Überladung verhindert wird. Weder diese Akkus noch die speziellen Ladegeräte sind besonders preisgünstig, weshalb ihnen eine weite Verbreitung versagt blieb. Zudem sind die Akkus nur in den Bauformen AAA (Micro) und AA (Mignon) erhältlich.


NiMH-Akkus mit niedriger Selbstentladung

NiMH-Akkus Sanyo eneloopNiMH-Akkus GP Recyko+Seit Mitte 2006 sind in Deutschland weiterentwickelte NiMH-Akkus erhältlich, von denen die Hersteller behaupten, daß deren Selbstentladung deutlich reduziert wurde und nur noch ca. 15% pro Jahr anstatt wie bei herkömmlichen NiMH-Akkus bis zu 30% pro Monat (also ungefähr 99% pro Jahr) entspricht. Werbung und Wirklichkeit klaffen ausnahmsweise einmal nicht auseinander, denn nach meinen Messungen liegt die Selbstentladungsrate in der Tat bei weniger als 15% pro Jahr. Ein weiterer Vorteil dieser Akkus ist die unter Belastung etwas höhere Spannungslage gegenüber konventionellen Nickelmetallhydrid-Akkus. Nachteilig ist hingegen, zumindest auf dem Papier, die etwas geringere Kapazität gegenüber den Standardtypen. Solche Akkus wurden zuerst von der Firma Sanyo auf den deutschen Markt gebracht und sind im Handel unter dem Namen eneloop zu finden. Möglich wurde die reduzierte Selbstentladung u.a. durch Verwendung eines anderen Metallhydrids und eines verbesserten Separators. Über genaue Details zur Zusammensetzung bzw. zum Aufbau schweigt sich Sanyo verständlicherweise aus. Weitere Hersteller selbstentladungsarmer Akkus sind Panasonic und GP, die ihre Akkus unter den Namen Infinium bzw. ReCyko+ vermarkten. Beiden gemeinsam ist, daß die Kapazitätsangabe geringfügig über derjenigen der Sanyo-Akkus liegt. Der Vertrieb solcher Akkus erfolgt auch unter anderen Markennamen als sogenannte OEM-Ware.

NiMH-Akkus Panasonic InfiniumNiMH-Akkus Varta Ready2UseIm Gegensatz zu den normalen NiMH-Akkus sind die selbstentladungsarmen Akkus geladen, wenn man sie kauft. Man kann sie also wie Batterien sofort verwenden, auch wenn sie nicht ganz voll geladen sind. Direkt aus der Packung entnommen besaßen die von mir gekauften Akkus eine Ladung von im Mittel ca. 1650 mA (GP ReCyco+), ca. 1630 mA (Panasonic Infinium), ca. 1500 mA (Sanyo eneloop) bzw. ca. 1600 mAh (Varta Ready2Use) bei einem Entladestrom von 500 mA. Diesen Werten sollte man jedoch keine zu große Bedeutung beimessen, da auf den wenigsten Akkus ein Hinweis auf das Herstellungsdatum und damit die Lagerzeit zu finden war. Bei allen mir verfügbaren Akkus habe ich zusätzlich die nutzbare Kapazität nach Volladung gemessen. Es spielt dabei eine nicht unerhebliche Rolle, ob die Akkus wie im Datenblatt angegeben sofort nach dem Laden zur Kapazitätsmessung entladen werden oder aber wenige Stunden lagern, weil z.B. der Ladevorgang nachts abgeschlossen war und der manuell initiierte Entladevorgang erst morgens früh startete. Meine Messungen zeigten, daß innerhalb weniger Stunden die nutzbare Kapazität genau wie bei gewöhnlichen NiMH-Zellen absinkt. Bei einigen wenigen Stunden Lagerzeit nach dem Volladen war eine Selbstentladung von zwischen 50 bis 100 mAh zu beobachten. Laut Info von Sanyo ist dieses Verhalten normal, obwohl es sich um selbstentladungsarme Akkus handelt. Die Selbstentladung ist nicht konstant sondern sofort nach dem Laden am größten, geht dann aber rasch zurück. Verschiedene Nutzer berichteten jedenfalls, daß nach einigen Wochen Lagerzeit die Selbstentladung deutlich geringer als bei herkömmlichen Akkus ist, was ich ebenfalls bestätigen kann.

Um sicherzustellen, daß die Akkus sofort nach dem Laden wieder entladen werden, nutzte ich die Cycle-Funktion meines Ladegeräts, welches die Akkus so oft lädt und entlädt, bis die gemessene Kapazität nicht weiter zunimmt. Auf diese Weise waren bei einer Charge von jeweils 8 Akkus pro Hersteller bzw. Marke im Mittel ca. 1970 mAh (GP), 1940 mAh (Panasonic), 1900 mAh (Sanyo) und 1950 mAh (Varta) meßbar. Die Streuung, also die Abweichung einzelner Zellen von diesem Mittelwert, betrug dabei ungefähr +/- 50 mAh (Panasonic erstaunliche +/- 10 mAh, aber dies kann bei der aus statistischer Sicht geringen Zellenzahl reiner Zufall sein). Die gemessene Kapazität ist trotz der begrenzten Aussagekraft aufgrund der geringen Anzahl der überprüften Akkus ein erfreuliches Ergebnis, obwohl als Nennwert 2000 mAh (Sanyo) bzw. 2100 mAh (GP, Panasonic und Varta) aufgedruckt sind. Allerdings wird dieser Nennwert bei einem Entladestrom von 200 mA spezifiziert, während das zur Kapazitätsmessung verwendete Lade-/Entladegerät mit einem Entladestrom von 500 mA arbeitete. Die nutzbare Kapazität ist bei einem hohen Entladestrom geringer als bei einem niedrigen, weshalb zu erwarten war, daß die gemessene Kapazität unter dem aufgedruckten Nennwert liegt. Zumindest korreliert der bei den Sanyo-Zellen gemessene Wert sehr gut mit den Entladekurven des mir für diese Akkus vorliegenden Datenblatts.

Aufgrund meiner bisher gemachten, mehrjährigen Erfahrungen kann ich diesen Akkutyp wärmstens empfehlen, denn damit fällt das stete Ärgernis weg, daß die in der Schublade gelagerten Akkus immer genau dann nahezu leer sind, wenn man sie am dringendsten benötigt. Ein weiterer Vorteil ist, daß man mit ihnen in Digitalkameras deutlich mehr Fotos aufnehmen kann als mit den meisten herkömmlichen NiMH-Akkus. Das liegt daran, daß die Klemmenspannung unter Belastung geringfügig höher ist, wodurch die in allen mir bekannten Digitalkameras, die mit Mignonzellen betrieben werden, viel zu hoch eingestellte Unterspannungsabschaltung deutlich später einen leeren Akku erkennt und damit auch später die Kamera abschaltet. Sie kosten dabei nicht einmal nennenswert mehr als herkömmliche Markenakkus. Ein Vergleich mit den Preisen von Akkus vom Grabbeltisch ist dabei unzulässig, weil man bei letzteren nie weiß, welche katastrophale Qualität man einkauft; man kauft dort halt billig aber nicht notwendigerweise preiswert. Daß selbstentladungsarme Akkus eine ca. 20% geringere Nennkapazität besitzen als die neuesten NiMH-Akkus herkömmlicher Technologie, spielt für die allermeisten Anwendungsfälle keine Rolle, da die niedrige Selbstentladung die geringere Nennkapazität schon nach kurzer Lagerzeit kompensiert. Meine Erfahrungen mit diesem Akkutyp sind jedenfalls so gut, daß ich seit deren Verfügbarkeit nie wieder "normale" NiMH-Akkus gekauft habe.

Zusätzlich zu den genannten Marken werden inzwischen auf dem deutschen Markt viele weitere selbstentladungsarme NiMH-Akkus angeboten, teilweise unter einem bekannten Markennamen, nicht selten jedoch unter einer völlig unbekannten Marke ("NoName"), z.T. auch als Hausmarke. Diese Firmen stellen die unter ihrem Namen vertriebenen Akkus natürlich alle nicht selbst her, sondern beziehen sie aus für den Käufer unbekannter Quelle und verkaufen sie unter eigenem Label. Wer von welchem Akkuhersteller die Akkus bezieht, wird in vielen Foren leidlich diskutiert, ist aber ein streng gehütetes Geheimnis. Eigentlich ist es aber egal, solange die umgelabelten Akkus tatsächlich von einem der o.g. 3 Markenhersteller und nicht etwa aus einer dubiosen Quelle minderer Qualität stammen. "Made in China" ist dabei übrigens kein grundsätzliches Ausschlußkriterium, denn in China fertigen u.a. wegen der Umweltauflagen in der eigenen Heimat auch die genannten japanischen Markenhersteller. Gute Erfahrungen habe ich persönlich mit Sanyo eneloop, Panasonic Infinium, GP ReCyco+ und Varta Ready2Use gemacht, weshalb ich diese weiterempfehlen kann. Es mag sein, daß die Anzahl der untersuchten Akkus zu gering und es auch reiner Zufall war, aber meine Tests mit jeweils einem Satz (d.h. 4 Stück) der selbstentladungsarmen Akkus Agfa direct energy, Camelion AlwaysReady sowie EneReady waren nicht ganz so erfreulich: Probleme traten dahingehend auf, daß bei allen diesen Akkus die Kapazitätsabweichung zwischen den Zellen eines Satzes deutlich höher als bei den Markenakkus war. Zusätzlich war zu beklagen, daß bei einem Satz eine Zelle eine deutlich höhere Selbstentladung als alle anderen hatte und bei einem anderen der Spannungsverlauf einer Zelle beim Laden merkwürdig war, wodurch für diese keines meiner Ladegeräte das Ladeende korrekt erkennen konnte und daher wegen einer zu hohen Akkutemperatur eine Notabschaltung einleiten mußten. Diese Mängel machen m.E. den geringen und manchmal sogar noch nicht einmal bestehenden Preisvorteil gegenüber Markenakkus mehr als nur zunichte.


Lithiumionenakkus

Lithiumionenakku ist der Oberbegriff für verschiedene Akkutypen, bei denen eine Elektrode aus Lithium besteht. Das Material der zweiten Elektrode ist von Typ zu Typ unterschiedlich, wodurch sich auch eine unterschiedliche Nennspannung im Bereich von ca. 3,0 bis 3,7 V ergibt. Ihre Selbstentladung ist sehr gering und die Energiedichte sehr hoch. Aufgrund der verwendeten Materialien sind LiIon-Akkus sehr umweltfreundlich, müssen aber in Deutschland wie alle Akkus und Batterien trotzdem dem Recycling zugeführt werden. Ihr Händler ist gesetzlich zur Rücknahme verpflichtet. Der Innenwiderstand ist zwar höher als der von NiMH- und erst recht als der von NiCd-Akkus, aber bei gleichem Volumen ist die Kapazität deutlich größer und das Gewicht pro Ah ist viel geringer. Lithiumionenakkus sind in der Herstellung zwar nicht mehr sonderlich teuer, aber die Vorteile dieses Akkutyps lassen sich die Hersteller vom Endkunden gerne gut bezahlen. Außerdem muß erhöhter Aufwand in der Ladeelektronik betrieben werden, da schon eine geringfügig zu hohe Ladespannung zur Explosion des Akkus führen kann. Aufgrund der höheren Kosten war ihr Einsatz anfänglich auf Geräte der gehobenen Preisklasse bschränkt. Inzwischen werden sie dank durch den Stückzahleffekt sinkender Kosten auch in Massenprodukten wie Mobiltelefonen, MP3-Playern etc. eingesetzt. Auch bei elektrisch betriebenen Werkzeugen wie z.B. Akkuschraubern ersetzen inzwischen LiIon-Akkus immer mehr die bis dahin verwendeten NiCd- oder NiMH-Akkus. Leider kommen aber dort vor allem bei nicht sehr teuren Modellen oft LiIon-Akkus zum Einsatz, die nur etwa die Hälfte der bis dahin üblichen Kapazität besitzen und neben der halben Gebrauchsdauer bis zum Nachladen wegen des höheren Innenwiderstands vergleichsweise lustlos vor sich hindrehen.

Die Lebensdauer von Lithiumionenakkus ist auch bei bester Pflege begrenzt und beträgt in der Regel nur 3 bis 5 Jahre ab Herstellung. LiIon-Akkus altern nämlich leider auch dann, wenn sie überhaupt nicht benutzt werden. Nach Ablauf der o.g. Zeitspanne wird der Akku jedoch keineswegs schlagartig unbrauchbar, sondern hat lediglich einen definierten Prozentsatz seiner Kapazität verloren, so daß eine Neuanschaffung empfohlen wird. Wenn es nichts ausmacht, daß man früher nachladen muß, kann man ihn selbstverständlich noch länger benutzen.

Ein großer Nachteil von Lithiumionenakkus, der sie schon mehrfach in die Schlagzeilen gebracht hat, ist die Gefahr der Explosion bei Überladung oder bei zu hoher Stromentnahme. Selbst wenn der Akku weder explodiert noch leckt, kann man ihn schon mit einer einzigen Überladung oder Tiefentladung stark beschädigen. Aus diesem Grund sind meistens sowohl eine Lade- als auch Entladeüberwachung in die jeweiligen Geräte integriert. Dadurch wird der Akku immer richtig geladen und zudem das Gerät abgeschaltet, wenn während des Betriebs die Entladeschlußspannung erreicht ist. Überladung und Tiefentladung werden dadurch zuverlässig unterbunden. Trotzdem kann man nur etwa 100 Ladezyklen ohne allzu großen Kapazitätsrückgang erreichen.

Auf dem Gebiet der LiIon-Akkus gab es in den letzten Jahren zahlreiche Neuerungen und Verbesserungen. Wahrscheinlich sind bereits heutige LiIon-Akkus langlebiger als oben angegeben. Leider halten sich die Hersteller mit verbindlichen Angaben sehr bedeckt. Es dürfte nur eine Frage der Zeit sein, bis Typen auf dem Markt erscheinen, bei denen Alterungsbeständigkeit und Anzahl der Ladezyklen kein Thema mehr sind. Andererseits ist die Gebrauchsdauer der Geräte oft kürzer, wobei die Akkus von ihrer Bauform her speziell für das jeweilige Gerät konstruiert wurden und daher eine Weiterverwendung in einem anderen Gerät ohnehin nicht möglich ist. Bedauerlicherweise gilt ein 5 Jahre altes Notebook genauso wie ein 2 Jahre altes Mobiltelefon bereits als historische Technik, weshalb der Akku nicht unbedingt deutlich länger halten muß.
   

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Letztes Update dieser Seite: 06.06.2010 (Untergeordnete Seiten können aktueller sein)