Das Laden der Akkus T2

[doran]

Beim Laden muß man ein Kriterium finden
um den Füllstand des Akkus zu erfassen. Das hört sich einfach an, - ist es aber nicht wirklich.
Der althergebrachte Weg auf die Spannung zu achten, u falls sie sich nicht weiter erhöht, - davon
auszugehen, der Akku ist voll, reicht für Standardanwendung aus. Damit kann man Bleiakkus
ausreichend genau laden. Moderne - Hochleistungs-Sammler lassen sich so auch laden, wenn man mit einem Füllgrad von ~ 95...98 % zufrieden ist. Vielfach wird das reichen. Setzt man den Aufwand ins Verhältnis, um die restlichen 5% zu schaffen habe ich Zweifel, ob der oft massive Einsatz an Geld u Material den "kleinen Rest" zusätzlich wert ist. Perfektionisten sehen das natürlich anders. Eine andere Methode geht von der Überlegung aus, den Strom der herausgeflossen ist, wieder "hineinzupumpen" - klingt auch einfach. Mit einer Stromquelle, - (sie sind das Gegenstück zur
Spannungsquelle) - diese halten den eingestellten Strom konstant u varieren dabei die Spannung- geht das auch( theoretisch). Ampere x Zeit entsprechend den Ah. des Akkus. Die Ergebnisse sind qualitativ vergleichbar mit dem Laden nach "Endspannung". ~ 97...98 % Füllgrad. Natürlich kann man immer mit 5..10% überladen - voll ist der Akku dann sicherlich - das senkt aber drastisch die Lebensdauer, weil es zu irreversibelen Zellschädigungen kommt, bei den Preisen von Hochleistungsakkus keine gute Lösung. Temperaturdrift - Alterungszustand der Zellstruktur - u Vorschädigungen verfälschen das jeweilige Bild von Theorie u Istzustand. Von daher erreicht man praktisch immer etwas weniger als theoretisch möglich wäre. Sollte man nicht überbewerten. Das beste Ladeverfahren geht von
der Energiemenge aus. Die Angabe in Wh. berücksicht den Spannungsverlauf noch, der bei der
Angabe in Ah. fehlt. Das bedingt, daß man die abgegebene el. Arbeit mißt ( Wattmeter), u anschließend auflädt - auch mit Wattmeter. Solche Geräte kosten ~ 65..70 Euro u sind im guten
"Hochleistungs-Akkuladen" zu haben. ( Name: "Wattsup"- http://www.lindinger.at - oder Andere) Teure Lader haben das entsprechende Wattmeter integriert. Für Normalverbraucher geht es auch ohne! Zwischen diesen Extremen bewegen sich die Lader u versuchen den technischen Aufwand zu optimieren. Da hochintegrierte Chips immer billiger werden, steigt ihr Einsatzgebiet kontinuierlich.
Folge: die Lader werden stets präziser u spezieller bei relativ moderaten Preisen.Zu beachten ist,
daß die Lader immer, entweder auf Universalität u Gebrauchstüchtigkeit oder auf Leistung u Präzision ausgelegt werden. Beides zusammen würde den Preis sprengen u niemand kauft es.

Im 2. Teil berichte ich über die gängigsten Ladeverfahren.
Das einfache Standardmodell wo mit C10 - 14h geladen wird, wurde in "T1" ausreichend behandelt.
Bei Bleibatterien bietet sich ein Ladeverfahren an, bei dem man auf die Ladeendspannung als Kriterium für den "Füllgrad" hinziehlt. Einfache Lader sind so dimensioniert daß sie bei 13,8 ...13,9V
gerade den Ladeerhaltungsstrom schaffen. ( Überwintern der Motorrad & Autobatterie im Winter ohne
Fahrbetrieb) Sie beginnen mit ~ 100 .. 500 mA u fallen bei 13,8V auf 50 .. 80 mA zurück , oder noch weniger. Diese Kleinlader haben einen hohen Innenwiderstand der einen zu großen Strom am Ladeanfang bei 10..11V verhindert. Sie liegen ~ in der 2,5 .. 10W. Klasse. Für Motorrad -
Auto u Traktorbatterien über den Winter zu bringen, eine brauchbare Sache. Soll ein leerer Akku voll
geladen werden - muß man viel Zeit mitbringen. Wirkliche Maximalladungen sind damit nicht möglich.
Um einen Bleiakku voll zu bekommen, muß man auf 14,3...14,5V laden. Eine Eigenheit der Bleisammler ist die parallel laufende Gasbildung mit Wasserverlust u auf Dauer auch Säureverluste.
(oberhalb von 13,8V) Wer Bleiakkus dauernd auf "Stehkragen" lädt, muß fachkundig Wasserstand u Säuredichte kontrollieren. Nicht ohne Grund wurden für diese Tätigkeit bei den U-Booten, Maate ((Unteroffiziere ) ausgebildet. Das Fachwissen u die Verantwortung waren so umfangreich daß man keine Mannschaftsdienstgrade damit betraute. Ob das heute noch so ist, weiß ich nicht.

Etwas eleganter, aber auch teurer sind Ladegeräte die nach dem gleichen Prinzip arbeiten , mit dem
Zusatz der Enabschaltung. Ein elektrischer Spannungsdetektor ( Komparator oder Schmitt-Trigger ) erfaßt recht genau die erreichte Ladespannung u schaltet über ein Relais meist auf der Ladeseite
( sekundär) ab. Die Vergleichsspannung am Komparator läßt sich oft, in Grenzen mit einem "Poti" einstellen. So kann man festlegen ob bei 13,8 ..14,2 V. abgeschaltet wird. Dieses Beispiel bezieht sich auf Bleiakkus, bei anderen Akkus gelten im Detail natürlich andere Werte. Mit der nächsten Stufe an elektronischem Aufwand kan man den Komparator (elektronischer Spannungs-Vergleicher u Kippschalter) dann zurückkippen lassen bei Erreichen der unteren Entladespannung u erneut mit dem´ Ladevorgang beginnen, dort wo dies sinnvoll ist .( z.B. Verhindern von zu großem U- Abfall bei Pufferakkus) Solche Geräte liegen in der Regel > 25 W. -Klasse.
Oft läßt sich das Nachladen bei Erreichen der unteren Entladespannung als "Option"
EIN oder AUS-SCHALTEN, das steigert die Einsatzmöglichkeit. Der Anfangsladestrom ist
vielfach begrenzt oder "abgesichert" , sollte man sich vorher vergewissern, ob - oder ob nicht.
Solche Lader sind für Bleiakkus recht brauchbar, - bei NiCd oder NimH ist jedoch Vorsicht geboten.
Wenn man den Abschalt u Einschaltpunkt prüft, u gegebenenfalls "nachjustiert" auf die "Bedürfnisse"
des zu ladenden Akkus, gelingt auch das. Anfänger sollten hier vorsichtig sein, u wenn es geht, sich
von einem "Wissenden" über die Schulter schauen lassen. Wenn man weiß wie ... ist es keine Kunst.
Noch vor 10 Jahren war gängige Meinung , der Ladestrom müsse Gleichspannung - "geglättet" oder
besser noch stabilisiert sein. Mittlerweile hat sich ungesiebte oder halbwellenförmige (100-Sinushalbwellen/s.) oder Rechteckimpuls-Spannung zum Laden durchgesetzt. Diese pulsierende
Gleichspannung ist besser geeignet Kristallbildungen ( Großmoleküle) zu verhindern. Das erhöht die
nutzbare Kapazität u Lebensdauer des Akkus. Spezielle Lader laden mit Impulspaketen um diesen
"Pflegeeffekt" noch zu steigern.

Laden nach "Delta-U zu Delta-t". ( Spannungs-Differenz über der Zeitachse oder "delta-Peak" (-dP). )
Dieses Ladeverfahren ist das zur Zeit Gebräuchlichste in der mittleren Preisklasse der Ladegeräte.
Grundlage ist die Erkenntnis kluger Elektroniker daß NimH u Lithium-Akkus ( kein Blei , da gelten
andere Regeln) die Eigenschaft haben, bei gleichbleibendem Ladestrom mit einer annähernd gleich-
bleibenden Spannungserhöhung zu reagieren, -fast bis zum Erreichen der Ladeschlußspannung. Nach Erreichen der Endspannung fällt diese bei weiterer Ladung leicht ab (Einsattelung - ca. 10....30mV ) Dieses physikalische Phenomen nutzt man als Abschaltkriterium aus. Ein sogenannter "mitgeführter-Komparator" vergleicht die Spannung des Akkus mit einer Vergleichsspannung welche parallel zur
Akkuspannung während des Ladens hochläuft. Erhöht der Akku seine Spannung nicht mehr weil er voll ist, entsteht eine Spannungsdifferenz zur weiter hochlaufenden Vergleichsspannung 10...30 mV - typisch. Der Komparator kippt u schaltet über ein Relais das Ladegerät aus, oder auf Ladungserhaltung um. Dieses Verfahren bringt gute Ergebnisse zu einem vertretbaren technischen Aufwand mit moderaten Preisen fürs Ladegerät. Als Universalladegerät ausgelegt, schaffen solche Lader typisch 97...98% Füllgrad, für Alltagsanwendungen sicher ausreichend. Passt man den Lader (Komparator) an den Akkutyp an (Feintuning) so lassen sich noch 1..2% zusätzlich laden. Das geht zu Lasten der Austauschbarkeit. Es muß später immer der ehemals optimierte Akkutyp erneuert werden. Hat man einen Schaltplan des Laders, läßt sich das "Feintuning" am entsprechenden Trimmpoti korrigieren. ( Keine Sache für Laien) In der gehobenen Preisklasse werden solche "delta-Peak" Lader mit "Balancern" (Zellenausgleicher) erweitert. Dabei wird jede Zelle oder 2-er u 3er Blocks, überwacht u individuell auf Maximum geladen.Da die Zellen Serienstreuungen unterliegen, erfassen die Balancer jede Zellspannung einzeln oder blockweise, u lassen durch gesteuerte parallele Ausgleichsströme jede Zelle exakt voll werden. Der Nachteil ist der hohe elektronische Steueraufwand pro Zelle u der Kabelaufwand. Preiswertere Lösungen fassen die Zellen zu 2er u 3er - Blocks zusammen, ein Kompromiß zwischen Aufwand u Nutzen. ( http://www.elektromodellflug.de)
Versuche mit Zenerdioden / Widerstands-Kombinationen diesen Ausgleich zu realisieren, haben sich nicht bewährt. Sie bewirken zwar einen gewissen Zellenausgleich, der Gewinn ist jedoch gering,- im Verhältnis zum Verdrahtungs u Schaltungsaufwand. Konsequent ist natürlich die Einzelzellenüberwachung, sie wäre zu bevorzugen. Bei 36V u 48V aber ein gewaltiger Aufwand, ob sich das lohnt, ? Serienräder aus dem Markt oder Fahrradladen haben dies nicht. Normalkunden wären mit diesem Aufwand u dem notwendigen technischen Hintergrundwissen sicher überfordert u treten in den "Kaufstreik"!
In der Königsklasse der Lader wird die entnommene "Arbeit" des Akkus in Watt.h gemessen, mit
( "Watts-up") oder Vergleichbarem. Diese entnommene Energiemenge wird dann am Lader eingestellt
u dieser mißt u lädt unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades dann den Akku. Solche Geräte
liegen typisch um die 500..800 Euro. "Freaks" schrecken vor nichts zurück, - für Normalverbraucher
keine Option.Bei dieser Methode wird das Integral des Spannungs-Verlaufes u Stromverlaufes erfaßt,
deshalb die hohe Genauigkeit, - bei freier Austauschbarkeit des Akkus, Extremisten schwören drauf.
Damit lassen sich Füllgrade von 99,5 ..99,9% erreichen. (http://www.lindinger.at)
Ob dieses "letzte Prozent" den Aufwand wert ist, mag jeder für sich entscheiden. Normalverbraucher
kaufen ihr Pedelec im Laden, bekommen ein Ladegerät mitgeliefert, u ziehen froh von "Dannen".
Wer aber technisch interessiert ist, u mehr als ein Fortbewegungsmittel im Pedelec sieht, sollte
ruhig weiter lesen.
Eine weitere Methode, welche ich seit 2 Jahren praktiziere, ist das Laden mit einem Labornetzgerät.
z.Beispiel: (http://www.conrad.de) "Lineares Labornetzgerät PS-Serie" einstellbar 0..30V 0..2A. ~ 70Euro, Vergleichbare Geräte gibts auch anderswo im Elektronikhandel "um die Ecke".
Endspannung einstellen - max.Strom einstellen u Akku anklemmen. Mit Digitalvoltmeter zu Beginn
Spannung überprüfen - Anzeige am Lader ist recht grob .. nachmessen ob das Ladegerät nach Er-
wärmung mit der Spannung driftet, (mangelnde Temperaturkompensation) - gegebenfalls nachregeln. Zettelchen dranhängen damit man nicht alles behalten muß.
Etwas aufwändiger als mit Ladeautomat, dafür anpaßbar an unterschiedliche
Akus u billig. Endspannung so einstellen daß 0,1..1% von 1C ( Kapazität) als Ladungserhaltungs-
strom fließen. Heißt: beim 10Ah. (Musterakku) = 10.000mA 1% = 100mA 0,1% = 10mA
Ladungserhaltungs-Strom. Geht man so vor, kann nichts passieren u voll wird der Akku auch.

Anmerkung: Sobald Brennzellen zur Verfügung stehen ( ~ 300..500Euro) Gew.~ 1kg.max. Größe =
Zigarrenkiste 30..50 W. wird das ganze Thema Akkus u ihre Lader um 2 Prioritätsklassen weniger wichtig. Nach einer Übergangszeit wird der Akku nur noch Pufferzwecke erfüllen. Für die Reichweite
wird er keine Rolle mehr spielen. Mit Erscheinen solcher Räder werden die "alten Nur-Akku Räder"
drastisch an Wert verlieren, niemand will so ein" Ding" mehr haben. Bitte dran denken, wenn man sich
heute ein Pedelec kauft. Der Wertverlust wird voraussichtlich bei einem teuren Rad größer sein als bei einem "Sonderangebotsrad vom Discounter". Nachrüsten wird wohl möglich sein, bleibt jedoch "Flickkram". Müßte ich mich festlegen wann der Zeitpunkt eintritt, wäre die Antwort, ab Herbst diesen Jahres bis max. noch 3 Jahre. Nun sollte man auch nicht die ersten "Prototypen" kaufen, besser auf die 2. oder 3. Generation warten, etwas Zeit zur Nachentwicklung muß man den Konstrukteuren geben, es sei denn man ist ungeduldig u besitzt ein paar Euros mehr, dann kauft man gleich.
Gruß an Alle, die bis hier gelesen haben.... Doran


o

[Dieter-K]

Hallo Doran,

danke für deine Grüße.
Ich habe sicher nicht vor, mir in absehbarer Zeit ein Pedelec zuzulegen. Andererseits möchte ich gerne die Stärken, Schwächen und Möglichkeiten der Saxonettekonkurrenz einschätzen können.

Danke für den Einblick in die Gedankenwelt der Pedelec-Freaks.

Dieter

[Sporti]

Man braucht Ruhe, um deine Texte zu lesen. Das geht nicht in der Mittagspause.
Aber sie sind hochinteressant.
Ein E-Bike mit Brennstoffzelle wäre eine Konkurrenz für Saxonetten, da es keine Reichweitenbegrenzung mehr gibt.

Sporti