das Laden der Akkus T1
Verfasst: Sonntag 3. Mai 2009, 16:40
Das Laden der Akkus kann einfach oder kompliziert sein. Es kommt auf das Ziel an. Einen Startakku
beim Auto oder der Saxo zu laden, ist einfach. Da der Akku im Fahrbetrieb nachgeladen wird, kommt
es nicht darauf an, ob man 90 - 95 - oder 99,9 % der maximalen Kapazität geladen hat.
Beim Fahrakku des Pedelec wird auf "Stehkragen" geladen, das verlangt mehr Genauigkeit.
Nutzer ohne elektrische Vorkenntnisse sind mit einem auf den Akku abgestimmten Automatiklader
gut bedient. Solange der "Automat" störungsfrei arbeitet, kommen die Nutzer damit gut zurecht.
Bei Störungen setzt schnell Hilflosigkeit ein. Man kommt aus dieser Schleife nur heraus, indem man
sich etwas "Grundwissen" anliest, dabei soll dieser Beitrag eine Unterstützung sein.
Begriffe zum Akku: (Kenngrößen)
Die elektrische Größe des Akku ( Kapazität ) gibt man in Ah. ( Ampere-Stunden ) an. Dieser Wert gibt an, wieviel Ampere der Akku 1 h lang abgeben kann ( theoretisch ) oder 1/2- Amperezahl 2 h lang usw. Die Kapazität setzt man dann zu "1" u nennt den Wert "1C". Heißt: hat ein Akku eine Kapazität von 10 Ah so werden diese 10 Ah für diesen Akku zu " 1C "gesetzt. Dies wird als Bezugsgröße benutzt, gibt man einen Ladestrom mit 1C an, wird mit 10A geladen - gibt man 2C an, wären es 20A - gibt man C/10 an, wären es
1A - C/20 wären 2A usw. Die Zahl links vom C wird zum Multplikator - rechts vom C, Teile v.100 (= % )
In der Praxis finden sich die Ladeströme rechts vom C in ( % ) z.B. C/10 = 10% = 10 h laden mit1A - nicht
ausreichend um Pedelecakkus wirklich voll zu laden. Die maximalen Lastströme ( Stromabgabe) stehen
links vom C - also 10 Ah /Akku mit 1,5 C max .Laststrom, kann 15 A ohne Beschädigung abgeben.
( kurzzeitig im min. Bereich) - danach wären Spannungs-Einbrüche zu erwarten.
0,5 C wären 5A 3C wären 30A usw. ( mehrmals lesen, bis es sich einprägt) . Ist der Akku voll, gibt es
noch einen Ladungserhaltungs-Strom. Dieser ist in der Regel <1% von C, heißt: beim 10 Ah - Akku
würden 100 mA ( 0,1A) Reststrom bei vollem Akku fließen, ohne weitere Spannungserhöhung. Gute Akkus unterschreiten diesen Wert, - bei meiner "Autobatterie" mit 45 Ah stellt sich ein Ladungserhaltungsstrom
um die 80 mA ein, bei ca. 13,9 - 14V. Bei höherer Spannung setzt starke Gasung ein - nicht sinnvoll.
Beim NimH- Pedelec-Akku mit 8 Ah ( 24V ) stellt sich ein "Reststrom" von 10 - 17 mA bei 28,1 ...28,3V
ein, - ein Erfahrungswert für einen "gut geladenen Akku" . Andere Akkus dürften ähnliche Werte zeigen. Weichen die Werte um mehr als das Doppelte ab, wird es sinnvoll nach den Ursachen zu suchen, z.B.
Akku beginnt zu altern - eine Zelle ist defekt - Akku ist nicht an der Ladeendspannung angekommen -
hohe Kriechströme infolge Verschmutzung. Sinnvoll ist es, einen mehrfach ( 3x ) ge- u- entladenen -
neuen Akku zu messen u sich die Werte aufzuschreiben, für spätere Kontrolle. Man erhöht langsam die Ladespannung bis zum theoretischen Maximum (Ladeendspannung) u schreibt den zugehörigen Strom auf.
Bei 12V Akkus: Blei - Ni.Cd - NimH etwa 14...14,3 V Ladeendspannung
" 24V " " - " - " " 28...28,3V "
" 36V " " - " - " " 42...42,8V "
" 48V " " - " - " " 55...56,5V "
untere Entladespannung ~ 18 V für 24 V-Akku ( andere Typen umrechnen )
NimH-Akkus halten länger wenn sie regelmäßig die untere Entladespannung erreichen.
Bleiakkus sind hier recht unkritisch - man kann, muß aber nicht "tiefentladen"
NiCd.-Akkus müssen tiefentladen werden, ( veraltet) haben kaum noch Bedeutung.
Bei Lithium - Ionen Akkus (1.Generation) beträgt die Nennspannung pro Zelle 3,6 V
die Ladeendspannung 4 ... 4,1V pro Zelle - Herstellerangaben können um 100mV schwanken
7 Zellen = 25,2 V Nennspannung 24 V Ladeendspannung 28,7V
10Zellen = 36 V " " 36 V " 41V
13 " = 46,8 V " 48 V " 53,3V
14 " = 50,4 V " " 48 V " 57,4V
untere Entladespannung > 20V für 24V-Akku ( andere Typen umrechnen )
Lithium-Ionen Akkus mögen nicht tiefentladen werden - sie danken es mit längerer Lebensdauer
Vereinzelt vertragen sie auch eine Tiefentladung ohne Schaden , sie sind robust.
Bei Lithium-Ferrum-Phosphat ( LiFePO4) beträgt die Nennspannung 3,2 V pro Zelle -
die Ladeendspannung wird herstellerunterschiedlich mit 3,6 - 3,75 V pro Zelle angegeben, untere Entladespannung > 2 V pro Zelle. Der wirklich nutzbare Spannungsbereich der Zelle liegt zwischen
3,1 V u 2,5 V dies ist der "fast-lineare-Bereich" davor u danach knicken die Kennlinien nach oben u
unten ab. Als Richtwerte folgende Angaben:
4 Zellen = 12,8 V Nennspannung 12 V Ladeendspannung 14,4 ..14,6 V
7 " = 22,4 V * " " 24 V - (Billigversion) " 25 ..25.5 V
8 " = 25,6 V " " 24 V " 28,6..28,8 V
12 " = 38,4 V " " 38 V " 42 . .42,2 V
15 " = 48 V " " 48 V " 53,5. .54 V
untere Entladespannung 8-Zeller > 16V ( nur im min. Bereich ) - andere Typen umrechnen.
Ein kurzzeitiges Absinken der Spannung im Fahrbetrieb unter Last schadet dem Akku nicht.
Bei geringer Last (Schleichfahrt) dürfen die unteren Entladespannungswerte nicht mehr als für
einige Minuten erreicht werden ( 2 ..3min.) sonst treten Langzeitschäden auf. LiFePO4 - Akkus
halten länger, wenn sie nicht tiefentladen, sondern nur bis 2,5V pro Zelle entladen werden.Vereinzeltes
Tiefentladen auf 2V/Zelle ist jedoch zulässig. Herstellerangaben haben Vorrang vor Allgemeindaten !!
Wie man sieht, trifft die tatsächliche Spannung nur näherungsweise die Nennspannung. Bei Billiganbietern
wird im Grenzfall eine Zelle eingespart u man tut so, als wäre der Nennwert vorhanden. " Leistungs-Freaks"
lassen sich gerne einen Akku mit einer zusätzlichen Zelle konfektionieren. Dem Motor u der Steuereinheit
ist es egal, da ist spannungsmäßig genug "Luft" nach oben u unten. Rüstet man z.Beisp. den 24 V-Akku
(LiFePO4) mit 9 Zellen aus , so erreicht man eine reale "Nennspannung" von 28,8 V. Das ist Elektrotuning
auf unauffällige Art. Dies kommt dem Drehmoment u der Leistung spürbar zugute. ( mehr Dynamik )
Mehr sollte man nicht tun, weil sonst die Arbeitspunkte in unkontrollierte Bereiche rutschen - Gefahr
der Überlastung / Überhitzung. Der Automatiklader muß dann ebenfalls etwas "hochgedreht" werden,
kann man teils mitbestellen, oder wenn ein Schaltbild mitgeliefert wird, auch selber. Lädt man mit
einem "Labornetzgerät", stellt man die Spannung individuell selber ein." Hochleistungs-Akkus" sollte
man jedoch mit Automatiklader u integriertem Balancer ( el.Zellenausgleicher ) betreiben. Das kommt
der Lebensdauer zugute u macht es erst möglich, das Akkupotential voll auszuschöpfen. Bei den
Lithium-Ionen-Akkus der 1.Generation war das noch nicht zwingend erforderlich - gibt man sich mit
95 ...98% zufrieden, kann man auch LiFePO4 - Akkus "von Hand" laden. "E-Tuner" im fortgeschrittenen
Stadium schalten kurzzeitig ( mit Hochstromrelais ) einen zweiten 48V-Akkupack ein u gleichzeitig
den originalen 36V-Akkupack aus - oder einen 6 - 12V Akkupack zum 36er Pack in Reihe, um einen
"Boost" ( Leistungssprung ) für "kurze Spurts" zu erreichen. Einige nennen das in Anlehnung an die
"Düsenjäger" auch "Nachbrenner".(Spaß macht das sicherlich) Für Bergfahrten ist dieses "Tunen" nicht geeignet, weil die Motoren infolge geringerer Drehzahl zuwenig "Gegen-EMK" erzeugen u stark in den
Sättigungsbereich getrieben werden (ungünstige Arbeitspunktverlagerung). Der Wirkungsgrad sinkt, u
damit die Energieumsetzung. Auf flacher Strecke sieht das anders aus - da führt dieses "Boosten" zu
einem gravierenden Leistungssprung, mit entsprechendem Anstieg der Geschwindigkeit. Damit zieht man
an den "Fans" vorbei, u freut sich über deren Unverständnis mit ungläubigen, neidischen Blicken. Für "Anfänger" sind solche "Spielchen" nicht empfehlenswert, das kann schnell zu Materialschäden von einigen hundert Euro führen. Wenn "tunen", bitte langsam steigern, u nach u nach Erfahrung sammeln.
Bleigel - Akku's nur bis 13,8 V laden, ab 14V besteht Gefahr des Ansprechens vom Überdruckventil mit
nicht nachfüllbarem Flüssigkeitsverlust. Eine Ausnahme sind die Bleigelakkus von Varta, wo 14 V Ladeendspannung zugelassen werden. Bei 24 V - 36 V - 48 V entsprechend umrechnen.
Die hochvoltigeren Akkus als 12V, etwas weniger als der Multiplikationsfaktor ergibt laden , weil zu viele
Zellen in Reihe geschaltet sind u "Zellstreuungen" unvermeidlich. ( Stichwort: Balancer)
Als "Faustformel" hat sich bewährt, Akkus mit C/10 - (10%) .. bis C/30 - ( 30%) zu laden, wenn man über
keine anderen Angaben verfügt. Heißt: den "Muster-10Ah" Akku mit 1 ...3A laden ganz grob mit 1A / 14h
oder 3A - 3h 20min. +72min = ~ 4-1/2 h Diese Methode nur anwenden, wenn kein Voltmeter vorhanden ist.
Sinnvoll ist, 10 ... 30% Strom einstellen u ab u zu nachschauen ob die Ladeendspannung erreicht ist.
Bei einem Netzteil mit Strombegrenzung u Spannungseinstellung (empfehlenswert) stellt man den max.
gewünschten Ladestrom ein, u danach die Endspannung. Beginnt man mit dem Laden, stellt sich zunächst der max. Strom ein u die Spannung läuft wärend des Ladevorganges langsam hoch bis zur Endspannung
- während der Strom später abnimmt bis zum Reststrom bei Erreichen der Endspannung.
( Dies funktioniert so, weil Strom u Spannungskennlinien korrespondieren.) Mit dieser Methode kann man jeden Akku laden, u sieht gleichzeitig ob die Spannung gleichmäßig steigt beim Laden u wo die
Ladeschlußspannung (Endspannung) liegt, - mit dem dazugehörigen Ladungserhaltungsstrom. (empfehlenswert) Man wird unabhängig von diesen "Automaten"
Weitere Kenngrößen ( Parameter ) für Akkus, sind folgende Angaben:
Nennspannung: 12 -24 -36 -48 V mittlere Spannung zwischen unterer Entladespannung u Ladeendspannung
Nennstrom: Strom der über h gehalten werden kann ohne Spannungseinbruch - meist um C/10 herum, Laststrom-max. Strom der ohne Beschädigung der Zellen fließen darf, - meist bis zu 1 min. Dauer.
In Bezug zur Kapazität ist er ein Maß für die " Leistungsdichte".
Kapazität in Ah - ein Maß für die Stromspeichergröße, 10Ah = 10A Laststrom x 1 Stunde (theoretisch)
Energiedichte in Ah/kg ein Maß für den Energieinhalt pro kg Gewicht des Akku. 160 Wh./kg für LiFePO4-
Akkus sind z.Zt. die " Meßlatte" für Pedelec-Fahrakkus mit weiter steigender Tendenz.
Entladeschlußspannung - die Spannug bei der gerade noch keine irreversibelen Schäden der Zellen auftreten.
Ladeschlußspannung: die Spannung bei der kein weiteres Speichern möglich ist - trotz fließendem "Ladestrom". Weitere Parameter wie Alterungsfaktoren - Temperaturdrift - Entladefaktor - muß der Praktiker
nicht notwendigerweise wissen.
Beginnen wir mit dem Klassiker, dem Startakku beim Auto. Dort sind die Verhältnisse recht einfach
u durchschaubar. Der Startakku beim Auto wird in der Regel nur zu ca. 80% geladen. heißt: man
legt sich dicht unterhalb der "Gasspannung" von 13,8 V., dabei dürfen es auch 200 mV mehr sein.
Geringe Gasung schlägt sich nieder u führt kaum zu einem "Wasserverlust". Daher der Begriff wartungs-
freie Batterie. Ganz stimmt das so nicht, u man ist klug beraten 1 oder 2 mal im Jahr nachzuschauen ob
der Wasserstand unter die Sollmarke gesunken ist. Wenn ja ... nachfüllen. Bei langen Autobahnfahrten
ohne Licht kann eine volle Batterie über die Gasspannung getrieben werden, u mehr Wasser vergast als
sich niederschlägt. Der Autoregler geht meist auf 14,3 ...14,5 Volt. Bei der Saxo hat man einen Abgriff
von der Zündspule genommen der so gewählt ist, daß der 12V-Akku-Satz bei langer Fahrt ca. 90% der
Ladeendspannung erreicht, damit wird ein Überladen ausgeschlossen. Der mittlere Ladestrom bewegt
sich um die 100 mA. u wird sich in Nähe der Ladeendspannung auf ca. 20 mA + - 10mA je nach Akku-
zustand einpegeln. Nimmt man einen größeren "Nachfolgeakku" so wird dieser etwas weniger voll geladen.
Vielleicht von 90% nach 80% - je nach Größe. Ist der Akku mehr als 10% größer als der Originale, hat
man trotzdem ein Geschäft gemacht ( mehr Strom zum Starten gespeichert ) In Grenzen macht es Sinn
den Akku größer zu wählen - 5fach größerer Akku heißt aber nicht, daß man 5fach soviel Strom gespeichert
hat, weil die größeren Akkus immer - weniger voll werden.Mehr als doppelte Kapazität vom Original halte ich nicht für sinnvoll. Wer gerne "bastelt", kann sich eine Spannungsanzeige anbauen - da sieht man,
inwieweit das Ladegerät oder die Zündspule voll laden u wieviel beim" E-Starten" die Spannung absinkt.
Früher hat man häufig mit 10% der Kapazität 14h lang geladen ( Nickel-Cadmium ) NiCd-Akkus. Das waren
theoretisch 140% - praktisch waren aber 40% Verlust ( Wirkungsgrad ) ein realistischer Wert. Um Taschen-
lampenakkus oder Kopfhörerakkus zu laden, reichte das Verfahren. Dabei kam es nicht drauf an, ob wirklich
13 - 14 -oder 15 h geladen wurden. Für einfache Anwendung reicht das auch heute noch. Bei Akkus für den
"Lap-Top" stellt man schon höhere Anforderungen. Die höchsten Anforderungen stellt man an elektrisch
betriebene Flug - Schiffsmodelle - PDA's - Outdoornavigationsgeräte Langzeitmeßgeräte jeglicher Art u
natürlich Pedelec's. Automatiklader für Blei - NiCd - NimH - messen den Innenwiderstand des Akkus statisch u stellen danach den max. Anfangsladestrom ein. Bei Li-Ionen - Li-Polymere u LiFePO4 geht das nicht,
(z.Zeit) weil diese Akkutypen einen "variabelen" Innenwiderstand besitzen. ( Widerstand = stromabhängig -
nicht konstant) Weiter ist der Innenwiderstand temperaturabhängig, bei einem "10Ah-Musterakku" kann man
bei ~20C. mit 0,1Ohm u bei ~ -10C. mit 0,2Ohm rechnen. Der stromabhängige Innenwiderstand ist ein Negativeffekt von der Absicht der Konstrukteure, den max.Laststrom "höher zu züchten". Der maximale Laststrom ist andererseits ein Maß für die Dynamik des Antriebes (Pedelec). Wird der Ladeautomat dem Akku fest zugeordnet, kann man den Anfangs-Ladestrom fest vorgeben - auslegungsseitig vom Ladegerät her. Die Abschaltung erfolgt dann entsprechend einer Kennlinie. Lithium-Akkus lassen sich
jedoch auch mit dem "Labornetzgerät" laden. Wie oben beschrieben - Anfangsstrom einstellen:
C/10 - C/30 dann Endspannung nach Tabelle einstellen - u Reststrom beobachten - passieren kann dann nichts. Automaten sind natürlich bequemer u leichter - auf Reisen ein Muß. Hochwertige Automaten haben
programmierbare Ladekennlinien ( im Sortiment) Mit entsprechendem Wissen kann man die jeweils beste Ladekennlinie für verschiedene Akkugrößen u Typen wählen. Sie messen den möglichen Anfangsladestrom
statisch, u einstellbar auch dynamisch. Wer so einen Automaten sinnvoll bedienen kann, braucht diesen Bericht nicht zu lesen ( Zeitverschwendung). Mit 400 ... 500 Euro ist das etwas für Freak's mit überdurchschnittlicher Anwendung. Ein Restrisiko bleibt auch hier, daß es in naher Zukunft Akkus gibt,
die dann doch nicht im Anwendungsbereich des Gerätes liegen. Die Entwicklung ist einfach zu
"stark im Fluß", u niemand weiß genau, wohin die Reise geht.
Genug für heute, im zweiten Teil werde ich verschiedene Ladeverfahren u deren Vor u Nachteile für interessierte Leser beschreiben.
Gruß Doran
beim Auto oder der Saxo zu laden, ist einfach. Da der Akku im Fahrbetrieb nachgeladen wird, kommt
es nicht darauf an, ob man 90 - 95 - oder 99,9 % der maximalen Kapazität geladen hat.
Beim Fahrakku des Pedelec wird auf "Stehkragen" geladen, das verlangt mehr Genauigkeit.
Nutzer ohne elektrische Vorkenntnisse sind mit einem auf den Akku abgestimmten Automatiklader
gut bedient. Solange der "Automat" störungsfrei arbeitet, kommen die Nutzer damit gut zurecht.
Bei Störungen setzt schnell Hilflosigkeit ein. Man kommt aus dieser Schleife nur heraus, indem man
sich etwas "Grundwissen" anliest, dabei soll dieser Beitrag eine Unterstützung sein.
Begriffe zum Akku: (Kenngrößen)
Die elektrische Größe des Akku ( Kapazität ) gibt man in Ah. ( Ampere-Stunden ) an. Dieser Wert gibt an, wieviel Ampere der Akku 1 h lang abgeben kann ( theoretisch ) oder 1/2- Amperezahl 2 h lang usw. Die Kapazität setzt man dann zu "1" u nennt den Wert "1C". Heißt: hat ein Akku eine Kapazität von 10 Ah so werden diese 10 Ah für diesen Akku zu " 1C "gesetzt. Dies wird als Bezugsgröße benutzt, gibt man einen Ladestrom mit 1C an, wird mit 10A geladen - gibt man 2C an, wären es 20A - gibt man C/10 an, wären es
1A - C/20 wären 2A usw. Die Zahl links vom C wird zum Multplikator - rechts vom C, Teile v.100 (= % )
In der Praxis finden sich die Ladeströme rechts vom C in ( % ) z.B. C/10 = 10% = 10 h laden mit1A - nicht
ausreichend um Pedelecakkus wirklich voll zu laden. Die maximalen Lastströme ( Stromabgabe) stehen
links vom C - also 10 Ah /Akku mit 1,5 C max .Laststrom, kann 15 A ohne Beschädigung abgeben.
( kurzzeitig im min. Bereich) - danach wären Spannungs-Einbrüche zu erwarten.
0,5 C wären 5A 3C wären 30A usw. ( mehrmals lesen, bis es sich einprägt) . Ist der Akku voll, gibt es
noch einen Ladungserhaltungs-Strom. Dieser ist in der Regel <1% von C, heißt: beim 10 Ah - Akku
würden 100 mA ( 0,1A) Reststrom bei vollem Akku fließen, ohne weitere Spannungserhöhung. Gute Akkus unterschreiten diesen Wert, - bei meiner "Autobatterie" mit 45 Ah stellt sich ein Ladungserhaltungsstrom
um die 80 mA ein, bei ca. 13,9 - 14V. Bei höherer Spannung setzt starke Gasung ein - nicht sinnvoll.
Beim NimH- Pedelec-Akku mit 8 Ah ( 24V ) stellt sich ein "Reststrom" von 10 - 17 mA bei 28,1 ...28,3V
ein, - ein Erfahrungswert für einen "gut geladenen Akku" . Andere Akkus dürften ähnliche Werte zeigen. Weichen die Werte um mehr als das Doppelte ab, wird es sinnvoll nach den Ursachen zu suchen, z.B.
Akku beginnt zu altern - eine Zelle ist defekt - Akku ist nicht an der Ladeendspannung angekommen -
hohe Kriechströme infolge Verschmutzung. Sinnvoll ist es, einen mehrfach ( 3x ) ge- u- entladenen -
neuen Akku zu messen u sich die Werte aufzuschreiben, für spätere Kontrolle. Man erhöht langsam die Ladespannung bis zum theoretischen Maximum (Ladeendspannung) u schreibt den zugehörigen Strom auf.
Bei 12V Akkus: Blei - Ni.Cd - NimH etwa 14...14,3 V Ladeendspannung
" 24V " " - " - " " 28...28,3V "
" 36V " " - " - " " 42...42,8V "
" 48V " " - " - " " 55...56,5V "
untere Entladespannung ~ 18 V für 24 V-Akku ( andere Typen umrechnen )
NimH-Akkus halten länger wenn sie regelmäßig die untere Entladespannung erreichen.
Bleiakkus sind hier recht unkritisch - man kann, muß aber nicht "tiefentladen"
NiCd.-Akkus müssen tiefentladen werden, ( veraltet) haben kaum noch Bedeutung.
Bei Lithium - Ionen Akkus (1.Generation) beträgt die Nennspannung pro Zelle 3,6 V
die Ladeendspannung 4 ... 4,1V pro Zelle - Herstellerangaben können um 100mV schwanken
7 Zellen = 25,2 V Nennspannung 24 V Ladeendspannung 28,7V
10Zellen = 36 V " " 36 V " 41V
13 " = 46,8 V " 48 V " 53,3V
14 " = 50,4 V " " 48 V " 57,4V
untere Entladespannung > 20V für 24V-Akku ( andere Typen umrechnen )
Lithium-Ionen Akkus mögen nicht tiefentladen werden - sie danken es mit längerer Lebensdauer
Vereinzelt vertragen sie auch eine Tiefentladung ohne Schaden , sie sind robust.
Bei Lithium-Ferrum-Phosphat ( LiFePO4) beträgt die Nennspannung 3,2 V pro Zelle -
die Ladeendspannung wird herstellerunterschiedlich mit 3,6 - 3,75 V pro Zelle angegeben, untere Entladespannung > 2 V pro Zelle. Der wirklich nutzbare Spannungsbereich der Zelle liegt zwischen
3,1 V u 2,5 V dies ist der "fast-lineare-Bereich" davor u danach knicken die Kennlinien nach oben u
unten ab. Als Richtwerte folgende Angaben:
4 Zellen = 12,8 V Nennspannung 12 V Ladeendspannung 14,4 ..14,6 V
7 " = 22,4 V * " " 24 V - (Billigversion) " 25 ..25.5 V
8 " = 25,6 V " " 24 V " 28,6..28,8 V
12 " = 38,4 V " " 38 V " 42 . .42,2 V
15 " = 48 V " " 48 V " 53,5. .54 V
untere Entladespannung 8-Zeller > 16V ( nur im min. Bereich ) - andere Typen umrechnen.
Ein kurzzeitiges Absinken der Spannung im Fahrbetrieb unter Last schadet dem Akku nicht.
Bei geringer Last (Schleichfahrt) dürfen die unteren Entladespannungswerte nicht mehr als für
einige Minuten erreicht werden ( 2 ..3min.) sonst treten Langzeitschäden auf. LiFePO4 - Akkus
halten länger, wenn sie nicht tiefentladen, sondern nur bis 2,5V pro Zelle entladen werden.Vereinzeltes
Tiefentladen auf 2V/Zelle ist jedoch zulässig. Herstellerangaben haben Vorrang vor Allgemeindaten !!
Wie man sieht, trifft die tatsächliche Spannung nur näherungsweise die Nennspannung. Bei Billiganbietern
wird im Grenzfall eine Zelle eingespart u man tut so, als wäre der Nennwert vorhanden. " Leistungs-Freaks"
lassen sich gerne einen Akku mit einer zusätzlichen Zelle konfektionieren. Dem Motor u der Steuereinheit
ist es egal, da ist spannungsmäßig genug "Luft" nach oben u unten. Rüstet man z.Beisp. den 24 V-Akku
(LiFePO4) mit 9 Zellen aus , so erreicht man eine reale "Nennspannung" von 28,8 V. Das ist Elektrotuning
auf unauffällige Art. Dies kommt dem Drehmoment u der Leistung spürbar zugute. ( mehr Dynamik )
Mehr sollte man nicht tun, weil sonst die Arbeitspunkte in unkontrollierte Bereiche rutschen - Gefahr
der Überlastung / Überhitzung. Der Automatiklader muß dann ebenfalls etwas "hochgedreht" werden,
kann man teils mitbestellen, oder wenn ein Schaltbild mitgeliefert wird, auch selber. Lädt man mit
einem "Labornetzgerät", stellt man die Spannung individuell selber ein." Hochleistungs-Akkus" sollte
man jedoch mit Automatiklader u integriertem Balancer ( el.Zellenausgleicher ) betreiben. Das kommt
der Lebensdauer zugute u macht es erst möglich, das Akkupotential voll auszuschöpfen. Bei den
Lithium-Ionen-Akkus der 1.Generation war das noch nicht zwingend erforderlich - gibt man sich mit
95 ...98% zufrieden, kann man auch LiFePO4 - Akkus "von Hand" laden. "E-Tuner" im fortgeschrittenen
Stadium schalten kurzzeitig ( mit Hochstromrelais ) einen zweiten 48V-Akkupack ein u gleichzeitig
den originalen 36V-Akkupack aus - oder einen 6 - 12V Akkupack zum 36er Pack in Reihe, um einen
"Boost" ( Leistungssprung ) für "kurze Spurts" zu erreichen. Einige nennen das in Anlehnung an die
"Düsenjäger" auch "Nachbrenner".(Spaß macht das sicherlich) Für Bergfahrten ist dieses "Tunen" nicht geeignet, weil die Motoren infolge geringerer Drehzahl zuwenig "Gegen-EMK" erzeugen u stark in den
Sättigungsbereich getrieben werden (ungünstige Arbeitspunktverlagerung). Der Wirkungsgrad sinkt, u
damit die Energieumsetzung. Auf flacher Strecke sieht das anders aus - da führt dieses "Boosten" zu
einem gravierenden Leistungssprung, mit entsprechendem Anstieg der Geschwindigkeit. Damit zieht man
an den "Fans" vorbei, u freut sich über deren Unverständnis mit ungläubigen, neidischen Blicken. Für "Anfänger" sind solche "Spielchen" nicht empfehlenswert, das kann schnell zu Materialschäden von einigen hundert Euro führen. Wenn "tunen", bitte langsam steigern, u nach u nach Erfahrung sammeln.
Bleigel - Akku's nur bis 13,8 V laden, ab 14V besteht Gefahr des Ansprechens vom Überdruckventil mit
nicht nachfüllbarem Flüssigkeitsverlust. Eine Ausnahme sind die Bleigelakkus von Varta, wo 14 V Ladeendspannung zugelassen werden. Bei 24 V - 36 V - 48 V entsprechend umrechnen.
Die hochvoltigeren Akkus als 12V, etwas weniger als der Multiplikationsfaktor ergibt laden , weil zu viele
Zellen in Reihe geschaltet sind u "Zellstreuungen" unvermeidlich. ( Stichwort: Balancer)
Als "Faustformel" hat sich bewährt, Akkus mit C/10 - (10%) .. bis C/30 - ( 30%) zu laden, wenn man über
keine anderen Angaben verfügt. Heißt: den "Muster-10Ah" Akku mit 1 ...3A laden ganz grob mit 1A / 14h
oder 3A - 3h 20min. +72min = ~ 4-1/2 h Diese Methode nur anwenden, wenn kein Voltmeter vorhanden ist.
Sinnvoll ist, 10 ... 30% Strom einstellen u ab u zu nachschauen ob die Ladeendspannung erreicht ist.
Bei einem Netzteil mit Strombegrenzung u Spannungseinstellung (empfehlenswert) stellt man den max.
gewünschten Ladestrom ein, u danach die Endspannung. Beginnt man mit dem Laden, stellt sich zunächst der max. Strom ein u die Spannung läuft wärend des Ladevorganges langsam hoch bis zur Endspannung
- während der Strom später abnimmt bis zum Reststrom bei Erreichen der Endspannung.
( Dies funktioniert so, weil Strom u Spannungskennlinien korrespondieren.) Mit dieser Methode kann man jeden Akku laden, u sieht gleichzeitig ob die Spannung gleichmäßig steigt beim Laden u wo die
Ladeschlußspannung (Endspannung) liegt, - mit dem dazugehörigen Ladungserhaltungsstrom. (empfehlenswert) Man wird unabhängig von diesen "Automaten"
Weitere Kenngrößen ( Parameter ) für Akkus, sind folgende Angaben:
Nennspannung: 12 -24 -36 -48 V mittlere Spannung zwischen unterer Entladespannung u Ladeendspannung
Nennstrom: Strom der über h gehalten werden kann ohne Spannungseinbruch - meist um C/10 herum, Laststrom-max. Strom der ohne Beschädigung der Zellen fließen darf, - meist bis zu 1 min. Dauer.
In Bezug zur Kapazität ist er ein Maß für die " Leistungsdichte".
Kapazität in Ah - ein Maß für die Stromspeichergröße, 10Ah = 10A Laststrom x 1 Stunde (theoretisch)
Energiedichte in Ah/kg ein Maß für den Energieinhalt pro kg Gewicht des Akku. 160 Wh./kg für LiFePO4-
Akkus sind z.Zt. die " Meßlatte" für Pedelec-Fahrakkus mit weiter steigender Tendenz.
Entladeschlußspannung - die Spannug bei der gerade noch keine irreversibelen Schäden der Zellen auftreten.
Ladeschlußspannung: die Spannung bei der kein weiteres Speichern möglich ist - trotz fließendem "Ladestrom". Weitere Parameter wie Alterungsfaktoren - Temperaturdrift - Entladefaktor - muß der Praktiker
nicht notwendigerweise wissen.
Beginnen wir mit dem Klassiker, dem Startakku beim Auto. Dort sind die Verhältnisse recht einfach
u durchschaubar. Der Startakku beim Auto wird in der Regel nur zu ca. 80% geladen. heißt: man
legt sich dicht unterhalb der "Gasspannung" von 13,8 V., dabei dürfen es auch 200 mV mehr sein.
Geringe Gasung schlägt sich nieder u führt kaum zu einem "Wasserverlust". Daher der Begriff wartungs-
freie Batterie. Ganz stimmt das so nicht, u man ist klug beraten 1 oder 2 mal im Jahr nachzuschauen ob
der Wasserstand unter die Sollmarke gesunken ist. Wenn ja ... nachfüllen. Bei langen Autobahnfahrten
ohne Licht kann eine volle Batterie über die Gasspannung getrieben werden, u mehr Wasser vergast als
sich niederschlägt. Der Autoregler geht meist auf 14,3 ...14,5 Volt. Bei der Saxo hat man einen Abgriff
von der Zündspule genommen der so gewählt ist, daß der 12V-Akku-Satz bei langer Fahrt ca. 90% der
Ladeendspannung erreicht, damit wird ein Überladen ausgeschlossen. Der mittlere Ladestrom bewegt
sich um die 100 mA. u wird sich in Nähe der Ladeendspannung auf ca. 20 mA + - 10mA je nach Akku-
zustand einpegeln. Nimmt man einen größeren "Nachfolgeakku" so wird dieser etwas weniger voll geladen.
Vielleicht von 90% nach 80% - je nach Größe. Ist der Akku mehr als 10% größer als der Originale, hat
man trotzdem ein Geschäft gemacht ( mehr Strom zum Starten gespeichert ) In Grenzen macht es Sinn
den Akku größer zu wählen - 5fach größerer Akku heißt aber nicht, daß man 5fach soviel Strom gespeichert
hat, weil die größeren Akkus immer - weniger voll werden.Mehr als doppelte Kapazität vom Original halte ich nicht für sinnvoll. Wer gerne "bastelt", kann sich eine Spannungsanzeige anbauen - da sieht man,
inwieweit das Ladegerät oder die Zündspule voll laden u wieviel beim" E-Starten" die Spannung absinkt.
Früher hat man häufig mit 10% der Kapazität 14h lang geladen ( Nickel-Cadmium ) NiCd-Akkus. Das waren
theoretisch 140% - praktisch waren aber 40% Verlust ( Wirkungsgrad ) ein realistischer Wert. Um Taschen-
lampenakkus oder Kopfhörerakkus zu laden, reichte das Verfahren. Dabei kam es nicht drauf an, ob wirklich
13 - 14 -oder 15 h geladen wurden. Für einfache Anwendung reicht das auch heute noch. Bei Akkus für den
"Lap-Top" stellt man schon höhere Anforderungen. Die höchsten Anforderungen stellt man an elektrisch
betriebene Flug - Schiffsmodelle - PDA's - Outdoornavigationsgeräte Langzeitmeßgeräte jeglicher Art u
natürlich Pedelec's. Automatiklader für Blei - NiCd - NimH - messen den Innenwiderstand des Akkus statisch u stellen danach den max. Anfangsladestrom ein. Bei Li-Ionen - Li-Polymere u LiFePO4 geht das nicht,
(z.Zeit) weil diese Akkutypen einen "variabelen" Innenwiderstand besitzen. ( Widerstand = stromabhängig -
nicht konstant) Weiter ist der Innenwiderstand temperaturabhängig, bei einem "10Ah-Musterakku" kann man
bei ~20C. mit 0,1Ohm u bei ~ -10C. mit 0,2Ohm rechnen. Der stromabhängige Innenwiderstand ist ein Negativeffekt von der Absicht der Konstrukteure, den max.Laststrom "höher zu züchten". Der maximale Laststrom ist andererseits ein Maß für die Dynamik des Antriebes (Pedelec). Wird der Ladeautomat dem Akku fest zugeordnet, kann man den Anfangs-Ladestrom fest vorgeben - auslegungsseitig vom Ladegerät her. Die Abschaltung erfolgt dann entsprechend einer Kennlinie. Lithium-Akkus lassen sich
jedoch auch mit dem "Labornetzgerät" laden. Wie oben beschrieben - Anfangsstrom einstellen:
C/10 - C/30 dann Endspannung nach Tabelle einstellen - u Reststrom beobachten - passieren kann dann nichts. Automaten sind natürlich bequemer u leichter - auf Reisen ein Muß. Hochwertige Automaten haben
programmierbare Ladekennlinien ( im Sortiment) Mit entsprechendem Wissen kann man die jeweils beste Ladekennlinie für verschiedene Akkugrößen u Typen wählen. Sie messen den möglichen Anfangsladestrom
statisch, u einstellbar auch dynamisch. Wer so einen Automaten sinnvoll bedienen kann, braucht diesen Bericht nicht zu lesen ( Zeitverschwendung). Mit 400 ... 500 Euro ist das etwas für Freak's mit überdurchschnittlicher Anwendung. Ein Restrisiko bleibt auch hier, daß es in naher Zukunft Akkus gibt,
die dann doch nicht im Anwendungsbereich des Gerätes liegen. Die Entwicklung ist einfach zu
"stark im Fluß", u niemand weiß genau, wohin die Reise geht.
Genug für heute, im zweiten Teil werde ich verschiedene Ladeverfahren u deren Vor u Nachteile für interessierte Leser beschreiben.
Gruß Doran