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Umgang mit Akkus

Es gibt nicht einfach eine richtige Methode um mit Akkus umzugehen. Verschiedene Typen und auch verschiedene Anwendungen erfordern eine andere Umgangswiese. Je nach Betriebsumgebung eignet sich der eine oder andere Akku Typ besser oder schlechter.

Ni-cd
Nikel Cadmium Akkus waren früher der Standard. Sie sind Hochstromfähig, unempfindlich im Handling und sanfte Überladung schadet ihnen nicht. Geringer Leistungsverlust bei tiefen Temperaturen. Qualitative Akkus haben eine lange Lebensdauer und tote, kurzgeschlossene Akkus können mit einem hohen Stromstoss widerbelebt werden. Die Selbstentladung ist relativ hoch und die Akkukapazität schwindet mit dem sogenannten Memory- Effekt. Das heisst, dass der Akku möglichst Vollzyklen gefahren werden sollte.
In der EU seit 2014 Verboten wegen dem Schwermetall Cadmium

Nennspannung: 1.2v  (0.9-1.3V)

Energiedichte: Je nach Bauweise (Hochstrom oder Kapazität) im Bereich von. 70wh/kg

Ni-Mh

Nickel Metallhybrid Akkus sind der Nachfolger der Ni-cd Akkus sie besitzen ähnliche Eigenschaften wie de Ni-cd Akkus aber ohne giftiges Cadmium. Sie reagieren empfindlich auf Überladung und brechen bei Kälte stärker ein. Der Memory Effekt ist auch vorhanden kann aber durch vollständiges Laden/Entladen rückgängig gemacht werden. Die Energiedichte ist geringfügig höher als bei Ni-cd.

Nennspannung: 1.2v (1-1-3v)

Energiedichte: Im Bereich von 70wh/kg

Blei-Bleioxid

Der wohl bekannteste und meistverwendete Akkumulator ist die Starterbatterie im Auto. Sie enthält 6 Zellen in Serie mit einer Nennspannung von je 2 Volt. Bleibatterien gibt es als Nassbatterie, Gel und Vliesbatterie. Bei Nassbatterien schwimmen die Plus und Minus Platten im Schwefelsäure Elektrolyten der bei Entladung immer wie Wässriger wird. (Eine leere Batterie kann einfrieren) Starterbatterien sind nicht für Zyklische Anwendung geeignet uns sind am liebsten vollgeladen.
Dafür können sie immens hohe Ströme liefern. Gel und Vliesbatterien sind hingegen für Zyklische Anwendungen gebaut wobei auch da zur mehrfachen Verlängerung der Lebensdauer nur Teilzyklen gemacht werden. Tipp: Auch wenn bei der Autobatterie keine einfach so zu öffnenden Zelldeckel verbaut sind (sog. Wartungsfrei) Lohnt sich es nach ca. 4-5 Jahren einmal Destilliertes Wasser nachzufüllen denn auch diese Produzieren ab der Gasungsspannung von 14.4V Sauerstoff und Wasserstoff. Vorsicht: Knallgas und Schwefelsäure.
Ladeverfahren: Laden bis 14.4V danach Absenkung auf ca. 13V zur Erhaltungsladung. Bleibatterien haben eine hohe Selbstentladung und sollten bei der Lagerung je nach Typ sicher alle ½ Jahre vollgeladen werden. Grosser Vorteil: der günstige Anschaffungspreis. Über die Jahre rechnet sich aber ein LifePo4 Akku in der stationären Anwendung besser. Die Energiedichte schwankt stark von 10 bis 50wh/kg.

LifePo4

Lithium Eisenphosphat Akkus sind in Sachen Ladezyklen Top. Sie benötigen kein Cobalt und auch weniger Lithium als die Li-ion Akkus. Ihr Spannungsbereich liegt von 3-3.65 Volt wobei die Nennspannung bei 3.2v liegt. Er hat eine sehr flache Lade/Entladecharakteristik was eine Batteriestandsanzeige anhand der Spannung schwierig macht aber für den Betrieb angenehm ist. Benötigen auch eine Schutzelektronik wobei die Gefahr des Abbrennens relativ gering ist. Energiedichte: ca. 100wh/kg

Li-Ion

Höchste Energiedichte. Höchster Rohstoffbedarf an seltenen Erden. Nutzbarer Spannungsbereich 3-4.2V je nach Chemie ist die Entladekurve oft Linear zur Spannung was eine Ladestandsanzeige einfach macht. Es gibt verschiedene Zelltypen solche die für Hochstrom Anwendungen sind und solche die für Weniger hohe Ströme ausgelegt sind aber dafür viel Kapazität aufweisen. Vereinfacht gesagt: Grosse Oberfläche versus dicke Materialschicht.
Einen Li-ion Akku ohne Schutzelektronik oder nicht mit einem Entsprechenden Ladegerät mit Zellüberwachung zu laden ist fahrlässig und kann zum Brand führen. Dasselbe gilt für einen Kurzschluss. Energiedichte: ca. 100-250wh/kg

So leben Li-ion/ LifePo4 Akkus möglichst lange:

-Flache Zyklen fahren, Heisst weder vollladen noch komplett entladen. (idealer Bereich: 40-80%)

-Akku nicht voll oder leer lagern (Ideal: 60%)

-Kalte Akkus <10°C nur mit ganz kleinem Strom laden

-Vermeiden hoher Temperaturen über 35°C

-Akku nicht am Ladegerät hängen lassen

-Übermässiges Isolieren der Packs vermeiden

-Fast leere Akkus nicht mit hohen Strömen belasten

BMS (Battery Management System)

Was macht eine BMS? Sie schützt den Akku und auch alle Einzelzellen vor Überladen ,Tiefentladung Überstrom, Kurzschluss, (Über/Untertemperatur) und es sollte den Ladestand unter den einzelnen Zellensträngen abgleichen.

Welche Typen von BMS gibt es?

Schutzelektronik
Billige Akkupacks aus China, aber ich weiss auch von einem Bionix 36v Pack das nur mit einer Schutzelektronik ausgerüstet war, besitzen in dem Sinn keine echte BMS da diese Schutzelektronik keinen Ladesands Ausgleich zwischen den Zellen hat. Das kann die ersten 2-3 Jahre gut funktionieren, aber auch bei hochwertigen Zellen treten mit der Zeit Unterschiede auf (Zellen mitten im Pack sind zb. wärmer) Bei Solchen Packs, kann wenn ein noch nicht allzu grosser Kapazitätsverlust aufgetreten ist die BMS durch eine mit Balance Funktion ersetzt werden.
Beim Laden des Akkus ist mit nur Schutzelektronik nichts Speziell zu beachten.

Simple analoge BMS

Analoge BMS verfügen über eine Balance Funktion die bei Erreichen der Ladeendspannung eines Strangs über einen Wiederstand anfängt einige Milliampere zu verheizen. So können die Stränge die noch nicht ganz oben sind, auch nach oben kommen bis das Abschaltkriterium des Ladegeräts oder eine Zelle, trotz aktiver Balance Funktion den Überspannungsschutz erreicht.
Wird der Akku zur Verlängerung der Lebensdauer nur teilgeladen so sollte doch ab und zu mal eine Vollladung gemacht werden damit das Balancing funtkioniert.

Smart BMS

Sogenannte Smart BMS verfügen über einen Micro Controller und über einen PC Anschluss oder ein Bluetooth Modul. Mittels App oder Software können je nach dem mehr oder weniger Parameter gesetzt werden. Vor dem Kauf unbedingt abklären welche Funktionen freigegeben sind. Über die App sind meist die Einzel Zellspannungen die Ströme (Laden/Entladen) und auch der Ladezustand zu sehen. Wie und ab welcher Spannung balanciert wird sollte einstellbar sein. Das Balancing erfolgt meist aktiv, d.h. dass über einen Kondensator Energie umgeladen wird.

Separate Port/Common Port

Separate Port BMS verfügen über2 Anschlüsse einen zum Laden und den andern zum Entladen. Der Grund: Mosfets (Bausteine wie Transistoren die die Sicherheitsabschaltung machen) haben eine Parasitäre Diode in Sperrichtung was bedeutet, dass wenn man am Ladeeingang den Motor Anhängt die BMS nicht vor Tiefentladung schützen kann und umgekehrt wenn man das Ladegerät an den Entladeanschluss hängt die Mosfet nicht vor Überladung schützen können. Für die Solare Anwendung sind diese BMS nur bedingt geeignet.

Common Port: hier sind 2 Reihen Mosfets gegengleich verschaltet und damit kann die Elektronik an nur einem Eingang sowohl vor Tiefentladung als auch vor Überladung schützen. Alle 3 BMS Typen sind so erhältlich. Ich empfehle wenn die Wahl besteht ein Common Port BMS.