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Schadet schnelles Laden Ni-MH-Akkus? Wie lädt man Nickel-Metallhydrid-Akkus richtig auf?
Unter vielen unserer Kunden herrscht nach wie vor die Überzeugung, dass je langsamer wir einen Akku laden, desto besser ist es für seinen Zustand und seine Lebensdauer. Leider ist es sehr einfach, seine Akkus unbewusst zu beschädigen. Wenn wir neue AA-Akkus mit einem Strom von 200-300 mA laden, nutzen wir mit großer Sicherheit ihr volles Potenzial nicht aus und können sie sogar beschädigen. Die grundlegende Frage ist, was in der Tat zu schnelles oder zu langsames Laden bedeutet.
Es ist verständlich, dass wir die Akkus nicht durch zu schnelles Laden zu schnell abnutzen wollen.
Man muss sich jedoch bewusst sein, was schnelles Laden tatsächlich bedeutet. Vor Jahren waren 15, 30, 45-minütige Ladegeräte in Mode. Das waren tatsächlich schnelle Ladegeräte.
Diese Ladegeräte hatten eine Ladeleistung von 2A und mehr pro installiertem Zelle.
Im Allgemeinen passiert bei Ni-MH-Technologie mit dem Akku nichts Schlimmes, solange die Temperatur während des Ladevorgangs regelmäßig 50 °C nicht überschreitet. Diese Grenze wurde bei diesen schnellen Ladegeräten ziemlich oft überschritten, und die Ladegeräte sind praktisch vollständig vom Markt verschwunden.
Die Ni-MH-Technologie gilt als allgemein sicher, unter anderem aufgrund der nicht-invasiven Möglichkeit, den Überschuss an zugeführter Energie in Form von Wärme abzuleiten - solange die Wärme im Zaum gehalten wird, sollten keine Schäden am Akku auftreten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass für einen neuen Akku mit 2000 mAh eine Stromstärke von 1A (Ladezeit etwas über 2 Stunden) noch nicht übermäßig hoch ist, reale Probleme mit Wärme treten erst bei Werten von 1C auf (wobei C die Kapazität des Akkus ist), also 2000mA für einen 2000 mAh Akku, 2600mA für einen 2600 mAh Akku usw.
Ich weiß bereits, wann wir von schnellem Laden oder hoher Ladeleistung sprechen, ich verstehe jedoch nicht, woher die Probleme mit langsamem Laden oder zu niedriger Ladeleistung kommen?
Das Laden eines typischen Ni-MH-Akkus endet, wenn die Spannung am Akku den maximalen Wert erreicht (dieser Wert kann für jeden Akku und sogar für jeden Ladezyklus unterschiedlich sein, da er von vielen Faktoren abhängt, wie Temperatur oder Ladeleistung), und dann beginnt sie langsam zu sinken. Das Problem ist, dass bei einer Stromstärke von 0.1C (z.B. 190 mA für einen 1900 mAh Akku) dieses Phänomen niemals eintreten wird. Bei 0.2C (380 mA für einen 1900 mAh Akku) wird der Effekt immer noch minimal sein. Wir werden dies weiter unten in den entsprechenden Diagrammen zeigen.
Auf meinem Akku mit einer Kapazität von 1900 mAh steht jedoch deutlich "Standardladung: 190 mA für 16 Stunden".
Die Angabe "Standardladung" in der Form, wie wir sie auf den Akkus sehen (unabhängig vom Hersteller), ist eine Anforderung der IEC/EN-Normen - sie bezieht sich auf das Laden eines zuvor auf 1.0V entladenen Akkus mit 0.1C über einen Zeitraum von 16 Stunden - ohne jegliche Automatik, Spannungsüberwachung usw.
In der Ära fortschrittlicher Ladegeräte ist diese Angabe / Anforderung weitgehend sinnlos und hat nichts mit einer realistischen Empfehlung zu tun. Dennoch muss sie grundsätzlich auf dem Akku angebracht werden, da sie die Bedingungen festlegt, unter denen der Hersteller die Erreichung der minimalen Kapazität des Akkus garantiert.
Wie sieht das Ladeverhalten des Akkus bei Strömen von 0.1C, 0.2C, 0.5C und 1C aus? Was sind die Konsequenzen eines solchen Ladevorgangs?
Wir veranschaulichen dies am Beispiel des Akkus everActive Silver Line AA R6 2000 mit einer minimalen Kapazität von 1900 mAh.
1. Laden mit 0.1C, also 190 mA für einen 1900 mAh Akku.
Es wird angenommen, dass bei einer so niedrigen Ladeleistung das Laden etwa 14-16 Stunden dauern sollte. Der einzige Indikator für eine vollständige Aufladung ist hier die Zeit und die Tatsache, dass die Spannung am Akku zu einem bestimmten Zeitpunkt stabilisiert wurde, obwohl sie weiterhin langsam ansteigt.
Wie man sieht, steigt die Spannung am Akku auch nach 16 Stunden weiterhin an, obwohl der Akku bereits vollständig aufgeladen wurde. Unter diesen Bedingungen kann jedes automatische Ladegerät Probleme haben, die vollständige Aufladung korrekt zu bewerten. Infolgedessen wird der Akku sehr oft nicht vollständig geladen oder überladen - bei regelmäßigem Überladen führen wir zu einer schnelleren Abnutzung unserer Zellen. Bei regelmäßigem Unterladen kann unsere Zelle vom sogenannten "schlappen Akku"-Effekt betroffen sein, und wir können Probleme haben, seine Möglichkeiten vollständig auszuschöpfen.
2. Laden mit 0.2C, also 380 mA für einen 1900 mAh Akku.
Der Akku wurde in etwa 6 Stunden aufgeladen. Unter diesen Bedingungen ist bereits ein minimaler Spannungsabfall am Ende des Ladevorgangs sichtbar. Wie wir weiter unten zeigen werden, ist dies jedoch eine sehr geringe Veränderung.
Der Spannungsabfall bei 0.2C betrug nur 3 mV. Gute mikroprozessorgesteuerte Ladegeräte sind in der Lage, Unterschiede von 2-3 mV zu erkennen, und das Laden unter diesen Bedingungen hat die Chance, korrekt zu enden. Aufgrund der sehr geringen Natur der Veränderung (des Abfalls) der Spannung in der letzten Phase birgt diese Art des Ladens jedoch weiterhin das Risiko einer falschen Bewertung der Aufladung durch das Ladegerät.
Wenn unser Ladegerät uns die Wahl der Ladeleistung ermöglicht, sollte der Wert von 0.2C als minimal betrachtet werden.
3. Laden mit 0.5C, also 950 mA für einen 1900 mAh Akku.
Das Laden dauerte etwas mehr als 2 Stunden. Diesmal ist bereits ein recht charakteristischer Spannungsanstieg am Ende des Ladevorgangs sichtbar. Die Veränderung ist bereits deutlich sichtbar.
Der Spannungsabfall bei 0.5C betrug hier 15 mV. Die meisten Ladegeräte sollten nun keine Probleme mehr haben, den Moment der vollständigen Aufladung korrekt zu bewerten.
Bei einer Ladeleistung von etwa 1000 mA in kompakten, beliebten Ladegeräten kann jedoch ein thermisches Problem auftreten, das mit der Wärmeentwicklung des Ladegeräts selbst zusammenhängt. Temperaturänderungen "von außen" können den Ladevorgang des Akkus effektiv stören, was manchmal auch zu einer Überhitzung führt.
Wenn wir die obigen Diagramme analysieren, wissen wir bereits, warum oft angenommen wird, dass die optimale Ladeleistung im Bereich von 0.2-0.5C liegt.
4. Laden mit 1C, also 1900 mA für einen 1900 mAh Akku.
Das Laden wurde in etwas mehr als einer Stunde abgeschlossen. Die Spannungsänderung ist sehr deutlich, ihr Abfall ist noch steiler. Wie wir sehen, desto höher die Ladeleistung, desto leichter ist der Spannungsabfall am Akku am Ende des Ladevorgangs zu erkennen.
Der Spannungsabfall betrug diesmal fast 20 mV. Der Unterschied ist relativ groß, jedoch war der Akku bereits am Ende des Ladevorgangs deutlich warm.
Wenn wir dazu mögliche Probleme mit der Überhitzung des Ladegeräts hinzufügen, können wir Probleme haben, die Temperatur des Akkus ausreichend niedrig zu halten, was zu einer erheblichen Überladung und Überhitzung des Akkus führen kann.
Bei Strömen von etwa 1C wird oft empfohlen, das Ladegerät aktiv zu kühlen oder zusätzliche, empfindliche Temperatursensoren zu verwenden.
Bei einer Ladeleistung von 1C und höher kann es auch vorkommen, dass der Akku leicht unterladen wird - das Laden kann vorzeitig beendet werden, da die Temperatur schnell ansteigt.
Zusammenfassend sind Ströme von 0.1C (p.1) oft zu niedrig, um den Moment der vollständigen Aufladung automatisch und korrekt zu erkennen. Natürlich gibt es auf dem Markt Ladegeräte, die das können, jedoch müssen wir uns beim Kauf des einfachsten Ladegeräts, bei dem der Hersteller eine Ladezeit von 10 Stunden oder länger angibt, der möglichen Konsequenzen und Kompromisse im angenommenen Ladealgorithmus bewusst sein.
Ströme von 0.2C-0.5C (p.2,p.3) gelten als die optimalsten, da sie den automatischen Ladegeräten eine korrekte Bewertung des Moments der vollständigen Aufladung des Akkus ermöglichen. Bei diesen Strömen besteht auch das geringste Risiko einer Überhitzung des Akkus.
Ströme von 0.5C-1C (p.4) - bei diesen Werten ist die Umgebungstemperatur und die Temperatur des Ladegeräts während des Ladevorgangs wichtig - plötzliche Temperaturänderungen können den Ladevorgang stören und zu einer gefährlichen Überhitzung des Akkus führen. So hohe Ladeleistungen erwärmen auch Akkus, die bereits teilweise abgenutzt und erschöpft sind, deutlich mehr.
Ströme über 1C - das ist bereits das, was wir als zu hohe Ladeleistung bezeichnen. Wir empfehlen, die regelmäßige Verwendung von Ladegeräten mit 15-30 Minuten Ladezeit zu vermeiden. Zwar haben diese Ladegeräte oft zusätzliche Kühlung, jedoch haben sie oft Probleme mit der präzisen Aufladung der Akkus und können zu einer schnelleren Abnutzung führen. Oft gibt es auch Probleme beim Laden von teilweise abgenutzten Akkus.
Autor: Michał Seredziński
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Witam ! Dziękuję serdecznie za obszerne i profesjonalne informacje*Bardzo mi pomogły w przygotowaniu do powrotu, do używania akyumulatorków NiMh*Pozdrawiam !1412
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najbardziej zaciekawiło mnie to że 1,9Ah aku przyjął (odczytane z wykresu):
0,1C - 3,1Ah
0,2C - 2,6Ah
0,5C - 2,2Ah
1,0C - 2,2Ah
więc zasadnicze pytanie brzmi dla jakiego prądu rzeczywista ilość zgromadzonej energii była największa?1333
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W każdym z tych przypadków rzeczywista ilość energii przyjęta przez akumulator była niemal identyczna, choć przy najwyższych prądach ładowania jest minimalnie (o kilka procent) niższa.
Akumulator Ni-MH będzie "przyjmował" tak długo energię jak długo będziemy ją do niego dostarczali. Ta chemia ma tą zaletę, że nadwyżki energii, której nie jest w stanie przyjąć wytraca w formie ciepła - o ile tego ciepła nie ma zbyt dużo, wówczas jest to proces dość bezpieczny, z niewielkim wpływem na żywotność samego ogniwa.
Niemniej zauważona obserwacja jest zgodna z praktyką - ogniwo 1,9Ah przy 0,1C zgodnie z odpowiednią normą IEC/PN-EN ładujemy do 3040 mAh - bez żadnej automatyki, licząc się z tym, że akumulator zostanie przeładowany - jednak z uwagi na niski prąd ładowania, ilość wydzielonego ciepła na akumulatorze będzie niewielka.
Przy 0,2C mamy jeszcze teoretycznie 2 wyjścia - albo ładujemy ogniwo przez ok. 6,5h bez żadnej automatyki - ogniwo 1900 mAh jest wtedy ładowane do ok. 2500 mAh. Tutaj już ilość ciepła będzie istotnie wyższa, mimo mniejszego przeładowania ogniwa.
Dlatego przy prądach 0,2C i wyższych potrzebna jest już zwykle dodatkowa automatyka, gdzie ładowarka stara się możliwie szybko wykryć moment pełnego naładowania ogniwa. Ilość władowanych mAh do pustego akumulatora stanowi zwykle wartość 105-120% jego faktycznej pojemności.
Teraz im wyższy prąd ładowania tym przeładowanie ogniwa liczone w mAh jest zwykle niższe - mimo to temperatura końcowa ładowania będzie wyższa wraz z wyższym prądem ładowania.
Przy prądach rzędu 2C zwykle ładowarka nie jest już w stanie bezpiecznie dostarczyć do akumulatora nawet 100% jego pojemności liczonej w mAh (temperatura jest już wysoka) - i taki akumulator może być niedoładowany.
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Jak zwykle pełen profesjonalizm. Też mi miło odświeżyć sobie dobrze zaprezentowane wiadomości. Pozdrawiam.1307
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Przepięknie opisany temat ładowania niklów, wiedzę na temat ładowania zdobyłem 15 lat temu, przypadkowo natrafiłem na tą stronę zobaczyłem 2 wykresy i przeczytałem całość w celu "odświeżenia". Używam liitokali 600 do przeróżnych ogniw litowych i niklów, ale nigdy bym nie wpadł na pomysł ładować niklowego prądem 1C ( 2 ampery) o.O przecież ładowarka go za szybko odetnie i będzie tylko w 3/4 naładowany swojej całej pojemności. Jeżeli już ktoś ma dany sprzęt na baterie AA lub AAA czy to lampa błyskowa czy to pilot, zegar, pad, diskman, postanowił używać akumulatorków niklowych, to niech nie mówi że "NIE MA CZASU" na ładowanie prądem 250-500 mA :) teraz 99% akumulatorków AA ma pojemność 2500 mAh, przyczyniając się do wzoru prądu 0,1C to ładowanie wynosi 250mA i takie też zalecam każdemu stosować w celu naładowania w pełni swojego aku, tzw. prąd dziesięciogodzinny, a w najgorszym przypadku używać 500mA.1246
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Panie Michale, to bardzo dobry artykuł wyjaśniający jak powinno się ładować akumulatory niklowo wodorkowe i niklowo kadmowe. Szkoda, że taka rzetelna wiedza nie jest przekazywana powszechnie. I bez głupich docinków jak na elektrodzie, gdzie 75% wątku to jałowa dyskusja, kpiny i kłótnie.1130
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Prosto, jasno i na temat. Brawo.512
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