Wie lange sollte man Akkus aufladen und andere Regeln für die Verwendung von Ni-MH-Akkus

Denke daran, dass Ni-MH-Akkus insbesondere Folgendes nicht mögen:

• Extrem niedrige Entladung - selbst mehrfache Entladung der Akkus unter 1,0 V und deren anschließende Lagerung in diesem Zustand führen zu einer schnellen und dauerhaften Zerstörung - man sollte den Ladezustand seiner Akkus überwachen und vermeiden, sie vollständig entladen zu lagern.
• Sehr langsame Entladung - die Verwendung von Akkus über einen langen Zeitraum (viele Monate), z.B. in Fernbedienungen für RTV-Geräte, führt zu einer Erhöhung ihres Innenwiderstands – mit steigendem Widerstand sinkt die Effizienz der Energieabgabe durch den Akku, was letztendlich zu einem vorzeitigen Verschleiß führt. Achten Sie auf die Produktlinien, die für diese Art von Geräten bestimmt sind, z.B. Eneloop für DECT-Geräte oder everActive Infinity Line

Was hat besonders negative Auswirkungen auf Ni-MH-Akkus?

• Nutzung und Lagerung bei extrem hohen (über 60 °C) und niedrigen (unter -20 °C) Temperaturen. Dies führt zu einem viel schnelleren Verschleiß.

Selbst wenn uns die beschriebene Technologie im Umgang mit Nickel-Metallhydrid-Akkus nicht völlig fremd ist, besteht eine große Chance, dass wir einige grundlegende Fehler gemacht haben, die zu einem schnelleren Verschleiß unserer Zellen geführt haben. Wir geben Beispiele für Stereotypen und überprüfen populäre Thesen, die derzeit erheblich an Wert verloren haben:

• Ist es besser für die Lebensdauer von Ni-MH-Akkus, wenn wir sie langsamer laden?
  Das ist derzeit in hohem Maße eine falsche Aussage, da die meisten modernen Ladegeräte für Ni-MH-Akkus gerade einen entsprechend hohen Ladestrom benötigen, um den genauen Zeitpunkt der vollständigen Aufladung zu bestimmen. Der minimale Wert des optimalen Ladestroms für gängige AA- und die leistungsstärksten AAA-Zellen beträgt etwa 400 mA. Ströme von 200 mA sind bei automatischen, mikroprozessorgesteuerten Ladegeräten nur für Akkus mit geringer Kapazität optimal.
• Verursacht eine vollständige Entladung des Akkus vor dem Laden, dass die Akkus länger ihre volle Leistung behalten?
  Absolut nicht - das ist ein Ratschlag, der vor vielen Jahren sehr wertvoll war, als Ni-Cd-Akkus (Nickel-Cadmium) noch weit verbreitet waren und einen sehr sichtbaren Memory-Effekt hatten. Solche Maßnahmen mit Ni-MH-Akkus führen zu einer erheblichen Verkürzung der Lebensdauer dieser Zellen. Dieses Thema werden wir in einem separaten Artikel ausführlicher behandeln.

Wie lange sollte man diese Akkus schließlich laden?

Wenn wir kein mikroprozessorgesteuertes Ladegerät haben, das die optimale Ladezeit und Spannung für uns auswählt, müssen wir die erforderliche Ladezeit selbst berechnen.
Im Gegensatz zu Autobatterien, die mit konstanter Spannung geladen werden, werden Ni-Cd- und Ni-MH-Akkus mit konstantem Strom (konstanter Intensität) geladen. Die einfachste Methode zum Laden besteht darin, die zu ladende Zelle einfach an eine Stromquelle mit einer Intensität von C/10 für etwa 14-16 Stunden anzuschließen. C steht hier für die Kapazität des Akkus (gemessen in Milliampere-Stunden - mAh) - erinnern wir uns, dass ein Akku mit einer Kapazität von 1000 mAh (also einer Ah - Amperestunde) in der Lage ist, einen Strom von 1A für eine Stunde abzugeben (oder einen Strom von 2A für eine halbe Stunde, 500mA für zwei Stunden usw.) Daher sollte ein vollständig entladener Akku mit einer Kapazität von 2000mAh gemäß dieser Methode 15 Stunden lang mit einem Strom von 200mA geladen werden.

Die beschriebene Methode ist ziemlich einfach und sicher - der Ladestrom ist so gering, dass er keine drastischen Nebenwirkungen bei zu langem Verweilen des Akkus im Ladegerät verursacht (der Akku überhitzt nicht übermäßig). Die Einfachheit der Methode - sowie des Schemas, das es ermöglicht, ein Ladegerät zu bauen, das sie verwendet - hat dazu geführt, dass die meisten zeitschaltgesteuerten Ladegeräte so funktionieren. Sie geben einfach einen konstanten Strom für eine bestimmte Zeit ab, nach der der Strom abgeschaltet wird (oder sie wechseln in den Erhaltungsmodus, mit einem sehr geringen Strom, der dazu dient, eine Selbstentladung des Akkus zu verhindern). Da die Ladezeit und der Ladestrom hier normalerweise „fest“ eingestellt sind, bedeutet diese Methode, dass wir in zeitschaltgesteuerten Ladegeräten Akkus mit Kapazitäten laden sollten, für die diese Ladegeräte ausgelegt sind. Diese Methode hat leider eine Reihe von Nachteilen - sie ist wenig effizient (geht von erheblichen Energieverlusten während des Ladevorgangs aus), und da wir keine Kontrolle darüber haben, wie viel Energie tatsächlich in den Akku geliefert wurde, wissen wir nicht, ob der Akku z.B. erheblich überladen wurde usw.

Wann sollte man den Strom abklemmen?

Die oben beschriebene Methode hat sich in Zeiten bewährt, als alle Akkus mehr oder weniger die gleiche, geringe Kapazität hatten. Heute, mit der Entwicklung aller Arten von tragbaren Geräten, sind auch immer leistungsstärkere Akkus entstanden (z.B. Panasonic 2500 mAh) - die, wenn sie auf herkömmliche Weise geladen werden, einfach nicht ihre gesamte Kapazität nutzen würden. Um dieses Problem zu lösen (und, wie wir sehen werden, gleichzeitig den Ladevorgang zu beschleunigen, ohne negative Auswirkungen auf die Lebensdauer der Akkus zu haben), wurden mikroprozessorgesteuerte Ladegeräte erfunden.

Die grundlegende Frage, auf die das Ladegerät „antworten“ muss, ist - „Wann ist der Akku bereits vollständig geladen?“ Leider ist es nicht einfach, eine Antwort zu erhalten. Wie wir gesehen haben, kann hier die Methode „nach Augenmaß“ angewendet werden - der Akku hat mehr oder weniger eine solche Kapazität, wenn wir ihn für mehr oder weniger diese Zeit laden, sollte er nicht zu stark überladen werden. Lassen Sie uns andere Möglichkeiten in Betracht ziehen - zunächst betrachten wir die Spannungsänderungen einer einzelnen geladenen Zelle während des Ladevorgangs.

Die Spannung am geladenen Akku hängt überhaupt nicht linear vom Ladezustand ab (nebenbei bemerkt - das verursacht ernsthafte Probleme, wenn wir z.B. herausfinden wollen, wie stark unser Akku entladen ist - die Spannung für 10% Kapazität ist fast identisch mit der für 60%). Glücklicherweise beginnt die Spannung jedoch gegen Ende des Ladevorgangs deutlich zu steigen (dieser Anstieg ist jedoch im Fall von Ni-MH-Akkus im Vergleich zu älteren Ni-Cd-Akkus deutlich geringer) - um sanft zu sinken, wenn der Akku vollständig geladen ist. Daher, um festzustellen, wann man aufhören sollte, den Akku zu laden (oder besser - wann man auf Erhaltungsladung umschalten sollte), „reicht es aus“, die Spannung an der geladenen Zelle zu überwachen - und den Strom abzuschalten, wenn sie zu sinken beginnt. Die Lösung scheint ideal zu sein! Leider gibt es ein Problem - der Spannungsabfall ist nicht sehr groß (er hängt proportional vom Wert des Ladestroms ab) - er beträgt normalerweise etwa 10mV für Ni-Cd-Zellen und etwa 2-3mV für Ni-MH-Zellen. Eine so geringe Spannungsdifferenz zu messen (außerdem von unsicherer Größe - wir müssen verschiedene Konstruktionen von Akkus, deren Nutzungsgeschichte, äußere Störungen berücksichtigen) ist keine einfache Aufgabe - dafür benötigt man genau diesen „Prozessor“ in mikroprozessorgesteuerten Ladegeräten!

Natürlich ist es schwer, einem so unsicheren Messwert als einzige Wissensquelle zu vertrauen, wann man das Laden beenden sollte. Daher haben sich auch die Hersteller von Ladegeräten die Temperaturcharakteristik der Zelle während des Ladevorgangs angesehen.
Mit dem Fortschritt des Ladevorgangs steigt auch die Temperatur der geladenen Zelle - und außerdem ist die gezeichnete Charakteristik bereits etwas linearer als die, mit der wir es bei der Spannung zu tun hatten. Auch diese Charakteristik wird von besseren mikroprozessorgesteuerten Ladegeräten zur Bestimmung des Zeitpunkts des Ladeabschlusses genutzt - der Strom kann sowohl auf der Grundlage des Anstiegs der Temperaturwerte über einen bestimmten Schwellenwert als auch im Moment des Überschreitens eines bestimmten Grenzwertes durch die Temperatur (die Geschwindigkeit ihres Anstiegs, gemessen in Grad Celsius pro Zeiteinheit) abgeschaltet werden. Man sollte auch nie den guten alten mechanischen Zeitschalter „für alle Fälle“ vergessen - der den Ladestrom abklemmt, falls sich das Laden zu lange hinzieht.

Wie kann man Akkus schneller laden?

Die Antwort auf diese Frage ist einfach - mit höherem Strom laden! Leider werden wir schnell feststellen, dass selbst bei Strömen der Größenordnung C/2 und höher unsere Zellen sehr schnell auf hohe Temperaturen erhitzt werden - was im Extremfall sogar die Zerstörung des Akkus oder dessen Auslaufen zur Folge haben kann. Wieder kommen uns die Prozessoren in den Ladegeräten zu Hilfe - wir können ihnen die Kontrolle über den Ladestrom anvertrauen, damit dieser schneller erfolgt - ohne unsere Akkus dabei zu schädigen. Im Folgenden präsentieren wir einige Szenarien für den Ladevorgang in verschiedenen Ladegeräten. Vor jedem Laden haben wir den Akku entladen - das garantiert, dass das Laden immer unter den gleichen Bedingungen erfolgt - von vollständig entladenen Zellen. Während des normalen Betriebs ist es nicht notwendig, den Ni-MH-Akku jedes Mal zu entladen, da dies seine Lebensdauer verkürzt (Entladung ist schließlich gleichbedeutend mit normalem Gebrauch des Akkus).
Der Patient war der Akku everActive Silver Line AA mit einer minimalen Kapazität von 1900 mAh.

• Laden mit 1C

Bedeutet die vollständige Aufladung des Akkus bereits in einer Stunde, jedoch wird die Zelle unter diesen Bedingungen sehr schnell heiß - diese Ladephase endet sofort, wenn die Temperatursteigerung der Zelle 1 Grad Celsius pro Minute überschreitet oder wenn ein Spannungsabfall am Akku in der Endphase der Aufladung festgestellt wird.

• Laden mit C/5

Endet, wenn ein Spannungsabfall am Akku festgestellt wird (zusätzliche Kriterien können auch Temperaturanstieg sowie Ladezeit sein)

• Laden mit C/10 und niedriger

Unter diesen Ladebedingungen ist der Spannungsabfall in der Endphase des Ladevorgangs völlig unsichtbar (die Spannung steigt die ganze Zeit langsam an), weshalb die meisten Ladegeräte Probleme haben werden, die vollständige Aufladung des Akkus korrekt automatisch zu erkennen - unter diesen Bedingungen sollte man vor allem die Ladezeit überwachen. Dies ist die ineffizienteste und einfachste Methode des Ladens, die in den meisten billigsten Ladegeräten verwendet wird, oft endet das Laden erst, wenn der Akku aus dem Ladegerät genommen wird. Diese Methode birgt auch das größte Risiko einer regelmäßigen Überladung des Akkus, was zu einem schnelleren Verschleiß führen kann.

• Erhaltungsladung mit C/100 - endet erst, wenn der Akku aus dem Ladegerät genommen wird - zielt darauf ab, ihn in einem permanenten Zustand der vollständigen Aufladung zu halten (man sollte beachten, dass z.B. liegen gelassene Ni-MH-Akkus bis zu 3% ihrer Ladung pro Tag verlieren können (außer bei Akkus der neuen Generation mit geringer Selbstentladung, z.B. Eneloop, die ungenutzt sehr langsam an Kapazität verlieren) - das bedeutet, dass sie sich innerhalb eines Monats vollständig entladen können!)

Wir empfehlen Ladegeräte:

everActive UC-4200 charger for cylindrical batteries Li-ion, Li-FePO4, Li-HV, Ni-MH, and 9V

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• charging current: 500 mA, 1000 mA for Li-ion / Li-FePO4, 500 mA for Ni-MH,
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28,60 € gross 28,60 € net

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Autor: Michał Serediński
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