Energiezellen
05-Aug-2000/07-01-06
PDA : EPOC : Hardware : Psion : Energie : Energiezellen : Übersicht
Allgemeines über Batterien
Eine Batterie ist ein Speicher elektrischer Energie. Sie besteht aus
mehreren, elektrisch in Serie verbundenen galvanischen Einzelzellen. Die in
ihnen gespeicherte chemische Energie wandelt sich direkt in elektrische
Energie um, sobald ein elektrischer Verbraucher angeschlossen wird -- daher
ist eine Batterie ein elektrochemischen Energiewandler.
Eine galvanische Zelle benötigt zur Energieumwandlung zwei Stoffe
(elektrochemisch aktive Elektroden unterschiedlicher Zusammensetzung), die
über einen Elektrolyten miteinander leitfähig verbunden sind:
- Die erste Elektrode besteht aus einem Metall (z.B. Zink, Lithium) und
bildet den negativen Pol der Zelle.
- Die zweite Elektrode besteht aus einer elektronenleitenden und
sauerstoffreichen Verbindung (z.B. Braunstein, Silberoxid oder
Nickelhydroxid) und bildet den positiven Pol der Zelle.
Je nach elektrochemischem System besitzt eine Zelle eine Spannung
zwischen 1,2 und 4 Volt. Wird eine Zelle über ihre Pole mit einem
elektrischen Verbraucher verbunden, liefert sie elektrische Energie und
verbraucht die im Inneren gespeichert chemische Energie.
Man unterscheidet zwischen nicht wiederaufladbaren Primärbatterien
und wiederaufladbaren Sekundärbatterien (»Akkus«). Der Unterschied
liegt in den elektrochemischen Systemen:
Wiederaufladbare Systeme sind in ihrem Lade-/ Entladeverhalten umkehrbar
(reversibel), sowohl hinsichtlich ihrer Elektrochemie als auch der Struktur
ihrer Elektroden. Sekundärbatterien bieten eine höhere Belastbarkeit,
wohingegen sich Primärbatterien durch eine niedrigere Selbstentladung und
einen höheren Energieinhalt (Ausnahme: Lithium-Ion Batterien) auszeichnen.
Die Selbstentladung ist bei Sekundärbatterien im Vergleich zu
Primärbatterien besonders hoch. Der Hersteller Varta gibt die
Selbstentladung der Sekundärbatterien mit 15% bis 25% pro Monat bei
Raumtemperatur an (je nach elektrochemischem System). Bei Primärbatterien
soll die Entladung lt. Varta bei ca. 2% pro Jahr liegen. Dadurch werden auch
die sinnvollen Einsatzfelder der Primär- und Sekundärbatterien klar:
- Ständige Nutzung des Verbrauchers: Sekundärbatterien z.B.
Mobiltelefone, Mobile Datenerfassungsgeräte
- Gelegentliche Nutzung des Verbrauchers: Primärbatterien z.B.
Sicherungsbatterie um den Speicher zu erhalten.
Prinzipiell gilt: Je höher die Temperatur, desto höher der
Energieverlust. Zu empfehlen ist eine
Lagerhaltung bei ca. 0°C bis 10°C.
Kaufempfehlung Primärbatterien
Zu bevorzugen sind Alkali-Mangan-Batterien, da es bei diesen gelungen
ist, das Risiko des Auslaufens gegenüber den Zink-Kohle-Batterien weiter zu
reduzieren. Zudem konnte lt. Varta der Energieinhalt der
Alkali-Mangan-Batterien gegenüber den Zink-Kohle-Batterien nahezu
verdoppelt werden.
Kompatibilität von Sekundärbatterien (Akkus)
Der Memory-Effekt
Der Lazy-Effekt
Jedes Gerät welches Batterien nutzt, in deren Bauart auch Akkus
angeboten werden, kann mit diesen betrieben werden.
Beispiel: Eine Alkali-Mangan-Zelle (Primärbatterie) bietet eine
Anfangsspannung von 1,5 Volt die während der Entladung auf 0,9 Volt und
darunter abfällt.
Eine Sekundärbatterie liefert bis zur vollständigen Entladung eine
Versorgungsspannung von 1,2 Volt und liegt somit etwa im Mittel der
Betriebsspannung einer Primärbatterie.
Einige Hersteller raten vom Betrieb mit Akkus ab (meist Geräte zur
Datenspeicherung). Das hat
folgenden Grund:
Primärbatterien liefern eine zum Ende hin langsam abflachende
Versorgungsspannung. Somit ist der Moment der Abschaltung verhältnismäßig
leicht vorherzusagen.
Sekundärbatterien liefern bis zur Entladung ihre volle Leistung und
schalten dann abrupt ab. Dadurch ist es kaum möglich den Moment der
Abschaltung vorherzusagen, wodurch Speicherhaltende Geräte unter Umständen
Daten verlieren können.
Eine interessante Möglichkeit um den Leerzustand zu bestimmen, sind
sogenannte "Smart"-Batterien. Bislang werden diese nach meinem
Wissen nur in Notebooks eingesetzt. Diese sind mit einem Chip ausgestattet
mit dessen Hilfe es möglich ist, den genauen Energiestand, die Häufigkeit
der Ladung, die Temperatur usw. auszulesen.
Kaufempfehlung Akkus
Lithium-Ion-Batterien (soweit möglich mit "Smart"-Technik)
sind die derzeit beste Wahl. Ein Memory-Effekt entsteht in diesen Akkus
nicht, da kein Cadmium benutzt wird. Der Energieinhalt ist im Vergleich zu
den restlichen Akkutypen sehr hoch. Diese Batterien werden nicht als
Rundzellen (Mignon, Micro usw.) angeboten.
Nickel-Metallhydrid-Batterien sind vom Preis-Leistungsverhältnis her,
als sehr gut zu beurteilen. Auch diese Batterien unterliegen nicht dem
Risiko des "Memory-Effekts" und sind auch als Rundzellen
erhältlich. Aufgrund der hohen Leistung sind diese Akkus für
Handheld-Computer, die Standard-Batterien nutzen, sehr zu empfehlen.
Nickel-Cadmium-Batterien sind die günstigsten Akkus. Diese haben
aufgrund des häufig auftretenden Memory-Effekts im Regelfall die kürzeste
Lebensdauer.
Das bedeutet, Nickel-Metallhydrid- und Lithium-Ion-Batterien können auch
ohne größeres Risiko nachgeladen werden ohne diese vorher zu Entladen.
Sinnvoll ist allerdings, auch diese Akkus gelegentlich zu entladen, um dem
"Lazy-Effekt" vorzubeugen bzw. die Batterien zu trainieren.
Nickel-Cadmium-Batterien sollten auf jeden Fall komplett entladen werden,
bevor diese wieder vollständig geladen werde.
Aufladen von Batterien
Prinzipiell gilt: Aufgeladen werden können nur dafür vorgesehene
Batterien (Sekundärbatterien, Akkus). Es ist zwar grundsätzlich möglich,
Alkali-Mangan-Batterien zu "laden", es handelt sich hierbei aber
eigentlich eher um eine "Regeneration" dieser Primärbatterien.
Beim Regenerieren von Primärzellen ist zu beachten:
- Eine Regeneration ist nur möglich, wenn nicht mehr als 30% der
Kapazität (ausgehend von der maximalen Kapazität) entnommen wurden.
- Es ist ein besonderes Ladegerät erforderlich.
- Alkali-Mangan-Batterien lassen sich nur ca. 20mal und nur mit einem
speziellen Ladegerät regenerieren.
Beim Laden von Sekundärbatterien zu beachten:
- Vor der ersten Nutzung sollten Sekundärbatterien einen vollständigen
Ladezyklus durchlaufen (vorzugsweise keine Schnellladung).
- Ladevorgänge möglichst nicht vorzeitig abbrechen.
- Akkus vor dem nächsten Ladevorgang möglichst komplett entladen.
(auch für Lithium-Ionen- und Nickel-Metallhydrid-Batterien zu Empfehlen
um dem Lazy-Effekt vorzubeugen)
- Nicht bei Temperaturen von unter 0°C laden
- Nur entsprechende Ladegeräte für den jeweiligen Akkutyp verwenden.
(sollte in der Anleitung aufgeführt sein)
Problematisch ist das Laden von Akkus immer, wenn diese nicht zusammen
entleert werden/wurden. Nutzt Ihr Akkus in verschiedenen Geräten, ist auch
die Restladung der Akkus im Regelfall unterschiedlich. Sofern Ihr ein gutes
Ladegerät (siehe oben) nutzt, wird den Akkus nur soviel Energie zugeführt,
wie auch der Akku mit der höchsten Restladung aufnehmen kann. Somit werden
einige Akkus nicht vollständig geladen.
Ein weiteres Problem tritt auf, wenn die Akkus nicht zusammen geladen
werden.
Wenn zwei Akkus gemeinsam entladen werden, deren Ladezustand etwas
auseinander liegt, wird der "schwächere" Akku schneller den
Leerzustand erreichen. Insbesondere bei Geräten, die auch mit niedriger
Spannung noch gut funktionieren werden die entleerten Akkus durch den/die
noch geladenen umgepolt und somit unkontrolliert tiefenentladen.
Somit ist es Empfehlenswert, immer nur die Akkus gemeinsam zu
laden/entladen, die auch gemeinsam geladen bzw. entladen wurden.
Netmarks
Weiterführende Materialien zur Akkutechnik:
Kefk Network : 
Personal Digital Assistants |
About |
Wiki
