Wann ist die Batterie ein Akkumulator (AKKU)?
Eine Batterie ist ein Speicher für elektrische Energie. Sobald diese Batterie wieder aufgeladen werden kann, ist sie genau genommen ein Akku.
Eigenschaften einer Batteriezelle
Kapazität (Ah = Amperstunden)
Die Amperstunde ist die Ladungsmenge, die innerhalb einer Stunde durch einen Leiter fließt, wenn der elektrische Strom konstant 1 A beträgt.
Leistung (W = Watt)
Watt beschreibt die abgegebene Leistung. Eine Wattstunde (Wh) beschreibt die Energiemenge, die in einer Stunde bereitgestellt wird.
Energieinhalt (J/m³ oder J/kg)
Die gespeicherte elektrische Energie pro Masse oder Volumen. Einheit: Ws/m³ oder Ws/kg.
Selbstentladung
Galvanische Zellen entladen sich während der Lagerung selbst. Die Rate hängt vom Batterietyp und der Temperatur ab – niedrigere Temperaturen reduzieren die Selbstentladung.
Batterie-Typen
Bleibasierte Nass-, Gel- oder AGM-Akkus
Herkömmliche Nassbatterien mit Schraubverschlüssen für die Nachfüllung von destilliertem Wasser bleiben trotz technologischer Fortschritte kostengünstig. Beim Laden werden Wasserstoff und Sauerstoff freigesetzt, was eine regelmäßige Kontrolle des Wasserstands und eine gute Belüftung erfordert.
„Geschlossene“ (wartungsfreie) Akkumulatoren mit eingebautem Wasserreservoir halten etwa drei Jahre.
Nass-Akku-Typen
Typ „SLI“ (Starting, Lighting, Ignition)
Dünne Bleiplatten, geringer Innenwiderstand, hohe Stromaufnahme. Einschränkungen: wenige Ladezyklen, maximale Entladung ~40%, Gasgefahr, nicht für geneigte Anwendungen geeignet, kurze Lebensdauer. Vorteil: niedriger Anschaffungspreis.
Typ „EFB“ (Enhanced Flooded Battery)
Als Starter- und teilweise Verbraucherbatterie einsetzbar, mit dünnen Bleiplatten und Polyestervlies zwischen den Platten für längere Lebensdauer. Bietet ca. doppelte SLI-Ladezyklen; maximale Entladung ~40%; Gasgefahr; nicht für geneigte Anwendungen geeignet; längere Lebensdauer als SLI.
Gel- und AGM-Akku
Beide Typen haben hermetisch versiegelte Zellen mit Überdruckventilen. Wasserstoff und Sauerstoff, die beim Laden entstehen, durchlaufen eine „Rekombination“ zurück zu Wasser, statt zu entweichen.
Gel-Akku
Der Elektrolyt (Schwefelsäure-Wasser-Gemisch) wird durch Zugabe von Kieselgel gelartig. Vorteile: auslaufsicher, kippsicher, wartungsfrei, längere Haltbarkeit als Nassbatterien, reduzierte Selbstentladung. Gel-Batterien überstehen neun und mehr Monate ohne Nachladung. Nachteil: höherer Ionenwiderstand als Nasstypen begrenzt die Hochstromentladung – ungeeignet als Starterbatterie, nur als Verbraucherbatterie einsetzbar. Erfordert längere Ladezeiten, bietet aber hohe Ladezyklen; maximale Entladung 60-70%; für geneigte Anwendungen geeignet.
AGM-Akkus
Absorbent Glass Mat – moderne Bleiakku-Variante mit Elektrolyt in Glasfasermatte gebunden. Vorteile: geringe Selbstentladung (Nachladen nur alle sechs Monate bei Lagerung unter 20°C nötig), auslaufsicher, kippsicher, für alle geneigten Anwendungen geeignet (ideal für Boote/Yachten). Glasmatte bremst Ionenfluss weniger als Gel – ermöglicht schnelleres Laden mit stärkerem Strom und höhere Stromabgabe. Komplett wartungsfrei, hohe Ladezyklenanzahl.
Ladetechnik für Blei-Akkus
Das richtige Laden beeinflusst die Lebensdauer und Leistung der Batterie erheblich. Eine Polvertauschung zerstört die Batterie. Es ist wichtig, das Ladegerät auf die Batteriespezifikationen laut technischem Datenblatt abzustimmen und ein modernes elektronisch geregeltes Ladegerät mit individuell einstellbarer IUoU-Ladekurve zu verwenden.
Bei größeren Abständen zwischen Batterie und Ladegerät empfiehlt sich eine „Batterie Sense-Leitung“ zur Übertragung der exakten Ladespannung. Das Ladegerät sollte einen Temperatursensor zur Anpassung der Ladekurve basierend auf der Batterietemperatur unterstützen.
Lithiumbasierte Akkus
Lithium-Ionen-Batterien unterscheiden sich wesentlich in ihrer chemischen Struktur (Elektrodenmaterial und Elektrolyte), was sich auf Energiedichte, Zellspannung, Temperaturempfindlichkeit, Lade-/Entlade-Endspannungen und maximale Stromgrenzen auswirkt.
Es ist wichtig, den genauen Lithium-Batterietyp anzugeben (Lithium-Polymer oder Lithium-Eisen-Phosphat) statt allgemein „Lithium-Ionen“ zu sagen.
Allgemeine Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien
- Zellen sind gasdicht verschlossen
- Funktionieren lageunabhängig
- Energiedichte: ca. 150 Wh/kg (verglichen mit 30-40 Wh/kg bei Blei)
- Temperaturabhängige Selbstentladung: nahezu null bis acht Prozent monatlich
- Zellchemie verträgt weder Überladung noch Tiefentladung
Vorteile von Lithium-Batterien
Geeignet als Starter-, Verbraucher- oder Elektroantriebsbatterie. Hohe Ladezyklenanzahl, sehr geringer Innenwiderstand, hohe Stromfähigkeit, sehr kurze Ladezeit, Entladung bis 98% möglich (abhängig vom Lithium-Typ), für geneigte Anwendungen geeignet, komplett wartungsfrei, sehr geringe Selbstentladung, hohe Energiedichte bei kleinem Volumen und geringem Gewicht.
Nachteil: höherer Anschaffungspreis im Vergleich zu Blei-Akkus.
Ladetechnik für Lithium-Akkus
Lithium-Batterien erfordern spezielle Ladegeräte, die auf die jeweilige Zellchemie (Lithium-Polymer oder Lithium-Eisen-Phosphat) abgestimmt sind. Die Ladekurve und Endspannungen unterscheiden sich erheblich von Blei-Akkus.
BMS – Battery Management System
Ein BMS ist ein Batteriemanagementsystem, welches zusammen mit dem Ladegerät und der Batterie kommuniziert. Es überwacht Ladezustand, Temperatur, Strom und Spannung der einzelnen Zellen.
Bei Lithium-Batterien ist ein BMS zwingend erforderlich, da die Zellchemie weder Überladung noch Tiefentladung verträgt. Das BMS schützt die Batterie vor diesen Zuständen.
Moderne BMS-Systeme bieten zusätzlich Funktionen wie Cell-Balancing, Datenlogging und Fernüberwachung über Bluetooth oder WLAN.