Eigenheiten der Akkus T2

E-Bike, Pedelec, Elektrofahrrad
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doran

Eigenheiten der Akkus T2

Beitrag von doran »

Im 2.Teil die noch ausstehenden Akku-Eigenschaften. Braucht man nicht alles behalten, das man es mal gelesen hat
u einiges "hängen" bleibt reicht.

Am Beispiel des allen bekannten Bleiakku ( Starterakku-Auto) mal einge Begriffe erläutert. Im Prinzip verhalten sich alle
anderen Akkutypen vergleichbar. Die Werte variieren, die Abläufe sind analog .

Der Akku hat 6 Zellen in Reihe geschaltet - macht 6 x 2 V = 12 Volt Nennspannung. Diese 2V Nennspannung hat noch
folgende Geschwister, die untere Entladespannung, - mittlere Ladespannung, - Gasungs-Spannung, - Ladeschlußspannung.

Die untere Entladespannug liegt bei 1,7V pro Zelle = 10,2 für den Auto-Akku. Bei dieser Spannung abwärts setzt eine vermehrte
Bleisulfat-Kristall-Bildung ein. Diese Kristalle treten als Klumpen oder Ketten auf, Ihre Fähigkeit Ladungsträger zu speichern
nimmt stark ab. Der Akku verliert an Kapazität. Diese Kristallbildung beschleunigt sich durch noch stärkere Entladung u
schreitet mit der Zeit fort. Daraus folgt : nach Erreichen der Ladeschlußspannug unverzüglich nachladen. In gewissen Grenzen
wird die Kristallbildung bei sofortigem Laden zurückgeführt ( "der Akku erholt sich") Die kritische Grenze liegt im Stundenbereich
danach = die Kristallbildung unumkehrbar , der Akku hat endgültig Kapazität verloren.

Von unten nach oben betrachtet folgt dann die Nennspannung mit 2V bei Blei ( 1,2V bei NiCd u Nimh. u 3V bei Li-Ionen)
Diese Nennspannungen haben alle "Geschwister" nur andere Werte.

Dann kommt die mittlere Ladespannung, bei Blei 2,35 ... 2,38 V. Diese Spanmnug benutzt man bei Dauerladungen für
Akkus die im Langzeitbetrieb stets" voll" sein sollen - aber nicht" kaputtgeladen werden dürfen" - der Wert = ein Kompromiß
Man liegt knapp unter der Gasungs-Spannung sodaß Wasserverluste weitestgehendst vermieden werden. Dabei erreicht
der Akku etwa 75 - 80% seiner theoretischen Energiespeichermöglichkeit. Für Alarmanlagen u Wächter aller Art ausreichend.
Als Fahrakku fürs Pedelec nicht akzeptabel. Beim Pedelec-Akku wird bis zum "Stehkragen" vollgeladen.

Die Gasspannung liegt bei 2,4 - 2,42V pro Zelle. Hier wird ein rasch anwachsender Teil der Schwefelsäuere in Wasserstoff
u Sauerstoff zerlegt u verdampft. Die Säure dickt ein - der Flüssigkeisstand sinkt - wenn man nicht aufpasst bis unter die
Bleiplattenoberkante - Akku verliert an Kapazität - es treten im Folgenden irreparabele Schäden auf. Jeder erinnert sich daß
früher am Auto dauernd Wasser kontrolliert u nachgefüllt werden mußte. Das war die Folge der ungenauen elektromagnetischen
Regler - die erwischten den Punkt 2,4V zu ungenau - hatten oft 2,5V - der Akku wurde "trocken-geladen" Moderne Halblei-
terregler können leicht 14,2 - 14,4 + - 100mV regeln - die Gasung setzt ein kann aber bei geschlossenem System noch zum
Niederschlag gebracht werden. ( sogenannte wartungsfreie Akkus)

Darüber gelangt man zur Ladeschlußspannung , höchste beim Ladevorgang erreichbare Spannung . (nicht stabil)
Sie liegt bei Blei um die 2,75 ... 2,8V je nach Alter u Zustand. Sie hält nicht lange u sinkt in Minuten ab .Betreibt
man sofort einen Verbraucher so = sie nutzbar. Man holt das "Letzte" aus dem Akku heraus. So lade ich meinen Nimh-
Akku auf Ladeschlußspannung 28,3 V u fahre ohne Verzug los - unten fahre ich dann bis 18V mit Kurzeinbrüchen bis
16V - dann aber zu Hause ohne Verzug nachladen - sonst treten Kristallbildungen wie oben beschrieben auf.
So kann man den Akku ausreizen, - es = aber eine Gradwanderung - nur nachahmen wenn man die Akkueigenschaften
kennt, darum dieser Bericht .( sonst drohen Folgeschäden)
Der unproblematische Arbeitsbereich liegt beim Blei zwischen 2,25V u 1,75V = 13,5 V u 10,5V beim Auto-Akku
Beim Nimh-Akku am Rad wären das 26V u 18V ( für die 24V Ausführung )
Eine Besonderheit beim Auto-Akku = sein Mischbetrieb d.h. er wird geladen u parallel durch Verbraucher entladen.
Das zu analysieren führt hier zu weit, nur das es erwähnt wird. Beim Pedelecakku wird nur entladen darum einfachere
Verhältnisse.

Nun zu den Strömen - das = ähnlich wie mit den Spannungen.
Der Strom bei der die Kapazitätsangabe annähernd stimmt = der Nennstrom. Er liegt in der Regel um die 10 %. Beispiel
ein Akku von 10Ah wird mit 1A belastet (10%) so wird er die Spannung annähernd halten während 10 h u hat dann
seine 10 A abgegeben u = leer. Geht man unter 10% kann man mit einer größeren Stromausbeute rechnen , aber nicht
proportional mehr wie man weniger ( 10%) Strom entnimmt. (nichtlineare Zusammenhänge)
Geht man über 10% geschieht das Gegenteil, - auch nichtproportional.
Für die Praktiker ein paar Zahlen: nehmen wir einen 9Ah Pedelec-Akku u entladen ihn mit 0,4A (5%) so wird etwa 8,5-
8,8 Ah - Kapazität entnehmbar sein. Bei 0,9A (10%) etwa 7,5 - 8Ah bei 1,8 A ( 20%) etwa 6,5 - 7 Ah
bei 2,5 A etwa 6 -6,5 Ah. Wer sich das verinnerlicht, dem wird Manches klar.
Daraus folgt : die offizielle Kapazität kann nur entnommen werden bis max. 12% Strom, dann wirds weniger. Schaltet man
am Pedelec eine größere Unterstützungsstufe ein (für mehr Schub) passiert genau das, die entnehmbare Strommenge
verringert sich --- die Reichweite verkürzt sich bis zu einem - Drittel. Wer Strom sparen will - weil er weit kommen will -
sollte " Schleichfahrt" mit kleiner Unterstützungsstufe bevorzugen!

Dann gibt es noch den Maximalstrom ( beim Auto-Startvorgang wichtig u bei der Saxo ) beim Pedelec weniger von
Bedeutung. Den maximalen Fahrstrom beherrschen heute alle Akkus ( wird auch elektronisch begrenzt) das = der
Strom den der Akku teiben kann ohne bleibende Schäden an seiner inneren Struktur u damit der Kapazität zu erleiden.
Dabei darf die Spannung 10% unter Nennwert sinken - weniger 1min. auch 20% ( fürs Pedelec ohne Bedeutung)

Nun noch der Ladungserhaltuns-Strom, der = notwendig um den Akku keine Ladung verlieren zu lassen.Nach dem
Laden sinkt die Spannung stetig ab - er verliert an Ladung - will man das verhindern, muß man ausgleichen - heißt
nachladen. Dieser genaue Wert variiert von Akku zu Akku, in der Praxis hat sich 1 ...2 % als guter Wert bewährt.
Beispiel der 9Ah Pedelecakku wird mit 90 - 180 mA "voll-gehalten". Nach meiner Erfahrung reichen 90mA (1%) aus.
Ein geringerer Ladungserhaltung - Strom verursacht weniger Gas beim Erreichen der Gaspannung. Bei Blei-Gel
Akkus ein großes Problem, sie dürfen nur minimal gasen - bei Überdruck enweicht Gas (Flüssigkeit) u kann nicht
nachgefüllt werden . Der Wasseranteil in der Säure nimmt ab - steht für den elektrochemischen Wandel-Prozess
nicht mehr zur Verfügung. (Was das ist ? mehr dazu in Teil 3)
Ich stoppe hier um nicht zu" überziehen". Im 3. u. letzten Teil dann warum der Akku Strom speichert, die Batterie
aber nicht - dann wären wir mit den Grundlagen durch u frei für weniger " trockene Themen" . Ohne Grundlagen
fehlt später das Verständnis für andere Zusammenhänge, darum mußte das sein.
mit frohem Saxogruß an die Gemeinde Doran.
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Dieter-K
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Re: Eigenheiten der Akkus T2

Beitrag von Dieter-K »

Hallo Doran,
Ein wenig wusste ich davon. Aber bei mir ist alles nur Wissen für den fortgeschrittenen Normalverbraucher.
Du bist aber wirklich Experte und voll detailfähig! Zum tieferen Verständnis muss ich später nochmal lesen.

Stehen so spezifische Informationen auch in den reinen Pedlec-Foren? Kann ich mir kaum vorstellen...

Meine Hochachtung - Dieter
Sparky

Re: Eigenheiten der Akkus T2

Beitrag von Sparky »

Hallo Doran,

ein Referat von Format!
In mir steigt langsam eine Ahnung hoch,
wie sich manch' einer fühlt, wenn er meine Texte liest... :?

Frage zu der abnehmenden Kapazität in Ah je nach abgeforderter Stromstärke:
Ich dachte immer, die Ah bleiben wenigstens gleich, und nur die Verlustleistung im Akku nimmt zu durch den erhöhten Spannungsabfall im Akku. Würde ja heißen, dass die Schere quasi von BEIDEN Seiten zugeht: Weniger Ah UND zusätzlich noch mehr Verluste durch den Spannungsabfall??

Grüße - Sparky
doran

Re: Eigenheiten der Akkus T2

Beitrag von doran »

Hallo Sparky,
die elektrochemisch nutzbare Fläche im Akku wird mit der Zeit geringer weil kontinuierlich Zellen
ausfallen z.B. durch "Großmolekülbildung" ( bis hin zu "Klumpen") aber auch indirekt durch interne
zusätzliche Entladungen weil "Strombrücken" entstehen ( z.B. Bleischlamm auf dem Boden des Autoakkus) Da sich die Last ( der Fahrmotor ) nicht verändert steigt somit der Strom pro Flächeneinheit im Akku. Dies bewirkt einen höheren inneren Widerstand. Die Kapazität sinkt weil
einfach mehr und mehr Fläche ausfällt , elektrisch nicht mehr nutzbar - Innenwiderstand und
Kapazität verändern sich gemeinsam, ... Gruß Doran
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