Der Akku & die Ladezeit

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doran

Der Akku & die Ladezeit

Beitrag von doran »

Der Akku & die Ladezeit.

Da die Ladezeit für viele Nutzer ein großes Thema zu sein scheint,
welches Unsicherheiten nach sich zieht, heute ein paar Erklärungen
zum besseren Verständnis.
Grundsätzlich brauchen alle Ladungs & Energieträger Zeit um die
zu speichernde Energie auf zu nehmen. Das gilt für die Spule, wie
für den Kondensator als auch für den Akku. Da die Ladevorgänge
für Spulen & Kondensatoren im Bereich von nano .. milli sec. liegen,
sind sie für den Laien vernachlässigbar. Man blendet das aus. In der
Elektronik spielen diese Ladezeiten jedoch eine große Rolle.

Beim Akku zieht sich die Ladezeit über h hin. Vor noch ~ 10 Jahren
galt eine Ladezeit mit 1/10 C über 14 h als Standard. Heißt: es wurde
mit einem Zehntel der Kapazität 14 h geladen,- damit hatte man
theoretisch den Akku zu 140% geladen. Da in der Größenordnung
40% für Wärme & Fehlstellen im Gefüge verloren gingen, kam man
trotz allem zu brauchbaren Ergebnissen. Für Taschenlampen-Akkus
& verschiene elektronische Kleingeräte reichte das. Man erreicht so
Füllgrade um die 90% des theoretisch Möglischen.
Bei Starterakkus in Autos oder Motorrädern ( alles was eine
Lichtmaschine besitzt) ist die Sache noch unkritischer. Kurz nach dem
Start lädt die Lichtmaschine wieder auf & regelt kurz über der
Gasspannung von 13,8 V ab. ( Üblich sind 14,2 ..14,5V ) Bei der
Saxonette erreicht die Ladespannung ~ 13,8 V, dabei fließen durch den
hohen Innenwiderstand der Spule so geringe Ströme ( ca. 10..20 mA )
daß ein Überladen des Akkus ausgeschlossen werden kann. Die
Komponenten sind angepasst. Bei leerem Akku bewegt sich der
Ladestrom bei der Saxonette in der Größenordnung ~ 100 mA. Will man
das nachmessen bedarf es zur Strommessung (in Reihe ) eines
niederohmigen Messgerätes - bei Spannugsmessung (parallel) muss das
Gerät hochohmig sein ( > 1M-Ohm / Volt ) andernfalls kommt es zu
gravierenden Meßfehlern.

Beim Pedelec-Akku haben wir ganz andere Verhältnisse.
Hier geht es darum einen hohen Füllgrad nachhaltig zu erreichen.
Heißt: Der Füllstand soll sich der 100%-Marke eng nähern & nach
Abschluß der Ladung möglichst geringen Spannungsabfall nach sich
ziehen. Jeder kennt das Phenomen, man lädt den Auto - Blei - Akku
auf 14,5V wartet einen Tag & stellt fest, die Spannung ist auf 12,8V
abgesunken. ( ärgerlich ) Startet man sofort nach der Ladung kann
man durchaus den Startvorgang mit 14,3..14,4 V einleiten. Im Winter
kann das helfen. Pedelecakkus & die dazugehörigen Ladegeräte
versuchen den "Anfangsspannungsabfall" zu minimieren, ausschalten
widerspricht der Physik. Betrachtet man die Akkuentwicklung, so sind
die Verbesserungen erheblich, in den letzten 10 Jahren.

Für diejenigen die es etwas genauer wissen wollen, geht das so:
Der Ladevorgang folgt einer "Gauss-Kurve" deren vertikaler Zeiger den
Anteil der Ladungsträger ( Moleküle) bis zum Scheitelpunkt ( 100% )
abbildet, auf der waagerechten Achse läuft die Ladezeit ab. Heißt:
in einem Zeitabschnitt werden entsprechend der Kurve immer Ladungs-
träger aktiviert, aber nie 100%. Im nächsten Zeitabschnitt werden von
den noch nicht aktivierten Ladungsträgern wieder viele aktiviert, aber
nie 100%, dann kommt der 3.Zeitabschnitt - das Spiel wiederholt sich.
So nähert sich der Füllgrad des Akkus langsam der 100%-Marke ohne
sie wirklich zu erreichen. Da ein Teil der Ladungsträger chemisch
instabil sind, geben sie ihre Ladung vorzeitig ab ( sie kippen zurück )
ohne wirksame Arbeit verrichtet zu haben. Dieser Prozeß folgt ebenfalls
einer Gauss - Kurve, nur in entgegengesetzter Richtung. Er ist
verantwortlich für die ungeliebte Selbstentladung.

Gibt man den Entwicklern von Akkus & Ladegeräten für den
Ladeprozess genug Zeit - als Parameter, so stellen sich vernünftige
Fortschritte in der Entwicklung ein. Akku - Entwickler & Ladegerät -
Entwickler müssen Hand in Hand arbeiten & jeder muß etwas vom
Fach des Anderen verstehen, - sonst wird das nichts. Kommt nun
Jemand & verlangt die Ladezeit drastisch zu verkürzen, so kommt das
der Forderung nach der Quadratur des Kreises nahe. Geladen wird
heute standardmässig mit gepulstem Gleichstrom - früher mit
geglättetem oder geregeltem Gleichstrom. Der gepulste Gleichstrom
kann in Grenzen Kristallbildungen rückgängig machen. In jedem Fall
verhindert er in erheblichem Maße die Neubildung von Kristallen. Kristalle
stehen für "Umladungen" nicht mehr zur Verfügung, je mehr es davon
gibt, umso mehr verliert der Akku an Kapazität. Da hier gute Fortschritte
gemacht wurden, kommt man heute mit max. Ladezeiten von 8h hin.
Um den Kunden entgegen zu kommen, legen sich viele Firmen als
Kompromiß auf 6 h fest. Das sollte man auch aktzeptieren. Wenn nun
im Einzelfall 4h vorgegeben werden, ist das auch kein Drama - besser
für den Akku ist aber jeweils die längere Ladezeit. Vor Jahren hieß es:
Akku immer ordentlich leer fahren, dann laden. Heute ist es zulässig
im Wechsel leer fahren & teilnachladen. Das kann angenehm sein,
wenn man nicht mit halbvollem Akku "auf Tour" gehen will. Die Akkus
sind allgemein robuster geworden & lieben eigentlich eine
"Wechselbehandlung". Gelegentliches schnelles Aufladen oder halbvolles
Nachladen machen nichts aus. ( gelegentlich - kann heissen 1: 5 )

Die Ladezeiten bewegen sich im Mittel zwischen 3 ... 6 h. Das bedeutet
schon einen guten Kompromiß, wer Zeit hat, wählt 6 Stunden Ladezeit
oder 8h - der Akku dankt es mit einem höheren Füllgrad & einem
längeren Leben bei verringerter Selbstentladung am Anfang. Unter 3 h
sollte man nicht gehen, höhere Selbstentladung am Anfang & vorzeitige
Alterung sowie eine geringere Befüllung sind der Peis "für die Ungeduld"!
Auf längere Sicht steigt die Gefahr der Kristallbildung
( die Kapazität lässt nach )
Für den Normal - Anwender gilt, benutze das mitgelieferte Ladegerät, es
stellt einen ausgereiften Kompromiß dar - wenn man die Wahl hat, sollte
man sich für die verlängerte Ladezeit im eigenen Interesse entscheiden.
Akku & Ladegerät sind in 5..6 Jahren sicherlich veraltet, die Enwicklung
wird über sie hinweg gegangen sein. Langfristiges Denken oder Planen
ist an dieser Stelle nicht möglich.

Abkehren soll man sich von den "Wunder-Ladegeräten" die in einem Bruch-
teil der Zeit das Gleiche können wie die Standardgeräte. Wunder gibt es nur
im Märchen, nicht im wirklichen Leben. Ich hoffe Einiges zum Verständnis
beigetragen zu haben & verbleibe mit freundlichem Gruß Doran
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