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Nutzung und Pflege von Akkumulatoren

Lithium-Ion



Lithium-Ion

Die energiespeichernde Lade- / Entladereaktion in einer Lithium-Ion-Zelle beruht auf der reversiblen Lithium-Einlagerung in der positiven und negativen Elektrode und kann bis zu 1000 mal wiederholt werden. Eine sehr präzise Überwachung dieser Einlagerungsreaktion ist notwendig, weil die hochreaktiven Elektroden nur kinetisch, d.h. durch passivierende, litihumionleitfähige Schichten (Deckschichten) gegen eine Reaktion mit dem leicht entflammbaren Elektrolyten geschützt sind. Beim Laden und Betrieb von Lithium-Ion-Akkus muss unbedingt vermieden werden, dass diese Filme aufgebrochen werden, zum Beispiel durch Überladung oder Tiefentladung. Ein auf Wasserstoff- bzw. Sauerstoffbildung beruhender Überlade- bzw. Tiefentladeschutz existiert in den nicht-wässrigen Lithium-Ion-Akkus nicht.

Laden / Entladen

Die Ladung und Entladung von Lithium-Ion-Akkus muss elektronisch in sehr engen Grenzen überwacht und geregelt werden. Die Ladung erfolgt üblicherweise in 2 Schritten: Zuerst eine I-ladung mit 1C, d.h. bei einem 1 Ah - Akku mit einem Ladestrom von 1 A. Diese Ladung wird bei Erreichen von 4,2 V (dieser Wert kann natürlich bei Lithium-Ion-Batterien mit unterschiedlichen Elektrodenmaterialien variieren) beendet und es erfolgt ein Wechsel zur U-Ladung, d.h. es wird mit einer Konstantspannung von 4,2 V weitergeladen bis der Strom unter 0,03 C (bei unserem 1 Ah - Akku also unter 0,03 A) gesunken ist. Ein Laden mit höherem Strom im ersten Ladeschritt verkürzt nicht unbedingt die Gesamtladezeit, denn in diesem Fall der ist der 2. Schritt deutlich länger, da die das Umschaltkriterium von 4,2 V durch Polarisation der Zelle schneller erreicht wird.

Da der Lithium-Ion-Akku keine Überladung toleriert, kann keine Dauerladung oder permanente Erhaltungsladung angewandt werden. Überladung führt zur Abscheidung von metallischen Lithium auf der Anode, die Kathode gibt Sauerstoff ab und wir instabil. Die Zellen werden in der Regel nachgeladen, wenn die Zellspannung unter 4,05 V gesunken ist. Entladen kann man Lithium-Ion-Akkus bis etwa 2,5 V.

Sicherheit

Lithium-Ion-Akkus enthalten mehrere Schutzvorrichtungen um die Sicherheit der Zellen unter allen Umständen zu gewährleisten. Zum einen werden die Zellenspannungen beim Laden und Entladen begrenzt und die Zelltemperatur überwacht. Übersteigt die Zelltemperatur z.B. 80°C wird eine Sicherung ausgelöst. Steigt der Zelleninnendruck an, unterbricht ein Überdruckschalter den Stromkreis.

Die meisten Hersteller liefern ihre Zellen als Akkupack konfektioniert inklusive einer Schutzbeschaltung, Thermoswitch und Berstsicherung. Nur mit Kenntnis der Batteriechemie und Kennlinien lassen sich diese Schutzmaßnahmen geeignet auslegen bzw. konfigurieren.

Akku-Pflege

  • generell sind keine speziellen Wartungsmaßnahmen notwendig
  • entladen auf etwa 80% Entladetiefe, dann wieder laden
  • der Akku sollte sich beim Laden nicht erwärmen
  • Temperaturen >50°C unbedingt vermeiden
  • Lithium-Ion-Akkus altern auch bei Nichtbenutzung
  • Lagerung der Akkus mit etwa 40% Ladezustand bei 15 - 20°C
  • keine permanente Erhaltungsladung,erst recht nicht bei erhöhten Temperaturen


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