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Akkus laden: Ladegeräte, Kennlinien und Technologien

Es gibt unzählig viele Akku-Technologien und auch die Ladetechnik hat sich rasant entwickelt. Noch immer gibt es viel Schrott zu kaufen, daher gehe ich auf Kennlinien ein und auf das richtige Ladeverfahren verschiedener Akkus.

Schaut man sich die Entwicklung der Batterie- und Akku-Technik an, gibt es deutliche Fortschritte. Ebenso beim Ladeverfahren. Leider gibt es noch viele Schrott-Ladegeräte die dafür sorgen, dass Akkus nicht lange halten oder nicht richtig voll geladen werden. Wichtig ist vor allem das richtige Ladegerät (Kennlinie) für den entsprechenden Akkutyp zu nutzen.
Beachte, dass dieses Thema so umfangreich ist und ich daher nicht jeden Punkt bis ins kleinste Detail hier erläutern kann. Da ich aktuell verschiedene Versuche bei der Ladetechnik durchführe, wird ein weiterführender Artikel noch auf Wohnen-Heimwerken.de erscheinen. Setze daher diese Seite als Lesezeichen.

Schauen wir uns das ganze mal genauer an.

Inhaltsverzeichnis:Erläuterungen der Buchstaben und Abkürzungen (DIN Normen):
  • I - I-Kennline / Strom/Stromstärke in Ampere
  • U - UI-Kennlinie / Spannung in Volt
  • S - SU-Kennlinie
  • C - Kapazität in Ah
  • o - automatische Änderung der Ladekennlinie
  • a - selbständige Abschaltung
  • W - WU-Kennlinie, fallende Kennlinie
  • K - WU-Kennlinie mit Kurzschlussstrombegrenzung
  • H - WU-Kennlinie mit Hicc-up Modus (Überstrombegrenzung)
Siehe auch Normung DIN 41 772.



Ladeverfahren von Akkus

Beginnen wir mit den Kennlinien und Ladeverfahren. Da hat sich einiges getan und Akkus laden ist deutlich schneller und effektiver geworden. Zumindest für viele neue Akku-Typen. Beachte das hier keine exakten Werte von Spannungsangaben gegeben werden können. Gasungsspannungen oder Nennspannung sind vom verwendeten Akkutyp, Lebenszyklus, Elektrolyt, Temperatur, Innenwiderstand und einigen mehr Faktoren abhängig. Gute Ladegeräten finden hier ein gesunden Mittelwert und haben dafür eingebaute Sensoren.
Beachte bitte, dass Ladekennlinien, bspw. IUIa, aus mehreren Ladekennlinien bestehen. IU und Ia.


Typische Ladekennlinie eines Blei-Akkus / W-Kennlinie:
Beim laden eines leeren Akkus kann viel Strom (Ampere) aufgenommen werden.

 Akku Ladetechnik - W-Kennlinie - typisch  Typische W-Ladekennlinie. Viele Ladegeräte bauen auf diese Linie auf. Anfangs nimmt ein leerer Akku viel Strom auf. © Wohnen-Heimwerken.de

Akku Ladetechnik - W-Kennlinie - typisch
Typische W-Ladekennlinie. Viele Ladegeräte bauen auf diese Linie auf. Anfangs nimmt ein leerer Akku viel Strom auf.

IU-Kennlinie / Konstantstrom / Konstantspannung Kennlinie

I-Kennlinie:
Beim Konstantstrom Ladeverfahren wird mit konstantem Strom (in Ampere) geladen. Die Spannung (in Volt) kann dabei variieren.

U-Kennlinie:
Das Konstantspannung-Ladeverfahren stellt eine meist feste Spannung (in Volt) ein. Beispielhaft hierfür sind verschiedene einfache Kfz-Ladegeräte. Vorteilhaft: Ist die Batterie "leer", nimmt diese viel Strom auf. Mit zunehmender gespeicherter Kapazität, wird der Strom immer geringer. Bis kurz vor 0 Ampere, jedoch fließt durch Selbstentladung immer etwas Strom hinzu.
Die Erkennung, wann ein Akku voll ist, ist mit dem Konstantspannung-Ladeverfahren deutlich besser als bei der nachfolgenden Konstantstromladung.

Viele günstige Ladegeräte nutzen die Konstantstromladung, was nichts schlechtes sein muss. Wichtiger ist die Erkennung, ab wann abgeschaltet wird. Früher (und billige Ladegeräte) steuern dies über eine eingestellte Zeit.
Ist die Zeit des Ladevorgangs abgelaufen, wird entweder abgeschaltet oder auf Erhaltungsladung umgestellt.
Lies weiter unten geeignete Ladegeräte für NiMH Akkus. Denn diese halten bei Überladung nicht lange - was vor allem die alten Konstantstrom Ladegeräte (mit Zeitsteuerung) gern machen.

 Akku Ladetechnik - IU-Kennlinie  Eine Kombination der I und U Kennlinie. Im ersten Schritt wird konstantem Strom geladen, bis die Ladeschlussspannung erreicht wurde. Anschließend mit Konstantspannung weitergeladen. Abschaltung nach Zeit oder unterschreiten einer bestimmten Stromaufnahme. © Wohnen-Heimwerken.de

Akku Ladetechnik - IU-Kennlinie
Eine Kombination der I und U Kennlinie. Im ersten Schritt wird konstantem Strom geladen, bis die Ladeschlussspannung erreicht wurde. Anschließend mit Konstantspannung weitergeladen. Abschaltung nach Zeit oder unterschreiten einer bestimmten Stromaufnahme.

Eine Kombination beider Ladeverfahren gibt es mit der IU-Kennlinie. Dabei wird erst mit Konstantstrom geladen, um bei leeren Akkus nicht mit vollem Strom (Ampere) zu laden. Das schützt Akku und Ladegerät.
Im zweiten Schritt wird mit Konstantspannung weiter geladen, bis nur noch ein geringer Strom fließt und das Ladegerät dann auch abschaltet.



Eine Sonderform stellt die Pulsladung (PWM: Pulsweiten Modulation) dar. Dabei wird Konstantstrom vom Ladegeräte gepulst abgegeben. Zwischen den Pausen kann die aktuelle Akkuspannung gemessen werden. Dieses Ladeverfahren ist sicherer und Akku-schonender. Meine Experimente dazu folgen in einem anderen Artikel.

Zusammengefasst sind dies simple Lade-Kennlinien und die Ladegeräte kommen mit wenig eigenen Bauteilen und (Überwachungs-) Elektronik aus. Nachteilige Erfahrungswerte sind, dass manche Akkus überladen oder nicht vollständig aufgeladen werden.

IUIa Ladeverfahren

Ein Sonderfall sind IUIa Ladeverfahren für Blei-Akkus. Anfangs wird wie bei den IU Kennlinien geladen. Ist der Akku fast voll, wird mit einer Erhaltungsladung (Konstantstrom) weitergeladen. Da es zur Gasung kommt, muss oft destilliertes Wasser nachgefüllt werden.
Für Blei-Gel Akkus sind solche Ladegeräte nicht geeignet.

Anmerkung: Nutze nur destilliertes Wasser zum nachfüllen, kein normales Leitungswasser. Destilliertes Wasser (chemisch rein) ist deutlich weniger Leitfähig. Siedepunkt und Gefrierpunkt ändern sich hingegen nicht gegenüber normalem Quell- oder Leitungswasser.

Interessanter Artikel für dich: Lebensdauer von Nass-Akkus deutlich verlängern

IUoU Ladeverfahren

Die Kennlinie des IUoU Ladeverfahrens ist ähnlich der IU Kennlinie. Beim erreichen des Gasungsbeginns bzw. der Nennspannung, wird hingegen auf auf Erhaltungsladung umgeschaltet. Die Spannung wird dabei auf die Nennspannung des Akkus angepasst. Neuere Ladegeräte mit IUoU Kennlinie, überwachen Temperatur und pulsen die Erhaltungsladung. Ebenfalls sind diese für Blei-Gel Akkus geeignet.

Akku Ladetechnik - IUoU Kennlinie Ähnlich der IU Kennlinie. Bei erreichen der Gasung wird auf Nennspannung und Erhaltungsladung umgeschaltet. Manche Ladegeräte pulsen den Strom und überwachen in Pausen die Spannung. © Wohnen-Heimwerken.de

Akku Ladetechnik - IUoU Kennlinie
Ähnlich der IU Kennlinie. Bei erreichen der Gasung wird auf Nennspannung und Erhaltungsladung umgeschaltet. Manche Ladegeräte pulsen den Strom und überwachen in Pausen die Spannung.

Ladegeräte: Womit welchen Akku-Typ laden?

Wer keine kleine Solaranlage zum Laden von großen Akkus nutzen kann, für den gibt es eine große Auswahl an Ladegeräten.






Schaue dir beim Kauf eines Ladegerätes die Rezensionen anderer Käufer an und suche dir ggf. auch das Datenblatt des Herstellers im Internet. Von ganz billigen Ladegeräten kann ich nur abraten. In den letzten 2-3 Jahren sind zwei billige bei mir Kaputt gegangen. Mein ca. 7 Jahre altes Markengerät hält hingegen noch.



Und wie und womit lädst du deine Akkus?

Laden mit einem Solarmodul - direkt angeschlossen

Ohne Ladegerät und ohne Abschaltung bei vollständiger Ladung direkt angeschlossener Akkus von Solarmodulen ist zwar möglich, jedoch nicht empfehlenswert. Du benötigst mindestens eine Sperrdiode, welche bei Dunkelheit das zurückfließen von Strom zur Solarzelle verhindert. Auch muss das ganze überwacht werden - denn ist der Akku voll, kommt es zur Überladung, was den Akku schädigt.
Ich nutze soetwas zum einfachen Laden meiner kleinen 6V Akkus und das geht schon viele Jahre ganz gut. Im Sommer/bei Sonne muss hingegen häufig der Ladezustand des Akkus geprüft und ggf. abgeklemmt werden. Ohne Strom- und Solar-Grundladen-Kenntnissen empfehle ich es Anfängern jedoch nicht. Zudem benötigst du ein Multimeter.
Hier zeige ich mein simples, selbstgebautes Ladegerät mittels StepUp/StepDown Modul, wo die Eingangsspannung recht egal ist und die Ausgangsspannung eingestellt werden kann.

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