Batterien, Akkumulatoren, Ladegeräte - Glossar der Terminologie

Akkumulator

Ein elektrochemisches Gerät, das in der Lage ist, elektrische Energie in chemische Energie umzuwandeln (Laden) und - durch Umkehrung des Prozesses - elektrische Energie freizusetzen, die in Form von chemischer Energie gespeichert ist (Entladen). Es besteht aus einer oder mehreren (Batterie) elektrochemischen Zellen.

Amper [A]

Einheit zur Messung der elektrischen Stromstärke.

Amperestunden [Ah]

Das Produkt der Stromstärke (gemessen in Amperes) multipliziert mit der Zeitdauer (in Stunden), während der die Batterie in der Lage ist, Strom mit dieser Stärke zu liefern. In Amperestunden wird normalerweise die Kapazität von Batterien/Akkumulatoren angegeben - gemäß der Definition kann eine Batterie mit einer Kapazität von 1Ah einen Strom von 1A für eine Stunde liefern, einen Strom von 0,5A für zwei Stunden usw.

Anode

Die positive Elektrode, an der im flüssigen Elektrolyten der Oxidationsprozess stattfindet - Anionen (negative Ionen) werden freigesetzt. Bei Akkumulatoren kann je nach Richtung des Stromflusses (Lade- oder Entladeprozess) jede der beiden Elektroden die Funktion der Anode erfüllen. Die negative Elektrode ist während des Entladens die Anode.

Batterie

Im allgemeinen Sprachgebrauch bezeichnet es eine oder mehrere galvanische (elektrochemische) Zellen, die elektrisch verbunden sind (in Reihe, parallel) und den Anschluss anderer elektrischer Geräte ermöglichen.

Alkalibatterie

Eine Batterie, bei der eine alkalische (basische) Lösung als Elektrolyt verwendet wird. Der bekannteste Elektrolyt dieser Art ist Kaliumhydroxid. Diese Batterien enthalten kein Quecksilber oder Cadmium.

Primärbatterie

Eine Batterie, die nur einmal verwendet werden kann. Es ist unmöglich, sie einem Ladevorgang zu unterziehen, um die chemischen Reaktionen umzukehren, durch die Strom gewonnen wurde. Beispiele für Primärbatterien sind Zink-Kohle- und Alkalibatterien. Das Gegenteil einer Primärbatterie sind Akkumulatoren (Sekundärbatterien), bei denen die chemischen Prozesse, die während der Entladung (Nutzung) der Batterie stattfinden, umkehrbar sind.

Sekundärbatterie

Siehe Akkumulator

CC/CV

CC - konstante Stromstärke (konstante Stromstärke), CV - konstante Spannung (konstante Spannung) - Begriffe, die die grundlegenden Phasen des Ladevorgangs von Lithium-Akkumulatoren beschreiben. Für einen typischen Li-Ion-Akkumulator 3.7V beginnt das Laden mit der Phase des Ladens mit konstantem Strom CC. Der Akku wird mit konstantem Strom geladen, bis die Endspannung erreicht ist - normalerweise 4.20V. Nach Erreichen der Endspannung beginnt die Stromstärke zu sinken und der Ladevorgang tritt in die CV-Phase - das Laden mit konstanter Spannung - ein. Das Laden endet, nachdem die Stromstärke auf einen bestimmten (normalerweise 50-150 mA) Wert gesunken ist. Der Strom, bei dem das Laden endet, wird als Terminierungsstrom bezeichnet.

Äußere Faktoren

Faktoren, die die Effizienz und die Betriebsdauer der Batterie beeinflussen können - wie Temperatur, Feuchtigkeit, Vibrationen, Stöße usw.

Zyklus

Bei Akkumulatoren eine einzelne Sequenz von Lade- und Entladeprozessen (Nutzung) des Akkumulators.

Lagerezeit

Die Zeit, während der ein ungenutzter Akkumulator ohne irreversible Verlust seiner Eigenschaften gelagert werden kann. Die Dauer dieser Zeit hängt davon ab, wie schnell die Selbstentladeprozesse im Akkumulator ablaufen.

Memory-Effekt

Ein umstrittenes Phänomen, das angeblich bei einigen Arten von Akkumulatoren (z.B. Nickel-Cadmium) auftritt. Es soll zu einer Verringerung der Kapazität des Akkumulators führen, wenn sein Arbeitszyklus bei unvollständiger Entladung beendet wurde.

Positive Elektrode

Die Elektrode, die während des Entladeprozesses (Nutzung) der Batterie Elektronen aufnimmt.

Negative Elektrode

Die Elektrode, die während des Entladeprozesses (Nutzung) der Batterie Elektronen abgibt.

Energie

Neben der Kapazität ist dies der Wert, der die Effizienz der Batterie/Akkumulators bestimmt. Um sie zu messen, ist es notwendig, die gesamte gespeicherte Energie aus einem vollen Akku/Batterie zu entnehmen (es ist notwendig, den Entladeprozess durchzuführen). Die in der Batterie gespeicherte Energie wird normalerweise in Wattstunden [Wh] gemessen. Eine Batterie mit 1Wh kann eine Leistung von 1W für eine Stunde, 0,5W für zwei Stunden usw. liefern. Der Wert der gespeicherten Energie [Wh] im Verhältnis zur Kapazität [Ah] ist komplementärer und nützlicher zur Bewertung der Effizienz einer bestimmten Batterie, da er den Spannungswert über den gesamten Entladeverlauf berücksichtigt.

Elektrolyt

Eine Substanz, die die Bewegung von Ionen innerhalb der elektrochemischen Zelle ermöglicht. Energiedichte ist eine charakteristische Größe für ein bestimmtes elektrochemisches System, gemessen in [Wh/m3]. Sie bestimmt die Menge an Energie, die eine Batterie in einer bestimmten Volumeneinheit speichern kann.

Katode

Die negative Elektrode, an der Reduktionsprozesse stattfinden, d.h. Kationen (positiv geladene Ionen) Elektronen (negative Ladungen) aufnehmen. In Akkumulatoren kann jede der Elektroden je nach Stromrichtung als Katode fungieren. Die positive Elektrode ist die Katode während des normalen Betriebs des Akkumulators (Entladung).

Laden

Der Prozess, bei dem von außen zugeführte elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt wird, die im Akkumulator gespeichert ist.

Erhaltungsladen

Der Prozess, dem die meisten Ladegeräte Akkumulatoren nach Abschluss ihres Ladevorgangs auf volle Kapazität unterziehen, um der natürlichen Tendenz zur Selbstentladung des Akkumulators entgegenzuwirken. Bei gängigen Akkumulatoren (Ni-Cd, Ni-MH) handelt es sich um das Laden mit sehr geringem Strom.

Ladegerät

Ein Gerät, das elektrische Energie an Akkumulatoren während des Ladevorgangs liefert.

Milliwattstunden [mWh], Wattstunden [Wh]

Einheiten, die die elektrische Energie angeben, die eine bestimmte Batterie oder ein Akkumulator speichern kann. Im Gegensatz zur Kapazität, die in Milliampere-Stunden/Amperestunden ausgedrückt wird, berücksichtigt der Energiewert den Verlauf der Ausgangsspannung der jeweiligen Batterie, sodass die Energiewerte zwischen jeder Stromquelle verglichen werden können.

Spannung

Die in Volt [V] gemessene Differenz der Potentiale zwischen den Elektroden der Batterie. Bei Zellen hängt sie vom elektrochemischen System der Zelle ab. Bei Batterien, die aus mehreren Zellen bestehen, auch von der Art der elektrischen Verbindungen zwischen den einzelnen Zellen (in Reihe, parallel).

Endspannung

Die Spannung, bei deren Erreichen der Entlade- oder Ladevorgang der Batterie oder des Akkumulators abgeschlossen wird. Bei Lithium-Akkumulatoren bezeichnet sie die Endspannung, bis zu der die Zelle in der CV-Phase geladen wird. Nach Erreichen und Stabilisierung dieser Spannung sollte das Ladegerät den Ladevorgang beenden.

Terminierungs-Spannung

Siehe Endspannung.

Elektrochemische Zelle

Die kleinste Einheit, die Teil einer Batterie ist - sie besteht aus einer positiven und einer negativen Elektrode, einem Separator und einem Elektrolyten. Sie speichert elektrische Energie in chemischer Form. Die Kapazität der Zelle hängt von ihrer Größe ab, während die Spannung der Zelle vom elektrochemischen Typ der Zelle abhängt. Alle Zellen sind in der Lage, chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln, einige (Akkumulatoren) auch die ihnen zugeführte elektrische Energie in chemische Energie (Laden).

Kapazität (C)

Ein Wert, der die Effizienz der Batterie/Akkumulators bestimmt. Die einzige Methode zur Bestimmung der Kapazität besteht darin, die gesamte gespeicherte Kapazität aus einem vollen Akku/Batterie zu entnehmen (es ist notwendig, den Entladeprozess durchzuführen). Die Kapazität der Batterie wird normalerweise in Amperestunden [Ah] gemessen. Eine Batterie mit einer Kapazität von 1Ah kann einen Strom von 1A für eine Stunde, einen Strom von 0,5A für zwei Stunden usw. liefern. Der Lade-/Entlade-Strom für Akkumulatoren wird oft in Vielfachen von C ausgedrückt - z.B. ist ein Strom von 0.1C für einen Akkumulator mit einer Kapazität von 1.4Ah (1400mAh) 140mA.

Terminierungsstrom

Ein Begriff, der für Lithium-basierte Akkumulatoren charakteristisch ist. Er beschreibt den minimalen Ladestrom, mit dem die Lithium-Zelle nach Erreichen der Endspannung in der Phase des Ladens mit konstanter Spannung (CV) geladen wird.

Innere Widerstand

In Batterien und Akkumulatoren beschreibt er den eigenen Widerstand der Zelle. Jeder Akkumulator und jede Batterie verhält sich in einem gewissen Bereich wie ein Standardwiderstand, bei dem der durch sie fließende Strom einen Spannungsabfall verursacht. Je mehr Widerstand die Batterie bietet, desto größer ist der Spannungsabfall und somit kann weniger Strom für das Zielgerät fließen. Eine Batterie mit höherem Widerstand erzeugt einen höheren Spannungsabfall an den Polen während des Entladens - gemäß dem Ohmschen Gesetz. Der Anstieg des inneren Widerstands ist ein natürliches Phänomen, das bei der Nutzung von Akkumulatoren und Batterien im Laufe ihrer Lebensdauer auftritt. Es ist ein sehr negatives Phänomen, da es sehr oft zu einem vorzeitigen und unerwarteten Ausschalten des verwendeten Geräts führt. Energieverluste, die mit dem inneren Widerstand des Akkumulators verbunden sind, werden in Form von Wärme direkt am Akkumulator und seinen Anschlüssen abgegeben. Ein hoher innerer Widerstand kann zu einer Überhitzung von Akkumulatoren und Batterien in anspruchsvollen Geräten führen - z.B. Blitzlichtern. Neben der Kapazität ist dies eines der wichtigsten und entscheidenden Parameter, die die Effizienz einer Batterie oder eines Akkumulators bestimmen, dessen Existenz nicht allen bekannt ist. Auf dem Markt gibt es nur wenige bewährte Ladegeräte, die in der Lage sind, den Wert des Widerstands korrekt zu messen und dem Benutzer anzuzeigen - zu diesen Ladegeräten gehören everActive NC-3000 für Ni-MH-Akkumulatoren und everActive LC-2100 für Lithium-Ionen-Akkumulatoren.

Selbstentladung

Selbstentladung - ist ein Phänomen, das in Batterien aufgrund der chemischen Reaktionen auftritt, die ohne Verbindung zwischen den Polen der Batterie stattfinden. Die Selbstentladung verringert die Lebensdauer der Batterie und führt dazu, dass sie eine geringere Ladefähigkeit hat als die, die beim Beginn der Nutzung der Zelle angenommen wurde.
Wie schnell und wie heftig der Selbstentladeprozess abläuft, hängt von der Art der Batterie und von Faktoren wie z.B. Betriebstemperatur und Lagerung ab.
In der Regel haben Lithium-Batterien eine geringere Selbstentladefähigkeit (ca. 2-3% der Gesamtkapazität /Monat), während Nickel-basierte Batterien anfälliger für Selbstentladung sind (Nickel-Cadmium Ni-Cd 15-20% der Gesamtkapazität /Monat, während Nickel-Metallhydrid Ni-MH 30% der Gesamtkapazität/Monat). Bei Zellen, die in Ni-MH-Technologie hergestellt werden, stellen die neuen Generationen von Akkumulatoren - z.B. Eneloop - eine Ausnahme dar, die in der Lage sind, ihre nützliche Kapazität über viele Jahre zu halten.
Wie man sieht, hat dieser Prozess einen sehr großen Einfluss auf die Nutzleistung der Batterie.
Angesichts dessen, was uns bekannt ist, nämlich der Tatsache, dass die Selbstentladung eine chemische Reaktion ist, können wir die Frage stellen, welche Faktoren genau den ablaufenden Prozess beeinflussen?
Die Selbstentladung ist ein chemischer Prozess, der in einem geschlossenen Kreislauf abläuft und normalerweise bei höheren Temperaturen schneller auftritt. Die Lagerung von Batterien bei niedrigeren Temperaturen verringert die Selbstentladungsrate und hilft, die anfängliche in der Batterie gespeicherte Energie zu erhalten.
Die genaueren Ursachen für das Phänomen sind noch nicht vollständig verstanden.

Separator

Ein elektrischer Isolator, der die Elektroden innerhalb der elektrochemischen Zelle trennt.

Elektrochemisches System

Die Struktur und chemischen Bestandteile, die Teil der Zelle sind und ihre Parameter bestimmen.

Lebensdauer

Bestimmt die Haltbarkeit des Akkumulators - wird normalerweise in Arbeitszyklen angegeben. Im Allgemeinen hängt die Lebensdauer erheblich von den Betriebsbedingungen des Akkumulators ab. Copyright © Baltrade