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akkumulator

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**[[Start]] | [[Technik]] | [[Akkumulator]] | [[Akkutechnik]] (Glossar) | [[Akkutypen]] | [[Elektrik]] | [[Ladeverfahren]] | [[Links]]** ^**Artikel aus folgenden [[Kategorien]]: [[Technik]], [[Akkutechnik]], [[Elektrik]]**^ ====== Akkumulator ====== FIXME Teilartikel aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Akkumulator Ein Akkumulator, oder kurz Akku, ist ein Speicher für elektrische Energie, meist auf Basis eines elektrochemischen Systems, also eine wiederaufladbare- oder Sekundär-Zelle. ===== Funktionsweise ===== In einem Akkumulator wird beim Aufladen elektrische Energie in chemische [[Energie]] umgewandelt. Wird ein Verbraucher angeschlossen, so wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie zurückgewandelt (siehe dazu: Galvanische Zelle). Beim [[Aufladen]] und [[Entladen]] von Akkumulatoren wird Wärme frei, wodurch ein Teil der zum Aufladen aufgewandten Energie verloren geht. Das Verhältnis der entnehmbaren zu der beim Laden aufzuwendenden Energie wird als [[Ladewirkungsgrad]] bezeichnet. Die von einer elektrochemischen [[Akkumulator|Zelle]] erreichte elektrische Nennspannung hängt von der Art der verwendeten Materialien ab. ===== Verwendung ===== Akkumulatoren kommen zur Anwendung, wo ein zeitweise oder gänzlich netzunabhängiger Betrieb von elektrischen und elektronischen Geräten erforderlich oder gewünscht ist. Sie dienen auch zur Überbrückung von Unterbrechungen in der stationären Energieversorgung. Wichtige Bereiche, die es abzusichern gilt, sind z. B. Rechenzentren, Alarmsysteme und lebenserhaltende Systeme in Krankenhäusern. Für Anlagen mit hoher [[Leistung]] werden Dieselgeneratoren eingesetzt. Bis diese die dafür nötige Drehzahl erreicht haben, übernimmt die meist mit [[Bleiakkumulator|Bleiakkumulatoren]] betriebene, viel schneller auf Spannungsunterbrechungen reagierende USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) die [[Energieversorgung]]. Bereiche für den Betrieb netzferner Verbraucher sind beispielsweise Hütten in ländlichen Gegenden (ca. ein Drittel der Menschheit wird auf absehbare Zeit nicht an elektrische Netze angebunden sein), die nur über [[Solarzellen]], Wind- oder Dieselgeneratoren versorgt werden, Kraftfahrzeuge sowie Telemetrik,Beleuchtungen,Notrufeinrichtungen und Automaten, für die eine Netzanbindung zu kostspielig ist. ===== Typen ===== Die Akkumulatortypen werden nach den verwendeten Materialien bezeichnet: * **[[Alkali-Mangan-Akku]]** * **Pb - [[Bleiakkumulator]]** (2 V [[Nennspannung]], 2,08 V [[Leerlaufspannung]], 1,4 - 1,7 V [[Entladeschlußspannung]]) * **Li-Ion - [[Lithium-Ionen-Akku]]** (3,6 V Nennspannung/Zelle) * **LiPo - [[Lithium-Polymer-Akku]]** (3,7 V Nennspannung/Zelle) * **LiFePO4 - [[Lithium-Eisen-Phosphat]]** (3,3V Nennspannung/Zelle) * **NiCd - [[Nickel-Cadmium-Akku]]** (1,2 V Nennspannung/Zelle, 0,85 - 0,9V Entladeschlussspannung, 1,55–1,6 V Ladeschlussspannung) * **Ni-Fe - [[Nickel-Eisen-Akku]]** (1,2 V - 1,9 V Nennspannung/Zelle) * **NiMH - [[Nickel-Metallhydrid-Akku]]** (1,2 V Nennspannung/Zelle) * **NiZn - [[Nickel-Zink-Akku]]** (2 V Nennspannung/Zelle) * **NiH - [[Nickel-Wasserstoff-Akku]]** (1,2 V Nennspannung/Zelle) * **RAM - [[Rechargeable Alkaline Manganese]]** (1,5 V Nennspannung/Zelle) * **[[Silber-Zink-Akku]]** (1,5 V Nennspannung/Zelle) * **PTMA - modifiziertes [[PTMA]]**, genauer: 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-yl-Methacrylat, ein umweltverträgliches organisches Polymer * **NaCl-Ni - [[Zebra-Akkumulator]]** (2,58 V Nennspannung/Zelle): Hochtemperatur (300C) Natriumclorid (Kochsalz) und Nickel * **[[Zink-Brom-Akku]]** (1,76 V Nennspannung/Zelle) ===== Ladungsmenge und Kapazität ===== Die [[Ladungsmenge]], die ein Akkumulator speichern kann, wird in [[Amperestunden]] (Ah) angegeben und als "[[Kapazität]]" ([[Nennkapazität]]) bezeichnet (nicht zu verwechseln mit der Kapazität eines [[Kondensators]], die anders definiert ist). Die entnehmbare Kapazität hängt vom [[Entladeverfahren]] ab, also vom [[Entladestrom]], von der [[Entladeschlussspannung]] des Akkus (der [[Spannung]] bei der die [[Entladung]] beendet wird), und selbstverständlich vom Ladezustand. Es sind verschiedene Entladeverfahren üblich, u.a.: [[Entladung]] mit konstantem Strom, Entladung über konstanten [[Widerstand]] oder Entladung mit konstanter Leistung. Je nach Entladeverfahren besitzt der Akku eine andere Kapazität. In einer sinnvollen Angabe der Nennkapazität müssen daher Entladestrom und Entladeschlussspannung mit aufgeführt werden. Generell nimmt die entnehmbare Kapazität eines Akkumulators mit zunehmendem Entladestrom ab. Grund hierfür sind sowohl die zunehmenden Verluste am [[Peukert-Zahl und Innenwiderstand|Innenwiderstand]] des Akkus als auch die Tatsache, dass die chemischen Prozesse im Akku mit begrenzter Geschwindigkeit ablaufen. Die Verringerung der entnehmbaren Kapazität mit zunehmendem Entladestrom ist stark abhängig vom Akkutyp. Für die entladestromabhängige Kapazität haben sich zeitabhängige Angaben eingebürgert. So gibt die C20-Kapazität die verfügbare Energiemenge an, wenn der Akku innerhalb von 20 Stunden mit einem gleichmäßigen Entladestrom bis zu Entladeschlussspannung entladen wird. Multipliziert man die Nennkapazität mit der Nennspannung (Nominal-Spannung), so erhält man den [[Energiegehalt]] in [[Wattstunden]] (Wh). Um die Spannung zu vervielfachen, werden mehrere Zellen gleicher Kapazität in Reihe geschaltet. Die Zellen können dabei in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefasst werden, wie es zum Beispiel bei der Fahrzeug-Starterbatterie üblich ist, die meist aus sechs Zellen für insgesamt 12 Volt Nennspannung besteht. Beim [[Aufladen]] kommen, je nach Akkutyp, verschiedene Ladeverfahren zur Anwendung. Der Ladevorgang wird dabei durch einen Laderegler überwacht. Die Haltbarkeit bzw. Gebrauchsdauer von Akkumulatoren wird mit der Zahl von Lade-/Entlade-Zyklen angegeben, nach der der Akkumulator nur noch eine bestimmte Lade-Kapazität hat. Die Normen DIN 43539 Teil 5 und IEC 896 Teil 2 geben dazu verschiedene Verfahren und Richtwerte an. Die [[Leerlaufspannung]] kann als Indiz für die Qualität eines Akkumulators dienen: Im Laufe der Lebensdauer sinkt aufgrund von chemischen Reaktionen (Alterung) die Leerlaufspannung bei vollständig geladenem Akku ab. ===== Selbstentladung - Empfohlene Lagerung ===== Wird ein Akku nicht verwendet, so verliert er über die Zeit einen Teil seiner gespeicherten Energie. Diesen Vorgang nennt man Selbstentladung. Das Maß der Selbstentladung hängt von Typ und Alter des Akkus sowie von der Lagertemperatur ab. Für die Lagerung von Akkus wird meistens folgendes empfohlen: * Li-Ion: Ladezustand 40%, möglichst kühl lagern. * Blei: Ladezustand 100%, möglichst kühl lagern. Selbstentladung monatlich 5-10 % (Blei-Säure) bzw. 2-5% (Blei-Gel), ein über längere Zeit gelagerter, entladener Akku ist meist (unrettbar) durch Sulvatierung zerstört. (Mit [[MegaPulser]] ev. reparabel) * NiMH: Ladezustand 100%. Selbstentladung monatlich um 30 % * NiCd: Ladezustand 0%. Selbstentladung monatlich um 10 % bei 20° / 30 % bei 40° (Alle Angaben zur Selbstentladung beziehen sich auf Raumtemperatur) ===== Auswahlkriterien ===== Kriterien für die Auswahl eines Akkumulatortyps für eine bestimmte Anwendung sind unter anderem: * Die gravimetrische Energiedichte. Sie sagt aus, wieviel Wh elektrischer Energie ein Akkumulator pro Masse (z.B. kg) liefern kann. Dieser Wert ist besonders interessant für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, herkömmliche Bleiakkus erreichen hier ca. 60 Wh/kg, Li-Ion-Akkus ca. 120-200 Wh/kg. * Die volumetrische Energiedichte. Sie sagt aus, wieviel Wh elektrischer Energie ein Akkumulator pro Volumen (z.B. Liter) liefern kann. Hier liegt der Wert für herkömmliche Bleiakkus bei ca. 50 Wh/l, Li-Ion-Akkus ca. 500 Wh/l. * Der maximal mögliche Entladestrom. Er ist wichtig für alle Anwendungen, bei denen kurzzeitig sehr hoher Energiebedarf besteht. Dies ist zum Beispiel beim Starten von Fahrzeugmotoren der Fall, aber auch bei Elektrowerkzeugen und Autofocus-Kameras, insbesondere mit integrierten Blitzgeräten. * Die möglichen Abmessungen und Bauformen der Akkuzelle. Sie sind entscheidend, wenn der Akku auf möglichst kleinem Raum in elektronischen Geräten integriert werden soll. Ein gasdichter Aufbau ermöglicht den lageunabhängigen Einsatz ohne Gefahr durch auslaufenden Elektrolyt oder korrosive Gase. * Der [[Memory-Effekt]] tritt abhängig vom Lade- und Entladeverfahren auf und führt zu erheblichen Verringerungen der Kapazität. In Anwendungen, bei denen der Akku nicht regelmäßig vollständig entladen und wieder voll aufgeladen wird, sollten deshalb Akku-Arten verwendet werden, die für den Memory-Effekt nicht anfällig sind, z.B. Blei-Akku. Aus der Anwendung der oben genannten Kriterien ergeben sich für jeden Akkutyp einige typische Anwendungsgebiete, wobei insbesondere bei NiCd-, NiMH- und Li-Ion-Akkus die Grenzen fließend sind: * Bleiakku: Fahrzeugbatterien, Stationärbetrieb in Notbeleuchtungsanlagen und Insel-Fotovoltaik-Anlagen * NiCd-Akku: Elektrowerkzeuge, Antriebe im Modellbau, portable elektronische Geräte mit kurzzeitig hoher Stromaufnahme (Foto-Blitzgeräte) * NiMH-Akku: portable elektronische Geräte mit konstanter Stromaufnahme * Li-Ion-Akku: portable elektronische Geräte mit kleinen Abmessungen und langer Betriebszeit (Mobiltelefone, Kameras) Alternativ zu Akkus werden heute zunehmend Brennstoffzellen als Energieträger diskutiert, da diese ein deutlich geringeres (günstigeres) Leistungsgewicht haben. Die höheren Kosten beschränken den Einsatz nach bisheriger Planung aber auf hochwertige Geräte wie Laptops. ====== Siehe auch ====== **[[Traktionsakku]]; [[Akkutechnik]]; [[CityEl Akkus]]; [[Citycom Informationen zu Akkus]]; __[[Laden der BleiAkkus]]__** * [[Akkupack]] * [[Akkuwerkzeug]] * [[Fahrzeuge|Elektrofahrzeug]] * [[Energieversorgung]] * [[Rückstromladen]] * [[Starterakku]] für Kraftfahrzeuge **Sowie: [[Akkutechnik]], [[Kugelhaufenmodell]], [[Laden]], [[Ladeverfahren]], [[Ladezustand]], __[[Laden der Bleiakkus]]__, [[Megapulser]], [[Power Cheq]], [[Säuredichte]], [[Aräometer|Säureheber]], [[Säureschichtung]], [[Sulfatierung]]** ====== Links ====== [[http://www.akku-infos.de|Interessante Informationen über die existierenden Akkumulatortechniken]] [[http://www.microcharge.de/Bleiakku-Interna.html|Gute Erklärung und Zusammenfassung verschiedener Probleme bei Bleiakkus]] [[http://www.batteryuniversity.com/partone-german.htm|Ausführliche auch wissenschaftliche Erklärungen von batteryuniversity]] **[[http://www.ict.fraunhofer.de/deutsch/scope/ae/nikohcd.html|Batterie-Glossar des Frauenhoferinstitutes]]** [[http://people.fh-landshut.de/~mbl_x5/MBL_X5/Knowledge-Batterietypen2.html|Gegenüberstellung geeigneter Batterietypen (für Hybridantriebsprojekt)]] **[[http://www.dreifels.ch/page.asp?DH=78| Erfahrungsbericht LiFePO4 Batterien der dreifels ag]]**

akkumulator.1258756072.txt.gz · Zuletzt geändert: 2011/04/18 17:23 (Externe Bearbeitung)