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1. Batterien und Akkus
2. Primärzellen
3. Sekundärzellen
4. Akkumulator (kurzw.: Akku)
5. Alkali
6. Ampère
7. Batterie
8. Kapazität
9. Spannung
10. Volt
11. Primär Systeme
12. Sekundär Systeme
13. Aufbau eines Akkus
14. Sicherheitssysteme bei Ladegeräte


1. Batterien und Akkus
1799 erfand Allessandro Cont di Volta (1745-1827)die erste Batterie. Er schichtete Kupfer- und Zinkscheiben abwechselnd übereinander und legte zwischen die Scheiben jeweils ein in Salzlösung getränktes Stück Pappe. Diese "Volta'sche Säule" lieferte Energie.
Johann Wilhelm Ritter (1776-1810), der mit Goethe auf dem Gebiet der Naturwissenschaften zusammenarbeitete, entwickelte 1802 eine Batterie, die so genannte "Ritter'sche Säule". Die Säule bestand aus übereinander geschichteten und mit Tafelsalz (Natriumchlorid) getränkten Kupfer- und Kartonscheiben. Diese Vorrichtung konnte mit elektrischem Strom geladen werden und gab bei der Entladung Strom ab. Sie gilt als die Urform des Akkumulators. 
1859 erfand der französische Physiker Gaston Planté (1834-1889) den wiederaufladbaren Akkumulator nach dem Blei-Säure-Prinzip, dass heute noch seine Verwendung findet. Die Industrialisierung beschleunigte die Entwicklung elektrochemischer Energiespeicher. Dynamo und Glühlampe waren gegen Ende des 19. Jahrhunderts erfunden - es gab einen rasch wachsenden Bedarf, elektrische Energie zu speichern 
Am Anfang der Nickel-Cadmium Batterie stehen zwei Namen: Waldemar Jungner (1869-1924) und Thomas Alva Edison (1847-1931). Die beiden Erfinder beschäftigten sich mit einer Reihe von elektrochemischen Energiespeicher-Geräten und erlangten 1901 Patente für den Nickel-Cadmium- beziehungsweise Nickel-Eisen-Akkumulator.
In der Vorkriegszeit waren besonders die Namen Chloride (UK), Varta (D), Fulmen und Saft (F) die maßgebenden Unternehmen. 

2. Primärzellen
Grundsätzlich wird bei Batterien unterschieden in Primärbatterien und Sekundärbatterien. Primärbatterien oder –zellen sind nicht wiederaufladbar, während Sekundärbatterien wieder aufladbar sind und auch Akku genannt werden. Der Begriff Sekundärzelle rührt aus der Tatsache, dass die elektrochemische Reaktion durch Zuführung von Strom rückgängig, also umgedreht, werden kann und der Energiefluss also in zwei Richtungen stattfindet.
Eine einfache Primärzelle besteht aus einem Zink-Kohle-Gemisch, dass durch Erhitzung flüssig gemacht und in einen Behälter gegossen wird. Auf beiden Seiten wird ein Leiter eingebracht und die Zelle wird aufgeladen.

Die unterschiedlichen Technologien:
SEKUNDÄRBATTERIEN (AKKUS)


Nickel-Cadmium (NiCd)

1,2

Sehr hohe Belastbarkeit, wieder aufladbar

Schnurlostelefone, elektrische Zahnbürsten, Akkuwerkzeuge, Notbeleuchtungen

Nickel-Metall-Hydrid (NiMH)

1,2

Hohe Belastbarkeit, wieder aufladbar

Handys, schnurlose Telefone, Camcorder, Rasierer, Modellbau

Lithum Eisen Phosphat (LiFePO4)

3,3

Hohe Belastbarkeit, hohe Energiedichte, wieder aufladbar

Werkzeuge, Modellbau

Lithum Polymer (LiPO)

3,7

Hohe Belastbarkeit, hohe Energiedichte, wieder aufladbar

Handys, Camcorder, Notebooks, Organizer, Werkzeuge, Modellbau

Lithium-Ionen (Li-Ion)

3,7

Hohe Belastbarkeit, hohe Energiedichte, wieder aufladbar

Handys, Camcorder, Notebooks, Organizer

PRIMÄRBATTERIEN


BEZEICHNUNG

VOLT

MERKMALE

ANWENDUNGEN

Zink-Kohle (ZnC)

1,5

Für weniger anspruchsvolle
Anwendungen

Taschenlampen, Spielzeuge, Fernbedienungen

Alkali-Mangan (AlMn)

1,5

Wird hoher Stromanforderung und Dauernutzung gerecht

Tragbare Audiogeräte, Fotoapparate, Spiele

Zink-Luft (Zn-Luft)

1,4

Hohe Belastbarkeit

Hörgeräte, Personenrufgeräte

Lithium (Li)

3,0

Hohe Belastbarkeit, niedrige Selbstentladung

Fotoapparate mit hohem Strombedarf (z.B. Blitz, automatischer Filmtransport), elektronische Datenspeicher

Silberoxid (AgO)

1,55

Hohe bis mittlere Belastbarkeit

Uhren, Fotoapparate, Taschenrechner

Man kann mehrere Zellen miteinander verbinden, um die Spannung oder die Kapazität eines Batterie-Packs zu erhöhen. Die Schaltung mehrerer Zellen in Reihe entspricht der Addition der Spannung. Dabei wird jeweils der Plus- mit dem Minuspol in einer Reihe wie einer Kette verbunden. Werden jeweils alle Pluspole und alle Minuspole mehrerer Zellen mit einander verbunden, spricht man von einer parallelen Schaltung, die eine Addition der Kapazität bewirkt.

Übersicht der Primärzellen
D LR20 Mono 1,5V
C LR14 Baby 1,5V
AA LR6 Mignon 1,5V
AAA LR3 Micro 1,5V
N LR1 Lady 1,5V
9V 6LR61 E-Block 9V
J 4LR61 6V 
Das „R" in der Spalte des „JIS" (Japanese International Standards) zeigt ebenfalls an, dass es sich um Kohle handelt. „LR" steht für Alkaline und „ZA" für „Zink-Air".

3. Sekundärzellen
Eine Sekundärzelle besteht heute aus zwei Elektroden, zwischen denen eine chemische Reaktion stattfindet, durch die dann Energie freigesetzt wird. Es gibt eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode). Die Kathode besteht aus Nickelverbindungen und die Anode bei NiCd-Zellen aus Nickelverbindungen und bei NiMH-Zellen aus einer wasserstoffspeichernden Metall-Legierung. Bei Li-Ion-Zellen sind die Kathode aus Lithium-Metalloxid und die Anode aus Kohlenstoffen, die Lithium-Ionen einlagern können. Die Elektroden werden durch einen Separator voneinander isoliert. Für die elektro-chemische Reaktion nimmt man eine Flüssigkeit mit Leitsalzen.
Modellbezeichnungen: Die Modellbezeichnungen bestehen meist aus einem Kürzel für die Bauform. Die Größenangaben lauten F, D, C, SC, LA, N, AF, AA, AAA, sowie einem Kürzel für die Kapazität, oder einem Kürzel für die Abmessungen.
Im Industriebereich werden darüber hinaus häufig mehrere Zellen miteinander gekoppelt um so höhere Kapazitäten und/oder höhere Spannungen zu erreichen. Zu diesem Zweck werden die Zellen mit einer Lötfahne versehen. Dies kann in unterschiedlichen Konfigurationen erforderlich sein und wird an die Modellbezeichnung des Akkus in Form eines vierstelligen Buchstaben- Zahlencodes angegeben. Die erste Stelle gibt die Anzahl der Zellen in dem Pack an, die zweite Stelle die Anordnung der Zellen im Pack, die dritte Stelle den Typ „Lötfahne“ und die vierte Stelle die Richtung, in die die Lötfahne zeigt.

Erläuterungen:
4. Akkumulator (kurzw.: Akku): Gerät zum Speichern elektrischer Energie mittels elektrochemischer Vorgänge (lat. accumulare „aufhäufen“).
5. Alkali: Hydroxid der in der ersten Gruppe des Periodensystems der Elemente stehenden Elemente Lithium, Natrium, Kalium, Rubidum, Francium und Zäsium, ferner das Ammoniumhydroxid, deren wässrige Lösung alkalisch (basisch) (laugenhaft) reagieren (arab. Al-qalaji „die salzhaltige Asche, die man gewinnt“; zu arab. qalaj „rösten“).
6. Ampère: Die Maßeinheit der elektrischen Stromstärke nach dem französischen Mathematiker und Physiker André Marie Ampère (1775-1836).
7. Batterie: Mehrere gleichartige Geräte, die hinter- oder nebeneinander gekoppelt oder zusammengeschlossen werden, um Ihre Leistung zusammenzufassen. ~ zu einer Stromquelle zusammengeschlossene elektrische Elemente (frz. Artillerie zu battre „schlagen“).
8. Kapazität: Die Kapazität ist die Speicherfähigkeit des Akkus. Sie wird in "Ah" (Ampèrestunden) angegeben.
9. Spannung: Die Spannung ergibt sich aus der Potentialdifferenz zwischen den Elektroden. Sie wird in Volt angegeben.
10. Volt: Einheit der elektrischen Spannung nach dem italienischen Physiker A. Graf Volta (1745-1827).

11. Primär Systeme:
Zink-Kohle / Zink Chlorid 1.5 V
Alkali-Mangan 1.5 V
Nickel Zink 1.5 V
Silber Oxide 1.55 V
Lithium-Mangandioxide 3.0 V
Zink-luft 1.4 V
Quecksilber Oxide 1.35 V
Lithium-Thionyl Chloride 3.6 V

12. Sekundär Systeme:
Nickel-Cadmium 1.2 V
Nickel-Metal-Hydride 1.2 V
Lithium-Eisen Phosphat 3,3V
Lithium-Ion 3,6 - 3.7 V
Lithium-Polymer 3.7 V
Bleiakku 6 V/12 V
RAM (Rechargeable Alkaline Mangandioxide) 1.5 V

13. So funktioniert ein Akku:
In einem Akkumulator wird beim Aufladen elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt.
Das System steht so lange im Gleichgewicht, wie zwischen den beiden Elektroden kein Strom fließen kann. Wird aber ein Verbraucher angeschlossen, so wird die chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt.
Beim Aufladen und Entladen von Akkumulatoren wird Wärme frei, so dass nur ein Teil der zum Aufladen aufgewendeten Energie wieder verfügbar ist. Die von einer elektrochemischen Zelle erreichte elektrische Nennspannung hängt von der Art der verwendeten Materialien ab.

Was versteht man unter:

Memory Effekt: Phänomen beim Be- und Entladen von Ni-Cd-Akkus. Wird der Akku geladen, obwohl er noch nicht vollständig entladen ist, so steht bei der nächsten Nutzung des Akkus nicht die volle Leistung zur Verfügung, sondern nur die Leistung abzüglich des zuvor nicht geladenen Teils. Der Memory-Effekt lässt sich durch mehrmaliges vollständiges Ent- und sofortiges Wiederaufladen verringern. Ni-Cd-Akkus müssen daher immer vollständig ent- und geladen werden. Ni-MH-Akkus, Li-Ion-Akkus oder Li-Polymer-Akkus sind ohne Memory-Effekt beliebig ladbar.
Selbstentladungsrate: Wird ein Akku nicht verwendet, so verliert er über die Zeit einen Teil seiner gespeicherten Energie. Diesen Vorgang nennt man Selbstentladung. Bei der Lagerung von Akkus wird folgendes empfohlen:
LiIon/LiPO: Ladezustand 40 %, möglichst kühl lagern
NiMH: voll lagern, Selbstentladung monatlich ca. 10 - 15 %
NiCd: leer (halbleer) lagern, Selbstentladung monatlich um 20%
Alle Angaben bei Raumtemperatur.
Nenn-Kapazität: Die vom Hersteller angegebene Kapazität eines Akkus (mAh). Je höher die Nennkapazität eines Akkus, umso länger wird die Betriebsdauer des Verbrauchers (z.B. Laufzeit eines Discman mit 1300 mAh Akkus: 2 Stunden; mit 2500 mAh Akkus: 5 Stunden). Die Kapazität wird nach dem IEC Standard IEC61951-2 ermittelt.
Innenwiderstand: Der Innenwiderstand ist die Summe aller inneren Widerstände in einer Batterie oder einem Akkumulator. Steigt der Stromfluss, erhöht sich der Spannungsabfall am Innenwiderstand und die Batteriespannung sinkt. Im Einzelnen setzt sich der Innenwiderstand aus dem Polarisationswiderstand der elektrochemischen Umsetzung, dem Fließwiderstand der Ionen und den ohmschen Widerständen an den Elektroden zusammen.

Ladeparameter (Akkus):


C-Rate

=

Strom (mA)

 

 

Kapazität (mAh)

Beispiele:
Für 2200mAh Akkus:
1C heißt 2200mAh x 1C = 2200mA
0.5C heißt 2200mAh x 0.5C = 1100mA
Für 1600mAh Akkus:
1C heißt 1600mAh x 1C = 1600mA
0.1C heißt 1600mAh x 0.1C = 160mA

Beim Laden von NiMH Akkus gibt es 4 Ladegechwindigkeiten; sie hängen von der C-Rate ab.
Ultra Schnell (>2C)
Schnell (>1C)
Moderate ( 0.2 TO 0.5C)
Standard (0.1C)
Bei Ultra Schnell- (>2C), und Schnellladung (>1C), ist eine genauer Überwachung notwendig.
Beim Laden von NiMH Akkus, darf die maximale Voltzahl 1.7V pro Zelle nicht übersteigen.
Bei Standard- und moderater Ladung kann die Batterie ohne Begrenzung der Zeit geladen werden. Das gebildete Wasserstoffgas wird in die Platten absorbiert.
Bei Schnellladung ist die Bildung von Wasserstoffgas größer als die Absorbierungsfähigkeit der Platten.

14. Sicherheitssysteme bei Ladegeräte

Einzelkanalüberwachung:
Jeder Ladeschacht stellt ein eigenständiges Ladegerät dar, und besitzt alle Sicherheits und Überwachungsfunktionen.
Unterschiedliche Kapazitäten und Ladezustände können gleichzeitig geladen werden.
Ein Überladen oder ein nicht voll werden der Akkus ist ausgeschlossen.
Durch die individuelle Überwachung wird jeder Akku optimal geladen und maximale Leistung und Lebensdauer gewährleistet.
Integrierter Ventilator:
Dieser schaltet sich bei einer Akkutemperatur von 45°C ein und sorgt dafür, dass die Akkus beim Laden nicht zu heiß werden und eine Explosionsgefahr ausgeschlossen werden kann.
Mikroprozessorgesteuert:
Minus ΔV-Erkennung, Temperatursensor, Ladestrom, Ventilator und Akkudefekterkennung werden von einem patentierten Mikroprozessor gesteuert.
-ΔV Erkennung:
Die –ΔV Abschaltung erkennt den Spannungsabfall der entsteht sobald ein Akku voll geladen ist. In diesem Moment schaltet das Ladegerät den entsprechenden Ladeschacht auf Erhaltungsladung um, damit die erreichte Kapazität aufrecht erhalten wird.
Durch diese Abschaltungsart wird eine optimale Ladung und Lebensdauer gewährleistet (keine Überladung; keine halb vollen Akkus).
Temperaturüberwachung:
Bei einem Ladevorgang wird nicht die gesamte Ladeenergie in den Akku geladen. 20 - 30% werden in Hitze umgewandelt. Aus diesem Grund werden die Akkus beim Ladevorgang warm / heiß.
Akkus sind in der Lage, Ladetemperaturen von bis zu 60°C unbeschadet zu überstehen. Steigt die Temperatur weiter an, kann der Akku schaden erleiden und im Extremfall sogar explodieren.
Die Temperaturüberwachung kontrolliert die Akkutemperatur.Sie schaltet den Ventilator bei einer Temperatur von 45°C ein und reduziert gleichzeitig den Ladestrom. Sollte eine Temperatur von 55°C erreicht werden, wird der Ladevorgang vorübergehend unterbrochen.
Akkudefekterkennung / Alkalineerkennung:
Sollte ein Akku nicht richtig funktionieren oder eine Alkalinebatterie eingelegt worden sein, so wird dies erkannt und der Ladevorgang für diesen Schacht unterbrochen. Ein Blinklicht signalisiert die Störung.
Erhaltungsladung:
Hierbei handelt es sich einen sehr geringen Ladestrom zwischen Ladegerät und Akku.
Er verhindert ein Entladen des Akkus und sorgt dafür, dass der Akku bis zur Entfernung die max. Kapazität behält.
Die Erhaltungsladung wirkt somit der Selbstentladung eines Akkus entgegen ohne ihn zu beschädigen.
Verpolungsschutz:
Er verhindert den Kontakt zwischen Akku und Ladegerät wenn der Akku verkehrt herum eingelegt wird. Man kann einfach nichts falsch machen.
Timer:
Vergleichbar ist diese Technik mit einer „Stoppuhr“, die sich mit dem Einlegen der Akkus aktiviert und nach Ablauf einer gewissen Zeit den Ladeprozess beendet bzw. die Erhaltungsladung einleitet.
KFZ-Ladeadapter:
Ermöglicht das Laden von Akkus über den Zigarettenanzünder (12V-Buchse).
Kabelladegerät / Steckerladegerät:
Anders als beim Steckerladegerät wird ein Kabelladegerät nicht direkt in die Steckdose gesteckt, sondern mit einem Stromkabel mit der Steckdose oder Ihrem PC verbunden.