Es ist immer das Gleiche: Sie möchten schnell mal ein Loch mit der Akkubohrmaschine bohren oder ein paar Schrauben versenken. Nur leider ist der Akku mal wieder leer. Das ist immer so, wenn Sie das Werkzeug brauchen. Und der Akku war auch mal leistungsfähiger. Schon nach qwenigen Löchern und Schrauben ist Schluss, und der Akku muss wieder ans Ladegerät.
Akkus halten nicht ewig, das weiß jeder. Leider tragen aber viele Besitzer dazu bei, dass die Haltbarkeit der Akkus zu wünschen übrig lässt. Doch wie behandelt man die Energiespeicher richtig? Und was passiert, wenn nur eine einzige Zelle im Akkupack keine Kapazität mehr hat? Was bedeutet es, wenn diese sich “umpolt”? Ist das überhaupt möglich? Hier finden Sie also Infos rund um Akkus und deren Eigenschaften.
Ganz gleich, ob es sich um den Akku Ihres Notebooks, Smartphones oder Werkzeugs handelt – wir alle möchten, dass die Akkus in den Geräten möglichst lange halten. Ob bei Zeitmangel, längeren Lagerzeiten, häufigem Unterwegssein oder dem Kauf eines neuen Geräts – die Frage stellt sich immer wieder: Wie kann ich meinen Akku optimal aufladen, ohne ihm zu schaden? Hier geht es um die besten Methoden, um Ihre Akkus richtig zu laden und ihre Lebensdauer zu erhöhen.
Der Begriff “Entlade-Ladezyklus” und seine Bedeutung Wenn Sie nach Informationen zum Laden von Akkus im Internet oder Fachzeitschriften suchen, stoßen Sie immer wieder auf den Ausdruck “Entlade-Ladezyklus”. Aber was bedeutet das genau?
Das Aufladen und Nachladen des Akkus
Das Aufladen eines Geräts, also der Ladevorgang, ist noch nicht unbedingt ein Ladezyklus. Ein vollständiger Ladezyklus entspricht einer Ladung von 0 Prozent auf 100 Prozent der Akkuanzeige. Wenn Sie Ihr Gerät also beispielsweise von 30 Prozent Restladung auf 100 Prozent aufladen und dann einige Stunden später den Akku von 70 Prozent Restladung auf 100 Prozent laden, haben Sie zwei Ladevorgänge, aber nur einen vollständigen Ladezyklus durchgeführt. Die meisten der Akkus werden nachgeladen, also von irgendwas Prozent auf irgendwas Prozent (hier meist 100 Prozent) geladen. Vollständig entladen werden die Akkus oft gar nicht, außer, die Geräte werden lange nicht benutzt.
Die Entladung (und Selbstentladung) des Akkus
Eine Entladung des Akkus tritt auf, wenn Sie Ihr Gerät mobil nutzen und dabei den Akku benutzen. Der Akkustand nimmt ab, und der Akku entlädt sich, indem er Strom abgibt. Auch bei Lagerung ohne Nutzung kann sich der Akku entladen. Das nennt man Selbstentladung. Alle Akkus (und auch die nicht wiederaufladbaren Batterien) entladen sich selbst, ohne Energie an einen elektrischen Verbraucher abzugeben. Wenn es um die Lebensdauer von Akkus geht, spricht man weniger von Jahren, sondern eher von der Anzahl der Lade- und Entladezyklen, da diese mehr über die tatsächliche Nutzung aussagen. In der folgenden Übersicht finden Sie einige Werte für die theoretische Lebens- und Nutzungsdauer für verschiedene Akkutypen (Schätzwerte):
- Li-Ion: 10-15 Jahre, 500-800 Ladezyklen
- Ni-Cd: 15 Jahre und länger, 800-1500 Ladezyklen
- Li-Po: 7-10 Jahre, 300-500 Ladezyklen
- NiMH: 7-10 Jahre, 350-500 Ladezyklen
Der Akkuschutz ist wichtig
Der Schutz des Akkus: Laderegler oder Ladeschaltung Um Überladung, Überhitzung oder Kurzschlüsse zu verhindern, sind in modernen mobilen Geräten Laderegelungen oder Ladeschaltungen als Schutzmechanismen in den Akkus integriert. Sie helfen dabei, den Akku durch eine optimale Regulierung des Ladestroms nicht zu überlasten. Besonders wichtig sind solche Schutzschaltungen für Lithium-Ionen-Akkus.
Lithium-Ionen-Akkus
Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion-Akku) Li-Ion-Akkus enthalten meistens elektronische Schaltungen, welche die Ladeschlussspannung und die Tiefentladespannung überwachen. Diese Schaltungen werden in der Regel nicht als Laderegler bezeichnet, da sie nicht als alleinige Regulatoren fungieren. Ihre Hauptfunktion besteht darin, den Akku vor Schäden zu schützen.
Vollständiges Laden und Entladen belastet die Elektroden eines Li-Ion-Akkus stark und beeinflusst somit die Lebensdauer des Akkus. Wenn ein Gerät ständig am Ladegerät angeschlossen bleibt, wirkt sich dies auf die Ladeelektronik, also die Ladeschaltung oder den Laderegler, aus. Wenn die Akkuanzeige 100 Prozent erreicht, liefert das Ladegerät Erhaltungsstrom oder unterbricht den Ladevorgang, bis die Akkukapazität wieder unter den Nennwert fällt und die Ladeelektronik wieder aktiv wird. Beide Fälle belasten den Akku.
Nickel-Cadmium-Akkus
Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd-Akku) NiCd-Akkus finden sich manchmal noch in Geräten, die eine hohe Stromaufnahme erfordern wie zum Beispiel mobile Werkzeuge. Aber auch hier sind sie heute selten geworden. Diese Akkus verfügen nicht direkt über einen Laderegler oder eine Ladeschaltung. Der Grund dafür liegt in ihrem Aufbau:
Die positive Elektrode einer NiCd-Zelle besteht aus Nickelhydroxid und die negative Elektrode aus Cadmiumhydroxid. Die Leitfähigkeit der positiven Elektrode wird in der Regel durch einen Graphitzusatz verbessert. Es gibt zwei Arten von NiCd-Akkumulatoren: offene und gasdichte Zellen. Gasdichte NiCd-Zellen enthalten einen sogenannten “antipolaren Massenzusatz” aus Cadmiumhydroxid, der als Umpolschutz dient und das Wasserstoffgas bindet, um einen Druckanstieg in der Zelle zu verhindern. Auf das Umpolen wird im folgenden Absatz weiter eingegangen.
Wie eine Zelle umgepolt wird
In Batterien und Akkus mit mehreren einzelnen Zellen ist es kaum zu vermeiden, dass einzelne Zellen bei einer umgepolt werden, wenn sie kaputt gehen. Die Kapazitäten können trotz gleicher Anfangswerte im Verlauf mehrerer Zyklen von Zelle zu Zelle unterschiedlich sein, da sie individuell altern, bedingt durch verschiedene Herstellungstoleranzen und Betriebsbedingungen. Obwohl der gleiche Strom durch alle Zellen einer Serienschaltung fließt, können sich aufgrund ihrer räumlichen Anordnung unterschiedliche Zelltemperaturen ergeben. Da das Altern einer Zelle stark von der Temperatur abhängt, führen die unterschiedlichen Temperaturen auch zu unterschiedlichem Alterungsverhalten der Zellen. Ältere Zellen sind dabei weniger belastbar. Sie entladen sich bei gleicher Belastung also wesentlich schneller.
In einer Reihenschaltung von fünf Akkus bedeutet dies: Wenn ein schwacher Akku nach nur einer Stunde leer ist, während die anderen Akkus eine Stunde und drei Minuten brauchen, ergibt sich eine Differenz von drei Minuten. In dieser kurzen Zeit ist der schwache Akku leer und hat 0 Volt, während die anderen vier Akkus ihre Energie weiter abgeben und sie dem schwachen Akku quasi aufzwingen. Bei diesem Vorgang wird der schwache, leere Akku zwangsweise umgepolt und von den vollen Zellen mit verkehrter Polarität aufgeladen. Nach einem solchen Vorgang ist die Zelle oft geschädigt und wird sich davon nie wieder vollständig erholen können.
Sehen Sie sich dazu die beiden Abbildungen an. Auf der oberen Abbildung ist eine Reihenschaltung mit fünf intakten Batteriezellen zu sehen. Genau genommen handelt es sich um Akkuzellen mit einer Spannung von jeweils 1,2 Volt.
Die Einzelspannungen addieren sich von Zelle zu Zelle, bis schließlich die Gesamtspannung von 6,0 Volt (Nennspannung des Akkus) erreicht ist. Diese Spannung liegt auch am Verbraucher an. Die Polung der Akkuzellen ist gekennzeichnet. Sie entspricht der ursprünglichen Akkupolung, auch in der unteren Abbildung.
Die zweite Schaltung ist aus Gründen der Übersicht etwas geändert. Die Zelle 4 wurde aus der Reihe herausgenommen und direkt vor den Verbraucher gesetzt. Sie ist defekt. Deshalb ist sie leer, auch wenn die anderen Zellen noch ihre Nennspannung haben. Was passiert hier nun?
Die Zellen 1, 2, 3 und 5 liefern jeweils 1,2 Volt. Daraus ergibt sich eine Gesamtspannung von 4,8 Volt. Diese Spannung liegt nun am Minuspol von Zelle 4 an. Da diese Zelle entladen ist und daher die Spannung nicht weiter erhöht (aus 6,0 Volt, wie es normalerweise der Fall wäre) und der Verbraucher (hier eine Glühlampe Strom zieht, sinkt die Spannung vom Minuspol zum Pluspol sogar etwas.
Die Folge: Die Spannung am Pluspol der Akkuzelle 4 ist also noch geringer als die Spannung am Minuspol dieser Akkuzelle. Das entspricht also einer Umpolung. Würde man mit einem Multimeter die Spannung an dieser Zelle messen (Minuspol Messgerät an Minuspol Akkuzelle, gleiches mit dem Pluspol von Messgerät und Akkuzelle), wäre eine Negativspannung messbar.
So regelt der NiCd-Akku seine Ladung
Bei einer Überladung des Akkus bildet sich an der Cadmiumelektrode, also der negativen Elektrode, Wasserstoff und an der positiven Elektrode, der Nickelelektrode, Sauerstoff. Diesen Vorgang nennt man “Ausgasen”. Da dies in gasdichten Zellen aufgrund der Explosionsgefahr unbedingt zu verhindern ist, ist im NiCd-Akku die Cadmiumelektrode, also der Minus-Pol, überdimensioniert und dient automatisch als negative Entladereserve, also als “Laderegler”. Bei Überladung mit geringeren Laderaten stellt sich so ein Gleichgewicht zwischen Sauerstofffreisetzung und -verbrauch ein. Es bildet sich kein Wasserstoff, und es kommt nicht zur Explosion.
Ein besonderer Vorteil des NiCd-Akkus ist, dass er auch bei Temperaturen unter 0 °Celsius gut funktioniert. Allerdings hat er auch Nachteile: Er leidet unter einer hohen Selbstentladung, und aufgrund des verwendeten giftigen Schwermetalls Cadmium sind Nickelcadmium-Akkus nicht besonders umweltfreundlich, wenn sie unkontrolliert in die Umwelt gelangen. Daher sind gebrauchte Akkus (egal welcher Art) immer ordnungsgemäß zu entsorgen.
Laden ist nicht gleich Laden
Die unterschiedlichen Bauarten der Akkus erfordern jeweils einen anderen Umgang beim Ladevorgang. Für Smartphones, Werkzeuge, Digitalkameras, Tablets, Laptops und andere Geräte gibt es einige Faustregeln, die Sie beachten sollten, um Ihrem Akku und somit auch Ihnen (oder besser gesagt Ihrem Geldbeutel, aber auch der Umwelt) etwas Gutes zu tun.
Lithium-Ionen-Akkus
Es empfiehlt sich, das zu ladende Gerät während des Ladevorgangs auszuschalten, damit der Akku ohne Belastung laden kann. Bei extremen Temperaturen sollte das Laden vermieden werden, da die Belastung des Akkus dadurch erhöht wird und die Zyklenlebensdauer verringert werden kann. Grundsätzlich sollten Geräte mit Lithium-Ionen-Akkus keinen zu niedrigem Akkustand (zwischen 0 und 30 Prozent) erreichen. Etwas früheres Nachladen ist besser. Außerdem sollte ein fast voller Akku nicht zu schnell wieder nachgeladen werden. Ebensowenig sollte er ständig am Ladegerät hängen, siehe auch dieser Beitrag. Das gilt besonders für Laptops, mehr dazu hier. Ist der Lithium-Ionen-Akku tiefentladen und soll wieder aufgeladen werden, chten Sie darauf, ob er beginnt, sich aufzublähen. Dann wird es gefährlich, Sie sollten dann den Ladevorgang sofort abbrechen und den Akku entsorgen und durch einen neuen ersetzen. Mehr zu dem Thema Akku ist aufgebläht können Sie in diesem Beitrag nachlesen, einfach anklicken.
Nickel-Cadmium-Akkus
Das Laden von Nickel-Cadmium-Akkumulatoren ist etwas komplizierter. Hier ist besonders darauf zu achten, den Ladevorgang im richtigen Moment zu stoppen. Die Ladegeräte verfügen über verschiedene Abschaltkriterien, die auf den Parametern wie Temperatur, Ladestrom, Kapazität, Zeit und Spannung basieren.
- Die Ladezeit: Die Ladung wird hier nach einer festgelegten und zuvor eingestellten Zeitspanne unterbrochen. Dies geschieht durch den Einsatz einfacher Timer, die den Ladestrom genau zum Ablauf der eingestellten Zeit abschalten, unabhängig davon, wie viel der Akku bereits geladen wurde.
- Die Minus-Delta-U-Abschaltung: Bei dieser Methode wird der definierte Spannungsrückgang am Ende der Ladekurve bewertet. Wenn die Ladespannung trotz weiterer zugeführter Ladung sinkt, ist der Akku vollständig aufgeladen. Das Ladegerät erkennt diesen Punkt und stoppt die Ladung.
- Die Ladeschlussspannung: Bestimmte Ladegeräte reagieren auf die maximal erreichte Ladespannung. Sobald diese erreicht ist, schaltet das Ladegerät den Ladestrom ab. Solange die Spannung des Akkus steigt, kann er die Ladeenergie speichern. Die Ladeschlussspannung liegt bei NiCd und NiMH bei 1,45 Volt pro Zelle, bei Lithium-Ionen-Akkus bei 4,1 und bei Litium-Polymer-Akkus bei 4,2 Volt.
- Die Temperaturabschaltung: Diese Abschaltmethode funktioniert einwandfrei bei vergossenen Werkzeug-Akkus mit fest eingebauten Temperatursensoren. Bei einzelnen Akkuzellen kann sie jedoch problematisch sein, da der Sensor oft nicht ordnungsgemäß am Akku befestigt ist und dadurch falsche Temperaturwerte liefern kann. Es ist auch zu beachten, dass nicht nur die Akkutemperatur ausschlaggebend ist, sondern auch die momentane Umgebungstemperatur berücksichtigt werden muss.
Originalen Akku kaufen oder Nachbau?
Eine Qualitätsfrage? Bei Akkus ist es ratsam, auf Qualität zu setzen. Nicht immer ist es eine gute Idee, beim Kauf zu günstigeren Drittanbietern statt zum Originalhersteller zu greifen. Es kommt vor, dass die preiswerteren Akkus von minderer Qualität sind. Das macht sich durchaus bemerkbar. Die Lebensdauer ist kürzer, und ihre Kapazität entspricht nicht der gleichen wie der eines hochwertigen Akkus. Es gibt aber auch Anbieter, die durchaus gute Ersatzakkus liefern. Achten Sie am besten auf die Erfahrungen anderer Käufer.
Die Prozentanzeige im Akku und was es damit auf sich hat
Die verlässliche Anzeige des Akkustands ist leider nicht immer gewährleistet. Die Akkuanzeige verliert plötzlich deutlich an Prozentpunkten, obwohl das Gerät nur kurze Zeit benutzt wurde. Dieses Problem entsteht, weil der Akku Schwierigkeiten hat, seine Ladung akkurat in Prozentzahlen darzustellen.
Um dieses Problem zu beheben, empfiehlt es sich, den Akku gelegentlich vollständig zu entladen und dann wieder vollständig aufzuladen, um ihn zu kalibrieren. Dennoch sollte man hierbei Vorsicht walten lassen, da ein komplettes Entladen die Lebensdauer des Akkus beeinträchtigen kann. Machen Sie das aber nur selten (z. B. einmal im Jahr) oder nur dann, wenn offensichtlich ist, dass die Prozentanzeige nicht korrekt funktioniert.
Wenn der Akku “Urlaub” hat
Wenn ein Gerät für längere Zeit nicht genutzt wird, beispielsweise während eines Urlaubs, sollten Sie den Akku kühl lagern, am besten bei Temperaturen um die 10 Grad Celsius. Mäßig niedrige Temperaturen sind förderlich, doch auch bezüglich des Ladezustands des Akkus gibt es Empfehlungen, wenn er im “Urlaub” ist.
Der Akku sollte während der Lagerung einen mittleren Ladezustand von etwa 50 bis 70 Prozent haben. Niemals sollte ein vollständig entladener Akku für längere Zeit gelagert werden. Wenn der Akku nach der Ruhephase wieder in Betrieb genommen wird, kann er möglicherweise zunächst träge reagieren. Das erste Aufladen kann länger dauern und es ist anfangs vielleicht nicht klar, ob der Ladevorgang überhaupt gestartet ist. Haben Sie hier etwas Geduld, nach einiger Zeit sollte das Gerät wieder normal funktionieren.
Die Akkupflege
Moderne Lithium-Ionen-Akkus sollten in einem mittleren Ladebereich zwischen 30 und 80 Prozent sein. Kapazitäten unter 30 oder über 80 Prozent sind zwar nicht direkt schädlich. Aber wenn Sie den Akku meistens im Mittelfeld halten, kann sich die Anzahl der möglichen Ladezyklen von den sonst üblichen 1000 auf deutlich mehr Ladezyklen erhöht werden.
Das bedeutet, dass Sie den Akku nach Möglichkeit bei etwa 30 Prozent bereits wieder aufladen sollten. Andererseits ist es am besten, den Akku nicht über 80 Prozent aufzuladen. Natürlich können Sie den Akku gelegentlich bis zu 100% aufladen, da dies dem Gerät nicht schadet. Die Lebensdauer lässt sich aber durch diese einfachen Maßnahmen deutlich verlängern.
