Die Geheimnisse der Batteriefunktionszeit Ist die Funktionszeit eines tragbaren Gerätes in einem direkten Verhältnis mit der Batteriegrösse? Die Antwort sollte 'Ja' sein, aber in Wirklichkeit ist die Funktionszeit noch von anderen Merkmalen abhängig, als nur von der Kapazität.. In diesem Artikel wird untersucht, was die Gründe sind für unerwartete Ausfallzeiten und die kurzen Batteriefunktionszeiten. Sehen wir uns die vier Ausfallursachen an - verlieren von Kapaziät, wachsen des Innenwiderstandes, erhöhte Selbstentladung und zu frühe Spannungsabschaltung bei Entladung. Wir bewerten, wie diese regenerativen Mängel Batterien auf Nickel-, Blei und Lithiumbasis beeinflussen. Verlieren
von Kapazität
In Batterien auf Nickelbasis besteht die so genannte Schrottzone aus Kristallformationen, auch bekannt unter dem Ausdruck 'Memory'. Eine Regeneration ist möglich durch eine Vollentladung auf 1 Volt pro Zelle. Wenn jedoch keine Wartung während vier oder mehr Monate durchgeführt worden ist, wird eine Korrektur immer schwieriger und zwar zunehmend, je länger die Pausen zwischen zwei Wartungen waren. Um dem Memoryeffekt vorzubeugen, sollten auf Nickel basierende Batterien alle ein bis zwei Monate voll entladen werden. Nickel-Kadmium und Nickel-Metall-Hydrid-Batterien werden in Funkgeräten, medizinischen Instrumenten und Werkzeugen eingesetzt. Eine Leistungsverschlechterung bei Blei-Säure-Batterien wird verursacht durch Sulfatierung und Korrosion des Gitters. Sulfatierung ist eine dünne Schicht, die sich auf der negativen Zellenplatte bildet, wenn die Batterie eine voll gesättigte Ladung verweigert. Eine Sulfatierung kann teilweise mit zyklischer Vollladung korrigiert werden. Die Gitterkorrosion, die auf der positiven Zellenplatte entstehen kann, wird durch Überladung ausgelöst. Blei-Säure-Batterien werden für grössere tragbare Geräte und fahrbare Applikationen verwendet. Lithium-Ion-Batterien verlieren an Kapazität durch Zellenoxidation, ein normaler Prozess, der mit dem Gebrauch und der Alterung erfolgt. Die typische Lebenserwartung von Lithium-Ion ist 2 bis 3 Jahre, ob nun die Batterie gebraucht wird oder nicht. Ein Lagerung bei kühlen Temperaturen und einem Ladezustand von ca. 40% können die Alterung verzögern. Eine gealterte Lithium-Ion-Batterie kann nicht mehr durch zyklisches Laden regeneriert werden. Man findet Lithium-Ion-Batterien in Mobiltelefonen und tragbaren Computernting. Erhöhter
Innenwiderstand
Nickel-Kadmium bietet einen sehr tiefen Innenwiderstand und gibt auf Verlangen hohe Ströme ab. Im Vergleich dazu starten Nickel.Metall-Hydrid-Batterien mit nur unwesentlich höherem Widerstand, dessen Wert allerdings nach 300 bis 400 Zyklen stark zunimmt. Lithium-Ion hat einen leicht höheren Innenwiderstand als Batterien auf Nickelbasis. Das Kobaltsystem tendiert zu einer Erhöhung des Innenwiderstands als Teil des Alterungsprozesses, während Magnesium (Spinel) den Widerstand über die gesamte Lebensdauer beibehält, aber dafür auf Grund einer chemischen Reaktion an Kapazität einbüsst. Kobalt und Magnesium werden für die positiven Elektroden verwendet. Ein hoher Innenwiderstand wird die Batterie schiesslich unbrauchbar machen. Die Energie ist wohl noch vorhanden, aber kann nicht mehr abgegeben werden. Diese Auswirkung ist endgültig und kann nicht mehr rückgängig gemacht werden. Kühle Lagerung und ein Ladezustand von 40% kann den Alterungsprozess verzögern. Der Innenwidestand von Blei-Säure-Batterien ist sehr gering. Die Batterie antwortet gut auf kurze Stromspitzen, aber hat Mühe, während längerer Zeit einer höheren Belastung standzuhalten. Mit der Zeit steigt der Innenwiderstand wegen Sulfatierung und Korrosion an. Erhöhte Selbstentladung Alle Batterien leiden unter der Selbstentladung, wobei Batterien auf Nickelbasis die höchsten Werte aufweisen. Der Verlust ist asymptotisch, d.h. die Selbstentladung ist am höchsten, unmittelbar nach Aufladung und sinkt dann ab. Batterien auf Nickelbasis verlieren 10-15% ihrer Kapazität während den ersten 24 Stunden nach der Aufladung, anschliessend 10-15% pro Monat. Ein der besten Batterien in Bezug auf Selbstentladung ist die Blei-Säure-Batterie, die sich nur mit 5% pro Monat selbst entlädt. Unglücklicherweise hat diese Chemie die tiefste Energiedichte, was sie für tragbare Applikationen unbrauchbar macht. Lithium-Ion hat eine Selbstentladung von etwa 5% während den ersten 24 Stunden, und 1-2% nachher. Wenn man die Schutzschaltung mitberücksichtigt, wird die Selbstentladung um weitere 3% erhöht. Die Schutzschaltung ist dafür besorgt, dass Spannung und Strom jeder Zelle die Sicherheitsschwelle nicht überschreiten. Figur 3 illustriert eine Batterie mit hoher Selbstentladung.
Die Selbstentladung bei allen Batteriechemien steigt bei höheren Temperaturen an. Typischerweise wird der Werte mit jeden 10°C verdoppelt. Ein empfindlicher Energieverlust entsteht, wenn eine Batterie im heissen Fahrzeug verbleibt. Alterung und Gebrauch beeinflussen ebenfalls die Selbstentladung. Nickel-Metall-Hydrid ist gut für 300 bis 400 Zyklen, während Nickel-Kadmium erst ab 1000 Zyklen von der Selbstentladung in ihrer Leistungsfähigkeit beeinflusst wird. Ältere Batterien auf Nickelbasis können durch Selbstentladung mehr Energie am ersten Tag verlieren, als dies bei neueren Batterien der Fall ist. Entsorgen Sie eine Batterie, wenn die Selbstentladung innerhalb 24 Std. ca. 30% erreicht. Es kann nichts gegen diesen Makel unternommen werden. Faktoren, die die Selbstentladung beschleunigen, sind defekte Separatoren, ausgelöst durch kristalline Formationen. Sie haben zur Folge, dass die Batterien beim Aufladen 'gekocht' werden. Ein weiterer Faktor ist die hohe Anzahl Zyklen, welche die Zellen aufquellen lassen. Batterien auf der Basis von Blei und Lithium zeigen bei weitem keine so starke Erhöhung der Selbstentladung durch den Gebrauch, wie das bei Batterien auf Nickelbasis der Fall ist. Frühzeitige
Spannungsabschaltung
Ein hoher Innenwiderstand und das Gerät selbst sind nicht die einzigen Ursachen für eine vorzeitige Abschaltung - warme Temperaturen spielen ebenso eine Rolle, indem dadurch die Batteriespannung gesenkt wird. Andere Gründe sind kurzgeschlossene Zellen in einer mehrzelligen Batterie und der Memoryeffekt bei Batterien auf Nickelbasis. Über den Autor Isidor Buchmann ist der Gründer und Geschäftsführer von Cadex Electronics Inc., in Vancouver BC. Herr Buchmann hat fundierte Basiskenntnisse in der drahtlosen Kommunikation und studierte über zwei Jahrzehnte hinweg das praktische Verhalten von wiederaufladbaren Batterien und ihre täglichen Verwendungen. Als Autor gewann er Auszeichnungen für viele Artikel und Bücher über Batterien. Herr Buchmann's technische Ausführungen gingen rund um die Welt. Cadex Electronics ist Hersteller von fortschrittlichen Batterieladegeräten, Batterieanalysern und PC-Software. Für Produktinformationen besuchen Sie bitte www.cadex.com Click here for a printer-friendly version © Copyright 2003 - 2005 Isidor Buchmann
| ||||||||||||||
|
Learning
the basics about batteries - sponsored by Cadex Electronics Inc.
| ||||||||||||||
