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ladeverfahren

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ladeverfahren [2010/03/28 21:42] (aktuell)
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 +**[[Start]] | [[Technik]] | [[Akkumulator]] | [[Akkutechnik]] | [[Elektrik]] | [[Ladeverfahren]] | [[Links]] | [[Wissenswertes]]**
  
 +^[[Kategorien]]:​ [[Akkumulator]],​ [[Akkutechnik]],​ [[Elektrik]]^
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 +====== Ladeverfahren ======
 +zum Teil aus Wikipedia: http://​de.wikipedia.org/​wiki/​Ladeverfahren
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 +Unter Ladeverfahren versteht man die Steuerung der Aufladung von [[Akkumulator|Akkumulatoren]]. Die richtige Aufladung und Pflege der Akkumulatoren sowie der Schutz vor Über- und Unterladung tragen erheblich zu ihrer Lebensdauer bei. Die zur Steuerung der Ladung verwendeten Geräte nennt man [[Laderegler]].
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 +**Je nach Energiequelle und Akkumulatortyp kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz:**
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 +===== Konstantstrom-Ladeverfahren =====
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 +Die Akkumulatoren werden dabei mit einem über die gesamte Ladezeit konstanten Strom geladen. Um eine Überladung zu vermeiden, muß ein geeignetes Verfahren zur Abschaltung bei Vollladung angewendet werden.
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 +Im einfachsten Fall wird nach Ablauf einer festen Zeit abgeschaltet oder auf [[Erhaltungsladung]] umgeschaltet. Die einzuhaltende Ladezeit (t in h) für vollständig entladene Akkus ergibt sich aus dem Quotienten aus Kapazität des Akkus (C in mAh) und dem Ladestrom des Ladegeräts (I in mA), multipliziert mit einem Faktor k zur Berücksichtigung des Ladewirkungsgrades.
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 +t=k* \frac C I
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 +Für Nickel-Cadmium-Akkumulatoren wird üblicherweise k = 1,4 gewählt. Zulässig ist diese einfache Art der Beendung des Ladens nur für kleine Ladeströme von maximal C/10. Für höhere Ladeströme besteht die Gefahr, den Akku bei Überladung durch die dann auftretende Erwärmung und Druckanstieg dauerhaft zu schädigen.
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 +Diese in einfachen Ladegeräten angewandte Methode der langsamen 14-stündigen Ladung mit C/10 als Ladestrom war lange Zeit das einzige einfach zu realisierende Ladeverfahren,​ ist jedoch heute nicht mehr Stand der Technik. Dies gilt insbesondere für NiMH-Akkumulatoren,​ die gegenüber Überladung sehr empfindlich sind. Eine Erwärmung auf mehr als 40°C verringert irreversibel ihre Ladekapazität.
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 +===== ΔU-Verfahren =====
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 +Moderne Laderegler überwachen den Spannungsverlauf am Akku während des Ladens. Mit zunehmender Aufladung wächst der differenzielle [[Widerstand]] des Akkus, die an ihm abfallende Spannung steigt. Bei Erreichen der Vollladung kann die zugeführte Energie nicht mehr chemisch gebunden werden, der Akkumulator erwärmt sich. Mit jedem Grad mehr sinkt der differenzielle Widerstand, die Ladespannung sinkt ebenfalls (daher: -ΔU). Das Absinken der Spannung ist bei NiCd-Akkus deutlich ausgeprägt. Bei NiMH wird das Absinken der Spannung nach einem Maximum jedoch nur bei ausreichend hohen Ladeströmen beobachtet.
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 +Mögliche Kriterien für die Beendung des Ladens sind:
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 +**1.** Das Absinken der Ladespannung nach dem Erreichen des Maximums (-Δ U Verfahren). Üblich sind hierbei 20 mV pro Zelle.\\ ​
 +**2.** Erreichen des Maximums der Ladespannung. Der Laderegler berechnet dafür die erste Ableitung des Spannungsverlaufs. Die Abschaltung erfolgt, wenn das Maximum der Ladespannung erreicht ist mit dU / dt = 0\\ 
 +**3.** Beginn des Abflachens des Ladespannungverlaufs. Der Laderegler berechnet dafür die zweite Ableitung des Spannungsverlaufs. Die Abschaltung erfolgt, wenn der Wendepunkt erreicht ist mit d2U / dt2 = 0.
 +
 +Bei den beiden ersten Verfahren zur Bestimmung des Ladeendes tritt bereits eine leichte Überladung ein. Sie sollten daher nur für NiCd-Akkus eingesetzt werden, da diese weniger empfindlich auf Überladung reagieren als NiMH-Akkus. Das dritte Verfahren ergibt eine frühere Erkennung des Ladeendes und ist deshalb besser für NiMH-Akkus geeignet, die weniger tolerant auf Überladung reagieren.
 +
 +Alle drei Verfahren arbeiten unabhängig vom Ladezustand des Akkus bei Ladebeginn. Der Ladestrom muss während der Ladung konstant und genügend groß sein, um bei Ladeende einen Anstieg der Akkutemperatur zu verursachen. Mit geeigneten, schnellade-fähigen Akkus lassen sich Ladezeiten bis herab zu 10 Minuten realisieren. Das schnelle Laden mit hohem Ladestrom ist prinzipiell vorteilhaft für die Lebensdauer von NiCd- und NiMH-Akkus, solange eine zuverlässige Abschaltung des Ladestroms bei Erreichen der Volladung gewährleistet ist.
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 +**Einsatz:​**
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 +    * [[Nickel-Cadmium-Akku|Nickel-Cadmium-Akku]]
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 +===== Pulsladeverfahren =====
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 +Dieses Verfahren ist ein Sonderfall des Konstantstromladens,​ da mit Pulsen von konstantem Strom geladen wird. Vorteile dabei sind:
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 +    * Die Ladespannung kann in den stromlosen Pausen zwischen den Pulsen gemessen werden, dadurch tritt keine Verfälschung des Messergebnisses infolge Übergangs- und Leitungswiderständen auf.
 +    * Durch Variation des Puls-/​Pausenverhältnisses können auf einfache Art verschiedene Phasen des Ladens realisiert werden, ohne den konstanten Ladestrom während der Pulse ändern zu müssen. Dies kann am Beginn der Ladung zur Prüfung des angeschlossenen Akkus eingesetzt werden und nach Ladeende zur Realisation einer Erhaltungsladung dienen. Die Erhaltungsladung wird in Form von kurzen Strompulsen mit langen Pausen durchgeführt und ist gegenüber der Dauerladung mit geringem Strom vorteilhaft,​ da die Gefahr des Dendritenwachstums reduziert wird, das zum inneren Kurzschluss des Akkus führen kann.
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 +===== Konstantspannungs-Ladeverfahren =====
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 +Bei diesem Verfahren wird die Ladespannung konstant gehalten. Bei fortschreitender Aufladung sinkt der Ladestrom wegen der kleiner werdenden Spannungsdifferenz zwischen Akkumulator und Ladegerät. Idealisiert würde der Ladestrom bis auf Null sinken, in der Praxis fließt ein von der Akkukapazität abhängiger Reststrom zum Ausgleich der Selbstentladung.
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 +**Einsatz:​**
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 +    * [[Bleiakkumulator|Bleiakku]]
 +    * [[Lithium-Ionen-Akku]]
 +    * [[RAM-Zellen]] (Rechargable Alkali Manganese)
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 +===== IU-Ladeverfahren =====
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 +Das IU-Ladeverfahren verbindet das Konstantstrom- mit dem Konstantspannungs-Ladeverfahren. In der ersten Phase der Ladung wird mit einem konstanten, durch das Ladegerät geregelten Strom geladen. Gegenüber dem reinen Konstantspannungs-Ladeverfahren wird so eine Begrenzung des sonst hohen Anfangsladestroms bewirkt. Bei Erreichen der gewählten Ladeschlußspannung am Akku wird von Strom- auf Spannungsregelung umgeschaltet und in der zweiten Ladephase mit konstanter Spannung weiter geladen, dabei sinkt mit zunehmendem Ladestand des Akkus der Ladestrom selbsttätig ab. Als Kriterium für die Beendung der Ladung kann bei Blei- und Li-Ionen-Akkus die Unterschreitung eines gewählten minimalen Ladestroms angewendet werden.
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 +**Einsatz:​**
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 +    * Blei-Gel-Akku
 +    * [[Bleiakkumulator|Bleiakku]]
 +    * [[Lithium-Ionen-Akku]]
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 +===== IUoU-Ladeverfahren =====
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 +3-stufiges Ladeverfahren,​ das beispielsweise auch beim [[CityEL original Trafo-Lader]] verwendet wird. Stufe 1 lädt mit konstantem Strom I, bis zu einer Umschaltspannung. Danach beginnt Stufe 2 mit einer konstant hohen Spannung (Uo) und fallendem Strom zu laden. Ist der Strom bis auf eine bestimmte Schwelle abgefallen schaltet das Ladegerät auf die 3. Stufe um, bei der mit moderater Spannung (U) und geringem Strom durch die [[Gasungsphase]] die Ausgleichsladung durchgeführt wird.
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 +**Einsatz:​**
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 +    * NICHT für Blei-Gel-Akkus geeignet! (da Uo normalerweise zu hoch)
 +    * [[Bleiakkumulator|Bleiakku]]
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 +===== WUIa-Ladeverfahren =====
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 +3-stufiges Ladeverfahren. Zu Beginn lädt das Ladegerät mit aller Leistung, die es aufbringen kann. Der Strom wird mit steigender Batteriespannung fallen. ​ Hierbei wird die Eigenschaft der Batterie genutzt, bis zur Gasung eine relativ grosse Energiemenge aufnehmen zu können. Beim Erreichen der Gasung erfolgt der Übergang zur Konstantspannungsphase. Diese dauert an, bis der Strom den Wert des Nachladestromes erreicht hat. Während der darauf folgenden Nachladephase (Ia) bleibt der Strom konstant.
 +Die Batterien gasen recht stark.
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 +**Einsatz:​**
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 +    * NICHT für Blei-Gel-Akkus geeignet!
 +    * [[Bleiakkumulator|Bleiakku]]
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 +====== ======
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 +====== Siehe auch ======
 +
 +**__[[Laden der BleiAkkus]]__** | **[[Laden der NiCd Akkus]]** | **[[Laden der NiMh Akkus]]** | **[[Lithium-Ionen-Akku|Laden LiIo-Akkus]]** | **[[Lithium-Polymer-Akku|Laden LiPolymer-Akkus]]**
 +
 +===== allgemein =====
 +
 +**[[Akkumulator]],​ [[Entladeschlußspannung]],​ [[Erhaltungsladung]],​ [[Ladegeräte]],​ [[Ladekennlinie]],​ [[Laden der Bleiakkus]],​ [[Ladeschlussspannung]],​ [[Ladespannung]],​ [[Ladestrom]],​ [[Spannung]]**
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 +
 +**Sowie: [[Akkutechnik]],​ [[Batteriemanagement]],​ [[Gasungsphase]],​ [[Kugelhaufenmodell]],​ [[Laden]], [[Ladeverfahren]],​ [[Ladezustand]],​ [[Laden der Bleiakkus]],​ [[Megapulser]],​ [[Power Cheq]], [[Säuredichte]],​ [[Aräometer|Säureheber]],​ [[Säureschichtung]],​ [[Sulfatierung]]**
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 +====== Links Bleiakkus ======
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 +  * **[[http://​www.ict.fraunhofer.de/​deutsch/​scope/​ae/​bleisystem.html|Batterie-Glossar __Blei__ des Frauenhoferinstitutes]]**
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 +====== Links ======
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 +  * **[[http://​www.bticcs.com/​|Innovative Ladetechnik der Technischen Universität Graz]]**
 +  * http://​www.microcharge.de/​Bleiakku-Interna.html **Gute Erklärung und Zusammenfassung verschiedener Probleme**
 +  * **[[http://​www.batteryuniversity.com/​partone-german.htm|Ausführliche auch wissenschaftliche Erklärungen von batteryuniversity]]**
 +  * **[[http://​www.ict.fraunhofer.de/​deutsch/​scope/​ae/​bg.html|Batterie-Glossar des Frauenhoferinstitutes]]**
 +  * **http://​www.basytec.de/​pbbatterie/​Bleibatterie.html Weiter ausführliche auch wissenschaftliche Erklärungen zu Akkus.**
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