Akkumulatoren (Akkus) sind wiederaufladbare Energiespeicher, die elektrische Energie in chemischer Form speichern und bei Bedarf wieder abgeben. Sie sind in nahezu allen Bereichen der Elektrotechnik zu finden – von Werkzeugen über Fahrzeuge bis hin zu Notstromanlagen. Für die Lehrabschlussprüfung ist es wichtig, die verschiedenen Akkuarten, ihre Eigenschaften und den sicheren Umgang zu kennen.
Grundprinzip eines Akkus
Ein Akku wandelt elektrische Energie in chemische Energie um (beim Laden) und wieder zurück in elektrische Energie (beim Entladen). Dieser Vorgang ist reversibel, weshalb Akkus mehrfach verwendet werden können.
Wichtige Begriffe
- Nennspannung: typische Zellspannung (z. B. 1,2 V oder 3,6 V je nach Zellchemie)
- Kapazität
: gespeicherte Ladungsmenge in Ah (Amperestunden)Kapazität
Dies beschreibt die Fähigkeit elektrische Ladung zu speichern.
- Energiedichte: Energie pro Masse oder Volumen
- Zyklenfestigkeit: Anzahl der Lade-/Entladezyklen
Wichtige Akkuarten
Nickel-Cadmium (NiCd)
Diese Akkus sind mittlerweile in der EU an Endverbraucher nicht mehr verkauft werden, da die Akkus das hochgiftige Cadmium beinhalten. Die Akkus haben eine sehr gute Kältefestigkeit und können ihre Leistung auch bei niedrigen Temperaturen gut abgeben, daher werden diese Akkus weiterhin in Spezialanwendungen in Industrie und Militär verwendet.
- Nennspannung: 1,2 V
- Robust, hohe Strombelastbarkeit
- Memory-Effekt
- Umweltproblem: Cadmium giftig
Nickel-Metallhydrid (NiMH)
- Nennspannung: 1,2 V
- Höhere Kapazität
als NiCdKapazität
Dies beschreibt die Fähigkeit elektrische Ladung zu speichern.
- Weniger Memory-Effekt
- Empfindlicher gegen Tiefentladung
Lithium-Ionen (Li-Ion)
- Nennspannung: ca. 3,6–3,7 V
- Sehr hohe Energiedichte
- Kein Memory-Effekt
- Benötigt Schutzschaltungen (Brandgefahr bei Fehlbehandlung)
Lithium-Polymer (LiPo)
- Ähnlich wie Li-Ion, aber flexiblere Bauform
- Sehr hohe Energiedichte
- Empfindlicher gegenüber Beschädigung
Lithium-Eisenphosphat (LiFePO₄)
Lithium-Eisenphosphat-Akkus (LiFePO₄ oder LFP) gehören zur Familie der Lithium-Ionen-Akkus, unterscheiden sich jedoch deutlich in Sicherheit, Lebensdauer und thermischer Stabilität. Sie werden zunehmend in Energiespeichersystemen, Elektrofahrzeugen und Industrieanwendungen eingesetzt. Für die LAP ist es wichtig, die Besonderheiten dieser Akkuart zu kennen.
- Nennspannung pro Zelle: ca. 3,2–3,3 V
- Sehr hohe Lebensdauer: 2.000–6.000 Ladezyklen
- Hohe thermische Stabilität: sehr geringe Brand- und Explosionsgefahr
- Hohe Sicherheit: stabilere Chemie als klassische Li-Ion-Akkus
- Geringere Energiedichte: schwerer und größer als Li-Ion
- Geringe Selbstentladung: ideal für stationäre Speicher
Vorteile von LiFePO₄
- Sehr sicher, kaum thermisches Durchgehen
- Lange Lebensdauer und hohe Zyklenfestigkeit
- Umweltfreundlicher (kein Kobalt)
- Hohe Lade- und Entladeströme möglich
- Stabile Spannungskurve über den Entladebereich
Nachteile von LiFePO₄
- Geringere Energiedichte als Li-Ion oder LiPo
- Schlechtere Leistung bei sehr niedrigen Temperaturen
- Etwas höherer Preis als Bleiakkus
Typische Anwendungen
- Photovoltaik-Speicheranlagen
- Wohnmobile, Boote, Camping
- Elektrofahrzeuge (z. B. E-Scooter, E-Autos)
- USV-Systeme
- Industrie- und Robotikanwendungen
Sicherheit und Umgang
- Immer mit BMS (Batteriemanagementsystem) betreiben
- Keine Tiefentladung unter ca. 2,5 V/Zelle
- Keine Überladung über 3,65 V/Zelle
- Bei Frost nicht laden (unter 0 °C)
- Mechanische Beschädigung vermeiden
Bleiakku (Blei-Säure)
- Nennspannung: 2 V pro Zelle (z. B. 12 V = 6 Zellen)
- Robust, günstig
- Hohe Ströme möglich
- Schwer, geringe Energiedichte
Ladeverfahren
Konstantstromladung
Der Akku wird mit konstantem Strom
Der elektrischen Strom ist der Fluss von Elektronen durch einen Leiter.
Konstantspannungsladung
Die Spannung bleibt konstant, der Strom
Der elektrischen Strom ist der Fluss von Elektronen durch einen Leiter.
IUoU-Ladung (Bleiakku)
- I-Phase: Konstantstrom
- U-Phase: Konstantspannung
- Erhaltungsladung (U): geringe Spannung zum Ausgleich
Sicherheit und Umgang
- Nie tiefentladen (besonders Li-Ion)
- Keine mechanische Beschädigung
- Nur geeignete Ladegeräte verwenden
- Überhitzung vermeiden
- Defekte Akkus fachgerecht entsorgen
Typische Anwendungen
- Handys, Laptops, Tablets
- Elektrowerkzeuge
- E-Bikes, Elektroautos
- Notstromversorgungen (USV)
- Modellbau
Typische Prüfungsfragen
- Was ist der Unterschied zwischen NiMH und Li-Ion?
- Was bedeutet Kapazität
in Ah?Kapazität
Dies beschreibt die Fähigkeit elektrische Ladung zu speichern.
- Warum benötigen Lithium-Akkus Schutzschaltungen?
- Was versteht man unter dem Memory-Effekt?
- Welche Gefahren bestehen bei unsachgemäßem Umgang?
Videos
Bleiakkus
Lithium Akkus
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Weiterführende Quellen
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