(FAQ = Frequently Asked Questions = Oft gestellte Fragen)
Gliederung 1. Allgemeines 2. Zellenaufbau 3. Vergleich der Systeme 4. Lade-/Entladeeigenschaften 5. Vergleich diverser Sekundärelemente 1. Allgemeines Unter den wideraufladbaren Gerätebatteriesystemen ist zur Zeit das System NiCd mit Abstand vorherrschend, was an der Robustheit und der universalen Einsetz- barkeit liegt. Alle anderen verfügbaren Systeme sind neu auf dem Markt oder Spezialsysteme für spezielle Anwendungen. Da das System Ni-Mh weitest gehend kompatibel dazu ist, Zusatzvorteile bietet und in Zukunft weiterentwickelt wird, kann es in vielen Anwendungen die Rolle des NiCd Systems übernehmen. Als weiteres System wird im laufe der kommenden Jahre Lithium wieder aufladbar, auch unter der Bezeichnung Li/Swing oder Li/Ion bekannt, an Boden gewinnen. Da es sich hierbei um ein System mit 3 V handelt, ist keine Kompatibilität zu anderen Systemen gegeben, was eine Markteinführung verlangsamt. 2. Zellenaufbau die elektrochemischen Vorgänge eine NiMh-Zelle sind mit den der NiCd-Zelle fast identisch, sie unterscheiden sich jedoch an den negativen Elektroden. Wie von NiCd-Systemen bekannt ist, gibt es auch bei NiMh-Zellen eine Lade/Entla- dereserve, d.h. eine Überlade- und Tiefentladefähigkeit ohne Schäden für den Akku. Dies wird erreicht, indem man die negative Elektrode größer bzw. massenreiche gestaltet wie positive Elektrode. Die Entstehung eines Sauerstoff- überdruckes durch Überladung wird wie bei der NiCd-Zelle durch Rekombination an der negativen Elektrode verhindert. Man muss also bei Überladung die entstehenden O2-Molekuele möglichst schnell binden, um einen Überdruck zu verhindern bzw. das das Sicherheitsventil das Akkus nicht anspricht. Andererseits ist die negative Elektrode einer NiMh-Zelle in der Lage, Wasserstoff zu absorbieren, so das im Fall einer Tiefentladung oder Umpolung der an der positiven Elektrode entstehende Wasserstoff ebenfalls zu einem gewissen Grad verzehrt werden kann.
Das die Lade/Entladereserve nur in einem gewissen Bereich Wirkung zeigt, bedarf
keine weitere Erwähnung.
Zur Verdeutlichung der Vorgänge soll Bild 1 helfen.
Bild 1 - Vorgänge an der Elektroden der NiMh-zelle
Überladen
-------------------------------
+ | ni(oh)2 |--
------------------------------- \
\
| o2-verzehr
------------------------------------------ /
- | | meh | me | <-
---- -------------------------------------
er lr
tief entladen
----------------------------------
-- | ni(oh)2 | +
/ ----------------------------------
|
|
h2-verzehr |
\ -----------------------------------------
-> | mhe | mhe | me | -
-----------------------------------------
er lr
er = Entladereserve
el = Ladereserve
3. Vergleich der Systeme
Das Verhalten der NiMh-Zellen bei kleinen und mittleren Entladeströmen
gleicht fast den der NiCd-Zellen. Bei großen Entladeströmen sind NiCd-Akkus
im Vorteil, d.h das sich große Entladeströme bei NiCd-Zellen weniger auf die
Kapazität auswirken, wie bei NiMh-Akkus. Weitere Unterschiede ergeben sich
zwischen NiMh -und NiCd-Zellen aber im Spannungsverhalten während der Ladung.
Generell liegt die Ladespannug von NiMh-Zellen leicht unterhalb der NiCd-Zellen,
und das für NiCd-typische Spannungsmaximum am Ladeende bei hören Lastströmen
ist bei NiMh-Zellen wesentlich schwächer ausgeprägt.
Des Weiteren zeigen NiMh-Akkus 25%-100% größere Kapazitätswerte auf wie
NiCd-Systeme bei gleicher Bauform. Die Größenänderung hängt natürlich
von der Baugröße und des verwendeten NiCd-Systems ab.
Außerdem sind NiMh-Zellen über einen viel groesseren Temperaturbereich
einsetzbar als NiCd-Systeme. laden: 0 .... 60 Grad
entladen: -20 ... 65 Grad
lagern: -40 ... 65 Grad
Die obere Grenze für NiMh-Zellen liegt also bei 65 Grad.
Ladespannungen sollten nicht unter 0 Grad durchgeführt werden, da der
unerwünschter Druckaufbau die Zelle im ungünstigen Fall zerstören könnte.
Ein weiterer grosser Vorteil der NiMh-Zelle ist, das sie keinen Memory-Effekt
aufweist. Die Erläuterung des Memory-Efektes wurde bereits in der NiCd-FAQ
erörtert.
4. Lade/Entlade-Eigenschaften
Je höher der Ladestrom, desto höher ist die Ladeschlußpannung!
Die Ladespannung von NiMh-Akkus weist einen negativen Temperaturkoeffizienten
auf.( d.h je höher die Temperatur, desto geringer ist die _Lade_endspannung ).
Die Ladespannungskennlinie verläuft sehr flach.
Bei ereichen des Ladeendzustandes steigt die Spannung noch mal stärker an.
Ladegeräte können diesen Spannungsanstieg auswerten und entsprechend auf
Ladehaltestrom umschalten. Lädt man den NiMh-Akku über die Ladeendspannung
hinaus weiter, so sinkt Ladespannung wieder. Auch diesen Rückgang der Spannung
kann man als Abschaltkriterium verwenden. Meist lassen sich negative Spannungs-
änderungen schaltungstechnisch besser lösen, als positive.
Der Anstieg bzw. der Rückgang der Ladespannung ist temperaturabhängig.
Anders ist es bei der Entladespannung. Sie ist um so grosser je höher die
Temperatur ist. Die Kapazitätsausbeute steigt mit der Temperatur.
Bei höheren Temperaturen macht sich bei kleinen und mittleren Entladeströmen
jedoch der gegenteilige Effekt bemerkbar. Daher verringert sich die
Kapazität bei 60 Grad geringfügig gegenüber der bei Raumtemperatur.
5. Vergleich diverse Sekundärsysteme
---------------------------------------------------------------
nicd blei nimh li/ion
---------------------------------------------------------------
energiedichte (volumenbezogen) - - ++ ++
Zyklenverhalten ++ - ++ ++
Selbstentladung + + + ++
Schnelladefähigkeit ++ - + -
Hochstrombelastbarkeit ++ + + -
Sicherheit und Zuverläßigkeit + ++ + -
Kosten + ++ - -
Spannungskompatibilität ++ - ++ --
Umweltverträglichkeit -- -- + +
Spannungsstabilität beim
Entladen ++ -- ++ --
---------------------------------------------------------------
++ ausgezeichnet
+ gut
- ausreichend für viele Anwendungen
-- beträchtliche Nachteile
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