Hallo zusammen, ich hab ne kurze Frage zum Thema Akkus und Innenwiderstand (ja es gab dazu schon viele Beiträge, aber die Antwort zu meiner Frage war noch nicht dabei). Und zwar meinte ein Kollege neulich, dass bei einem Akku bei niedriger Ladung der Innenwiderstand steigen würde und dass damit auch die Verlustleistung steigen würde. Ist es wirklich so, dass dann der Innenwiderstand steigt, oder ist der Innenwiderstand immer gleich (wie ich glaube)? Viele Grüße und Danke für viele aufschlussreiche Antworten :)
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@ A. C. (michael1988) >Und zwar meinte ein Kollege neulich, dass bei einem Akku bei niedriger >Ladung der Innenwiderstand steigen würde und dass damit auch die >Verlustleistung steigen würde. Ist es wirklich so, dass dann der >Innenwiderstand steigt, Ja. > oder ist der Innenwiderstand immer gleich (wie >ich glaube)? Nein.
> ich hab ne kurze Frage zum Thema Akkus und Innenwiderstand > (ja es gab Welches Sekundaerelement? Es gibt unzaehlige verschiedene Typen die ein unterschiedliches Verhalten zeigen koennten. > Ist es wirklich so, dass dann der Innenwiderstand steigt, oder > ist der Innenwiderstand immer gleich (wie ich glaube)? Fuer gewoehnlich es es korrekt. Der Innenwiderstand steigt. Man kann das daran sehen das bei einem fast leeren Akku bei Belastung die Spannung staerker zusammenbricht. Ausserdem steig der Innenwiderstand auch durch Alterung. Olaf
Oh ok. Und wie kann man das physikalisch erklären? Haben die chemischen Materialien im Akku weniger den Drang Elektronen abzugeben.
Am Einfachsten ist wohl die bildliche Vorstellung mit "Ladungsdruck". Erst gedrängelt voll, am Ende dann einfach weniger Gedrängel, weniger Geschubse, Ladungen müssen sich weiter bewegen. Also alles langsamer, mit weniger Druck - entsprechend höherem Widerstand. Gleich tanz' ich meinen Namen. :D (Muss nur rausfinden, wie das geht.)
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A. C. schrieb: > Haben die chemischen > Materialien im Akku weniger den Drang Elektronen abzugeben. Das würde hauptsächlich zu einer Reduktion der Leerlaufspannung führen, und bei Li-Ion- und Bleiakkus ist das auch der Fall. Bei NiCd-Akkus hingegen steigt nur der Innenwiderstand, während die Leerlaufspannung nahezu konstant bleibt. Das macht eine Ladezustandsanzeige bei diesen Akkus so schwer. Der Anstieg des Innenwiderstandes beruht aber meist auf einer chemischen Veränderung der Elektroden. So leitet z.B. das im geladenen Zustand vorhandene metallische Blei weitaus besser, als das Salz Bleisulfat, das sich während der Entladung aus dem Blei bildet. Bei den Bleiakkus wird ausserdem während der Entladung die Säure verdünnt, wodurch einerseits ihre Leitfähigkeit sinkt, und andererseits ihre Agressivität geringer wird, was sich als sinkende Leerlaufspannung äussert.
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Aha, endlich verstehe ich das mal! Danke für eure ANtworten :=)
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Ich habe da andere Erfahrungen gemacht. Es hängt wahrscheinlich davon ab, was man unter Innenwiderstand versteht. Belastung über wenige Millisekunden oder mehrere Sekunden. Für den 1. Fall habe ich mir ein Messgerät gebaut und festgestellt, dass der Innenwiderstand entgegen meiner Erwartung nicht vom Ladezustand beeinflusst wird. hier mein Messgerät: Beitrag "Akku-ESR-Meter" Auch für die Langzeitbelastung habe ich den Einfluss des Ladezustands nicht signifikant feststellen können. Hierzu habe ich die Lade- und Entladekurve übereinander gezeichnet. Aus der Differenz beider Kurven kann man den Innenwiderstand berechnen, der jetzt den ohmschen und alle chemischen Anteile beinhaltet. Siehe Anhang: das Diagramm war mit einem 3s2p-18650 3Ah-Akkupack aus einem alten Schrauber bei 1A Lade-und Entladestrom gemessen. Ein defektes Zellenpaar habe ich entfernt, der Rest hat noch 100% Kapazität. Mich würde interessieren, ob eure gegenteiligen Aussagen nur der Theorie entsprechen oder durch Versuche belegt sind.
Vergleichst du da "unter Last: Entladen" mit "unter Last: Laden" anstatt "Leerlauf" und "Last X"?
Dirk K. schrieb: > Vergleichst du da "unter Last: Entladen" mit "unter Last: Laden" anstatt > "Leerlauf" und "Last X"? Ja, beides unter Last. Der Effekt ist dann einfach nur doppelt, d.h. Ri=DeltaV/(2*I). Die Kurven zeigen den gesamten Lade- und Entladevorgang. Die x-Achse zeigt den Ladezustand an. Auf diese Art habe ich 11 verschiedene 18650-Akku-Packs vermessen - darunter auch sehr schlechte (60% Restkapazität). Sie haben alle das gleiche Verhalten gezeigt. Ich weiß jetzt nicht, ob andere Akku-Typen das gleiche Ergebnis bringen.
Bei Blei, das kann ich zumindest sagen, sinkt der Innenwiderstand beim entladen und beim laden steigt er. Kann man schon daran sehen, wenn die Batterie voller wird, geht der Ladestrom runter.
F. F. schrieb: > Kann man schon daran sehen, wenn die Batterie voller wird, geht der > Ladestrom runter. Du hast den Smiley vergessen! So wie es dasteht nimmt das ja noch irgendwer für bare Münze...
Könnte ich mir nicht verkneifen. Da reicht eigentlich U=R×I. Aber hier der ?
Wie kann man das denn jetzt unterscheiden, denn der Innenwiderstand sinkt ja auch mit dem alter des Akkus. Gut, Kapazität läst sich ja gut messen, ... Aber wenn ich jetzt nur den Innenwiderstand (ESR) messe? Ist der Akku dann nur leer oder altersschwach? Geht das denn? Gruß Thomas
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Thomas B. schrieb: > Aber wenn ich jetzt nur den Innenwiderstand (ESR) messe? > Ist der Akku dann nur leer oder altersschwach? Erfahrungen habe ich nur mit alten LiIon-Akkus gemacht, wo ich außer der Nennkapazität nichts genaues wusste. Aus der ESR-Messung kann man nur schließen, ob er für hohen Strom zu gebrauchen ist. Ein altersschwacher Akku ist daran zu erkennen, dass er nicht mehr die Nennkapazität erreicht. Im Anhang habe ich eine Messung für einen LiIon-Notebookakku (2p4s-18650 mit 3,6Ah NennKapa), der nur noch 60% der Nennkapazität erreicht. Er hat auch gleichzeitig einen hohen ESR von 270mR.
Hermann schrieb: > Im Anhang habe ich eine Messung für einen LiIon-Notebookakku (2p4s-18650 > mit 3,6Ah NennKapa), der nur noch 60% der Nennkapazität erreicht. Er hat > auch gleichzeitig einen hohen ESR von 270mR. Hast du den Innenwiderstand gemessen oder aus der Grafik entnommem? Das ist nicht das Gleiche, und die hier i.W. konstante Differenz zwischen Lade- und Entladekurve beruht nur zu einem Teil auf dem Innenwiderstand. Zum größeren Teil beruht die Differenz auf verschiedenen so genannten Überspannungen, das sind i.A. Potentialunterschiede, die sich z.B. durch Konzentrationsgradienten in der Nähe der Elektrodenoberfläche ergeben, oder etwa aus der Arbeit, die nötig ist ein Ion aus dem Kristallverband herauszulösen oder dort einzubauen. Diese Überspannungen sind, ausser der Wärmentwicklung gemäß R*I^2, maßgeblich für den endlichen Wirkungsgrad von Akkumulatoren verantwortlich. Wenn du die Innenwiderstände bestimmen möchtest, solltest du den Strom während der Lade- oder Entladephase periodisch geringfügig verändern, und aus der daraus resultierenden Spannungsänderung den Innenwiderstand bestimmen. P.S.: Ein Bleiakku würde ohne Überspannungen gar nicht funktionieren! https://de.wikipedia.org/wiki/%C3%9Cberspannung_%28Elektrochemie%29
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Thomas B. schrieb: > Wie kann man das denn jetzt unterscheiden, > denn der Innenwiderstand sinkt > ja auch mit dem alter des Akkus. > Ist der Akku dann nur leer oder altersschwach? > Geht das denn? Das ist immer sehr schwierig (ich spreche jetzt nur über Blei, denn damit arbeite ich täglich) und ist eigentlich nur über die Kapazitätsaufnahme zu messen, also das, was ich noch reinladen kann. Bei Industrieladegeräten für Gabelstapler ist mittlerweile (und Gott sei Dank) oft ein Mikrocontroller drin und man kann sich die Ladungen ansehen, was auch gut ist, um einen Stromausfall zu detektieren. Dadurch dass die Zellen immer mehr Kurzschluss bekommen sinkt der Innenwiderstand der Zelle, aber gleichzeitig ja auch die Kapazität. Und deshalb ist es so schwer das festzustellen. Ich messe immer die einzelnen Zellen unter Last und sehe wie weit die Spannung runter geht. Bei richtig defekten Zellen geht die Spannung sogar auf fast Null runter.
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> Dadurch dass die Zellen immer mehr Kurzschluss bekommen sinkt der > Innenwiderstand der Zelle, aber gleichzeitig ja auch die Kapazität. Ich kann das elektrisch nicht nachvollziehen. Ich habe rein privat ab und zu mit Blei-Säure-Akkus beim PKW zu tun. Der gewöhnliche Bleiakku umfasst eine Reihenschaltung von 6 Spannungsquellen. Eine kurzgeschlossene Zelle bedeutet für mich einen Spannungsabfall von etwa einem Sechstel bei gleicher Kapazität (in Ah). Die nutzbare Energiemenge nimmt natürlich auch um etwa ein Sechstel ab. Ob meine verschlissenen PKW-Batterien einen Kurzschluss hatten, weiss ich nicht. Ich habe aber schon einmal Zellenspannungen gemessen, die weit unter der Entladeschlussspannung von 10,8V/6=1,8V lagen. Zellalterung spiegelt sich in einer Erhöhung des Innenwiderstands wider. Obwohl der Akku eine passable Leerlaufspannung zeigt, bricht er unter Last ein und liefert kaum mehr Strom. Ich habe bisher immer geglaubt, dass bei Entladung der Innenwiderstand ansteigt! Elektrochemisch ist das mit einer Abnahme der verfügbaren Oberfläche für die chemische Reaktion zu erklären. In dem Maße, wie sich die Batterie entlädt, sulfatieren die beiden Platten einer Zelle, die wirksame Oberfläche nimmt ab. Der Vorgang wird mit der Aufladung der Zelle rückgängig gemacht. Bei Alterung verringert sich die wirksame Oberfläche durch Veränderung der Plattenoberfläche von feinkristallin zu grobkristallin hin. Die grobkristalline Oberfläche hat weniger Oberfläche. Dieser Vorgang ist durch normale Ladung nicht zu verändern. Diverse KFZ-Zusatzgeräte ("Pulser") versprechen aber genau das. Der Stromfluss beim Laden mit Konstanspannung verhält sich folgendermaßen: I= (U_Ladespannung - U_Akkuspannung)/ Ri Die Ladespannung bleibt hier konstant. Es ändert sich die Akkuspannung und der Innenwiderstand. Wenn der Ladestrom beim Laden abnimmt, so ist das damit zu erklären, dass trotz sinkendem Ri (was einen höheren Stromfluss bewirken würde), die Spannungsdifferenz im Zähler schneller fällt, so dass der fallende Innenwiderstand das nicht kompensieren kann. Ergo fällt der Strom. Bitte um Aufklärung, falls das obige nicht stimmt...
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Hp M. schrieb: > Hast du den Innenwiderstand gemessen oder aus der Grafik entnommem? Beides - wie ich in meinem 1. Beitrag geschrieben habe. Aus der Grafik kommt natürlich ein höherer Wert heraus, da er die von dir beschriebenen elekto-chemischen Effekte beinhaltet. Die Grafik sollte die Eingangsfrage beantworten, d.h. hauptsächlich die weitgehende Konstanz über den Ladezustand. Hp M. schrieb: > Wenn du die Innenwiderstände bestimmen möchtest, solltest du den Strom > während der Lade- oder Entladephase periodisch geringfügig verändern, Das mache ich mit überlagertem Wechselstrom von 50mA und einer Frequenz von 100Hz. Dabei kommt aber auch ein konstanter Wert über den ganzen Ladezustand heraus. Gemessen ist das alles nur mit LiIon-Akkus. Interessant ist dabei, dass der Wert frequenzabhängig ist (siehe mein obiger Link). Diese Abhängigkeit von der Dauer der Stromimpulse messe ich zusätzlich und zeige die Differenz der ersten und letzten 2,5ms der Impulse an. Hier unterscheiden sich Hochstromakkus erheblich von den schwächeren ind wohl auch von den gealterten.
Peter M. schrieb: > In dem Maße, wie sich die Batterie entlädt, sulfatieren die beiden > Platten einer Zelle, die wirksame Oberfläche nimmt ab. Der Vorgang wird > mit der Aufladung der Zelle rückgängig gemacht. Soweit ist alles richtig, aber du darfst bei einer alternden Zelle nicht die Ablagerungen außer Acht lassen, die die Zelle mit der Zeit kurz schließt.
Hermann schrieb: >> Wenn du die Innenwiderstände bestimmen möchtest, solltest du den Strom >> während der Lade- oder Entladephase periodisch geringfügig verändern, > > Das mache ich mit überlagertem Wechselstrom von 50mA und einer Frequenz > von 100Hz. Dabei kommt aber auch ein konstanter Wert über den ganzen > Ladezustand heraus. Gemessen ist das alles nur mit LiIon-Akkus. > Interessant ist dabei, dass der Wert frequenzabhängig ist Mit 100Hz machst du hauptsächlich die Kapazitätsmessung einer (Helmholtzschen) Doppelschicht, wie sie auch in den "Supercaps", "Goldcaps" verwendet wird, und es ist nicht verwunderlich, dass deren Blindwiderstand frequenzabhängig ist. https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrochemische_Doppelschicht Das System Li-Ion-Akku ist auch ein besonders kompliziertes, weil es dort auch noch eine Passivierungsschicht an der negativen Elektrode gibt, die eine Reaktion der im Graphit gespeicherten Li-Atome mit dem Lösungsmittel verhindert. Wie beim NiCd-Akku ändert sich bei Ladung und Entladung die Zusammensetzung des Elektrolyten nicht, so dass sich auch die Leitfähigkeit des Elektrolyten nicht ändert. Die Leitfähigkeit der negativen Elektrode dürfte i.W. durch den Graphit bestimmt sein, und ich nehme an, das dessen ungestörtes Kristallgitter, also im entladenenen Zustand, besser leitet, als wenn es durch eingelagerte Li-Atome verzerrt ist. Wie sich die Leitfähigkeit der positiven Elektrode verändert, vermag ich nicht zu sagen. Dafür sind ja auch eine Vielzahl von Elektrodentypen im Gebrauch, und ich halte es für durchaus möglich, dass einige davon gegensätzliches Verhalten zeigen. Es kann also gut sein, dass beim Li-Ion-Akku der Innenwiderstand tatsächlich annähernd konstant bleibt. Die Spannungsänderung wird i.W. auf Konzentrationsänderungen des im Graphit "gelösten" Lithiums beruhen.
Ja, ich würde das mal bei Ni und Pb-Akkus in Frage stellen, bei denen die Leerlaufspannung weniger stark abfällt. Warum muß man z.B. den initialen Ladestrom von (leeren) Bleiakkus begrenzen und warum werden Ni-Rundzellen zum Entladeschluß warm?
Hp M. schrieb: > Mit 100Hz machst du hauptsächlich die Kapazitätsmessung einer > (Helmholtzschen) Doppelschicht Hmm, das mag ja sein. Bei schlechten Akkus steigt die Spannung fast linear über lange Zeit an. Ich messe ja die oben beschriebene Differenz der 1. und 2. Hälfte der Stromimpulse mit einem Synchrongleichrichter über eine 90° Phasenverschiebung. Das ist zufällig eine Kapazitätsmessung und die ist bei guten Akkus fast Null und bei schlechten sehr hoch. Aber es ist wohl so - die Chemie der Akkus ist nicht so simpel. Ist mir aber ziemlich egal. Mit der Kapazitätsmessung lassen sich die LiIon-Akkus recht gut beurteilen. Mich interessieren auch mehr die praktischen Ergebisse: - wie hoch ist die tatsächliche Kapazität - wieviel bricht die Spannung bei Belastung ein Das ist es auch schon. Daraus leite ich dann den möglichen Einsatzbereich meiner vielen alten LiIon-Zellen ab.
Hallo, ich muss den Thread nochmal aufmachen. Ich fasse mal zusammen, was ich bisher verstanden haben: Die meisten Threadteilnehmer sind der Meinung dass der Innenwiderstand von Akkus (und auch Batterien?) bei Entladung und durch Alterung steigt. Die Leerlaufspannung sinkt nur bei manchen Akkutypen bei Entladung, richtig? Viele Grüße
Ich muss diesen Thread hier auch nochmal rausholen, da das Thema hier noch nicht geklärt ist. Da es aber möglicherweise für spätere Leser interessant sein könnte, möchte ich meine Belehrungen aufführen :) Der Innenwiderstand einer jeden Spannungsquelle/Stromquelle ist konstant und ist unabhängig vom Stand der Ladung! Ein mechanischer Generator beispielsweise hat auch einen Innenwiderstand. Bzgl. der Akkus: Zum Innenwiderstand zählt nur der elektrische Widerstand der Elektroden und der inneren Zuleitungen zu den äußeren Klemmen des Akkus. Auf den Punkt gebracht, ist es das verwendete Material mit seinem spezifischen Widerstand, was den Innenwiderstand ausmacht. Deswegen hat ein Blei-Akku einen höheren Innenwiderstand als beispielsweise ein Li-Ion-Akku, da Blei ein schlechterer elektrischer Leiter ist als die im Li-Ion-Akku verwendeten Kupfer und Aluminium. Über jedem (bei einer Spannungsquelle) in Reihe geschalteten Widerstand fällt bei Strom Spannung ab, so auch am Innenwiderstand. D.h. Spannung, die bei Belastung abfällt, befindet sich über den Elektroden und den Zuleitungen (was z.T. dasselbe ist) im Inneren des Akkus. Der Innenwiderstand hat nichts mit den chemischen Reaktionen gemeinsam, er wird aber durch diese beeinflusst. Der schlimmste Fall bei den Bleiakkus ist die totale Gitterkorrosion. D.h. das Blei, aus welchem die positiven Elektroden bestanden, wurde mit der Zeit komplett in Bleioxid umgewandelt. Bleioxid ist ein viel schlechterer Leiter als Blei und stellt damit einen viel höheren Widerstand dar. Elektriker unter uns sollten wissen, dass über dem höheren Widerstand eine größere Spannung abfällt, als über dem kleineren. Damit sollte nun also klar sein, dass der Innenwiderstand sich nur durch Alterung und nur negativ verändern kann. Negativ in dem Sinne, dass er nur größer werden kann und die Eigenschaften des Akkus verschlechtern wird, nicht kleiner! Wenn ein Bleiakku in normal belastendem Betrieb fühlbar warm wird, ist darauf zu schließen, dass die Elektroden korrodiert sind. Diese Wärme entsteht durch den erhöhten Innenwiderstand, über den natürlich eine höhere Energie verloren geht. Der Ladestand hat keinen Einfluss auf den Innenwiderstand, der Innenwiderstand hat jedoch Einfluss auf den Ladestand. Erstens kann theoretisch die Chemiezelle an sich noch völlig in Ordnung sein. Was bringt das aber, wenn die meiste Energie am hohen Innenwiderstand "verbrennt" und uns an den Klemmen nicht nutzbar zur Verfügung steht? Das nehmen wir so wahr, als ob sich die Kapazität des Akkus vermindert hat. Das ist aber nicht zwingend der Fall! Zweitens, stellt euch eine Blei-Akku-Zelle als einen Spannungsteiler vor. Der eine Widerstand ist der Innenwiderstand, der andere die Chemiezelle selbst. Wo früher die Chemiezelle beim Laden die meiste Energie für chemische Reaktionen erhalten hat, verbrennt ein großer Teil davon nun über dem größeren Innenwiderstand und wird daher nicht in der chemischen Reaktion gespeichert. Die chemische Zelle wird so natürlich nicht auf die Soll-Spannung gebracht. Und hier droht nun das nächste Problem, die Sulfatierung. Insgesamt wird der Akku so sehr schnell unbrauchbar. So wie ich hier die Folgen eines höheren Innenwiderstands am Beispiel eines Bleiakkus erörtert habe, kann man sie sich auch bei anderen Akkutypen vedeutlichen. Was ich noch vergessen habe aufzuführen, ist dass der Innenwiderstand natürlich auch den maximalen Strom des Akkus begrenzt. Je höher der Innenwiderstand, desto kleiner der maximale Strom. Ich hoffe, ich konnte damit jemandem helfen :) MfG
excurso schrieb: > Der eine Widerstand ist der Innenwiderstand, der andere die > Chemiezelle selbst. Diese Definition des Innenwiderstandes hast du dir selber ausgedacht - du Kurtlst. Versuche mit deiner Theorie z.B. die Abhängigkeit des Innenwiderstandes von der Temperatur zu erklären. > Ich hoffe, ich konnte damit jemandem helfen :) Eventuell solltest du versuchen die Grundlagen von Elektrolyten (flüssig oder fest) zu verstehen, bevor du langatmige Ausführungen dazu abgibst.
Hermann schrieb: > Mich würde interessieren, ob eure gegenteiligen Aussagen nur der Theorie > entsprechen oder durch Versuche belegt sind. Ich habe da auch ein paar Messungen mit alten Laptopakkus gemacht und festgestellt dass der Widerstand bei geringer werdender Akkuspannung zwar Steigt, aber nur leicht. Ab ca. 3.6V ist der Innenwiderstand dann aber immer stärker gestiegen. Da war in der Kurve ein richtiger Knick drin, so zwischen 3.5V und 3.6V wird der Knickpunkt liegen. Die 3.6V sind zwar angeblich die Nominalspannung und man kann den Akku auch bis runter auf 3.0V nutzen, aber es ist recht unpraktikabel. Zwischen 3.0V und 3.6V hat der Akkus vielleicht noch 20 oder eher 10% Kapazität, daher lohnt sich das nicht wirklich an diese kritischen Grenzen zu gehen. Durch den größer werdenden Innenwiderstand wird natürlich der Stromabfluss verhindert und das ist auch gut so, da die LiIon-Zelle bei unter 2.5V defekt ist. Der Akku schützt sich also selbst etwas gegen zu schnelles Entladen.
Mike J. schrieb: > Ab ca. 3.6V ist der Innenwiderstand dann aber immer stärker gestiegen. Ja, wenn man ihn ganz leerlutscht, und unterhalb des Entladeknicks geht, kann man schon den Anstieg des Innenwiderstands deutlich erkennen. Das ist in meiner Messung aber unterhalb 5% der Kapazität und bei <3,3V: Beitrag "Re: Steigt der Innenwiderstand bei sinkender Akkuladung?" D.h. doch aber, dass man am Innenwiderstand nicht den Ladezustand ablesen kann. Sondern nur, ob er ganz leer ist.
Hermann schrieb: > Hierzu habe ich die Lade- und > Entladekurve übereinander gezeichnet. Aus der Differenz beider Kurven > kann man den Innenwiderstand berechnen, der jetzt den ohmschen und alle > chemischen Anteile beinhaltet. Du hast dir durch die Brust ins Knie geschossen.
Hermann schrieb: > Aus der Differenz beider Kurven > kann man den Innenwiderstand berechnen, der jetzt den ohmschen und alle > chemischen Anteile beinhaltet. Der Verlauf des Schußkanals läßt auf eonen massiven Haltungsfehler schließen. Ein Taschenrechner (auch ein selbstgebauter) ist zum erlernen des Einmaleins nicht geeignet: https://www.mikrocontroller.net/attachment/265622/LiIon-Ladekurve.gif
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Hier mal ein Beispiel für Li-Ion-Akkus die einer Impedanzspektroskopie unterzogen wurden bei verschiedenen Ladezuständen (SOC = "State Of Charge"). Deutlich ist zu sehen wie sich die komplexe Impedanz mit dem Ladezustand ändert. Sie ändert sich aber auch bei Alterung, Temperatur, etc und ist auch von der Bauform oder dem Hersteller abhängig. Andere Akku-Typen zeigen ähnliche Phänomene in den Nyquist-Plots. Es gab immer mal wieder Bestrebungen dieses für computergesteuerte Ladegeräte heranzuziehen aus dem Wunsch heraus den Ladezustand 100% schonend und sicher erkennen zu können, aber ich hab bis jetzt noch nichts serienreifes gefunden.
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Der Innenwiderstand steigt beim Entladen ein Batterie! Zumindest bei Blei-Säure-Akkus kann man das sehr gut beobachten. Anbei ein Bild aus einem Datenblatt. Man sieht allerdings auch, dass die Entladekurve sehr lange fast parallel zur Abzisse verläuft. Sobald der Akku jedoch fast leer ist, steigt der Innenwiderstand stark an. Das führt zu erhöhter Verlustleistung, die man bedenken sollte. Der hohe Innenwiderstand erklärt das Phänomen, dass bei einer leeren Batterie zwar oft noch eine verhältnismäßig hohe Leerlaufspannung gemessen werden kann, diese bei Last aber sehr schnell einbricht. Die Hersteller bemühen sich natürlich darum, dass der Innenwiderstand über den Entladezyklus möglichst konstant bleibt und es scheint ihnen bei Lithiumzellen gelungen zu sein, genau das zu erreichen. Das sieht man daran, dass Lithiumzellen unabhängig vom Entladestrom die gleiche Entladeschlussspannung haben. Bei Bleisäureakkus hingegen ist die Entladeschlussspannung vom Entladestrom abhängig: will man eine Tiefentladung vermeiden, muss man bei geringerem Strom eine höhere Entladeschlussspannung wählen als bei höherem Strom. Die Verlustleistung steigt, konstante Leistungsentnahme vorausgesetzt, bei allen Akkutypen. Da die Zellspannung mit fortschreitender Entladung sinkt, muss ein höherer Strom entnommen werden um die Leistung konstant zu halten. Das führt zu höheren Verlusten. Wenn wie beim Bleisäureakkumulator außerdem noch der Innenwiderstand steigt, steigen die Verluste noch mehr an. Jemand hat noch gefragt, warum Ni-Rundzellen (NiMH) warm werden, wenn der Ladeschluss erreicht ist: Nickel-Metallhydritzellen werden typischerweise mit einem konstanten Strom geladen. Ist die Zelle voll, kann der Strom nicht mehr in chemische Energie umgewandelt werden sondern wird direkt in thermische Energie umgesetzt. Dadurch wird die Zelle warm. Durch die Erwärmung sinkt außerdem der Innenwiderstand, weshalb die Spannung die über die Zelle abfällt auch sinkt. Das wird dann im Delta-U-Ladeverfahren benutzt, um den Ladeschluss zu detektieren.
Ralf schrieb: > Jemand hat noch gefragt, warum Ni-Rundzellen (NiMH) warm werden, wenn > der Ladeschluss erreicht ist: Nickel-Metallhydridzellen werden > typischerweise mit einem konstanten Strom geladen. Ist die Zelle voll, > kann der Strom nicht mehr in chemische Energie umgewandelt werden > sondern wird direkt in thermische Energie umgesetzt. Dadurch wird die > Zelle warm. Damit ist aber immer noch nicht erklärt, weshalb die Zelle warm wird, wenn sie voll ist und weiter geladen wird. Normalerweise würde man erwarten, dass, nachdem die Elektrodenmassen vollständig umgesetzt (aufgeladen) sind, der wässerige Elektrolyt in H2 und O2 gespalten wird. Gewöhnlich platzt eine gasdichte Zelle dann durch den Druck der entstehenden Gase, oder sie wird undicht und der Elektrolyt läuft aus. Dass NiCd- und NiMH-Zellen beim Überladen warm werden anstatt zu platzen, verdanken sie einem konstruktiven Trick: Man macht die positive Elektrode etwas kleiner als die negative, so dass dort die O2-Gasentwicklung früher einsetzt. Sauerstoff ist in wässerigen Elektrolyten etwas löslich (Fische atmen mittels ihrer Kiemen den im Wasser gelösten Sauerstoff) und so diffundiert der elektrochemisch entstandene Sauerstoff zur negativen Elektrode, die er direkt oxidiert, so dass diese gar nicht erst den Zustand der Vollladung erreicht, und sich deshalb kein H2-Gas bildet. Diese direkte Oxidation der negativen Elektrode durch den Sauerstoff ist der Wärme liefernde Vorgang beim Überladen von NiMH- und NiCd-Akkus. Ralf schrieb: > Durch die Erwärmung sinkt außerdem der Innenwiderstand, weshalb die > Spannung die über die Zelle abfällt auch sinkt. Das wird dann im > Delta-U-Ladeverfahren benutzt, um den Ladeschluss zu detektieren. Es ist zwar richtig, dass der Widerstand von Elektrolyten und Halbleitern (viele Metalloxide gehören dazu) mit steigender Temperatur sinkt, aber wenn der Innenwiderstand von vornherein sehr gering ist, "wie es sich für einen anstaändigen Akku gehört", fällt auch die durch die Widerstandsänderung verursachte Spannungsänderung sehr gering aus. Für den grössten Teil des Spannungsabfalls am Ladungsende wird auch hier die Gasentwicklung an der positiven Elektrode verantwortlich sein. Der Einsatz der Gasentwicklung findet nämlich mit steigender Temperatur bei geringerer Spannung statt. Ich habe momentan keine Zahlen parat, aber erfahrungsgemäß findet man dafür Temperturkoeffizienten von -1..-2mV/K.
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