Verlaufen Akkuladezyklen linear oder exponenziell?
Hallo liebe Community,
mich interessiert, wie die Ladezyklen von Lithium-Ionenakkus aussehen.
Sagen wir, ein Gerät braucht glatt 4 Stunden, um komplett aufgeladen zu werden. Vorausgesetzt, der Akkuladezyklus wäre linear, dann müssten nach jeder vollen Stunde 25% dazukommen.
Ich habe bei einigen meiner Geräte aber den Eindruck, dass die unteren Prozent gefühlt deutlich länger benötigen, als die oberen Prozent. Daher tippe ich auf einen Verlauf, wo es anfangs eine Stagnationsphase gibt, die in ein exponenzielles Wachstum übergeht (und evtl. zum Ende hin ein Plateau erreicht, wo die Steigung wieder abnimmt.).
Aber das sind alles nur Vermutungen. Ich könnte das ganze jetzt natürlich experimentell auswerten und in einem Graphen darstellen, aber vielleicht kann ich mir die Arbeit ja auch sparen, und euch jemand von euch kann mir sagen, wie der Verlauf aussieht?!?
3 Antworten
Hallo,
Jede Akku Chemie hat ein anderes Ladeverfahren. Li-Ionen Akkus nutzen das CCCV Ladeverfahren.
Was übersetzt soviel wie konstanter Strom (constant current) und konstante Spannung (constant voltage) bedeutet.
Die Grenzwerte der Li-Ionen sind etwas unterschiedlich. Meist liegen diese ca zwischen 2,5V und 4,2V.
Am Anfang wenn der Akku noch entladen ist (also 2,5V hat) kann das Ladegerät den max. Strom in den Akku laden (Abhängig vom Strom den das Ladegerät liefern kann und dem Strom den der Prüfling aufnehmen kann).
Sobald die Ladeschlussspannung von 4,2V erreicht ist wird der Strom immer geringer während die Spannung gleich bleibt. Sobald der Ladestom dann unter einen bestimmten Wert fällt wird die Ladung beendet und der Akku gilt als Vollgeladen.
Das heißt am Anfang kann schneller bzw. mehr geladen werden als am Ende
Während die letzten %te am längsten brauchen.
Deshalb geben Hersteller z. b. bei ihren Schnellladegeräten immer nur die untern %te an. Also z. b. von 0-60% in 20min ....
Hier mal ein Bild dazu.
Sobald die Spannung die Ladeschlussspannung erreicht (bei 1,0h Charge Time) sinkt der Ladestrom.
Um das ganze einmal Bildlich anzulehnen. Wenn du ein Bild ausmahlst kannst du die großen Flächen z. b. grob sehr schnell füllen. Aber um dann die kleinen Ecken und Kanten sauber auszumalen brauchst du sogar fast noch mehr zeit...
Vielen lieben Dank für diese sehr bildliche Darstellung :) jetzt habe ich es komplett verstanden.
Ich wünsche dir einen schönen Tag :)
Akkus werden in einer Sättigungskurve geladen. Erst mit hoher Stromstärke, die dann immer kleiner wird.
Danke für deine Antwort.
kannst du mir noch sagen, wie der Beginn der Kurve aussieht?
Startet sie mit maximaler Steigung und flacht dann einfach nur immer weiter ab?
Das würde nämlich meiner - zugegeben - gefühlten Beobachtung widersprechen.
Oder beginnt sie mit ganz flacher Steigung, geht in ein exponenzielles Wachstum über, und entwickelt sich erst schlussendlich in einen abgeflachten Sättigungsbereich?
Der Ladezyklus ( Schätze du meinst die U(t)-Kurve )wird zunächst mal weitgehend vom Ladegerät bestimmt.
LiIon Akkus haben spezielle Bedürfnisse:
1) Sie dürfen pro Zelle nie unter 2.4 Volt entladen werden. Wenn doch verlieren sie schnell und dauerhaft an Ladekapazität, gehen also kaputt.
2) Gleiches, plus die Gefahr einer Zerstörung durch Brand, gilt für spannungen über 4,3 Volt.
Im Verbund ist die Sache noch kritischer: Eine Zelle läd nicht mehr richtig weil defekt eine andere im gleichen Strang wird deshalb überladen. Folge: Brand oder Explosion.
Deshalb versuchen schlaue Ladegeräte immer folgendes zu bieten:
1) Es werden immer alle Zellen im Strang beobachtet.
2) Sie halten Abstand von 4,3 Volt aus Sicherheitsgründen und nähern Sich der Ladeschlussspannung sehr vorsichtig --> Geringer Ladestrom
3) Akkus mit zu niedriger Spannung dürfen nur mit geringem Strom geladen werden, bis sie eine bestimmte Mindestspannung haben. (Rercovery)
Und noch einige Dinge mehr...
Daraus ergibt sich:
LiIon Akkus können gefahrlos nur mit einem BatterieManagementSystem (BMS) sicher geladen werden.
Dieses entscheidet über die geeignete Ladekurve abhängig vom Akkuzustand.
Gehen wir mal davon aus, Die Akkus sind leer aber nicht tiefentladen, alle Zellen sind gleich gut und ich will volladen. Dan sieht U(t) ungefähr zunächst mal wie eine Rampe aus, die bei 2.5 Volt los läuft und bis ungefähr 4Volt pro Zelle läuft. Danach flacht die Kurve idealerweise immer stärker ab, je mehr wir uns der Ladeschlusspannung nähern. Da hier die Steigung proportional zur Verbleibenden Differenzspannung ist, haben wir also eine exponentielle Funktion (..) .
Hoffe das beantwortet die Frage in etwa und fürchte das icht nicht genau das was du hören wolltest.
Es gibt da noch einiges zu sagen. Was immer wieder vergessen wird: 0% abrufbare Energie ist bei 2.5 Volt, 100% abrufbare Energie hat die Zelle bei 4.3 Volt. Die Energiemenge dazwischen ist aber 1) nicht proportional zur Spannung und vergleichsweise schwer zu berechnen und 2) Stark abhängig von der Qualität der Zellen und dem Entladestrom. Denkanstoss: Wenn die Zelle / der Akku beim entladen warm wird, woher kommt die Wärmeenergie? Hinweis: Auch der Innenwiderstand hängt vom Ladezustand und von der Vorgeschichte der Zelle ab.
vielen lieben Dank für deine Antwort! Auch, wenn ich nicht alles verstehen kann, was du gesagt hast (mir fehlt da wohl einiges an Vorbildung), hast du meine Frage doch recht gut beantworten können!
Danke :)
Und einen schönen Abend noch