2600 Zyklen - geht das?

 

Sven Bauer, BMZ GmbH

Eine neue Welt bricht an. Erstmals haben die Kunden es selbst im Griff, wieviele Zyklen Sie mit ihrem Akkupack haben. Akkupacks für 10 Jahre und 2600 Zyklen sind mit dem richtigen Know How machbar und bereits im Markt vorhanden.

Lithium Ion Mangan Nickel ist das Zauberwort.  Liebevoll auch LIMA Zellen genannt.

Um den Kunden einen Akkupack für sein Gerät zu konzeptionieren waren früher nicht viele Möglichkeiten offen. Der Entwickler hatte die Blei oder NICD bzw. NIMH zu Auswahl. 1991 kamen dann die ersten Lithium Ion auf dem Markt.  

Damals noch mit Metallelektroden die sehr gefährlich waren und später mit Kobalt,

die heute noch den Konsumermarkt beherrschen und in allen Laptops und Handys zu finden sind.   
  

Was ist für ein Entwickler zu beachten wenn er einen langlebigen Akku entwickeln möchte?

1. Die Ladeschlussspannung ist ein wichtiger Faktor.

Hier ist zu beachten das nur auf 4,1 V geladen wird statt auf die typischen 4,2 V. Dadurch verlieren wir 5 % der Nennkapazität aber verdoppeln die Zyklenzahl. Hier kann man spielen. Das Optimum zwischen hoher Energie und langer Lebenszeit kann der Entwickler festlegen.

Um die unten stehenden Zyklen zu erreichen wurden folgende Versuche parallel gefahren :

1. Gelbe Linie. Hier wurde auf 4,25 V geladen. Wie man sieht, reagiert die Zelle sehr schlecht auf eine so hohe Ladespannung. Bei Kobalttypen wäre dies noch kein Problem.
2. Die blaue Linie ist mit einer Ladeschlussspannung von 4,1 V. Hier erkennt man die kleinere Kapazität von 10 % jedoch die längste Zyklenzahl.
3. Die grüne Linie ist ein Versuch die Zelle bei einer Ladeaufnahme von 0,2 C und 4,2 V vom Lader zu trennen. Hier hat der Anwender die volle Kapazität jedoch 20 % weniger Zyklen als bei der 4,1 V Version 
   

Laden mit 4,25V , 4,2 V und 4,1 V. Ladestrom 2 A
Entladung mit 18 A auf 3 V/Zelle.

2. Die Entladeschlussspannung

Ein weiterer wichtiger Faktor für die Lebenszeit ist die Entladeschlusspannung. Die sollte bei 3 V sein. Weitere Verbraucher im Gerät dürfen dann keinen weiteren Strom ziehen um eine längere Lagerfähigkeit zu bekommen.

Je tiefer der Akku entladen wird desto kürzer ist die Zyklenzahl.

 
3. Lagerung und Kapazitätsverlust über die Zeit.

Hier haben wir nun den letzten Faktor, den wir als Entwickler beeinflussen können.

Nachdem wir nun zwischen 4,1 V und 3 V arbeiten, sollten wir nicht bei jeder Entladung wieder voll laden. Wenn das Gerät immer im Ladegerät verbleibt, sollte der Lader nach der Spannung schauen und erst unter einer Schwelle von 4,0 V wieder nachladen. Auch nach der Nutzung sollte das Ladegerät beurteilen, ob eine Volladung wieder nötig ist.
 
Hier sieht man den Kapazitätsverlust nach 12 Monaten bei verschiedenen Temperauren. Dies bei 100 % geladen. Das Ladegerät hält hierbei die Kapazität immer bei 100 %
 
 

Hier der gleiche Test jedoch nur mit 30 % Ladung. Durch eine solche Maßnahme kann man den Verlust der Kapazität halbieren.

Um die Potenziale der LiMA-Technik zu beurteilen, ist neben der technischen Bewertung auch eine Kostenbetrachtung notwendig. LiMA-Zellen sind im Vergleich zur heutigen NiMH Technik ähnlich preiswert. Durch wachsenden Wettbewerb sind die Preise für LiMA-Zellen in den letzten zwei Jahren stark gefallen, während die Preise für länger im Markt befindliche Nickel-Zellen nahezu unverändert blieben. Aus dieser Erfahrung heraus erwarten wir, dass sich die Preise für vergleichbare Lithium-Ionen und Nickel-Zellen relativ bald unterboten werden können.

Wenn wir alle diese Kriterien beachten, sind 2000 Zyklen kein Thema mehr und auch Lebenszeiten von 8-10  Jahren  realisierbar.

Der entscheidende technische Vorteil von LiMA-Akkus gegenüber der Nickeltechnik ist, dass sie die gleiche Energie bei 40 Prozent geringerem Gewicht speichern. Insbesondere die in den letzten zwei Jahren erzielten Fortschritte der LiMA-Technik bestärken uns in der Absicht, diese neuen Akkus in diesem Jahr auch für unsere gewerblichen Anwender einzuführen.

Insgesamt sehen wir große Potenziale in der LiMA-Technik, die dem Anwender erhebliche Vorteile bringen. Zur Erschließung dieser Potenziale sind jedoch auf die Lithium-Technik zugeschnittene Lösungen notwendig, wie sie BMZ mit den neuen Akkupacks anbietet.

 
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Zum Autor: Sven Bauer, geboren  1966 in der Nähe von Aschaffenburg, ist  Geschäftsführer der BMZ Europe und BMZ China und beschäftigt sich seit 15 Jahren mit der Entwicklung von Akkusystemen als Systemlieferant für die Großindustrie.  Grundlage hierbei ist die Konzeption, Festlegung der richtigen Akkutechnologie sowie Ladetechnik, die als System mit den gewünschten Zulassungen und Garantieleistungen entwickelt und in den verschiedenen Werken gebaut werden.