wejp said:
Das habe ich ja vorher schon angedeutet. Da zwei Akkus niemals exakt die gleiche Spannung haben, fließen Ausgleichströme, das entlädt die Zellen einerseits unnötig, andererseits beschleunigt es auch zusätzlich noch die Alterung.
Sie wird ein wenig entladen. Aber warum sollte das die Alterung beschleunigen? Die Spannungen aller Zellen bleiben so jederzeit innerhalb der Norm. Nichts wird über- oder unterladen.
wejp said:
Code:
<i>
</i>Zelle1: +/--[a Ohm]---+[1,2V]----\-
Zelle2: \--[b Ohm]---+[1,2V]----/
Wie soll da ein Strom fließen?
Völlig ungeachtet einer möglichen Last fließt eben deswegen ein Strom, weil die Zellen nicht exakt die selbe Spannung besitzen.
Sie besitzen die selbe Spannung. Du misst nur verschiedene, weil dein Messgerät eben _kein_ unendlicher ohmscher Widerstand ist, sondern ein Messstrom fließt, der auch durch den Innenwiderstand muss, welcher ja verschieden ist. Ergo unterschiedliche Ströme, ergo eine unterscheidliche Spannung, die gemessen wird.
Tatsächlich entspricht in der Praxis der Ausgleichstrom keineswegs der verschiedenen Ladung. s.u.
wejp said:
Die Zelle mit der jeweils niedrigeren Spannung wirkt als Verbraucher für die Zelle mit der höheren Spannung.
Weißt du das oder denkst du dir das? Die Ladekurve der verschiedenen Zellen ist flach, wie du ja selber schon erkannt hast. Ebenso die Entladekurve. Entsprechend kann man von der Spannung nicht auf die Ladung schließen.
Andersherum bedeutet das aber auch, dass diese Ausgleichströme eben nicht die Ladung ausgleichen. Es stellt sich relativ schnell ein Gleichgewicht ein, auch wenn die einzelnen Zellen noch unterschiedliche Kapazitäten enthalten. Beide kann man aber vollständig entladen. Denn das Entladeende zeichnet sich durch einen Spannungseinbruch aus. Dieser kann bei der schwächeren Zelle aber erst erfolgen, wenn auch die stärkere Zelle "so weit ist".
wejp said:
Es ist kein Zufall, dass in praktisch allen Geräten, die mit Batterien betrieben werden, diese in Serie geschaltet werden und nicht parallel.
Tatsächlich kenne ich ebenfalls kein Gerät, das dieses von Haus aus mitbringt. Ist ja auch logisch. Es ist meist einfacher, direkt entsprechend dickere Zellen zu nehmen. Des weiteren nutzt man lieber die höhere Spannung der Reihenschaltung. (edit: korrektur parallel->reihen)
Das gibt es aber. Und es funktioniert. Es gibt einige positive Erfahrungsberichte.
wejp said:
Selbst wenn eine Last anhängt, dann nützt dem schwächeren Akku ja der höhere Innenwiderstand mehr, als dass er schadet, da er somit automatisch einen geringeren Stromfluss verursacht.
Beim Entladen wird zunächst nur der Akku entladen, der die höhere Spannung besitzt.
Nein. Siehe oben.
wejp said:
Die Stromfestigkeit der Konstruktion verdoppelt sich also nicht etwa durch das Parallelschalten.
wejp said:
Der Akku mit höherem Innenwiderstand hat dadurch eine niedrigere Stromlieferfähigkeit, nimmt also nur noch zu geringen Teilen an der Versorgung des Verbrauchers teil.
Ja. Allerdings ist der Innenwiderstand abhängig von der vorhandenen Kapazität. Daher wird immer der stärkere stärker entladen. Dies führt zu einer gleichmäßigen Entladung.
wejp said:
Auch das mit den seriellen Verschaltung sehe ich anders.
Sagen wir mal, du hast zwei seriell verbundene Akkus, die ein Gerät treiben. Der erste hat 1000mAh Ladung, der andere 500mAh. Beide sind nagelneu, nur der eine ist halt etwas mehr entladen worden.
Diese Konstellation kann in einem Akkupack bei intakten Zellen so ja garnicht auftreten, wenn die Zellen gemeinsam geladen wurden.
Doch, kann es. Ein Akku, jedenfalls NiMH und NiCd wandelt einen Teil in Wärme um, auch schon bevor er voll ist. Dies ist von Zelle zu Zelle verschieden. Also auch in einer Reihenschaltung werden die verschiedenen Zellen verschieden schnell geladen. Daher muss man einen Akkupack, der gemeinsam geladen wird, auch immer etwas überladen.
wejp said:
Übrigens ging es mir hier hauptsächlich um das Entladen der Zellen. Ich bin nicht davon ausgegangen, dass diese zwangsweise in einer Serienschaltung geladen werden. Dies ist in keinem Fall optimal.
Optimal ist es nicht. Man muss immer einige Zellen etwas überladen, damit alle Zellen am Ende wirklich geladen sind. Aber wie schon gesagt, bei Nickelzellen ist das kein Problem.
wejp said:
Allerdings ist es noch viel problematischer parallelgeschaltete Akkus zu laden. Die Ladeschlusserkennung kann so nicht richtig funktionieren, da kaum beide Zellen exakt das gleiche Verhalten haben.
Das ist bei parallelen Zellen nicht großartig anders als bei in Reihe geschalteten.
wejp said:
Nun entnimmst du dem gesamten Akkupack 500mAh. Das ist bis hier hin kein Problem. Die Spannung des ersten dürfte nur minimal gefallen sein und noch oberhalb der Nennspannung von 1,2V liegen. Der zweite ist mittlerweile auf die Entladeschlussspannung gefallen, etwas unter 1,2V. Außerhalb des Akkupacks kriegst du davon nichts mit. Wenn du Pech hast, "siehst" du dort noch mehr als 2.4V. Wunderbar, das Akkupack ist noch nicht leer. Nun entlädtst du also fleißig weiter. Was passiert mit dem zweiten Akku, der ja schon "leer" ist? Soviel zu "Daher existiert dieses Problem bei nicht defekten Akkus kaum".
Nein. Du übersiehst, dass dieses Szenario bei intakten Akkus so nicht auftreten würde, es sei denn, Du hast die Akkus außerhalb des Akkupacks verwendet.
Und du gehst davon aus, dass du aus einer Zelle immer exakt die Ladung herausnehmen kannst, die du reingesteckt hast. Das ist noch weit praxisferner. Du erhältst grundsätzlich nie die Ladung aus einer Zelle, die du reingesteckt hast. Das ist immer der Fall und bei jeder Zelle verschieden.
wejp said:
Dass das nicht sinnvoll ist, sollte klar sein.
Das ist tatsächlich nicht sinnvoll. Klar. Aber solche Unterschiede, nicht ganz so deutlich natürlich, gibt es immer.
wejp said:
Das "verkehrt herum" Laden ist kein normaler Alterungsprozess, der schlicht zu Kapazitätsminderungen führt. Es zerstört die Zelle und verursacht interne Kurzschlüsse. Der Gesamtwiderstand der Zelle geht gen Null. Die Spannung des gesamten Akkupacks verringert sich um die der defekten Zelle. Bei NiCd/NiMH also 1.2V. Bei einem aus 4 Zellen aufgebauten Pack macht das anstatt 4,8V Nennspannung nun 3,6V. Aber das weiß die Ladeelektronik ja außerhalb gar nicht. Diese sieht also erstmal zu wenig Spannung und lädt.
Bei welchen Geräten hat man denn NiMH-Akkus und eine automatische Ladesteuerung? Das ist eher unüblich. Entweder ein Gerät läuft mit normalen AA-Zellen (die in Serie geschaltet sind), oder es verwendet andere Akkutypen, die dann über ein mitgeliefertes Ladegerät geladen werden. Was ich noch nie gesehen habe, sind Geräte die NiMH- oder NiCd-Akkus verwenden und diese parallel schalten. Schon garnicht wenn diese dann auch noch in so einer Schaltung geladen werden sollen. S.o. => Ladeschlusss kann so garnicht erkannt werden, da der Ladeschluss bei solchen Zellen durch einen kleinen Spannungseinbruch kurz vor Ladeschluss erkannt wird. Den Spannungseinbruch wird man aber nie feststellen können, wenn eine zweite Zelle parallel dazu geschaltet ist.
Nach jede Menge Text endlich mal das, worauf ich gewartet habe. Eine technische Begründung
Ja, da könnte was dran sein. Das Ladeende einer NiMH-Zelle erkennt man durch einen kurzen Spannungseinbruch.
---edit-nachtrag---
Allerdings ist es kein Problem, diesen auch in einer Parallelschaltung zu erkennen. Denn er findet ja erst statt, wenn er bei beiden stattfindet. Er kann gar nicht nur bei einem Stattfinden. Die schwächere Zelle wartet "innerhalb" ihres nun seeeehr verzögerten Spannungsabfalls, der von der stärkeren Zelle aufgehalten wird, solange diese noch nicht "so weit ist".
---edit-nachtrag---
Und es gibt ja einige Geräte, die mit vorkonfektionierten NiMH-Akkupacks ausgeliefert werden. Gerade im Modellbau üblich. Ich hatte aber auch schon Handys (Siemens C25), Akkuschrauber und andere Geräte. Zumindest das Handy hatte AFAIK gar eine Ladeüberwachung, andere mögen schlicht bis zu einer gewissen Spannung laden. Das ist ja, solange es im Rahmen bleibt, bei NiMH/NiCd nicht schädlich.
Was ist da nun beim Laden paralleler Akkus so viel schlechter als bei seriellen? Das einzige, wie ich es mir erklären könnte, wäre, dass bei Reihenschaltung garantiert ist, dass jeder Akku die gleiche Ladung abbekommt. Bei einer Parallelschaltung erhält der Akku mit geringerem Innenwiderstand mehr als der mit einem höheren. Dieser Stromteiler muss allerdings nicht entsprechend der Kapazitätsverteilung der parallelen Akkus entsprechen, so dass immer einer zuerst fertig geladen ist.
Dennoch ist es in der Praxis wohl tatsächlich kein großes Problem und viele berichten von parallel geschalteten Akkupacks, die seit hunderten von Zyklen 1A funktionieren.
Ok, halten wir fest, laden paralleler Akkus kann schädlich sein.
Der Betrieb solcher Akkus parallel ist es allerdings nicht. Dass es keine Geräte gibt, die mit einzelnen Zellen bestückt werden können, z.B. mignon/AA, ist klar. Dort könnte man ja auch auf die Idee kommen, normale Batterien einzulegen. Das könnte gefährlich werden.
Allerdings ist das parallele Entladen verschiedener Akkus kein Problem. Wie schonmal gesagt: Es fließt direkt nach dem Einlegen ein kurzer Ausgleichstrom. Dieser Entspricht allerdings nur einem Spannungsausgleich und keiner Ladung. Zur Ladung von NiMH- oder NiCd-Zellen benötigt man höhere Spannungen. Somit wird der schwächere Akku gar nicht geladen. Ich habe das eben mal praktisch getestet. Selbst zwischen einer ganz leeren und einer vollen Zelle fließen nur ein paar Sekunden lang ein paar Milliampere. Das kann weder die Schwächere groß geladen, noch die Stärkere groß entladen haben.
Wenn man diesem Pack nun Strom entnimmt, liefert die stärkere Zelle die Hauptarbeit, klar. Allerdings belastet die schwächere nicht, sondern liefert auch noch ihren Anteil. Die Gesamtkapazität bildet sich aus der Addition der Einzelkapazitäten. Denn beide Akkus können nur gemeinsam die Entladeschlusspannung erreichen.
wejp said:
Ach und dass in fertigen Akkupacks natürlich auch parallel geschaltet wird, ist auch klar. Ein 9-Zellen Notebook-Akku hat zumeist einen 3x3-Aufbau.
Bitte nichts durcheinander werfen. In Notebook-Akkus werden nie NiMH- oder gar NiCd-Zellen verwendet.
Nicht mehr! Aber das hat andere Gründe.
Ich habe noch ein Gerät, das hat einen 8-Zellen-NiCD-Akkupack: Ist ein 386DX
wejp said:
Dort funktioniert bei den verwendeten Zellen die Ladung komplett anders. Das typische Verfahren dabei hatte ich hier im Forum an anderer Stelle schonmal erläutert.
Das Verfahren ist anders, ja. Während man Nickel-Zellen bequem ohne Balancer laden kann, da diese eine gewisse Überladung vertragen, kann man dies bei LiIon nicht. Letztere zu laden ist wesentlich einfacher.
Du willst doch nicht behaupten, dass es keine Geräte mit NiCD-Akkupacks gibt, oder!?
wejp said:
3*3,6V macht 10,8V bzw. mit 3,7V-Zellen halt 11.2V. (Wieso 11.2 und nicht 11,1 weiß ich nicht. Sicherlich Rundungsbedingt. Sind dann wohl eher 3,73 oder so ;-) ) Drei Zellen liegen dabei jeweils parallel. Bei LiIon oder LiPo ist es beim seriellen Verschalten verschiedener Zellen noch viel wichtiger, auf korrekte Vorladung zu achten, da diese überschüssige Energie viel schlechter als Wärme abgeben können. Während man einen NiMH-Akkupack also einfach mal etwas überlädt, um die Zellen zu synchronisieren, muss man bei LiIon das mit einer besonderen Elektronik (balancer) durchführen. Das ist mir im Detail aber derzeit unbekannt.
Notebook-Akkus kommen praktisch immer mit einer eingebauten Ladeelektronik daher. Die Tatsache, dass die Zellen beim Entladen eine gewisse Anordnung haben, bedeutet nicht, dass diese auch beim Aufladen in dieser Konstellation geladen werden.
Kann, muss aber nicht. Es gibt beides.
Der Originalakku meines Thinkpads hat einen 2p4s-Akku, der auch genau in dieser Konstellation geladen wird. Und der hat mehr als 6 Jahre Dauerbetrieb gehalten. Nun ist ein Billig-China-Akku drin, der schon über 2 Jahre ohne jeglichen Kapazitätsverlust hält. Ich hab da zwar noch nicht reingeguckt, was ich wohl auch nicht tun werde, aber ich kann mir schlecht vorstellen, dass dort großartig was anderes drinne ist.
wejp said:
Da sich das Verhalten von Li-Akkus aber ohnehin stark von NiMH/NiCd unterscheidet, kann man das aber ohnehin nicht vergleichen.
Das stimmt allerdings
wejp said:
Daher gibt es auch keine LiIon-Zellen einzeln zu kaufen, jedenfalls sollte es das nicht.
Es gibt durchaus auch einzelne Li-Akku zu kaufen. Unter anderem im Modellbaubereich sind die durchaus gängig. Dass die Handhabung davon nicht unproblematisch ist, ist allerdings richtig.
Ja. Wer mit Lithiumzellen hantiert, sollte schon wissen, was er macht. Die verzeihen einem deutlich weniger als Nickelzellen.
Sorry für das Durcheinander oben, ich wollte das noch kürzen, hab aber jetzt gerade überhaupt keine Zeit mehr. Auch keine, das noch eben Probezulesen, ob das mit dem Setzen der quote-tags auch geklappt hat. Sorry... schon viel zu spät...
-- Fr Jan 15, 2010 10:33 --
PS:
So, doch nochmal nach technischen Begründungen gesucht.
Das, was beim Entladen den Nickelzellen zugute kommt, ist beim Laden auch vorhanden, stört dort aber: Der von der Kapazität abhängige und vor allem nicht lineare Innenwiderstand. Parallel geschaltete NiMH-Packs lassen sich prima entladen. Das schadet keiner Zelle, weder der schwächeren, noch der stärkeren. Beide erreichen gleichzeitig ihr Entladeende. Wie schon oben begründet.
Beim Laden stört allerdings der Umstand, dass der Innenwiderstand der Zelle sinkt, die voller ist. Das hatte ich so nicht bedacht. Danke, ich gebe dir Recht, das hattest du glaube ja schon geschrieben. Oder!? Am Ende sogar deutlich, was sich in einem Spannungsabfall bemerkbar macht. Besagtes Erkennungsmerkmal für die Delta-U-Lader. Das hindert jetzt aber den schwächeren Akku, überhaupt voll geladen zu werden. Versucht man es dennoch, wird der stärkere Akku zu stark überladen, bevor der leerere Akku überhaupt sein Ladeende erreicht, da dieser ja hierzu eine höhere Spannung benötigt, als jetzt am gesamten Pack anliegt, da der vollere ja die Spannung "runterzieht". Einfach die angeschlossene Spannung forciert zu erhöhen, was damit natürlich zu einem deutlich höheren Stromfluss führt, führt zwar beim schwächeren Akku dann zum Erfolg, schadet dem stärkeren aber noch mehr.
Zum Teil kann das funktionieren, wenn der Unterschied nicht all zu groß ist. Da ja bekannterweise Nickelzellen gefahrlos ein Stück überladen werden können und überschüssige Energie einfach in Wärme umgewandelt wird (sofern es nicht zu viel wird). Daher gibt es einige, die von hunderten erfolgreichen Zyklen berichten. Für einen Hersteller, der solche Packs verkaufen würde, lohnt sich das allerdings nicht, da die Wahrscheinlichkeit doch groß ist, dass der Unterschied der parallelen Zellen zu groß ist. Die Ausfallrate solcher Packs wäre also zu hoch.
Bei anderen Zellentypen, z.B. LiIon, ist das nicht der Fall. Diese werden auch in der Praxis daher oft parallel geladen.
Für mich heißt das, obig als erster Beitrag genannter 5V-Selbstbau-Akkupack ist völlig ok. Die Zellen müssen eh woanders geladen werden. Das geschieht bei mir in einem Lader, der jede Zelle per Microcontroller einzeln überwacht.