1. Allgemeines
Unter den wideraufladbaren Geräetebatteriesystemen ist zur Zeit das System ni-cd mit
Abstand vorherrschend, was an der Robustheit und der universalen Einsetzbarkeit liegt.
Alle anderen verfuegbaren Systeme sind neu auf dem Markt oder Spezialsysteme fuer
spezielle Anwendungen. Da das System Ni-Mh weitgehenst kompatibel dazu ist, zusatzvorteile
bietet und in Zukunft weiterentwickelt wird, kann es in vielen Anwendungen die Rolle des
NiCd Systems uebernehmen. Als weiteres System wird im Laufe der kommenden Jahre Lithium
wiederaufladbar, 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/Entladereserve, d.h. eine Ueberlade- und Teifentladefaehigkeit ohne Schäden für
den Akku. Dies wird erreicht, indem man die negative Elektrode größer
bzw.
massenreicher gestaltet als positive Elektrode. Die Entstehung eines
Sauerstoffüberdruckes durch Überladung wird wie bei der NiCd-Zelle durch Rekombination
an der negativen Elektrode verhindert. Man muss also bei Überladung die entstehenden
O2-Moleküle möglichst schnell binden, um einen Überdruck zu verhindern bzw. das das
Sicherheitsventil das Akkus nicht anspricht.
Bild 1 - Vorgänge an der Elektroden
der NiMh-Zelle
Andererseits ist die negative Elektrode einer NiMh-Zelle in der Lage, Wasserstoff zu
absorbieren, so das im Fall einer Tiefentladung oder Umplolung der an der positiven
Elektrode entstehende Wasserstoff ebenfals zu einem gewissen Grad verzehrt werden kann.
Das die Lade/Entladereserve nur in einem gewissen Bereich Wirkung zeigt, bedarf keiner
weiteren Erwähnung. Zur Verdeutlichung der Vorgänge soll Bild 1 helfen.
- er = Entladereserve
- el = Ladereserve
3. Vergleich der Systeme
Das Verhalten der NiMh-Zellen bei kleinen und mittleren Entladestroemen gleicht fast
den der NiCd-Zellen. Bei grossen Entladestroemen sind NiCd-Akkus im Vorteil,d.h das sich
grosse Entladestroeme bei NiCd-zellen weniger auf die
Kapazität auswirken, wie bei NiMh-Akkus. Weitere Unterschiede ergeben sich zwischen NiMh
-und NiCd-Zellen aber im Spannungverhalten waehrend der Ladung.
Generell liegt die Ladespannug von NiMh-Zellen leicht unterhalb der NiCd-Zellen, und
das für NiCd-typische Spannungsmaximum am ladeende bei höheren Lastströmen ist bei
NiMh-Zellen wesentlich schwächer ausgeprägt. Deweiteren 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 größeren 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 durchgefuehrt werden, da der
unerwuenschte Druckaufbau die Zelle im unguenstiegen Fall zerstören könnte. Ein weiterer
grosser Vorteil der NiMh-Zelle ist, das sie keinen Memory-Effekt aufweist. Der
Memory-Effekt wurde bereits in der NiCd-FAQ erörtert.
4. Lade/Entlade-Eigenschaften
Je höher der Ladestrom, desto hoeher ist die Ladeschlußpannung. Die Ladespannung von
NiMh-Akkus weist einen negativen Temperaturkoeffizienten auf.( d.h je hoeher die
Temperatur, desto geringer ist die _Lade_endspannung ). Die Ladespannungskennlinie
verläuft sehr flach.
 Bei ereichen des Ladeendzustandes steigt die Spannung nochmal
stärker an. Ladegeräte können diesen Spannungsanstieg auswerten und entsprechend auf
Ladehaltestrom umschalten. Laedt man den NiMh-Akku ueber die Ladeendspannung hinaus
weiter, so sinkt die Ladespannung wieder. Auch diesen Rueckgang der Spannung kann man als
Abschaltkriterium verwenden. Meist lassen sich negative Spannungsänderungen
schaltungstechnisch besser lösen, als positive. Der Anstieg bzw- der Rueckgang der
Ladespannung ist temperaturabhängig.
Anders ist es bei der Entladespannung. Sie ist um so groesser je höher die Temperatur
ist. Die Kapazitätsausbeute steigt mit der Temperatur. Bei hoeheren Temperaturen macht
sich bei kleinen und mittleren Entladeströmen jedoch der gegenteilige Effekt bemerkbar.
Daher verringert sich die Kapazität bei 60 Grad geringfügig gegeüber der bei
Raumtemperatur.
5. Vergleich diverser Sekundärsysteme
++ ausgezeichnet + gut - ausreichend
für viele
Anwendungen beträchtliche Nachteile
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