Welches ist der beste Akkupack für das digitale Handy?

Ein Verkaufsberater von Handys und Funkgeräten wird dem Kunden vielleicht raten, Akkus mit der höchstmöglichen Leistungsstufe zu wählen und die NiCd wegen des ‘Memory’ Problems abzulehnen. Der Kunde könnte sich für die schlank geformte NiMH entscheiden, denn sie bietet eine relativ hohe Kapazität in einem handlich kleinen Pack und einigermaßen günstigem Preis.

Was auf den ersten Blick wie eine gut getroffene Wahl aussieht, stellt sich jedoch nach folgenden Analysen als fragwürdig heraus, so daß andere Chemievarianten möglicherweise eine bessere Wahl geboten hätten. Vom Gesichtspunkt der Leistung her bietet die NiMH gute Werte, jedoch läßt die Leistung aufgrund abfallender Kapazität und steigendem Innenwiderstand nach zirka 300 Zyklen nach. Im Vergleich dazu kann die NiCd mit über 1000 Zyklen beansprucht werden und deren Widerstand bleibt dennoch verhältnismäßig gering. Es sollte jedoch erwähnt werden, daß die NiCd vergleichsweise zur NiMH ungefähr 30% weniger Leistung bietet.

Die NiMH und NiCd gelten als wartungsintensive Akkus, welche regelmäßig zyklisch entladen werden müssen, um Memory-Verluste zu vermeiden. Obgleich der NiMH ursprünglich als frei von Memory angepriesen wurde, wird er durch  Memory beinahe genauso beeinflußt wie der NiCd. Die kristallinen Formationen, welche den Leistungsverlust verursachen, werden durch die Nickelplatte erzeugt, einem Metall, das sich in beiden Chemievarianten wiederfindet. Aufgrund seiner kürzeren Zyklus-Lebensdauer im Vergleich zum NiCd erscheint der Memory-Speicherverlust nicht so offensichtlich bei der NiMH.

Memory läßt sich jedoch bei den auf Nickel basierenden Akkus durch ein vollständiges Entladen einmal im Monat kontrollieren. Es ist nicht zu empfehlen, den Akku vor jeder Aufladung ganz zu entladen, da dies das Pack unnötig beansprucht und die Lebensdauer verkürzen würde. Gleichfalls ist es nicht ratsam, die Akkus über längere Zeit im Aufladegerät zu belassen. Wenn er nicht benutzt wird, sollte ein Akku normal gelagert und erst vor Gebrauch geladen werden.

Ist der Li-Ion-Akku die bessere Wahl? Durchaus ja - in vielen Fällen. Der Li-Ion ist ein weniger wartungsbedürftiger Akku, der eine gute Kapazität bietet, leicht an Gewicht ist, und nicht periodisch aufgeladen werden muß. Der Li-Ion benötigt kein periodisch ansetzendes Entladen, da er nicht von Memory beeinflußt wird. Kein “trickle charge” ist erforderlich, sobald der Akku die volle Ladung erreicht hat. Der Akku kann so lange im Ladegerät verbleiben, bis er benutzt wird.

Es muß jedoch angemerkt werden, daß der Li-Ion als Teilvorgang einer fortschreitenden Alterung allmählich ihre Wiederaufladefähigkeit verliert, selbst dann wenn er nicht benutzt wird. Aus diesem Grunde sollten Li-Ion Akkus nicht über längere Zeit gelagert werden, sondern müssen, ähnlich verderblichen Produkten, laufend umgesetzt werden. Beim Kauf des Ersatzakkus sollte der Käufer besonders auf das Herstellungsdatum achten. Leider ist diese Information oft in Form einer Seriennummer verschlüsselt und so dem Verbraucher unzugänglich.

Verglichen mit andern verfügbaren Akkusystemen ist der Li-Ion der teuerste Akku. Doch es ist dennoch gut geeignet für Leute, die das Handy täglich benutzen. Bis zu 1000 Lade-/Entladezyklen lassen sich innerhalb der voraussichtlichen Lebensdauer von zwei Jahren anwenden. Wegen des Alterungseffektes bietet der Li-Ion-Akku jedoch keine besonders wirtschaftliche Lösung für den gelegentlichen Benutzer.

In Bild 3 untersuchen wir die Beziehung zwischen Energiedichte (Kapazität) und dem Innenwiderstand bei NiCd, NiMH und Li-Ion Systemen. Um die Langlebigkeit anzusprechen, fügen wir den ‘besten Zyklusablauf’ für jede Chemieart informativ bei. Es sollte angemerkt werden, daß periodisches Durchlaufen von Entladezyklen erforderlich bleibt, um den vorausbestimmten Lebensdauerzyklus der NiCd und NiMH Akkus zu gewährleisten.

	Nickel-Cadmium (NiCd)	Nickel-Metall- Hydrid (NiMH)	Lithium-Ion (Li-Ion)
Energiedichte (Wh/kg)	45-80	60-120	110-160
Innenwiderstand (mW)	100-2001	200-3001	150-2501
Selbstentladung pro Monat	20%2	30%2	10%2
Beste Zykluslebensdauer	15003	300-5004	500-10004 oder 2-3 Jahre

Bild 3:
Charakteristiken der NiCd, NiMH und Li-Ion Akkus in bezug auf Energieverdichtung, Innenwiderstand, Selbstentladung und Zyklus-Lebensdauer

1. Der Innenwiderstand eines Akkus variiert mit den Zellenwerten und der Anzahl von in Serie verbundenen Zellen
2. Die Entladung ist innerhalb der ersten 24 Stunden am höchsten und fällt dann ab. Die Selbstentladung steigt bei erhöhter Temperatur.
3. Der Lebenszyklus eines Akkus hängt vom Gebrauch und den regelmäßigen Wartungsvorkehrungen (Service) ab. Das Ausbleiben von periodisch durchgeführenten völligen Entladungszyklen kann die zyklische Lebensdauer um den Faktor drei verkürzen.
4. Die zyklische Lebensdauer beruht auf der Tiefe der Entladung. Flach verlaufende Entladungen ergeben mehr Zyklen als Tiefentladungen.

Auch wenn der generelle Energiebedarf eines digitalen Handys geringer ist als der des analog betriebenen, muß der Akku für ein digitales Telefon in der Lage sein, hohe Stromstöße zu liefern, die oft ein Vielfaches des Eigenwerts betragen.

Betrachten wir die Belastungen eines digitalen Handys in C-Einheiten. Wenn ein 500mAh-Akku mit 1C entladen wird so fliesst ein Strom von 500mA. Dementsprechend fliessen 1000mA wenn mit 2C entladen wird. Ein GSM Handy das mit einem 500mAh Akku betrieben ist und 3C Impulse entzieht, belastet die Zellen mit 1.5A.

Ein 3C Wert der jeweiligen Entladung ist durchaus akzeptierbar bei einem Akku mit niedrigem Innenwiderstand. Dennoch stellen alternde Li-Ion und NiMH ein Problem dar, weil sich der Ri dieser Akkus mit zunehmendem Alter und mehr Zyklen erhöhen.

Verwendet man größere Akkus erhält man eine höhere Kapazität, auch bekannt als “Extended Pack”. Obwohl entsprechend größer und schwerer, bieteten erweiterte Packs jedoch eine typische Kapazität von ungefähr 1000mAh - nahezu doppelt so hoch wie bei den Standardausführungen. Ausgedrückt als C-Wert wird die 3C Entladelast auf 1.5C reduziert, wenn ein 1000mAh statt einen 500mAh Akku eingesetzt wird.