Wie wird der Innenwiderstand gemessen?

Eine der wichtigsten Eigenschaften von modernen Akku-Analysern ist die Fähigkeit den Akkuwiderstand zu bestimmen. Als Teil der natürlichen Alterung steigt der Innenwiderstand der Li-Ion und andern Akkus allmählich durch fortschreitende Zelloxidation. Je höher der Widerstand, desto schlechter ist der Zustand des Akkus.

Wie läßt sich der Innenwiderstand eines Akkus messen? Die Gleichstrom- (DC) Methode ist das einfachste Messverfahren. Hier wird der Akku mit einem Widerstand belasted und der Spannungsabfall wird gemessen. Über R=U:I läßt sich der Innenwiderstand ermitteln. Die Wechselstrom-(AC)-Methode, auch als „Konduktivtest“ bzw. „Leitfähigkeitstest“ bekannt, mißt die elektro-chemischen Eigenschaften des Akkus mit Hilfe von Wechselstrom. Akkukorrosion und andere Defekte lassen sich so identifizieren.

Cadex hat ein eigenständiges pulsierendes Verfahren entwickelt, um den Innenwiderstand der Akkus zu messen. Bekannt als OhmTest™, wird der Wert in Milliohm (mΩ) innerhalb von zehn Sekunden ermittelt, ohne daß der Akku entladen wird. Als ein Bestandteil der C7000 Akku-Analyser Serie läßt sich mittels des OhmTestes eine große Anzahl Akkus innerhalb Minuten überprüfen

Der OhmTest™ erlaubt das Durchprüfen einer großen Zahl von Akkupacks innerhalb von Minuten. Diese Technik ist besonders bei den Anbietern von Handys, die einen ganzen Pool von Akkus warten und verkaufen, beliebt und gefragt. Außerdem sind Service-Zentren mittels des Ohm-Tests in der Lage, sofort Packs zu prüfen, während die Kunden darauf warten können.

Es soll jedoch vermerkt werden, daß der OhmTest™ nicht endgültige Schlüsse über den Ladezustand oder den Gesundheitszustand der Zelle zuläßt. Die Werte können weit auseinander liegen und hängen von vielen Umständen ab, wie z.B. der Akku-Chemie, der Zellgröße (mAh), Art der Zelle, Anzahl der in Serie verbundenen Zellen, Schutzschaltkreisen, Verdrahtung und Material der Kontakte. Der Ladezustand zur Zeit der Ablesung spielt ebenfalls eine Rolle. Ein Akku muß mindestens 50% geladen sein, um aussagefähige Resultate zu gewinnen.

Eine feste Verbindung ist unerläßlich, da ein schlecht verbundener Kontakt ein höherer Widerstand hat. Krokodilklemmen und lange Verbindungen sind nicht geeignet.

Um den OhmTest™ zur Akkubewertung nutzbringend und aussagekräftig anzuwenden, ist es wichtig, die Werte eines guten Akkus als Bezugsgrösse heranzuziehen. Weil jedoch jeder Akkutyp anders ist, sind Referenzwerte für jedes Modell nötig.

Die folgenden Angaben können als Richtwerte für digitale Handys gelten:

150mΩ per 3.6V oder geringer         Sehr gut
150-250mΩ per 3.6V                       Gut
250-350mΩ per 3.6V                       Genügend
350-500mΩ per 3.6V                       Schlecht
Über 500mΩ per 3.6V                     Fehlerhaft

Es ist anzumerken, daß die Akkuspannung in Relation mit dem abgelesenen Widerstandswert steht. Ein Handy braucht Power. Das heißt, je höher die Spannung, desto geringe die Ströme müssen fliessen. Theoretisch betrachtet würde ein 7.2 Volt Akku es zulassen, den doppelten Ri eines 3.6 Volt Packs zu erreichen, da aus ihm nur halb so viel Strom abgezogen wird.

OhmTests können am besten bei Li-Ion-Akkus angewandt werden, da der Leistungsverfall mit der internen Zellenkorrosion in Beziehung steht, welcher sich in einem gesteigerten Innenwiderstand reflektiert. Die Leistung eines NiMH Akkus kann ebenfalls weitgehend identifiziert werden, NiCd eignet sich jedoch nicht besonders gut.

Ein geringer Innenwiderstand garantiert nicht unbedingt eine hohe Leistung beim NiCd Akku. Anders als beim Li-Ion, lassen sich NiCd und NiMH mit hohem Innenwiderstand oft noch durch das Rekonditionierungsprogramm eines Cadex 7000 Akku-Analysers wiederherstellen, da der schlechte Zustand infolge Memory entstanden sein kann. Erfolgreiches Rekonditionieren ist daran zu erkennen, daß sich die Widerstandsgrösse mit Faktor zwei bis drei verbessert. Eine vollständige Akkuaufbereitung ist im allgemeinen möglich.

Zusammenfassung

Hersteller sind gezwungen, tragbare Geräte mit Akkus auszustatten, die eine möglichst lange Betriebszeite erlauben. Durch hineinpacken von mehr Energie in das Leistungspack, könnten andere Qualitäten vernachlässigt werden, von denen eine die Lebensdauer ist. Dies ist zum Teil bei NiMH Akkus der Fall.

Lange Lebensdauer, grosse Leistung und einen kleinen Innnenwiderstand sind in der NiCd Akkufamilie zu finden. Diese Chemie ist jedoch heute besonders bei Handys weniger gefragt. Negative Veröffentlichungen über das sogenannte ’Memory-Phänomen’ und Befürchtungen hinsichtlich der Toxidität des Metalls veranlaßten die Kundschaft auf alternative Produkte auszuweichen. Heute sind fast alle modernen Handys mit Li-Ion ausgestattet.

Der Akku ist vielmals der teuerste Komponent und oft der Bestandteil, der früher als das Produkt ersetzt werden muss. Es ist somit durchaus angebracht, daß die Gerätehersteller ein besonderes Augenmerk auf den Akku richteten. Dies bezieht sich auf sorgfältige Vorbereitungen was formatieren, schnell-prüfen und dem abhalten einer Voll-Ladung beinhaltet.

Dieser Artikel ist ein Auszug aus Batteries in a Portable World — A Handbook on Rechargeable Batteries for Non-Engineers (second edition) {Ein Handbuch über wiederaufladbare Batterien für Nicht-Ingenieure}. In diesem Buch wertet Herr Buchmann den Akku im täglichen Gebrauch und erklärt seine Stärken und Schwächen. Das dreihundertseitige Buch ist erhältlich bei Cadex Electronics Inc. über book@cadex.com, tel. +1 604 231-7777 oder in den meisten Buchhandlungen. Um mehr Details über das Buch zu erhalten, besuchen sie die Website www.buchmann.ca.

Zum Autor
Isidor Buchmann ist der Gründer und Geschäftsleiter/CEO von Cadex Electronics Inc., in Richmond (Vancouver) British Columbia, Canada. Herr Buchmann kommt aus der Radiokommunikation und studiert die Eigenschaften von aufladbaren Batterien in deren praktischen Anwendungen seit nunmehr zwei Jahrzehnten. Als Autor vieler Artikel und Bücher zur Akkuwartungstechnologie ist Herr Buchmann ein bekannter und gefragter Vortragsredner, der technische Vorträge und Präsentationen bei Seminaren und auf Konferenzen rund um die Welt abgehalten hat.

Über das Firmenunternehmen
Cadex Electronics Inc. ist weltweit führend in der Entwicklung und Herstellung von hochwertigen Akku-Analysern (Analyzers) und Ladegeräten (Chargers). Ihre preisgekrönten Produkte werden benötigt, um die Gebrauchsfähigkeit und Lebensdauer von Akkus beim Einsatz von drahtloser Kommunikation, Notdienstgeräten, mobilen Computern, im Flugverkehr, in biomedizinischen Ausrüstungen, bei der Rundfunkübermittlung, und auf dem Sektor der Verteidigung zu gewährleisten und zu erhalten. Cadex Produkte werden in über 100 Ländern verkauft.