Durchbruch beim Akku-Quicktest
Isidor Buchmann
Cadex Electronics Inc.
Isidor.buchmann@cadex.com
www.buchmann.ca
February 2001
Fragt man einen Ingenieur eines grossen Batterieherstellers: “Ist es möglich,
Batterien im Schnellverfahren zu testen?” antwortet er vermutlich
in einem entschiedenen Ton: “Nein”. Er basiert diese Schlußfolgerung
auf die Schwierigkeit, eine universelle Testmethode anwenden
zu können, welche auf alle Anwendungen für wiederaufladbare
Batterien zutreffen könnte, wie zum Beispiel Akkus der drahtlosen
Kommunikation bis hin zu mobilen Computern, von elektronischen
Werkzeugen bis hin zu Gabelstaplern und Elektrofahrzeugen.
Etliche Universitäten und Unternehmen, einschließlich
Cadex Electronics, forschen nach brauchbaren Lösungen für
Schnelltestverfahren bei Akkumulatoren (Akkus). Es wurden
viele Testmethoden entwickelt und eben so viele Versuche schlugen
fehl wegen ihrer Ungenauigkeit oder Unausführbarkeit.
Beim Studieren der auf die Akkus bezogenen
Eigenschaften über deren Gesundheits- und Ladezustand (SoH
= state of health sowie SoC = state of condition) lassen sich
einige interessante Effekte beobachten. Bedauerlicherweise
sind diese Eigenschaften sehr träge und schwanken häufig.
Erschwerend kommt hinzu, daß diese Parameter für jeden Akkutyp
einzig in ihrer Art sind. Dadurch wird es schwierig, eine
Formel zu entwickeln, welche auf alle Akkus wirksam anwendbar
ist.
Trotz dieser anscheinend unüberwindbaren Zusammenhänge ist ein Schnelltest
oder Quicktest machbar. Jedoch sollte man sich fragen: “Wie
genau muß er sein und wie gut vermag er sich den ständig wechselnden
chemischen Zusammensetzungen der Akkus anzupassen?”
Das Geheimnis des Akkuschnelltests liegt im Verstehen der Zusammenhänge
und Abläufe, wie die aus dem Akku entnommene Energie genutzt
und verbraucht wird. Akkuentladungen variieren von kurzen
Stromstößen für ein GSM Telefon bis hin zu intermittierenden,
starken Ladungen bei elektronischen Werkzeugen (Power Tools),
und lang anhaltendem, gleichmäßigem Stromverbrauch von Laptops.
Der erste Schritt zum Erlangen von Schnelltestwerten geschieht durch das
Messen des Innenwiderstandes (Scheinwiderstandes) des Akkus
¾ oft Impedanz genannt. Es bedarf nur wenige Sekunden, um Impedanzwerte
zu erhalten. Diese liefern einen einigermaßen genauen Hinweis
über den Akkuzustand, besonders dann, wenn die Meßwerte eines
neuen Akkus als Vergleichswerte mit herangezogen werden können.
Bedauerlicherweise liefern die Impedanzwerte
allein nur skizzenhaft grobe Informationen über die Akkuleistung.
Die Messwerte werden von diversen Einflüssen des Akkuzustandes
beeinflusst, welche nicht immer nachvollziehbar sind. So zeigt
zum Beispiel ein voll geladener Akku, der soeben vom Ladegerät
abgenommen wurde, höhere Impedanzwerte als ein solcher mit
einigen Stunden Ruhezeit nach erfolgter Aufladung. Der erhöhte
Innenwiderstand in dem unmittelbar aufgeladenen Akku hängt
mit den elektro-chemischen Reaktionen unmittelbar nach dem
Laden zusammen. Läßt man den Akku nach der Ladung für ein
oder zwei Stunden ruhen, normalisiert er sich. Die unterschiedlichen
Temperaturen beeinflussen die Ablesewerte ebenfalls. Dazu
kommen noch die variablen Chemiekomponenten, die Anzahl der
in Serie verbundenen Zellen, und die Kapazität (Rating) des
Akkus ¾ die allesamt die Resultate beeinflussen. Zudem sind viele Akkus mit zusätzlichen
Schutzschaltkreisen ausgerüstet, welche die Meßwerte verzerren.
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