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.