Die Weiterentwicklung des Lithium Akkus

Bei einer kürzlichen Unterhaltung mit einem Ingenieur eines Großhersteller von Li-Ion Akkus erfuhr ich, daß sich die chemischen Zusammensetzungen auf Li-Ion basierenden Akkus alle sechs Monate verändern. Es werden immer neue Chemikalien entdeckt, welche verbesserte Ladeeigenschaften, höhere Kapazitäten und längere Haltbarkeitsdauer ermöglichen. Obwohl dies für den Verbraucher von Vorteil ist, verursachen diese Verbesserungen ein ‘Daten-Chaos’ in den Analysegeräten, weil diese ihre Schnelltest-Algorithmen nach fest eingegebenen Parametern bestimmen. Gestatten Sie mir zu erklären, warum dieser Wandel bei den Akkuzusammensetzungen die Testergebnisse eines Schnelltesters beeinflußt.

Die ersten Li-Ion Akkus wiesen einen ständigen, schnellen Abfall der Spannung während des Entladens auf. Mit den neueren, auf Lithium basierenden Akkus, kann eine vorbestimmte Voltbereichschwankungs-(Flatter Voltage)-Signatur erreicht werden. Derartige Akkus liefern bei den meisten Entladezyklen eine stabilere Spannung. Der rapide Spannungsabfall entsteht nur am Ende der Entladung.

Ein ‘festverdrahteter’ Tester sucht nach einem eventuell zu erwartenden Spannungsabfall und bestimmt danach den SoH gemäß den verfügbaren Referenzdaten. Wechselt der Spannungsabfall aufgrund verbesserter Akkutechnologie, resultiert dies in fehlerhaften Ablesewerten.

Metallunterschiede bei der positiven Elektrode verändern ebenfalls die Ausgangsspannung an den Pol-Kontakten. Mangan, auch als Spinell bekannt, hat eine leicht höhere Spannung an den Ausgängen im Vergleich zum mehr traditionell verwendeten Kobalt. Hinzu kommt, daß Spinell anders altert als Kobalt. Obgleich beide, Kobalt und Spinell, der Li-Ion Akkufamilie angehören, ergeben sich mit großer Wahrscheinlichkeit unterschiedliche Ablesewerte an nebeneinander im Schnelltest geprüften gleichartigen Akkus.

Die Li-Polymer Zelle ist in der Zusammensetzung gegenüber dem Li-Ion Akku sehr verschieden und reagiert bei einem Test anders. Für Li-Ion Akkus geeignete Prüfgeräte können unter Umständen unzuverlässige Ablesewerte liefern, wenn diese für Schnelltests bei Li-Polymer Akkus eingesetzt werden.

Die Cadex QuickTest Anwendung

Ein Akkuschnelltest muß in der Lage sein, sich sofort neuen chemischen Kombinationen anzupassen. Cadex löst dieses Problem durch Anwendung eines logischen, selbstlernenden fuzzy logic Algorithmus.

Ein Hauptvorteil des Cadex Quick-Testers ist die Anpassungsfähigkeit an neue Trends mit der Fähigkeit zu ‘lernen’. Vergleichbar mit der Anpassungsfähigkeit eines Studierenden an eine sich wandelnde Umwelt und ein fortschreitendes Curriculum, wie es in den Lehrplänen der Schulen stetig erweiternd gelehrt wird, so lernt auch der Cadex Quick-Tester die Algorithmen von jedem von ihm geprüften Akku. In der Tat wird eine größere Genauigkeit erreicht, je mehr Akkus getestet werden.

Der Cadex Quick-Tester ist aus der neuen C7000 Akku-Analyser Serie entwickelt und gebaut. Dieses System benutzt austauschbare Akku-Adapter, welche die Akku-Kodierungen enthalten, die auch als C-Codes bezeichnet werden. Der C-Code ist einmalig für jeden Akkutyp und stellt den Analyser auf die korrekten Akkuparameter ein, sobald der Adapter installiert wird. Abbildung 1 zeigt den Zwei-Stationen-Cadex C7200 Akku-Analyser, ausgestattet mit dem Quick-Tester und zwei Adapter.

Um den Cadex Quick-Tester zu aktivieren, müssen die Adapter ebenfalls die Matrixeinstellungen der jeweils zu testenden Akkus, enthalten. Mit dem Erwerb der Adapter sind die Vektoreinstellungen der gängig benutzten Akkutypen inbegriffen. Aus administrativen Gründen können anfänglich nicht alle Adapter  mit den Vektorinformationen programmiert werden. Der Anwender wird gebeten, die Angaben manuell einzugeben, d.h. durch Ablesen bzw. ‘Scanning’ der zu testenden Akkutypen.

Wenn der Akku-Adapter keine Vektoreinstellungen findet, also sozusagen ‘ungelernt oder unausgebildet’ ist, empfhielt der C7000 automatisch das Ablaufen des Auto-Programms mit dem betreffenden Akku. Im Auto-Modus läuft ein Programm ab, das vollständige Lade- und Entladezyklen mit einschließt. Vergleichbar mit dem Herunterladen (downloading) eines Programmes im PC werden diese Informationen dann vom Auto-Programm automatisch gespeichert oder abgerufen, die Vektoreinstellungen vorgenommen und die QuickTest Funktionsabläufe ausgeführt.

Anfangs ist der Verläßlichkeitsgrad relativ gering bzw. ‘marginal’, da lediglich die Ergebnisse eines Leistungsablaufes zur Verfügung stehen. Durch das Prüfen von immer mehr Akkus, als Teil von Routineabläufen, werden die ‘Kapazitätsregister’ ergänzt und somit erhöht sich der Genauigkeitsgrad ständig. Um den Genauigkeitsgrad über ‘marginal’ hinaus zu erweitern, benötigt das System wenigstens drei Akkus. Der Grad der Verläßlichkeit des Akkuadapters wird durch das LCD-Display des C7000 als ‘marginal’, ‘good’ oder ‘excellent’ angezeigt.