Laden des Li-Ion Akkus

Der Li-Ion Charger ist spannungsbegrenzend. In dieser Hinsicht ist der Li-Ion Lader ähnlich wie derjenige für Bleiakkus. Die Hauptunterschiede des Li-Ion Chargers liegen in der hohen Spannung pro Zelle, eng umrissener Spannungstoleranz, und dem Fehlen von Dauerlademöglichkeiten nach Erreichen der vollen Ladung.

Während der Bleiakku-Lader eine gewisse Flexibilität bei der oberen Spannungsbegrenzung erlaubt, verlangen die Hersteller von Li-Ion Zellen eine genaue Spannungseinstellung. Bei den zuerst auf den Markt gebrachten Graphitsystemen betrug die Spannungsgrenze 4.10 Volt pro Zelle. Obwohl eine Spannung über 4.10 Volts die Energiedichte steigern würde, war die Zelle wegen der Oxidation viel weniger lange haltbar. Dieser Effekt konnte inzwischen durch die Verwendung chemischer Additive weitgehend aufgehoben werden und die meisten neuen Li-Ion Zellen sind heute auf 4.20V eingestellt. Die enggefaßte Toleranzspanne bei allen Li-Ion Akkus beträgt dennoch nur +/- 0.05 Volt pro Zelle.

Bei einem Ladestrom von 1C beträgt die Ladedzeit von Li-Ion Akkus ungefähr 3 Stunden. Während des Ladevorganges bleibt der Akku kühl. Er ist vollgeladen wenn die Spannung den oberen Grenzwert erreicht und der Strom sich auf zirka 3% der Nominalwerte bzw. auf 0.03C verringert.

Ein erhöhter Ladestrom verkürzt die Aufladezeit nicht sonderlich. Obwohl die Spannungsspitze mittels höherem Strom schneller erreicht wird, dauert es länger für den ‚Topping Charge’. Abbildung 3 zeigt die Spannung und den Stromverlauf eines typischen Ladegerätes auf, während die Li-Ion Zelle das erste und zweite Aufladestadium durchläuft.

 
Abbildung 3:  Ladeabschnitte eines Li-Ion Akkus

Wird der Anspruch erhoben, daß die Schnelladung eines Li-Ion-Akkus innerhalb einer Stunde abgeschlossen sein soll, geht dies gewöhnlich zu Lasten der Aufladung. Ein derartiges Ladegerät übergeht einfach die Stufe 2 und schaltet direkt in die ‘Fertig’ Stufe, sobald die Spannung am Ende der ersten Stufe erreicht ist. Der Aufladebereich beträgt an dieser Stufe ungefähr 70%. Die ,Topping Charge’ dauert typischerweise doppelt so lange wie die Anfangsladung in Stufe 1.

Eine Dauerladung kann nicht angewandt werden, da die Li-Ion keine Überladung verträgt. Eine Dauerladung kann dazu führern, dass sich Lithiummetalle auf den Elektroden ablagert, eine Kondition, die zur Instabilität führt. Statt dessen erfolgt eine kurze Spitzenladung, um den geringen Stromverlusten, die durch die Selbstentladung und den Bedarf des Schutzschaltkreises auftreten, auszugleichen.

Eine Nachladung sollte alle 500 Stunden oder nach 20 Tage erfolgen. Typischerweise erfolgt die Nachladung automatisch durch den Charger, sobald die Spannung unter 4.05 Volt/Zelle abgesunken ist.