Die richtige Ladetechnik für NiCd und NiMH Akkus

Bei allen Akkus ist weder die Stromentnahme (Entladen), noch die Stromaufnahme (Laden) kritisch und wesentlich die Lebensdauer bestimmend. Viel wichtiger ist, im richtigen Moment mit der Entladung und Ladung aufzuhören! Da zur Zeit für allgemeine Anwendungen nur NiCd und NiMH Akkus verbreitet sind, beschränken sich die folgenden Angaben aus diese beiden Akku-Typen.

Bei der Entladung sollte eine minimale Spannung nicht unterschritten werden. Diese beträgt ca. 0.8 bis 1.0 Volt. Des Weiteren sollte keine Tiefentladung stattfinden. Dies kann relativ einfach eingehalten werden: High-Tech-Geräte schalten sich automatisch aus, einfachere Geräte funktionieren nicht mehr richtig, so dass sie der Anwender ausschaltet. Diese Geräte bitte nicht einfach bis zum "Gehtnichtmehr" weiterlaufen lassen!

Bei der Ladung sollten die Zellen nicht überladen werden, die Ladung muss bei erreichen der Vollladung beendet werden! Dies ist leider bei den NiCd und NiMH Akkus nicht trivial. Es ist nicht möglich von aussen den Ladezustand genügend exakt zu bestimmen (gilt auch für Batterien). Es kann nur während der Ladung detektiert werden wann die Vollladung erreicht ist. In High-Tech-Geräten wird zunehmend der Ladezustand laufend durch Messung und Integration des Akkustromes berechnet und danach die Ladung automatisch beendet.

Konstantstrom-Ladung:

Die einfachste und häufig angewendete Methode ist, den konstanten Ladestrom so klein zu wählen, dass die Zellen damit gar nicht schädlich überladen werden können. Alle Akkuzellen werden chemisch so ausgelegt, dass sie einen genügend kleinen Ladestrom ohne Schaden relativ lange ertragen können. Eine Detektion der Vollladung entfällt, das Ladegerät wird extrem einfach, die Zeit zur Vollladung einer leeren Zelle liegt bei 12 bis 24 Stunden.

Zeitgesteuerte Ladung:

Während einer durch einen Timer bestimmten festen Zeit wird mit konstantem Ladestrom geladen. Strom und Zeit (effektiv das Produkt beider) werden so festgelegt, dass ein voll entladener Akku gerade wieder voll geladen wird. Diese Methode ist sehr gut (fast ideal), falls der Akku tatsächlich voll entladen ist und die der Berechnung zu Grunde liegende Kapazität aufweist. Die erste Bedingung verlangt leider eine (zu) grosse Disziplin vom Anwender, die zweite führt dazu, dass ein einmal geschädigter Akku immer mehr beschädigt wird.

Temperaturgesteuerte Ladung:

Bei Überladung beginnt sich jeder Akku zu erwärmen. Je höher der Ladestrom, desto stärker die Erwärmung. Bei der temperaturgesteuerten Ladung beendet dieser Temperaturanstieg die Ladung. Etwas nachteilig ist, dass zwangsweise bei jeder Ladung eine der Lebensdauer abträgliche Erwärmung stattfindet.

Spannungsgesteuerte Ladung:

Die Akkuspannung beginnt vor der Vollladung stärker anzusteigen, erreicht etwa bei Vollladung ein Maximum und sinkt danach wieder leicht ab. Dieser typische Verlauf kann detektiert und die Ladung danach beendet werden. Der notwendige Aufwand ist bedeutend grösser als bei allen anderen vorausgegangenen Methoden, das Resultat jedoch sehr gut! Am häufigsten wird nur der leichte Rückgang der Spannung detektiert. Man bezeichnet dies als "minus delta U"-Methode (-dU).

Kombiniert gesteuerte Ladung:

Alle genannten Lademethoden können natürlich miteinander kombiniert werden. Dadurch wird eine maximale Sicherheit gegenüber einer unzulässigen Überladung erreicht. Dies ist umso wichtiger je rascher die Ladung erfolgt, beispielsweise bei Schnellladungen in wenigen Stunden und Ultra-Schnellladungen in weniger als einer Stunde. Sehr gute und professionelle Ladegeräte verwenden immer eine kombiniert gesteuerte Ladung.

Vorentladung:

Vor der Ladung wird der Akku komplett entladen. Dies ist bei zeitgesteuerter Ladung notwendig, um auch nur teilentladene Akkus ohne eine schädliche Überladung laden zu können. Die Akkus werden durch die Vorentladung wachgerüttelt, der bei NiCd und NiMH feststellbare Kapazitätsverlust bei wiederholter nur Teilentladung wird rückgängig gemacht. Dieses Phänomen ist als "Memory-Effekt" bekannt. Nachteilig ist bei noch stark geladenen Akkus der Zeit- und Energieverlust und die etwas verkürzte Lebensdauer, denn auch die Vorentladung zehrt an der Lebensdauer.

Impuls Ladung:

An Stelle von Gleichstrom werden Stromimpulse zur Ladung verwendet und gleichzeitig nach jedem Ladeimpuls ein kurzer Entladeimpuls eingefügt. Dadurch wird die Strukturierung des Elektrodenmaterials positiv beeinflusst, die Lebensdauer verlängert und der Memory-Effekt unterdrückt. Diese Technik wird jedoch derzeit auf Grund des relativ grossen Aufwands vorwiegend in professionellen Ladegeräten eingesetzt.