Ladegerät
Ein Ladegerät wird zum Aufladen von Akkumulatoren verwendet. Die meist im Gerät enthaltene elektronische Schaltung (Ladeschaltung) steuert den Ladevorgang.
Grundlagen
Die meisten Ladegeräte werden an Steckdosen betrieben, in Deutschland an 230 Volt, dem sogenannten Lichtnetz, leistungsstarke Lader auch am Kraftnetz.
Kleinere, meist mobile Ladegeräte, beispielsweise im RC-Modellbau, können auch mit 12-Volt, beispielsweise aus Zigarettenanzünder-Buchsen, über Solarzellen oder kleine, handbetriebene Generatoren betrieben werden. Einige Ladegeräte können auch wahlweise an Netzspannung oder Gleichspannung betrieben werden.
Hinweise zur Geräteauswahl
Die meisten Akkutypen reagieren empfindlich auf Tiefentladung, Überladung und Überhitzung, meist mit einer Verringerung von Lebensdauer und/oder Kapazität bis hin zur Zerstörung. Nur durch für den jeweiligen Akkumulatortyp geeignete Geräte und Ladeverfahren, die die kritischen Parameter kontrollieren, kann eine hohe Lebensdauer der betreffenden Akkus erreicht werden. Daher sind einfache Ladegeräte für regelmäßige Anwendung nicht zu empfehlen. Durch kurze Lebensdauer der Akkumulatoren und ständige Anschaffungskosten für Ersatz wird der Preisvorteil der "Billiglader" rasch aufgezehrt.
Zwei Gruppen von Ladegeräten lassen sich unterscheiden:
Einfache Ladegeräte
Schlichte Ladegeräte laden einen Akku mit konstantem Strom (z.B. Nickel-Cadmium-Akkus) oder konstanter Spannung (z.B. Bleiakkumulatoren). Sie besitzen keine weiteren Einrichtungen zur Steuerung, Überwachung und Beendigung des Ladevorgangs und verfügen gelegentlich über eine zeitgesteuerte Abschalteinrichtung. Für viele Akkus sind Ladezeit und Ladestrom angegeben, sodass die Ladung bei Kenntnis des Entladezustandes annähernd richtig erfolgen kann. Schnellladung und eine Ladezustandsüberwachung sind mit diesem Gerätetypus nicht möglich.
"Intelligente“ Ladegeräte
So genannte intelligente Ladegeräte verfügen über eine komplexere Ladeschaltung (Elektronik) oder über einen eingebauten Mikrocontroller und können dadurch aufwendigere Ladeverfahren realisieren, beispielsweise das Akkuladen durch Stromimpulsen. Eine exakte Erkennung der Volladung des angeschlossenen Akkus aufgrund des Gasungsbuckels (siehe hierzu Ladeverfahren) erlaubt die sichere Schnellladung ohne die Gefahr einer akkulebenszeitverkürzenden Überladung. Weitere Eigenschaften sind zum Beispiel die automatische Entladung der Akkus vor Ladebeginn, eine Cycle-/ Alive-Funktion (mehrmaliges Laden und Entladen zur Regeneration der Zelle) oder das automatische Umschalten auf Erhaltungsladung nach Ladeende.
Gute Ladegeräte für einzelne Zellen besitzen eine Einzelschachtüberwachung oder überwachen zumindest die Akku-Zellen paarweise. Bei der Einzelschachtüberwachung wird der Zustand einer jeden Akkuzelle genau analysiert und der Ladestrom/ die Ladespannung dem Akkuzustand entsprechend angepasst. Bei Paarladern hingegen werden zwei Zellen gleichermaßen überwacht. Legt man in diesen zwei unterschiedliche Zellen ein (einen beinahe leeren sowie einen nahezu vollen Akku), wird der volle Akku längere Zeit überladen (oder der leere Akku nicht vollständig aufgeladen). Teils erkennt das Ladegerät den sogenannten Gasungsbuckel auch nicht mehr richtig, wobei dann beide Zellen massiv überladen werden - falls nicht weitere Sicherheitsmaßnahmen wie eine Timer-Abschaltung oder die Temperaturüberwachung den Ladevorgang beenden. Über mehrere Ladevorgänge gesehen zerstört dies das elektrochemische System im Akku und macht die Zelle unbrauchbar. Sie verliert an Kapazität und ist nicht mehr belastbar. Durch eine massive Überladung kann sich im Inneren des Akkus durch Gasbildung Druck aufbauen. Wird er zu groß, löst er ein Sicherheitsventil aus, sodass Gase und Elektrolyt austreten. Das ist eine Sicherheitsfunktion, um den Akku vor Explosion bzw. Bersten zu schützen.
Ladeschaltungen
Lader bestehen oft aus einem separaten Steckernetzteil und einer im Gerät beim Akku untergebrachten Ladeschaltung – das Steckernetzteil liefert in diesem Fall nur die transformierte, aber ansonsten ungeregelte Spannung. Das ist insbesondere bei Lithium-Ionen-Akkus üblich, da deren Ladeschlussspannung und Temperatur ansonsten nicht exakt genug gemessen werden kann. Das Steckernetzteil transformiert die Netzspannung auf eine niedrigere Wechsel- oder Gleichspannung, beispielsweise auf 9 Volt. Manchmal ist die Lade-Elektronik in den Akku selbst integriert. Die auch bei Mobiltelefonen verwendeten Lithium-Ionen-Akkus besitzen jedoch meist lediglich eine interne Schutzschaltung, die bei Übertemperatur, Kurzschluss oder Überspannung abschaltet – sie sollte nicht zur Laderegelung benutzt werden. Weiterhin enthalten diese Akkus oft einen separat herausgeführten Temperatursensor, mit dem von der Ladeschaltung der Ladewirkungsgrad ausgewertet wird.
Starterbatterien in Kraftfahrzeugen werden mit einem Laderegler aus der Lichtmaschine geladen. Hierbei steuert der Laderegler den Erregerstrom der Lichtmaschine, um last- und drehzahlunabhängig die Ladeschlussspannung (beim 12-Volt-Bordnetz sind dies 13,8 bis 14,2 Volt) zu regeln.
Literatur
- Ludwig Retzbach: Akkus und Ladegeräte. Neckar-Verlag, Villingen-Schwenningen 2008, 14. Auflage, ISBN 978-3-7883-4142-8
- Ulrich Passern: Akkus & Ladegeräte für den Modellsport: Grundlagen, Ladetechniken, Praxistipps. vth, Baden-Baden 2004, ISBN 3-88180-736-5 (Buch mit CD)
Weblinks
Commons: Ladegeräte – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Ladegerät – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen- test 06/2003, Akku-Ladegeräte – Strom für den Strand (Rechts auf PDF klicken um zum vollen Artikel zu gelangen)
- BMZ: Nicht alle Ladegeräte sind gleichwertig - Höhere Akkuleistung durch richtiges Laden (28. Nov. 2012)