Tiefentladung

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Unter Tiefentladung eines Akkumulators versteht man die Stromentnahme bis zur nahezu vollständigen Erschöpfung der Kapazität des Akkumulators. Da Tiefentladungen schädlich für den Akkumulator sein können, sollten sie nach Möglichkeit vermieden werden.

Grundlagen

Bei der Tiefentladung wird eine Zelle eines Akkumulators mit beliebiger Stromstärke soweit entladen, dass die Spannung unter die Entladeschlussspannung absinkt. Durch die Tiefentladung können je nach Batterietyp unterschiedliche Schädigungen auftreten. Bei einer Reihenschaltung der Zellen können die Zellen mit der geringsten Kapazität sogar umgepolt werden. Je nach Akkutyp kann eine einzige Tiefentladung einen Akku zerstören. Wenn sich der angeschlossene Verbraucher bei zu geringer Spannungsversorgung nicht selbstständig abschaltet, ist besondere Vorsicht geboten. Akkumulatoren können auch bei Nichtbenutzung, allein aufgrund von Selbstentladung, tiefentladen werden.

Auftreten

Die Tiefentladung eines Akkumulators beginnt mit dem Unterschreiten der Entladeschlussspannung. Dies ist eine festgesetzte Spannung, bis zu welcher der Akkumulator entladen werden darf. Die Höhe der Entladeschlussspannung pro Zelle ist abhängig vom jeweiligen Akkumulatortyp.

Akkumulatortyp Typische Entladeschlussspannung für Einzelzellen
Lithium-Polymer-Akku 3,30 Volt
Lithium-Ionen-Akku 2,50 Volt
Bleiakkumulator 1,75 Volt
Wiederaufladbare Alkali-Mangan-Batterie 1,00 bis 1,10 Volt
Nickel-Metallhydrid-Akku 1,00 Volt
Nickel-Cadmium-Akku 0,85 bis 1,00 Volt

Gründe für eine Tiefentladung

Für die Tiefentladung eines Akkumulators gibt es verschiedene Gründe (Beispiele):

  • Akkumulator überaltert (Ende der Lebensdauer)
  • Akkumulator wird nicht richtig aufgeladen
  • Ladegerät nicht passend für den Akkumulator
  • Ladegerät defekt

Bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen kommen noch weitere Gründe hinzu (Beispiele):

  • Kurzschluss in der elektrischen Anlage
  • falscher Akkumulator eingebaut
  • Fahrzeugbeleuchtung angelassen
  • Betrieb größerer Verbraucher im Stand (Standheizung, Radio, Kühlbox etc.)
  • Lichtmaschine defekt
  • Lichtmaschinenregler defekt
  • Überlastung des Bordnetzes durch zusätzlich eingebaute Verbraucher
  • Steuergerätefehler
  • häufige Kurzstreckenfahrten

Auswirkungen

Bei Bleiakkumulatoren sind die Auswirkungen vom Akkutyp abhängig. Starterbatterien sind für ständige Tiefentladung nicht geeignet, da bei einer Tiefentladung die aktive Masse der Plusplatten zu stark beansprucht wird. Bei Traktionsbatterien werden extra dicke Plusplatten verbaut und Spezialseparatoren verwendet. Dieser Akkumulatortyp ist weniger empfindlich gegen Tiefentladung. Die Tiefentladung kann bei Bleiakkumulatoren zur Sulfatierung der aktiven Masse und somit zu einem Kapazitätsschwund führen. Auf keinen Fall sollten tiefentladene Bleiakkumulatoren längere Zeit ungeladen gelagert werden, dies führt zu irreversiblen Schäden am Akku.

Bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren führt eine Tiefentladung auf unter 2,4 V zu irreversibler Schädigung und zu Kapazitätsverlust. Sinkt die Spannung einer Zelle auf unter 1,5 V, sollte sie nicht mehr verwendet werden. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich Kupferbrücken ausgebildet haben, welche dann zu einem Kurzschluss führen. In diesem Zustand wird die Zelle instabil und erhitzt sich sehr stark, wodurch Brandgefahr entsteht.

Bei Nickel-Cadmium-Akkumulatoren entstehen durch Tiefentladung ähnliche Schäden wie sie durch zu frühes Laden entstehen. Es kommt somit zu ähnlichen Auswirkungen wie beim Memory-Effekt.

Erkennungsmerkmale eines tiefentladenen Akkumulators

Zunächst erkennt man die Tiefentladung durch eine Spannungsmessung des Akkumulators. Liegt die Batteriespannung unter der Entladeschlussspannung, wurde der Akkumulator tiefentladen.

Bei Bleiakkumulatoren kann man die Tiefentladung auch durch Messen der Säuredichte feststellen. Liegt die Säuredichte deutlich unter 1,1 kg/l, so wurde die Batterie tiefentladen. Einen tiefentladenen Bleiakkumulator mit starker Sulfatation und vollständig verbrauchter Schwefelsäure erkennt man sofort beim Laden. Der anfangs hohe Ladestrom des Akkumulators oder der einzelnen Akkuzelle sinkt sehr schnell auf sehr kleine Werte ab. Dies ist eine Folge der inneren Kurzschlussbildung aufgrund des Dendritenkurzschlusses.

Lithium-Ionen-Akkus entwickeln eine starke Wärme, die man auch fühlen kann.

Nickel-Cadmium-Akkus lassen sich mit modernen Ladegeräten nicht mehr richtig aufladen. Es entstehen ähnliche Auswirkungen wie bei dem Memory-Effekt (Akkumulator).

Maßnahmen zur Vorbeugung

Bei Akkumulatoren, die in Fahrzeugen eingebaut werden, sowie in Batterieanlagen werden spezielle elektronische Lastabwurfrelais eingebaut. Diese Relais messen mittels einer eingebauten Elektronik die Bordnetzspannung und schalten bei Bedarf die Verbraucher ab.

Bei so genannten Akkupacks schaltet bei einer Tiefentladung eine interne Sicherung den Akku ab. Es liegt dann an den äußeren Kontakten des Akkupacks keine Spannung an, somit kann er nicht noch weiter entladen werden. Diese Abschaltung ist aber in der Regel nur temporär.

Akkumulatoren sollten je nach Typ nicht mehr als 80 % entladen werden, deshalb verhindert rechtzeitige Ladung der Akkumulatoren eine Tiefentladung.

Regeneration der Akkumulatoren

Bleiakkumulator: Tiefentladene Bleiakkumulatoren sollte man mit einem kleinen Ladestrom über einen längeren Zeitraum aufladen. Bei dieser Art der Ladung wird die Sulfatierung der aktiven Masse bei „leichten Fällen“ wieder behoben. Bei starker Sulfatation mit vollständig verbrauchter Schwefelsäure wird die Batterie unbrauchbar.

Li-Ion-Akkumulator: Bei elektronischen Ladegeräten von Lithium-Ionen-Batterien (Akkupacks) kann es passieren, dass die Ladegeräte den Akkumulator nicht wieder laden, da an den externen Kontakten nun keine Spannung anliegt. Hierbei sollte man versuchen, ein anderes Ladegerät zu verwenden.

NiCd-Akkumulator: Nickel-Cadmium-Akkus kann man durch Austauschen des Elektrolyten (Kaliumhydroxid-Lösung) oftmals nach einer extremen Tiefentladung wieder regenerieren. Das Laden sollte mit einem herkömmlichen Ladegerät erfolgen, da elektronische Ladegeräte diese tiefentladenen Akkus nicht mehr laden.

Fachliteratur

Fachbücher

  •  Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18. Auflage. Europa Lehrmittel, 1989, ISBN 3-8085-3018-9.
  •  Norbert Adolph: Autoelektronik / Grundlagen und Bauvorschläge. Verlagsgesellschaft Schulfernsehen, Köln, ISBN 3-8025-1128-X.
  •  Jürgen Kasedorf, Richard Koch: Service-Fibel für die Kfz-Elektrik. Vogel Buchverlag, ISBN 3-8023-1881-1.

Fachbroschüren

  • Bosch: Technische Unterrichtung Batterien. Robert Bosch GmbH, Stuttgart, VDT-UBE 410/1
  • Bosch: Batterie-Ratgeber, Informationen rund ums Thema Batterie. Robert Bosch GmbH, Stuttgart

Siehe auch

  • Batterietrennrelais
  • Batterieschalter

Weblinks

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