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Energiespeicher: So nutzen Sie Akkumulatoren in der Instandhaltung

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Von Günter Stein,

Der Trend zur Versorgung von elektrischen Kleingeräten über Akkumulatoren (aufladbar) und Batterien (nicht aufladbar) wird durch 2 Faktoren vorangetrieben.

Dabei handelt es sich um die 2 folgenden Faktoren:

  • Moderne Akkumulatoren sind bei gleicher Kapazität um ein Vielfache kleiner und leichter als frühere Produkte.
  • Es wurden effiziente Strategien zur Verringerung des Strombedarfs entwickelt.

So hat sich die durchschnittliche Kapazität eines Mignon-Akkumulators (AA-Typ) in den letzten 10 Jahren von ca. 500 mAh auf ca. 2.500 mAh verfünffacht.
Praxis-Tipp: Bei Kapazitätsangaben für NiMH-Mignon-Akkus von mehr als 3.000 mAh sollten Sie sehr vorsichtig sein. Diese Werte sind eigentlich nicht zu erreichen. Maßgeblich ist die gespeicherte Energiemenge.
Die beiden wichtigsten Kennzahlen bei der Auswahl von Akkumulatoren oder Batterien sind:

  • Spannung
  • Kapazität

So wählen Sie für verschiedenen Spannungen den richtigen Energiespeicher

Sowohl Batterien als auch Akkumulatoren gibt es nicht mit beliebigen Spannungswerten. Die Energiespeicher werden aus mehreren Zellen zusammengesetzt, die eine Nennspannung haben. Bei NiCd (Nickel-Cadmium) und NiMH (Nickel-Metallhydrid) liegt die Zellenspannung bei 1,2 V, bei Bleiakkus ist es 2 V und die modernen Lithium-Akkumulatoren liefern je nach Ausführung zwischen 3,3 und 3,6 V pro Zelle.
Das sind praktisch die kleinsten erreichbaren Spannungen, höhere Werte werden nur durch eine Reihenschaltung mehrerer Zellen oder Akkumulatoren erreicht.

Praxis-Tipp: Ist bei einem Gerät ein Spannungsbereich für die Versorgung angegeben, sollte die gewählte Akkuspannung ca. 20 % über der angegebenen Untergrenze liegen.
Die elektrische Spannung hat jedoch nichts mit der Qualität eines Akkumulators zu tun – ein entscheidender Wert dafür ist die Kapazität. Doch auch hier gibt es sehr viele Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen.

1. Qualitätsfaktor für Energiespeicher: Die Selbstentladung

Sie kennen das mit Sicherheit von Ihrer Autobatterie: Lassen Sie Ihr Fahrzeug für längere Zeit stehen, kann es Ihnen passieren, dass sich die Batterie entlädt. Die Selbstentladung ist bei Bleiakkus übrigens oft höher als der Energiebedarf kleinerer Verbraucher wie Uhren oder elektronische Schaltungen.

Typische Selbstentladungswerte in Prozent pro Monat

Blei: 5 - 10
NiCd: 10
NiMH:15 - 25
LiPo < 2
Natrium-Schwefel: 0
Es gibt aber mittlerweile auch einige NiMH-Akkus auf dem Markt, die eine sehr geringe Selbstentladung von unter 2 % im Monat aufweisen.

2. Qualitätsfaktor für Energiespeicher: Der Entladestrom

Auch die Höhe und die Konstanz des Entladestroms haben einen Einfluss auf die Kapazität. Als Faustregel gilt: Je höher der Entladestrom und je stärker die Änderungen, desto geringer ist die Kapazität.

3. Qualitätsfaktor für Energiespeicher: Die Anzahl der Lade-Entlade-Vorgänge

Je häufiger der Akku geladen und wieder entladen wird, desto geringer wird seine Kapazität. So gibt es je nach Akkuart und Einsatzbedingungen nur eine endliche Zahl von möglichen Ladungsvorgängen.

4. Qualitätsfaktor für Energiespeicher: Das Alter

Auch ein nicht oder wenig benutzter Akkumulator verliert im Laufe der Zeit zunächst an Kapazität und letztendlich seine komplette Funktion. Bei vielen Akkutypen (NiMH, NiCD, LiPO) erhalten regelmäßige Lade-Entladevorgänge die Kapazität. Bleiakkus wiederum sollten nach Möglichkeit auf einem Ladezustand von 100 % gehalten werden.
Die Anwendung entscheidet über den idealen Akku als Energiespeicher

Alle bisher entwickelten Akkutypen haben eine Reihe von Vor- und Nachteilen. So scheiden für die meisten Anwendungen NiCd-Produkte aus, weil der Verkauf bis auf wenige Ausnahmen EU-weit verboten wurde. Tauschen Sie diese Energiespeicher beim nächsten fälligen Wechsel gegen vergleichbare Typen (NiMH) aus. Achtung: Alte NiCd-Ladegeräte eignen sich nicht für NiMH-Akkus!

4 Faktoren zur Auswahl von Energiespeichern

Energiedichte: Ein Bleiakku weist eine maximale Energiedichte von ca. 30 Wh/kg auf, ein Li-Ionen-Akku bringt es auf 140 Wh/kg. Wo Sie also über wenig Platz verfügen oder es auf geringes Gewicht ankommt, ist ein Li-Ionen-Produkt einem Bleiakku weit überlegen.
Maximaler Entladestrom: Wenn Ihre Anwendung sehr hohe Ströme erfordert, dann ist dieses Kriterium wichtig. Die Angaben finden Sie im Datenblatt oder auf dem Produkt selbst. Ein sehr hoher kurzzeitiger Entladestrom wie bei Bleiakkus kann aber auch zur Gefahr bei einem Kurzschluss werden.
Ladeverhalten: Hier gibt es 2 Extremsituationen, für die sich unterschiedliche Akkumulatorentypen eignen:
1. Fall: Die Verfügbarkeit kann unterbrochen werden, eine nahezu vollständige Entladung ist also möglich (z. B. Werkzeuge, Messgeräte). Hier bieten sich vor allem NiMH-Akkus an. Der Nachteil dieses Typs, der Batterieträgheitseffekt, tritt nicht auf, wenn das Produkt regelmäßig vollständig entladen und geladen wird.

2. Fall: Sie benötigen eine maximale Kapazität und eine 100%ige Verfügbarkeit (Beispiel: unterbrechungsfreie Stromversorgung, Starterbatterien). Eine vollständige Entladung ist nicht möglich. In diesem Fall ist ein Bleiakku die beste Wahl, da er permanent auf die maximale Kapazität geladen werden kann.
Ab wann lohnt sich ein Akku als Energiespeicher?

Nicht immer ist ein Akku überhaupt die beste Wahl. Bei sehr geringen Energiemengen wäre die Selbstentladung wesentlich höher als der Energiebedarf des Gerätes selbst. Hier bieten sich Alkali-Mangan- oder Lithium-Batterien an, die eine sehr geringe Selbstentladung aufweisen. Als Faustformel gilt: Bei einem Energiebedarf von weniger als 0,01 Wh/Tag hat die Batterie gegenüber dem Akku Vorteile.

Praxis-Tipp: Legen Sie sich auf jeden Fall ein sehr gutes Ladegerät zu. Es sollte über mehrere Ladekanäle verfügen, in der Lage sein, Ladekurven der gebräuchlichen Akkutypen zu fahren und automatische Lade-Entlade-Zyklen zu realisieren. Damit lassen auch auch geschwächte Akkus wieder auffrischen.

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