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Ratgeber: Alles zu Akkus und wie man sie richtig behandelt!

27/07/2023GeorgeRatgeber

In diesem Beitrag packen wir ein riesiges Thema am Schlawiner und ballern es euch einmal im Detail ins knackige Blogformat. Hier erfahrt ihr alles über Akkus, die vor allem in den letzten Jahrzehnten den Werkzeug-, und auch jeden anderen Technikmarkt, komplett verändert haben!

Was ein Akku (Kurzform: Akkumulator) ist sollten wirklich die allermeisten von euch schon wissen, aber hier nochmal im Schnelldurchlauf:

Ein Akku ist nichts anderes, als eine wiederaufladbare Batterie. Sie speichert Strom und gibt diesen wieder ab, um beispielsweise den Motor einer Maschine zum Laufen zu bringen.

Aber dieses erstmal simpel klingende Prinzip ist alles andere als einfach und viele Leute haben garkeine Vorstellung davon, wie die kleinen Helfer eigentlich wirklich funktionieren, geschweigedenn im Inneren aufgebaut sind.

Der Einfachheit halber bleiben wir aber beim inzwischen standardmäßig verbauten Lithium-Ionen Akku, da ihr von dieser Information mehr habt und der Blog ja wie gesagt knackig bleiben soll.

Akkus Tb Foto

Der Litium-Ionen Akku - Was ihn so besonders macht

Ende der 90er, Anfang der 2000er Jahre kam der fertige und einsatzbereite Lithium-Ionen Akku auf den Markt. Der erste Akkuschrauber, der einen eigenen Lithium-Ionen Akku verbaut hatte, wurde 2003 herausgebracht. Und das war ein bahnbrechender Moment für die Welt der Akkumaschinen, denn diese neue Variante kam mit einigen Vorteilen, die die alten Akku-Modelle komplett in den Schatten gestellt hat.

Ein Beispiel: Der Nickel-Metallhydrid Akku

Diese Art von Akku kam als letztes Modell vor dem Lithium-Ionen Akku auf den Markt. Problematisch an dieser Zusammensetzung des Akkumulators war die Überempfindlichkeit bei Über- und Tiefentladung, sowie schnelle Überhitzung im Gebrauch und die grundsätzlich sehr geringe Lebenserwartung des Akkus.

Um das nochmal zu verdeutlichen hier die Hauptprobleme in Stichpunkten:

-Schwierigkeiten mit Überladung des Akkus

-Häufige Tiefentladung

-Potenzielle Umpolung und dadurch eingeschränkte Lebensdauer

Es gab neben diesen drei Aspekten noch einige andere Schwachpunkte des Nickel-Metallhydrid Akkus, aber alleine das reicht schon aus um zu wissen, dass dringend ein neues Akkumodell her muss.

Der Lithium-Ionen Akku als Problemlöser

Alle Schwierigkeiten, die es bis dato mit den exisitierenden Akkus gab wurden durch eine neue Zusammensetzung der elektrochemischen Zellen gelöst. Das bedeutet nämlich "Lithium-Ionen". Es ist die chemische Zusammensetzung der "Speicherflüssigkeit" in den einzelnen Akkuzellen.

Man kann sich diese Zusammensetzung in verschiedenen Aggregatzuständen vorstellen. Und die Lithium-Ionen Verbindung ist dabei flüssig. 

Was diese chemische Zusammensetzung, neben den oben genannten Stichpunkten, von allen anderen abhebt ist die Möglichkeit Akkus immer kleiner und leichter werden zu lassen, während die Nennspannung und Akkukapazität (in Ah=Amperestunden gemessen) sogar ansteigt.

Das bedeutet: Der schwächste 12 Volt Lithium Ionen Akku, der heutzutage auf den Markt kommt hat wesentlich mehr Kapazität und Abgabeenergie, als der stärkste 12 Volt Nickel-Cadmium Akku, den es vor ca. 20 Jahren gab. Und er ist dazu noch kompakter, leichter und einfach viel entspannter mit auf Arbeit zu nehmen, als die verhältnismäßig riesigen Akkus von damals.

Was ebenfalls durch die neue chemische Zusammensetzung gelöst wurde ist das Auftreten des sogenannten "Memory-Effekt", der insbesondere bei Nickel-Cadmium Akkus ein großes Problem war. Dieser Effekt beschreibt den stetigen Verlust der Akku-Kapazität, weil sich der Akku die nötigste Abgabeleistung "merkt" (Memory) und nurnoch diese Leistung liefert. 

Sinkt die Zellspannung irgendwann unter diesen gemerkten Wert, werden die Zellen nicht mehr die Energie liefern, für die sie eigentlich gebaut sind und somit unbrauchbar.

10.8, 12, 18 und 20 Volt - Was beudeten diese Spannungsangaben?

Diese vier Zahlen sind die am häufigsten verwendeten Akkuspannungen, die man so auf Produkten ablesen kann, aber das Ganze bedeutet nicht, dass es vier verschiedene "Stärken" von Akkus gibt.

Mann kann diese vier Angaben in zwei Kategorien unterteilen.

10.8 und 12 Volt Akkus

Bei fast allen Werkzeug Herstellern gibt es das 12-Volt Segment, die Reihe von Werkzeugen für die leichten bis mittleren Werkaufgaben. Aber wieso gibt es kein 10.8 Volt Segment?

Ganz einfach: Die zwei Zahlen bedeuten ein und das Selbe. Ein 12 Volt Akku hat also eine Nennspannung von 10,8 Volt. Werdet ihr also eiskalt vera*scht? Nicht wirklich!

Warum statt 10,8 gerne 12 Volt geschrieben wird: Die 12 Volt beziehen sich auf die maximale Spannung des Akkus bei vollständigem Aufladen. Die Nennspannung von 10,8 Volt bezieht sich auf die durchschnittliche Abgabeleistung des Akkupacks und ist somit die eigentlich angebrachtere Beschreibung der Leistung.

Bedeutet: Das Ganze ist eine kluge Marketingentscheidung, die auf einer Wahrheit basierend die "schöner klingende", oder einfach höhere und damit "beeindruckendere" Zahl auswählt, um dem recherchierenden Käufer die Entscheidung zu versüßen!

18 und 20 Volt Akkus

Das exakt gleiche Prinzip des Marketing-Moves bezieht sich auch hier auf die zwei Akku-Varianten.

Habt ihr also einen 18 Volt Akku von Bosch Professional zuhause und kauft euch ein neues 20 Volt Gerät von Bosch, dann wird der 10,8 genannte Akku auch perfekt in die 12 Volt Maschine passen (Diese Angaben sind nur als Beispiel gedacht, aber das Prinzip sollte klar sein).

Lebensdauer von Akkus - Welche Akkumodelle sind die Richtigen für euch?

Was die Lebensdauer von Akkus, bzw. der einzelnen Akkuzellen angeht, sollte man mal wieder die Zielgruppen unterteilen und entsprechend entscheiden welche Vor- und Nachteile der einzelnen Modelle am besten passen.

Wie immer würden wir das Ganze aufteilen in:

-Professionelle Handwerker

Der tägliche Gebrauch mit den bestmöglichen Endergebnissen als Ziel

-Hobby-Heimwerker

Regelmäßiger Gebrauch mit gewissem Anspruch auf Werkergebnisse.

-Gebrauch in alltags Situationen

Seltene Verwendung der Akkus, wenn mal was in der Wohnung ansteht, wie z.B. ein Regal in die Wand schrauben.

Faustregel: Je anspruchsvoller die Kategorie, desto leistungsfähiger/qualitativer/teurer sollten die Akkupacks und Lader sein.

Wenn ihr eure Werkzeuge nur da habt um ggf. mal etwas in der Wohnung zu machen, benötigt ihr auch keinen Schnelllader und keine 8 Amperestunden auf euren Akkus. Hier reichen die Standardmodelle.

Seid ihr aber permanent auf mehrere vollgeladene Akkus angewiesen, lohnt sich das Investment in die besten Akkuklassen ohne Frage!

Unterschiede in der Lebensdauer - (Ent-)Ladungsbelastung

Warum man in Bezug auf die Lebensdauer noch Unterschiede findet erklären wir hier in ein paar Absätzen.

Die Lebensdauer eines Akkus ist nämlich identisch zur Lebensdauer eines Menschen. Je mehr Belastung der Akku abkriegt, desto geringer fällt die Lebensdauer aus. Ein gutes Beispiel um dies zu verdeutlichen sind die beliebten Schnellladegeräte. Solche Lader pumpen den Strom in einer unglaublichen Geschwindigkeit in den Akku, was definitiv eine höhere Belastung mit sich bringt.

Genau so ist es aber bei der Energieabgabe auch. Es macht einen massiven Unterschied, ob ihr den Akku in einen kleinen Bohrschrauber steckt, mit dem ihr immer mal wieder ein paar Schrauben in weiches Holz jagt, oder ob der Akku in einer Kettensäge landet, mit der ihr klobige Äste vom Baum sägt.

Im Vehältnis stehen also "Intensität der Werkaufgabe" <-> "Akku-/Ladermodell".

Tipp: Macht euch einen Plan davon, in welchem Rahmen ihr eure Akkus benutzen werdet und besorgt euch entsprechend jene Akkus, die sowohl euren Ansprüchen gerecht werden und gleichzeitig die darauf basierend längste Lebensdauer mit sich bringen!

Grundbelastung von Akkus - Der Dauerverschleiß

Ein weiterer Faktor, der die Lebensdauer verringert, ist der Grundverschleiß durch die immer vorhandene Spannung in Akkus.

Ein Akku ist ja nichts anderes, als ein Behälter für Strom mit Aufnahme- und Abgabefunktion. Dadurch, dass dauerhaft aktiver Strom im Akku gespeichert ist, arbeitet dieser auch, wenn ihr ihn nicht im laufenden Gerät stecken habt, das gerade aktiv Strom rauszieht.

Diese "Bewegung" im inneren der Akkupacks wirkt wie eine latente Belastung der einzelnen Zellen, bzw. der Lithium-Ionen Lösung innerhalb. Dieser Effekt kommt kumulativ auf die aktive Nutzungsbelastung drauf und trägt zum Verschleiß bei.

Grundsätzlich geht man von 3-5% Ladungsverlust pro Monat aus, diese Werte können aber je nach Umgebung und Akkumodell schwanken.

Klingt erstmal, als könnte man dagegen nichts tun. Kann man aber!

Tipp: Wenn ihr wisst, dass eure Akkus erstmal eine längere Zeit nicht benutzt werden, ladet sie nicht komplett auf! Es reicht sie auf ca. 50-60% zu laden, weil sie dann bis zur nächsten Nutzung nicht tiefenentladen. Zeitgleich minimiert ihr die Belastung durch Stromkapazitäts-Füllung, indem ihr die Spannung auf das optimale Level ausbalanciert.

Dieser Tipp fällt wie gesagt weg, wenn ihr eure Akkus ohnehin jeden Tag benutzt. Dann ladet sie auch ruhig voll und habt sie schnell einsatzbereit!

Akkus Tb Foto

Belastung von außen - Auswirkung von Temperatur auf Akkuzellen

Zum Punkt Temperatur gibt es ja immer einen "Sweet-Spot", quasi den Bereich in Grad Celsius, in dem es Akkus am besten geht. Also kann es einem Akku sowohl zu kalt, als auch zu warm sein.

Das ist bei Fragen wie "Wo lagere ich Akkus?", "Wo lade ich sie auf?" und "Wann schalte ich sie ab?" essenziell zu wissen, um die Lebensdauer eurer Stromspeicher zu optimieren.

Der Optimale Temperaturbereich beim Lagern:

Wenn ihr eure Akkus eine Weile nicht benutzen wollt empfiehlt es sich die Umgebungstemperatur gut auszuwählen.

Dabei gilt: Niedrige Temperaturen über 0° C sind immer besser als höhere.

Der Optimalbereich wurde bei 5-10° Celsius ermittelt, aber der Merksatz oben sollte als Richtlinie ausreichen, um den perfekten Spot in eurer Werkstatt/Wohnung zu finden!

Die Optimale Arbeitstemperatur:

Während eure Powertools laufen und Strom aus dem Akku ziehen, weitet sich der Bereich für die richtige Außentemperatur stark. Die meisten Lithium-Ionen Akkupacks schaffen ohne weiteres Außentemperaturen von -10° bis +55° Celsius!

Auch hier gilt wieder, je weiter man sich im Bereich von 5 bis 15 Grad aufhält, desto besser. Allerdings sind die Akkus in der Produktion auf Arbeitstemperatur getestet und sollten diese auf jeden Fall gut aushalten.

-

Tipp: Wenn ihr eure Akkus richtig lagern wollt, achtet darauf, dass die Umgebungstemperatur des Lagerortes zwischen 5° und 15° Celcius liegt! Hier ist die Temperaturbelastung am geringsten und eure Akkulebensdauer wird optimiert! Beim Arbeiten müsst ihr euch erst Gedanken machen, wenn ihr was in der Antarktis bohren müsst, in dem Fall könnt ihr uns gerne nochmal für einen weiterführenden Blog anschreiben!

Hier findet ihr eine große Auswahl an modernen Akkus verschiedener Hersteller!

Good to know: Zellschaltung - Was ist was?

Das, was in Akkus den Strom aufnimmt, speichert und wieder abgibt, sind die verbauten Zellen. Diese können auf verschiedene Weisen geschaltet werden, die jeweils mit eigenen Vor- und Nachteilen kommen.

Man Unterscheidet grundsätzlich zwischen zwei Arten von Schaltungen: Reihen- und Parallelschaltung.

Reihenschaltung

Auch genannt: Serienschaltung

Der Name verrät eigentlich schon, was es damit auf sich hat, denn bei der Reihenschaltung werden die einzelnen Zellen aufgereiht aneinander geschaltet. Dabei wird der Pluspol der ersten Zelle mit den Minuspol der nächsten Zelle verbunden, usw. Dadurch wird aus vielen Akkuzellen ein großer Akku gemacht, der seinen eigenen Plus- und Minuspol hat.

In Reihe geschaltete Zellen haben die Eigenschaft, dass sich die Spannung des "End-Akkus" erhöht. Um die neue Spannung zu berechnen multipliziert man die Anzahl der Zellen mit der Voltzahl pro Zelle. Die Speicherkapazität des neuen Akkus bleibt allerdings gleich.

Beispiel: Ihr schaltet 9 Zellen in Reihe, die jeweils 2 Volt Spannung und 5 Amperestunden (Ah). Um die maximale Spannung des fertig gebauten Akkus zu berechnen nehmt ihr also: 9 * 2 = 18 - Das bedeutet die Reihenschaltung eurer neun 2 Volt Zellen hat am Ende 18 Volt und 5 Amperestunden!

Vor- und Nachteile der Reihenschaltung

Der Vorteil ist, wie oben beschrieben, dass man durch die Reihenschaltung die Nennspannung des Akkus erhöhen/manipulieren kann. Das ist ein sehr wichtiger Faktor, da die Nennspannung und die tatsächliche Abgabekapazität unmittelbar zusammenhängen.

Nachteilhaft daran ist, dass bei einer Reihenschaltung das Kontrukt am Ende vom schwächsten Glied der Kette abhängig ist. Fällt eine Zelle aus, wird das gesamte Konstrukt nicht funktionieren, was es zu einem recht sensiblen Modell macht, gerade auf dem Bau.

 Reihenschaltung Grafik by Tobi

Parallelschaltung

Hier verhält sich die Aneinanderreihung der Zellen genau gegenteilig zur Reihenschaltung. Es werden die Pluspole der Einzelzellen miteinander verbunden, sowie die Minuspole.

Bei diesem Modell läuft der Strom also nicht durch beide Pole in jede Zelle und muss nicht jedes mal neu durch den Widerstand wandern, da positive und negative Teilchen ihren eigenen Lauf finden.

Ebenfalls umgekehrt ist somit die Rechnung der sich neu ergebenden Akkueigenschaften. Bei der Parallelschaltung erhaltet ihr also eine aufgewertete Akkukapazität, aber bleibt bei der selben Nennspannung.

Nehmen wir der Einfachheit halber wieder das Beispiel der 9 Zellen mit 2 Volt Spannung und 5 Amperestunden, ergibt sich:

9 * 5 = 45 - Also: Euer neu geschalteter Akku hat eine Kapazität von 45 Amperestunden und eine Nennspannung von 2 Volt (bitte baut diesen Akku nicht).

Vor- und Nachteile der Parallelschaltung

Durch die erhöhte Akkukapazität ist der größte Vorteil die erhöhte Lebensdauer des neuen Akkus. Die Parallelschaltung bedeutet für die einzelnen Zellen weniger Arbeit und dadurch weniger vorhandene Dauerbelastung.

Auch die Abgabeleistung wird aus selbem Grund verstärkt. Ihr solltet aber darauf achten, dass Zellen mit genug Nennspannung benutzt werden, damit die Abgabeleistung für eure Geräte ausreicht.

Wichtig: Das Parallelschalten von Zellen funktioniert nur mit der selben Nennspannung und Amperestundenzahl! Eine Zelle mit 2V und 5Ah kann man also nicht mit einer anderen mit 8V und 3Ah schalten. Es empfiehlt sich außerdem Zellen/Batterien vom selben Hersteller zu schalten, da die Lösungszusammensetzung dann auch die selbe ist.

Ein Nachteil dieser Schaltung ist ebenfalls die Abnutzung der Einzelzellen. Diese altern einfach und verlieren mit der Zeit an Wirkung. Oben drauf kommt wie oben schon erwähnt die potenziell geringe Spannung des Endakkus, die der Spannung der Einzelzellen entspricht.

Parallelschaltung Grafik by Tobi

-

Tipp: Egal welchen Akku ihr verwendet, neben der Kapazität in Amperestunden (Ah) und der Nennspannung in Volt, errechnet man als vergleichbaren Wert eigentlich die Wattstundenzahl (Wh).

Wh = Ah * V

Die Wattstundenzahl gibt an, wieviel Energie der Akku pro Stunde abgeben und aufnehmen kann. Dieser Wert ist der eigentlich entscheidende, wenn man sich zwischen einer Vielzahl von Akkus entscheiden muss!

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Hoffentlich konnten wir euch hiermit ein wenig weiterhelfen, viel Spaß beim shoppen

eure Werkzeugbrüders. 

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