Die Wahl des richtigen Ladegeräts ist entscheidend für die Ladegeschwindigkeit und die Lebensdauer des Akkus. Auch die Entscheidung zwischen schnellen und langsamen Ladevorgängen wirkt sich auf diesen Aspekt der Akku-Pflege aus.
Vermeiden Sie ein Überladen Ihres Akkus! Überladen kann die vorzeitige Alterung beschleunigen und sogar zu einem thermischen Durchgehen führen.
Chargers
Die Lithium-Akkus in Ihrem E-Bike, Roller oder Elektroauto erfordern beim Laden besondere Sorgfalt. Bleiben sie zu lange am Ladegerät angeschlossen, können sie überladen werden und sogar explodieren – schließen Sie sie daher nur bei Bedarf an und lassen Sie sie niemals länger als einige Stunden am Stück unbeaufsichtigt.
Lithium-Akkus erfordern eine sehr langsame Ladegeschwindigkeit, um Überladung und Brandgefahr zu vermeiden; die Ladegeschwindigkeit darf nicht höher sein als die, die erforderlich ist, um einen Ladezustand von 80% zu erreichen. Dadurch haben die Elektroden Zeit, Lithium-Ionen in ihre Graphitschichten aufzunehmen, ohne durch schnelle Ladevorgänge wie 4C oder 10C mit Ladung überlastet zu werden; zwar können schnellere Ladevorgänge in bestimmten Anwendungsfällen dennoch funktionieren, verkürzen jedoch die Lebensdauer der Batterie erheblich.
Ein Ladegerät sollte sorgfältig für jeden Batterietyp ausgelegt sein, den es laden soll, und über einen Mikroprozessor verfügen, der den Zustand der Batterie analysiert und feststellt, ob sie eine vollständige Ladung aufnehmen kann. Dadurch kann das Ladegerät den Ladestrom entsprechend anpassen und ein Überladen vermeiden; einige Batterien verfügen über integrierte Schutzschaltungen, die ein Überladen verhindern.
Regelmäßig genutzte Akkus sollten zur Gewährleistung einer optimalen Lebensdauer auf einem Ladezustand zwischen 40% und 70% ihrer Kapazität gelagert werden. Um einen entladenen Akku wieder auf diesen Ladezustand zu bringen, reicht eine Ladezeit von 60 Minuten aus.
Forscher der UC San Diego haben eine Lithium-Ionen-Batterie-Anode entwickelt, die sich in weniger als einer Stunde zu 80 Prozent aufladen lässt. Dabei nutzen sie eine Mischung aus Partikeln unterschiedlicher Größe und Zwischenräumen in ihrer Zusammensetzung, um – wie TechXplore es beschreibt – eine “extrem große Oberfläche” zu erzeugen. Darüber hinaus wurden während der Herstellung spezielle Heiz- und Kühlverfahren eingesetzt, um die Exposition der Anode gegenüber hohen Temperaturen auf ein Minimum zu beschränken – was erhebliche Zeitersparnisse beim Laden von Elektroautos, tragbaren Elektronikgeräten oder anderen batteriebetriebenen Geräten verspricht.
Batterien
Lithium ist aufgrund seines geringen Gewichts, seines hohen elektrochemischen Potenzials und seiner schnellen Elektronenübertragungsrate ein wesentlicher Bestandteil von Lithium-Batterien – Eigenschaften, die eine höhere Leistungsdichte pro Batteriepack ermöglichen und gleichzeitig die Gesamtgröße gering halten. Lithium dominiert derzeit die Batterieproduktion aufgrund seiner Verfügbarkeit und aus Kostengründen; Natrium-Ionen-Batterien haben jedoch in den letzten Jahren als kostengünstigere Alternativen für viele Anwendungsbereiche rasante Fortschritte gemacht.
In letzter Zeit kam es landesweit zu Bränden durch wiederaufladbare Akkus, darunter ein Vorfall im Juni, bei dem in einem E-Bike-Geschäft in New York City vier Menschen ums Leben kamen. Untersuchungen zeigen jedoch, dass vielen Feuerwehren die erforderliche Ausbildung für den Umgang mit Bränden durch Lithium-Ionen-Akkus fehlt.
Akkutypen mit unterschiedlicher Lithiumchemie unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Zyklenlebensdauer, ihres Innenwiderstands und ihrer Selbstentladungsrate. Der beste Maßstab für den Zustand eines Akkus ist seine Kapazität; deren Verlust bestimmt, wann ein Austausch erforderlich wird. Die Anzahl der Ladezyklen liefert keinen genauen Anhaltspunkt, da die Entladetiefe variiert und es keine universellen Standards gibt, die definieren, was einen Ladezyklus ausmacht (weitere Einzelheiten finden Sie in unserem Dokument „BU-501: Grundlagen zur Entladung“).
Flash-Batterien werden mit den sichersten und hochwertigsten Zellen entwickelt, um eine optimale Leistung zu gewährleisten. Unsere Lithium-Eisenphosphat-Chemie (LiFePO₄) sorgt für eine längere Lebensdauer und höchste Sicherheit sowie für eine optimale Ausnutzung jeder einzelnen Zelle durch unser Mastervolt-Batteriemanagementsystem (BMS). Anschließend überwacht unser Flash-Balancing-System den Zustand der Batterien sowohl während des Lade- als auch des Entladevorgangs, um Zellen mit hoher und niedriger Leistung automatisch auszugleichen.
Die Steuerelektronik von Batteriepacks muss hohen Lade- und Entladeströmen, feuchten Umgebungen und mechanischen Stößen standhalten können. Bei Mastervolt erreichen wir dies durch unser vollständig integriertes NMEA 2000-, CZone- oder MasterBus-Batteriemanagementsystem, das die Überwachung und den Ausgleich der Batterien während des Betriebs sowie die Integration in die Stromversorgungssysteme ermöglicht, die Ihre Geräte versorgen.
Sicherheit
Neue Technologien und Innovationen entwickeln sich schneller, als Sicherheitsbehörden und Feuerwehren damit Schritt halten können, was in Städten wie New York und San Francisco zu Bränden durch Lithium-Batterien geführt hat, die Berichten zufolge schwere Bauschäden verursacht haben.
Obwohl Lithium ein inertes Element ist, reagieren Batterien sehr empfindlich auf Umgebungsbedingungen wie Temperatur und den Kontakt mit Chemikalien. Daher wurden neue Sicherheitsstandards eingeführt, um Vorfälle und Unfälle im Zusammenhang mit Batterien zu verhindern und zu bewältigen; zu diesen Maßnahmen gehören unter anderem, sie von Metallgegenständen fernzuhalten, sie nicht mit Flüssigkeiten oder Salzwasser in Berührung zu bringen und sie vor Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit zu schützen.
Akkus sind beim Aufladen anfällig für Belastungen, insbesondere bei extremen Temperaturen oder bei einer zu hohen Einstellung des Ladezustands (SoC). Wenn sie übermäßiger Hitze ausgesetzt sind oder sich in einem extremen Ladezustand befinden, führt dies zu einem erhöhten Innenwiderstand und Kapazitätsverlust; der Einsatz von Lithium-Ionen-Akkus bei mittlerem Ladezustand gewährleistet optimale Lebensdauer und Leistung.
Batterien, bei denen es leicht zu Chemikalienaustritt kommen kann, können während des Ladevorgangs ausfallen. Ein solcher Austritt kann einen Kurzschluss auslösen, der zu einem thermischen Durchgehen benachbarter Zellen führt und schließlich dazu, dass sich das Feuer rasch ausbreitet und nur schwer unter Kontrolle zu bringen ist.
Aktuelle Lithium-Ionen-Akku-Konstruktionen verwenden ultradünne Separatoren, die zwar die kalendarische Lebensdauer verlängern, jedoch anfällig für Verunreinigungen durch Fremdstoffe oder Nägel/scharfe Gegenstände sind, die sie möglicherweise durchdringen und einen nicht mehr aufzuhaltenden thermischen Durchlauf auslösen könnten.
Bedenken bestehen auch hinsichtlich der Verwendung von Lithium in Fahrzeugen, wo es bei Verkehrsunfällen oder durch unsachgemäßen Gebrauch Bränden ausgesetzt sein könnte. Eine kürzlich von Andersson et al. durchgeführte Studie ergab, dass der frühzeitige Einsatz von Löschmitteln wie Schaum mit geringer Ausdehnung oder Stickstoffgas in einer Brandsituation dazu beitragen kann, Batterien schnell abzukühlen und gleichzeitig die Flammen rasch zu löschen.
Abgesehen von der Brandbekämpfung sollten batteriebetriebene Fahrzeuge stets von einem Fachmechaniker gewartet werden, der für Hybrid- und Elektrofahrzeuge zertifiziert ist. So wird sichergestellt, dass sie vor dem Auftreten von Überschwemmungen ordnungsgemäß überprüft und in einem Abstand von mindestens 50 Fuß zu brennbaren Materialien aufbewahrt werden.