4.3 KiB
Neben den bekannten Bleiakku (Pb), Nickel-Metallhydrid (NiMH) verwenden auch wir in der Funktechnik z.B. bei Portabelbetrieb immer mehr Lithium-Eisen-Phosphat-Mischungen (LiFePO4). Doch schauen wir uns erstmal ein Akku und dessen Aufschriften in Abbildung [ref:a_akku_lifepo4] an.
[photo:175:a_akku_lifepo4:LiFePO4]- Kapazität:
\qty{4200}{\milli\ampere\hour} - Spannung: 4S1P /
\qty{13,2}{\volt} - Entladung: 30C Constant / 40C Burst
- Balance Stecker: JST-XH
- Entlastung Stecker:
\qty{5.5}{\milli\meter}Kugel-Stecker
Die für uns wichtigsten Kenndaten sind die Nennspannung \qty{13,2}{\volt} und die Verschaltung 4S1P. Das bedeutet, dass sich die Nennspannung von \qty{13,2}{\volt} aus 4 in Serie bzw. Reihe und 1 mal parallel, also alle 4 in Serie geschalten sind. Üblicherweise besitzen LiFePO4 eine Zellnennspannung von \qty{3,2}{\volt} bis \qty{3,3}{\volt}. Und somit ergibt sich \qty{3,3}{\volt} \cdot 4 = \qty{13,2 }{\volt} \cdot 1 = \qty{13,2}{\volt}.
Bei einem 4S2P sind insgesamt 8 Zellen verbaut. 4 in Serie und das 2 mal parallel. Dies würde dann eine Spannung von \qty{13,2}{\volt} aber eine Kapazität von \qty{8400}{\milli\ampere\hour} ergeben.
Bei dem Beispiel-Akku sind \qty{4200}{\milli\ampere\hour} als Nennkapazität angegeben. Die Akku-Nennkapazität Q wird auch als Ladung bezeichnet und in \unit{\ampere\hour} oder \unit{\milli\ampere\hour} angegeben.
[question:AB210]
Für unseren Beispiel-Akku entspricht dies \qty{4,2}{\ampere\hour}. Das würde theoretisch bedeuten, wir können unseren Akku \qty{1}{\hour} lang mit \qty{4,2}{\ampere} oder \qty{2}{\hour} lang mit \qty{2,1}{\ampere} usw. belasten.Beschrieben wird dies mit der Formel:
t=\frac{Q}{I}
t=\frac{\qty{4,2}{\ampere\hour}}{\qty{4,2}{\ampere}} = \qty{1}{\hour}
Nun wollen wir aber auch wissen, wie viel elektrische Energie in dem Akku gespeichert ist. Energie (\unit{\watt\hour}) ist die Ladung Q (\unit{\ampere\hour}) des Akkus multipliziert mit der Gesamtspannung U in Volt.
\qty{1}{\watt\hour} = \qty{1}{\ampere\hour} \cdot \qty{1}{\volt}
Für unser Beispiel berechnen wir \qty{4,2}{\ampere\hour} \cdot \qty{13,2}{\volt} = \qty{55,44}{\watt\hour} als gespeicherte Energie.
[question:AB501]
%Die Entladung dieses Akkus kann mit einem konstanten Entladestrom von "30 C" erfolgen. Das bedeutet, dass der Akku mit 30 \cdot Kapazität Q entladen werden kann.
%
%Endladestrom: I = 30 \cdot \qty{4200}{\milli\ampere} = \qty{126}{\ampere}
%
%Das ist allerdings nur ein theoretisch möglicher Wert, da unser Akku somit innerhalb von \qty{108}{\second} entladen wäre. Auch der Kabelquerschnitt ist dabei zu berücksichtigen.
%
Bei Reihen- bzw. Serienschaltung von Akkus, wie in Abbildung [ref:a_akku_4S1P] addieren sich die Spannungen und die Kapazität bleibt gleich. Bei der Parallelschaltung wie in Abbildung [ref:a_akku_4S2P] bleibt die Spannung gleich und die Kapazitäten addieren sich.
% TODO Bild Reihenschaltung liegt bei DG1HXJ als .tex [photo:176:a_akku_4S1P:Reihenschaltung] % TODO Bild Parallelschaltung liegt bei DG1HXJ als .tex [photo:177:a_akku_4S2P:Parallelschaltung] Beachte bei dem Einsatz von einem LiFePO4 als 4S1P verschalten, dass Spannungen zwischen $\qty{10}{\volt}$ bis $\qty{14,4}{\volt}$ anliegen können. Nicht jedes Funkgerät kann mit diesen Spannungen arbeiten. Wichtig ist auch, dass wir nur Zellen/ Akkus mit gleichen Daten zusammenschalten, da sich die Zellen gegenseitig beeinflussen und sonst beschädigt werden können. Insbesondere bei den aktuellen Lithium-Akkumulatoren ist es sinnvoll eine Überwachungseinrichtung (Balancer, Batteriemonitor) zu verbauen. Dieser sorgt u.a. für den notwendigen Ausgleich der Zellspannungen und für eine optimale Ladung.% In der Abb. [ref:a_akku_lifepo4_anschluss] % TODO Bild Infobox Anschluss Akku liegt bei DG1HXJ als .tex % %[photo:178:a_akku_lifepo4_anschluss:LiFePO4 Anschlüsse] %
Um die folgende Frage zu lösen, muss man wissen, dass die Gesamtspannung der Summe der Zellenspannungen entspricht. Die Gesamtladung entspricht hingegen der Ladung einer Zelle.
[question:AB209]
Für die nächste Frage muss zuerst die entnehmbare Ladungsmenge von \qty{90}{\percent} ermittelt werden.
Die Entladezeit t ergibt sich aus: t=\frac{Q}{I}
[question:AB211]