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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.
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% TODO Bild LiFePO4 einfügen
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[photo:175:a_akku_lifepo4:LiFePO4]
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* Kapazität: 4200 mAh
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* Spannung: 4S1P / 13,2 V
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* Entladung: 30C Constant / 40C Burst
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* Balance Stecker: JST-XH
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* Entlastung Stecker: 5.5mm Kugel-Stecker
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Die für uns wichtigsten Kenndaten sind die Nennspannung 13,2 V und die Verschaltung 4S1P. Das bedeutet, dass sich die Nennspannung von 13,2 V aus 4 in Serie bzw. Reihe und 1 mal parallel, also alle 4 in Serie geschalten sind. Überlicherweise besitzen LiFePO4 eine Zellnennspannung von 3,2 V bis 3,3 V. Und somit ergibt sich 3,3 V · 4 = 13,2 V · 1 = 13,2 V.
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| l: Zellspannung | l: Bemerkung |
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| 3,3 V | Nennspannung |
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| 2,5 V | min. Spannung |
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| 3,6 V | max. Spannung |
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[table:a_akku_lifepo4spannung:LiFePO4 Zellspannung]
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<attention>
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Beachte bei dem Einsatz von einem LiFePO4 als 4S1P verschalten, dass Spannungen zwischen 10 V bis 14,4 V anliegen können. Nicht jedes Funkgerät kann mit diesen Spannungen arbeiten.
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</attention>
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Bei einem 4S2P sind insgesamt 8 Zellen verbaut. 4 in Serie und das 2 mal parallel. Dies würde dann eine Spannung von 13,2 V aber eine Kapazität von 8400 mAh ergeben.
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Bei dem Beispiel-Akku sind 4200 mAh angegeben. Dies entspricht 4,2 Ah. Das würde theoretisch bedeuten, wir können unseren Akku 1 h lang mit 4,2 A oder 2h lang mit 2,1 A usw. belasten.
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$t=\frac{Q}{I}$
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$t=\frac{4,2Ah}{1A} =1 h$
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Wenn die Kapazität Q in As zu berechnen ist, dann erfolgt die Umrechnung dadurch, dass die Angabe Stunden (h) durch 3600 s ersetzt wird. Daraus ergibt sich 4,2 A * 3600 s = 15120 As.
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Nun wollen wir aber auch wissen, wie viel elektrische Energie in dem Akku gespeichert ist. Energie (Wh) ist die Ladung Q (Ah) des Akkus multipliziert mit der Gesamtspannung U in Volt.
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1 Wh = 1 Ah · 1 V
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Für unser Beispiel berechnen wir 4,2 Ah · 13,2 V = 55,44 Wh als gespeicherte Energie.
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Die Entladung dieses Akkus kann mit einem konstanten Entladestrom von "30 C" erfolgen. Das bedeutet, dass der Akku mit 30 · Kapazität Q entladen werden kann.
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Endladestrom = 30 · 4200 mA = 126 A
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Das ist allerdings nur ein theoretisch möglicher Wert, da unser Akku somit innerhalb von 108 s entladen wäre. Auch der Kabelquerschnitt ist dabei zu berücksichtigen.
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Bei Reihen- bzw. Serienschaltung von Akkus, wie in Abbildung [ref:a_akku_4S1P] addieren sich die Spannungen und die Kapazität bleibt gleich.
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% TODO Bild Reihenschaltung liegt bei DG1HXJ als .tex
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[photo:176:a_akku_4S1P:Reihenschaltung]
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Bei der Paralellschaltung wie in Abblidung [ref:a_akku_4S2P] bleibt die Spannung gleich und die Kapazitäten addieren sich.
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% TODO Bild Paralellschaltung liegt bei DG1HXJ als .tex
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[photo:177:a_akku_4S2P:Parallelschaltung]
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Wichtig ist jedoch, dass wir nur Zellen/ Akkus mit gleichen Daten zusammenschalten, da sich die Zellen gegenseitig beeinflussen und sonst beschädigt werden können.
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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]
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% TODO Bild Infobox Anschluss Akku liegt bei DG1HXJ als .tex
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[photo:178:a_akku_lifepo4_anschluss:LiFePO4 Anschlüsse]
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[question:AB210]
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Die Akku-Nennkapazität Q wird auch als Ladung bezeichnet und, wie bereits bekannt, in Ah oder mAh angegeben.
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[question:AB209]
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Die Gesamtspannung ist die Summe der Zellenspannungen. Die Gesamtladung entspricht der Ladung einer Zelle.
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[question:AB211]
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Zuerst muß die entnehmbare Ladungsmenge von 90 % ermittelt werden.
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Die Entladezeit t ergibt sich aus: $t=\frac{Q}{I}$
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[question:AB501]
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Die im Akku gespeicherte Energie in Wh oder VAh ergibt sich aus der Multiplikation der Akkuspannung U (V) mit der Ladung Q (Ah).
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Beispiel:
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1 V * 1Ah = 1 Wh
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Lösungshilfe:
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AB 209: 6 * 2 V = 12 V / 10 Ah
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AB 210: Nennkapazität
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AB 211: 90% = 54 Ah; 54 Ah / 0,8 A = 67,5 h oder 67 Stunden und 30 Minuten
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AB 501: 12 V * 5 Ah = 60,0 Wh
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