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 Erstellt, am 21.12.2005
Letzte Änderung, am 08.05.2013

Fachgerechte Pflege für Ni-xx-Akkus an unseren klassischen Fahrzeugen

 

Stärken und Schwächen von Nicd und Nimh Akkus

Nicd Akkus gelten seit den den 70er Jahren als robuste und langlebige Arbeitstiere, sind weitgehend temperaturstabil und vertragen sehr hohe Entladeströme, womit man sogar Kraftfahrzeuge an kleinen Akkublocks starten könnte. Die Kehrseite liegt leider im stark ausgeprägten Memory-Effekt, folglich darf man Nicd Zellen nicht wirklich dauerhaft geringe Kapazitätsmengen entnehmen und diese wieder nachladen. Bei derartiger Behandlung würde die verfügbare Kapazität allmählich weniger und vor allem der Innenwiderstand vielfach höher, bis der Akku völlig unbrauchbar wird. Nimh-Akkus verfügen etwa über die doppelte Energiedichte und der unerwünschte Memory-Effekt bzw. Lazy-Battery-Effekt kommt wesentlich schwächer zur Geltung! Leider regieren Nimh Akkus sehr sauer gegen grobe Überladungen, Tiefentladungen und auch die Temperatur hat großen Einfluss auf die Entladekapazität. Während höhere Umgebungstemperaturen die nutzbare Kapazität sogar geringfügig steigen lassen, haben niedrigere Temperaturen üppige Kapazitätsverluste zur Folge. So sind bei -10°C oftmals nur noch 50% der Kapazität entnehmbar, welche andernfalls bei + 25°C zur Verfügung stünden. Selbst bei 0°C sind nur max. 80% der Kapazität nutzbar, dieser Nachteil wird aber durch die höhere Energiedichte weitgehend ausgeglichen. Ein weiteres Problem liegt aber an wesentlich niedrigeren Entladeströmen, vor allem heimtückisch bei mehrzelligen Akkublocks. Deshalb wäre es sinnvoll bei Nimh Akkus immer um eine Nummer größer zu kaufen, oder die Stromaufnahme von elektrischen Verbrauchern (beispielsweise Blinkleuchten) erheblich zu verringern!
 

Die Nennkapazität (Ah)

Die Kapazität wird in Ampere oder Milliamperestunden (mAh) angegeben. Eine Amperestunde (Ah) bedeutet beispielsweise, dass eine Stunde lang ein Strom von 1 Ampere entnommen werden kann, oder auch 10 Stunden lang 100 Milliampere usw. Tatsächlich ist es aber so, dass bei Akkus die entnehmbare Kapazität mit steigendem Entladestrom abnimmt. Zum Beispiel kann es vorkommen, dass eine frische ULO-Box EBL801 (mit 6 Volt 1Ah Akkublock) über 20 Stunden lang einen Strom von 50 mA liefern kann, bei üppiger Stromentnahme von 2 Ampere aber nicht ein vierzigstel der Zeit, sondern max. 25 Minuten durchhält. Üblicherweise entspricht die auf einem Akku aufgedruckte Nenn-Kapazität derjenigen Kapazität, die man bei einem Entladestrom von "C/10" erhält. Eine handelsübliche NiMH-AA-Mignon-Zelle erreicht ihre maximale Nennkapazität bei einer Entladung mit C/10 oder noch kleineren Entladeströmen. Bei Entladung mit C/5 beträgt die nutzbare Kapazität ungefähr 90%, wobei niederohmigere Eneloop Akkus auch mit C/2, über 90% der Nennkapazität abgeben können.
 

Was bedeutet die Abkürzung ``C´´ und welche wichtigen Regeln sind dabei zu beachten?

Angaben wie C/10, C/2 oder 2C beziehen sich auf einen Lade- oder Entladestrom, im Verhältnis zur Nennkapazität des Energiespeichers. Hat ein Akku beispielsweise eine Kapazität von 1000 mAh, also 1 Ah, so beträgt dessen Kapazität auch 1C. Eine Angabe beim Ladestrom von C/10 bedeutet dann, dass dieser Akku mit einem Strom, der dem Zehntel seiner Kapazität entspricht, also 100 mA geladen wird!

Eine alte Schulweisheit lautet bekanntlich, laden Sie Akkus 14 Stunden mit C/10, bzw.10% der vom Hersteller angegebenen Kapazität. Die ist auch in schlauen Schulbüchern so stark verankert, dass sie möglicherweise ewig gelten wird. Auch Hersteller von Akkus geben diese Vorgaben als unverbindliche Empfehlung, obwohl sie in vielen Fällen nicht mehr ganz zeitgemäß sind. So konnte man in den 70er bis frühen 80er Jahren in manchen Anleitungen von NiCd Ladegeräten sogar lesen, ``eine Überladung mit C/5 für einige Stunden, sei bei schnelladefähigen Akkus unkritisch´´. Solche Empfehlungen gelten schon lange nicht mehr, denn in den 70er Jahren hatten SUB-C NiCd Hochleiszungszellen nur durchschnittlich 1000 mAh Kapazität. So hätte ein überladen mit C/5 an einem 6 Volt 1000 mAh Akkublock, nur max. 1,5 Wattstunden thermische Verlustleistung bei 7,5 Volt verursacht. Mittlerweile haben wir zarte NiMh Zellen der Baugröße AA mit Kapazitäten bis 2700 mAh, so dass bei wesentlich kleinerer Oberfläche, bis zu 2,7 mal mehr thermische Energie einwirken und die armen Akks grillen würde. Deshalb sollte man mit allen alten Faustregeln besonders vorsichtig umgehen, falls sie bei modernerer Technologie anwendet werden. Unsere liebe Industrie hätte damit naturgemäß kein Problem, weil sie ja bewusst die Lebensdauer von Produkten einschränkt um gleich die nächste Generation wieder verkaufen zu können.


Wichtige Pflegehinweise und Lademethoden

 

Formierung

Die Formierung (bitte nicht verwechseln mit "Formatierung von Datenträgern"), ist der wichtigste Arbeitsschritt überhaupt, vor dem Einsatz von Nixx-Akkus. Durch das Formieren werden alle Zellen eines Akkupacks auf maximale Kapazität gebracht, damit bei der Entladung eines Akkupacks nicht schwächere Zellen vor den stärkeren entleert werden und dadurch umpolen. Die Formierung beruht auf einer gezielten Überladung mit kleinen Ladeströmen. Nixx-Akkus können innerhalb gewisser Grenzen Überladungen schadlos überstehen, wenn sie dabei nicht zu warm werden. Als Faustformel gilt für NiCd Akkus C/10 und für NiMh C/20, wobei bei zarten Hochkapazitätsakkus durchaus weniger sinnvoll wäre. Ein Formieren ist dringend notwendig, wenn herkömmliche NIxx-Akkublocks längere Zeit gelagert wurden und die Zellen durch unterschiedliche Selbstentladung einen ungleichen Ladestand aufweisen. Deshalb niemals die Akkublocks von ULO EBL 801 vor dem Einwintern vollladen, sondern nur teilgeladen ruhen lassen und erst kurz vor dem Saisonstart ordnungsgemäß formieren, sonst sterben sie möglicherweise unerwartet schnell.
 

Disformierung
 
Die Disformierung von Akkupacks erfolgt während längerer Lagerzeit und bewirkt, dass die Zellen stark unterschiedlich entnehmbare Kapazitäten aufweisen. Solange sich die einzelnen Zellen nur geringfügig voneinander unterscheiden (was man von neuen Akkupacks erwartet) und bei eher energiesparenden Anwendungen nie die gesamte Kapazität des Packs verbraucht wird, wird man im praktischen Einsatz kaum von negativen Auswirkungen einer Disformierung überrascht. Im Fahrbetrieb von ULO EBL 801 fließen auch nach zurückregeln der temperaturgeregelten Ladeschlußspannung noch kleinere Ströme, welche den möglicherweise unterschiedlichen Ladezustand der Akkupacks ausgleichen. Ohne Akkupflege bei länger stehenden Fahrzeugen, kann die Disformierung von Akkupacks allmählich so große Ausmaße annehmen, dass diese bei der Verwendung der Blinkleuchten, keine hohen Überlebenschancen haben. Jeder Nixx Akkublock besteht aus mehreren in Reihe geschalteten Einzelzellen und wird je nach Ladegenerator eher mit üppigen Strömen schnellgeladen, so kann ein stark disformierter Akkupack schon nach wenigen Ladezyklen stark geschädigt oder sogar zerstört werden. Auch ein gutes externes Schnelladegerät wird den Delta/Peak nicht richtig erkennen, wenn eine oder mehrere Zellen vollgeladen und die anderen noch halb leer sind. Es kann auch passieren dass 3 bis 4 Zellen voll sind und die Ladung wird frühzeitig beendet, obwohl ein oder zwei Zellen nicht mal halb geladen sind. In diesem Fall tritt noch kein unmittelbarer Schaden ein, aber der ist bei der nächsten Entladung mit stromhungrigen 6 Volt 21 Watt Blinkleuchten garantiert vorprogrammiert.

Die meisten Totalschäden treten erfahrungsgemäß bei der Entladung von disformierten Akkupacks ein. Die Zelle welche zuerst leer wird, bewirkt bei hohen Entladeströmen meistens einen sprunghaften Spannungsabfall des gesamten Akkupacks, von etwa 1 Volt. Achtet man jedoch nicht auf diese schwerwiegende Warnung und setzt die Entladung fort, dann polt die leere Zelle um und wird nachhaltig geschädigt. Derartige Schäden verschlechtern sich schleichend, bis die betroffene Zelle völlig unbrauchbar wird. Weil kaum jemand die einzelnen Zellen eines altgedienten Akkublocks fachgerecht überprüft, wird häufig das komplette Akkupack entsorgt, obwohl man oft aus mehreren defekten noch ein funktionsfähiges Akkupack zusammenlöten könnte. Sobald aber offensichtlich schon Sicherheitsventile öffneten und ätzende Kalilauge austrat, sollte man kompromißlos alle Zellen erneuern.

NiCd-Akku

Für zuverlässige Eigenbau Akkupacks sollte man keinesfalls "billigste" Zellen mit hoher Serienstreuung verwenden, dann kauft man garantiert innerhalb kurzer Zeit zwei mal. Voll geladen gelagerte Nixx-Akkupacks sind erfahrungsgemäß schon nach wenigen Monaten erheblich disformiert und sollten keinesfalls mit hoher Last (6 Volt 21 Watt Blinkleuchtet) belastet, oder mit einem Schnellader nachgeladen werden. NiCd Akkublocks lagert man deshalb am besten nur angeladen, wobei man NiMh Akkublocks über längere Zeit ungefähr halb geladen lagern sollte, damit sie durch die natürliche Selbstentladung keine Tiefentladung erleiden. Deshalb vor dem ersten Einsatz nach längerer Lagerung, unbedingt wie oben empfohlen, mit kleinen Strömen formieren. Disformierungseffekte samt ihren schädlichen Auswirkungen gelten auch für Starterbatterien mit Bleitechnik, wobei einem dort auch noch die Sulfatierung übel mitspielt. So kann man einer Starterbatterie den sicheren Todesstoß versetzen, wenn man nach der langen Winterpause beispielsweise den Anlasser vom Motorrad 30 Sekunden orgeln lässt. Dagegen helfen wiederum permanente Erhalungslader mit moderater Erhaltungsladespannung. Für Nixx-Akkus wäre dauerhafte Erhaltungsladung kontraproduktiv und führt zu sehr schnellem Verschleiß, deshalb soll man gelegentliche Formierungen durchführen.
 

Spannungsladung

Die Spannungsladung ist für Blei und Lithium Akkus optimal geeignet, aber nicht für geschlossene NICD oder NIMH-Akkus. Bei der Ladung nach Spannung wird eine konstante Spannung über eine Strombegrenzung, an den Akku angelegt. Der Strom der in den Akku fließt und diesen auflädt, wird überwiegend durch die Spannung des Akkus bestimmt. Ein leerer Akku hat eine niedrige Spannung und eine große Spannungsdifferenz zwischen Akku und Ladestromquelle. Bei allmählich zunehmender Akku-Spannung wird auch der Ladestrom kleiner. Liegt die Ladespannung unterhalb der empfohlenen Ladeschlußspannung, so kann ein Bleiakku bei dieser Lademethode nicht überladen werden. Allerdings ist die Spannung an NICD oder NIMH Akkus überhaupt kein Kriterium für dessen Füllstand, das hängt bei dieser Technik stark von der Bauart, vom Strom, Temperatur und (Alter) ab. Deshalb könnte es bei höheren Temperaturen kritisch werden, wenn man an Motorrad Ladereglern mit beispielsweise 7,2 oder 14,4 Volt Ladeschlußspannung, einen Akkublock aus 5 oder 10 NiMH Zellen anschließt. Ein solcher Kompromiß wegen Platzproblemen, wäre nur mit moderneren LSD (Low Self Discharge)-Akkus wie SANYO-Eneloop möglich, welche über eine deutlich höhere Spannungslage verfügen. So fließt an einem beinahe vollgeladenen 10 zelligen Eneloop Akkublock bei 14,5 Volt Ladespannung, schon nach kurzer Zeit kein Ladestrom mehr. Allerdings kann man mit dieser artfremden Lademethode nur Ladestände von max. 80 bis 90% erreichen, welche außerdem stark temperaturabhängig sind. Weil aber aufgrund der niedrigen Selbstentladung von LSD Akkus auch die allgemein gefürchtete ``Disformierung´´ von Akkupacks kaum zur Geltung kommt, könnte man damit gut leben. Aber unbedingt alle 1 bis 2 Jahre vorsorglich formieren, für einen 10 zelligen 12 Volt 2000 mAh Eneloop Akkublock, wären etwa 20 Stunden mit 50 bis 75 mA Ladestrom (max. eine Wattstunde Verlustleistung) eine angemessene Wahl!
 

Stromladung

Die Ladung mit konstantem Strom ist die älteste und einfachste Methode. Bei der Stromladung werden Ni-xx Akkus meistens, aber nicht immer mit pulsierendem Gleichstrom geladen. Anders als bei der Spannungsladung ist der Ladestrom konstant, der grösste Nachteil liegt aber darin, dass bei höheren Ladeströmen die Akkus gnadenlos überladen werden, wenn der Ladevorgang nicht rechtzeitig beendet wird. Deshalb sollte man diese Methode nur zum Formieren von Nixx-Akkupacks und vor allem mit kleinen Ladeströmen anwenden.
 

Ladeschlusserkennung nach Zeit

Geht man von einem leeren Akku aus, so braucht man nur so lange Ladestrom fließen zu lassen, bis die Kapazität des Akkus erreicht ist. In der Praxis ist aber Aufgrund von Verlusten mehr Ladung erforderlich und zwar etwa 1,4C. Ein leerer 1500 mAh-Akku wird insgesamt mit einer Kapazität von 1,4 x 1500 mAh = 2100 mAh geladen. Also wahlweise 10 Stunden lang mit 210 mA oder 14 Stunden lang mit 150mAh. Letzteres ist eine typische Ladeanweisung für langsames Laden: 14h mit C/10. Damit sie funktioniert muss der Akku vollständig entladen oder sein Füllstand bekannt sein, aufgrund sehr niedriger Ladeströme von C10 wäre auch leichtes überladen eher unkritisch!
 

Ladeschlusserkennung nach "minus Delta U"

Diese Ladeschlusserkennung macht sich folgenden Effekt zu nutze: wird ein NiCd Akku oder NiMH Akku mit konstantem Strom geladen, steigt seine Spannung immer weiter an. Ist der Akku voll, so steigt auch seine Temperatur, was zu einem sinkendem Innenwiderstand führt. Das wiederum bewirkt ein geringfügiges absinken der Ladespannung. Dieser leichte Spannungsabfall, der bei NiMH-Akkus nur etwa 15-25mV beträgt, muß von der Ladeelektronik erkannt werden, damit die Ladung zuverlässig beendet wird. Folglich ist es sehr wichtig, dass der Ladestrom ausreichend hoch ist (etwa ab C/4), da sonst der Effekt der negativen Spannungsdifferenz zu gering ausfallen kann und die Abschaltung versagt, was den Akku gnadenlos zerstören kann. Diese Lademethode wäre für den mobilen Einsatz unserer klassischen Fahrzeuge nicht möglich, weil sie bestenfalls auf langen Strecken und vor allem nur mit völlig konstanten Ladeströmen funktionieren könnte! Andernfalls müsste man einen enormen elektronischen Steuerungsaufwand betreiben, dessen Nutzen eher fragwürdig wäre.
 

Ladeschlusserkennung nach Temperatur

Zum Ladungsende entsteht mehr Sauerstoff als kurzfristig abgebaut werden kann und der Zelleninnendruck erhöht sich. Dabei steigt auch die Temperatur erheblich an, was die Ladeschaltung zur Abschalterkennung nutzt. Der Einsatz der Ladeschlusserkennung nach Temperatur kann kritisch sein, weil bei schlechter Wärmekopplung zwischen Zellen und Temperatursensor der Akku stark überladen und geschädigt wird. Bei guter Wärmekopplung sind allerdings sehr gute Resultate erzielbar. Sie findet daher Anwendung, wenn der Temperatursensor (beispielsweise an kompakten ULO EBL801 Ladeeinheiten) im Akkupack integriert ist. So sind auch Fehlfunktion relativ gut auszuschließen.
 

Dauer-Niedrigstrom-Ladung

Dauerladung mit niedrigem Ladestrom ist möglich, allerdings darf an NiMH-Akkus ein zeitlich unbegrenzter Ladestrom je nach Oberfläche und Kühlung von C/20 bis max. C/10 nicht überschritten werden. Gute SUB C-Akkus von www.newtecs.de für eher kleines Geld, können Dauerladung bis max. C/20 sehr lange (ohne Beschädigung) überleben. An historischen Kraftfahrzeugen mit Magnetzündergeneratoren, kann man gefahrlos einen 12 Volt 3900 mAh SUB-C Akkublock mit einer einfachen Gleichrichterdiode an 350 mA Konstantstrom (Primärwicklung von Zündspulen) direkt laden, so lange man damit nicht mehrere Tage durchgehend unterwegs ist und keine elektrische Energie verbraucht!

Ideale Wartungs und Ladebedingungen für NiCD und NiMH Akkus

Wie bereits erwähnt, kann man anhand der Zellenspannung nicht auf den Ladezustand schließen, weil dieser auch stark von der Temperatur, dem Alter der Zellen und anderen Parametern abhängt. Wenn die Zellenspannung bei Raumtemperatur unbelastet unter ca. 1,1 V liegt (beispielsweise 5,4 Volt an einem fünfzelligen 6 Volt 1,2 Ah NiCd Akkublock), dann könnte man annehmen, dass dieser entweder beinahe tiefentladen ist, oder 4 gute Zellen haben noch 1,35 Volt und die schlechteste schon Null Volt. Aus diesem Grund sollte man eher allgemein davon ausgehen, dass ein intakter 5-zelliger 6 Volt NiCd Akkublock unter 6,25 Volt Leerlaufspannung, so gut wie entladen ist. Verwahrloste oder lange Zeit unbenutzte Akkublocks, sollte man zur möglichen Wiederbelebung erst mit kleinen Strömen von C/10, etwa 15 bis max. 20 Stunden leicht überladen (formieren) und anschließen wieder kontrolliert auf eine durchschnittliche Zellenspannung von 1,1 Volt entladen. Für diesen Zweck sind einfache Entladeschaltungen mit Unterspannungsabschaltung sehr nützlich, um starke Tiefentladungen oder gar Umpolungen von einzelnen Zellen zu vermeiden. Mit einem zusätzlichen Powermosfet Transistor, kann sich dieser Entlader bei unterschreiten von 5,4 Volt Klemmenspannung automatisch hochohmig schalten, falls man längere Zeit zum ausstecken vergisst. Dabei muss unbedingt beachtet werden, dass an 10 zelligen Akkublocks (für 12 Volt Betriebsspannung) die Entladespannung nicht unter 11,7 Volt absinken darf, andernfalls würde die schwächste Zelle von ungleichen Akkupacks stark geschädigt. Nach max. 3 Wartungszyklen oder Formierungen, sollte man schnelladefähige Akkublocks auch einmal mit höheren Strömen laden, damit sich deren angestiegener Innenwiderstand wieder leicht verringert und auch die Formierung besser stabilisiert wird. So wird auch die Gefahr kleiner, dass sie später bei höheren Entladeströmen viel zu früh zusammenbrechen. Will man dafür die interne Ladesteuerung von ULO EBL801 mit integriertem Temperaturfühler verwenden, dann kann man einen ausreichend starken Transformator mit 15 bis 18 Volt Ausgangsspannung an den geregelten Ladeeingang 1~ anschließen. Den möglichen Ladestrom am einfachsten mit einer 12 Volt 5 Watt Lampe zum Formieren, oder für den Hauptladestrom mit einer 12 Volt 35 Watt Glühlampe in Reihenschaltung begrenzen. Ist man für eine Investition von max. 50.- Euro bereit, dann wäre unter anderem das kompakte und auch hochwertig aufgebaute Robbe Power-peak-a4 mit Delta-Peak-Abschaltautomatik, eine vernünftige Bereicherung der Werkstatt-Ausrüstung. 

Power_peak4

Das kann man über zwei Bananenstecker direkt an das Plus Kabel 49 und Masse 31 anschließen und den Hauptladestrom stufenlos zwischen 300 bis max. 3000 mA einstellen. Mit Ladeströmen von 1/C bis 2/C lassen sich unter anderem durch Tiefentladung umgepolte oder Null Volt Zellen welche durch längere Lagerung ihre Formierung verloren, mit höherer Erfolgswahrscheinlichkeit wieder reaktivieren. Die Restladung oder auch der sogenannte Nachladestrom nach der automatischen Delta-Peak Abschaltung, kann mit geringen C/20 bis C/10 ergänzt werden, was einer Einstellung von 1200 oder 2400 mA als erwünschten Hauptladestrom für einen 6 Volt 1200 mAh Akkublock entspricht. Langsam laden wäre allgemein die schonendste Methode, damit kann man aber zu tief entladene Akkus mit enormer Selbstentladung nicht immer erfolgreich regenerieren. Schnelles Laden im Zeitraum unter einer Stunde ist auf einer Seite recht praktisch, verkürzt aber die mögliche Lebensdauer von Energiespeichern erheblich. Ultraschnelles laden kann zwar erfolgreich den Innenwiderstand der Zellen verbessern, dafür steigt auf der anderen Seite auch die durchschnittliche Selbstentladungsrate erheblich an. Nach meinen persönlichen Erfahrungen erreicht man am handelsüblichen Robbe Power-Peak-A4 mit eher moderaten Ladeströmen von C3 bis C5 langfristig sehr gute Ergebnisse, in diesem Zusammenhang wäre nach der Delta-Peak-Abschaltung eine Nachladezeit von ungefähr 8 bis 15 Stunden empfehlenswert. Verzichtet man völlig auf den Nachladevorgang, wird die nutzbare Kapazität bei jedem Lade/Entladevorgang (Disformierungseffekt) spürbar weniger, was man auch mit anderen Computerladern feststellt. Man kann diesen intelligenten Lader auch gefahrlos mehrere Tage angeschlossen lassen, ein längerer Zeitraum von Wochen bis zu Monaten, würde aber den unerwünschtem Memory oder Batterie-Trägheits-Effekt (vor allem bei älteren NiCd Akkus fördern) und wäre im Gegensatz zur Erhaltungsladung von Bleiakkus kontraproduktiv. Erfahrungsgemäß werden dauerhaft gepufferte NiCd Akkus für Notbeleuchtungen oder als Datensicherung für statische Speichermedien, schon nach weniger als 2 Jahren Jahren völlig unbrauchbar. NiMh Akkus leben mit dieser nicht artgerechten Behandlung, ungefähr 3 mal länger. Überladungen mit ungeeigneten Lademethoden (vor allem mit höheren Temperaturen), führen zu Kapazitätsminderung und zur sicheren Zerstörung von NiMh-Akkus.

 

Selbstentladung

Klassische NiCd und NiMH-Akkus unterliegen einer hohen Selbstentladung. Je älter ein Akku, desto größer wird auch seine Selbstentladungsrate. Hohe Temperaturen und auch üppige Ladeströme, beschleunigen die Selbstentladung enorm. Eine durchschnittliche Selbstentladungsrate mit etwa 15~25% pro Monat ist schon bei jüngeren Akkus realistisch, ältere und schon öfter tiefentladene Akkus, können in unbenutztem Zustand sogar monatlich über 90% ihrer Ladung verlieren. Das bedeutet, dass ein frischer 1500 mAh-Akku nach einem Monat bestenfalls noch 1250 mAh geladene Kapazität und nach einem weiterem Monat nur noch 840 mAh.... Kapazität hat. Diese hohe Anfangsselbstentladung ist aber auf lange Sicht gesehen, unkritischer als an Bleiakkus. Ausgenommen davon sind modernere LSD-NiMH-Akkus mit geringer Selbstentladung, wie sie von Sanyo als Eneloop angeboten werden. Solche Energiespeicher mit geringfügig kleinerer Nennkapazität verursachen im ersten Monat nach der Ladung, ungefähr 15% Selbstentladung und in 12 Monaten nur weitere 10 bis 15%, bei durchschnittlich 20°C.
 

Entladen von in Reihe geschalteten Akkus

Die Gesamtkapazität von in Reihe geschalteten Akkus entspricht immer nur der Zelle mit der geringsten Kapazität. Problematisch sind naturgemäß extreme Parameter, Begriffe wie "zu groß oder sehr klein" sind immer relativ zu den Akku-Kapazitäten zu sehen. Der Normalbereich erstreckt sich von C/20 bis etwa 3/C der angegebenen Kapazität. Zu hohe Entladeströme beanspruchen die Zellen thermisch sehr stark und ungleichmäßig, sehr kleine Entladeströme (im Bereich der Selbstentladung) sind nicht mehr linear mit der Kapazität berechenbar. Entladen mit hohen Strömen (relativ zur Akku-Kapazität) wirkt in jedem Fall lebensdauerverkürzend. Wenn dann noch, (wie z.B. mit niederohmigen 6 Volt 21 Watt Lampen für Blinkleuchten), die Grenze zur Tiefentladung unbemerkt überschritten wird, dann hat der Akkublock wirklich geringe Chancen, alt zu werden. Es wird dann recht schnell fatale Folgen haben, wenn eine Zelle geringere Kapazität als ihre gesünderen Nachbarn hat. Beim Entladen nimmt die Spannung eines Akkus langsam ab, ist nun eine Zelle schwächer als die anderen im gesamten Verbund, so kann sie bereits vollständig entladen sein, während der restliche Akkublock noch über genügend Energie verfügt. Dadurch kann eine bereits vollständig entladene Zelle auf eine Spannung unter 0V fallen und wird von den restlichen Zellen mit entgegengesetzter Polung aufgeladen. Dieses Problem ist die häufigste Ursache für zerstörte Akkus, daher nur Akkuzellen mit annähernd gleicher Kapazität gemeinsam verwenden und einen solchen Akkublock niemals völlig leersaugen. Bei sehr niedrigen Entladeströmen (beispielsweise ultrahelle Leuchtdioden) ist dieses schwerwiegende Problem weitgehend zu vernachlässigen, bei sehr kleinen Strömen bis max. 50 mA polen Sub-C Zellen nicht mehr um, auch wenn sie 'total leergesaugt' sind. Das gilt erfahrungsgemäß für einen Zeitraum bis zu einer Stunde, ab 100 mA konnte ich bereits nach wenigen Minuten ein umpolen im einstelligen Millivolt Bereich beobachten. Die Disziplin für kleine Entladeströme schaffen manchmal sogar 30 Jahre alte NiCd Akkublocks noch zufriedenstellend, welche aber bestenfalls noch die Eigenschaften von kleinen Taschenlampenbatterien erfüllen. Auch die zulässige Entladeschlußspannung ist immer von der  Anzahl der Zellen abhängig, so gilt für 5 Zellen eine Entladeschlußspannung von 5,4 Volt bei C/10 noch als unbedenklich, wobei diese an 10 zelligen Akkublocks nicht unter 11,7 Volt absinken sollte, wenn Ströme >50 mA fließen. Eine einzelne NiCd- oder NiMH-Zelle kurzzeitig bis auf Null Volt zu entladen wäre nicht schlimm, tragisch wird es bei Akkublocks, wenn eine Zelle infolge von Tiefentladung umgepolt wird. Das schädigt die Chemie bis zur völligen Zerstörung,  vor allem bei höherer Stromstärke und längerer Dauer der Umpolung.
 

Lagern von Nimh Akkus

Werden Nimh Akkus länger nicht benützt, (beispielsweise Winterpause von Schönwetterfahrzeugen) dann im teilweise bis voll geladenem Zustand aufzubewahren. Die bei der Selbstentladung auftretenden, langsamen Prozesse können auch dauerhaft schädliche Wirkungen haben und die Gesamtlebenszeit des Akkus verringern, aber nichts hält bekanntlich ewig. Während Nickel-Cadmium Akkus bis auf 0V entleert und für eine begrenzte Zeit auch so gelagert werden können, ist bei Nimh Akkus eine so tiefe Entladung nicht empfehlenswert und verursacht unter anderem irreperabel hochohmige Zellen. Manchmal liest man im Internet "dass sich zu lang gelagerte" Nimh Akkus chemisch zersetzen" Im Jahr 2003 analysierte ich deshalb einen kleinen 3,6 Volt 70 mAh Nimh Akku von 1999, welcher seither an ca. 1µA Dauerlast in einem Lagerraum vergessen wurde! Bei ähnlichen Steuerplatinen mit dauerhaft tiefentladenen Nicd Akkus befanden sich erfahrungsgemäß häufig stark ätzende Oxydschichten um die Akkus, aber der kleine Nimh Akku war noch dicht und wirkte optisch wie neu! Die gemessene Spannung von nur 1,43 Volt (durchschnittlich 0,47 Volt Zellenspannung) war nicht sehr ermutigend, aber der kleine Akku verhielt sich beim anschließenden einstündigen schnelladen mit 50 mA Vorbildlich. Als ich diesen verwahrlosten Nimh Akkublock 5 Monate später wieder überprüfte, betrug die Leerlaufspannung 3,72 Volt und er zeigte auch bei 20 mA Last keine ausgeprägten Schwächen!

Später erwarb ich bei www.newtecs.de 10 Stück SUB-C Akkus vom Typ Blue-Line mit 3000mAh Nennkapazität und lagerte diese Zellen ganze 30 Monate unbehandelt bei ca. + 10 bis max. 22° C, bis die durchschnittliche Zellenspannung auf unter 1 Volt absank. Dann verlötete ich diese Zellen zu einem Akkublock und lud ihn 14 Stunden mit 300 mA C/10. Später erfolgte die kontrollierte Entladung an einer 12 Volt 5 Watt KFZ Lampe (ca. 400 mA Last) Die Lampe leuchtete beinahe 6 Stunden, bis die schwächste Zelle unter 0,9 Volt absank. NIMH Akkus altern tatsächlich bei Lagerung, der Innenwiderstand steigt und die Kapazität nimmt ab. Folge: die Spannung unter hoher Last wird deutlich geringer (man merkt das richtig bei hohen Entladeströmen). Darum NIMH Akkus bei ca. 50% Ladung lagern und nach der Winterpause entladen (aber nicht völlig leersaugen) sowie anschließend wieder laden, oder das Fahrzeug regelmäßig bewegen und dabei die elektrischen Verbraucher benützen!


Meinungen von anderen Autoren, zur Langzeitlagerung und Lebensdauer von Ni-xx Akkus  

Für die Lagerung über einen längeren Zeitraum ist es auf Grund der Selbstentladung (ca. 50% in drei Monaten) unerheblich in welchem Zustand Sie Ihre Akkus aufbewahren (gilt nicht für Akkupacks). Bei längerer Lagerung (länger als ein halbes Jahr) sollte ein NiMH Akku jedoch im vollgeladenen Zustand gelagert werden. Zudem sollte er alle 12 Monate mindestens einmal geladen werden. Der empfohlene Temperaturbereich für Langzeitlagerung liegt zwischen +10°C und +30°C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50%. Dann diverse Erfahrungsberichte über Null Volt NiMh Akks. Hier noch Aufzeichnungen von langjährigen persönlichen Erfahrungen mit NiCD, NiMH und Bleiakkus. Die ältesten und auch haltbarsten elektrischen Energiespeicher, sind die legendären und leider beinahe vergessenen Ni-Fe Akkus von Thomas Edison. Warum man NiFe Akkus bei keinem Anbieter mehr findet und in letzter Zeit überwiegend mit kurzlebiger Lithium-Akku-Technik konfrontiert wird, kann eigentlich nur an der unglaublichen Lebensdauer von NiFe-Akkus liegen. Es gibt aber seit 2006 "wirklich geniale" LSD (Low Self Discharge)-Akkus bzw. NiMH Akkus mit geringer Selbstentladung und das sogar für kleines Geld.
 

Warum lieber NiMH und keine Li-XX Akkus verwenden?  

Auch wenn seit wenigen Jahren überall für die hohe Energiedichte von Lithium Akkus geworben wird, sind NiMH Akkus auf längere Zeit die besseren und auch ungefährlicheren Energiespeicher. NiMH sind wie NiCd Akkus vom Einstandspreis viel günstiger und überleben erfahrungsgemäß auch Tiefentladungen ohne schwerwiegende Schäden. Wenn man NiMh Akkus einigermaßen artgerecht behandelt, dann können Qualitätszellen wie Sanyo Twicell 1600 auch nach 13 Jahren noch ihre ursprüngliche Kapazität erreichen.

Sanyo Twicell 1600

Dabei habe ich diese armen Sanyo Twicell mindestens 2 Jahre in einem Blitzgerät vergessen und deren Leerlaufspannung lag nur noch zwischen 0,74 bis 0,82 Volt. Lithium Akkus sind nach meinen persönlichen Erfahrungen sehr teure Nieten, worüber man sich schon nach wenigen Jahren richtig ärgern muß. Um eine höchstmögliche Lebenserwartung zu erreichen, soll man derartigen Edelschrott nicht tiefer als 70 % Entladetiefe leersaugen und auch nicht höher als bis 80 % der möglichen Speicherkapazität vollprügeln. Von der lieben Industrie werden stattdessen alle möglichen und bekannten Probleme verschwiegen, weil zahlende Kunden am besten alle 2 Jahre neuen Sondermüll (als sogenannte Verschleißteile) kaufen sollten! Außerdem unterliegen Li-XX Akkus einem kalendarischen Ablaufdatum, sobald solche Brocken zusammengeschustert werden. Nach 2 bis spätestens 7 Jahren oder schon nach einer einzigen Tiefentladung, werden Lithium Akkus unbrauchbar. Gute NiMH Akkus haben nach 7 Jahren noch die zweite Hälfte ihrer Lebenserwartung vor sich, wenn sie artgerecht behandelt werden.

Allerdings gibt es auch bei NiMH Akkus sehr unseriöse Auswüchse mit astronomisch hohen Kapazitätsangaben, wie etwa 3300 mAh für kleine Mignon Zellen. Diese hohen mAh-Angaben sind unter keinen seriösen Testbedingungen erreichbar und außerdem hätte nur das Verhalten unter Last, eine Aussagekraft über den Innenwiderstand der Zellen. Ich hatte schon mehrere 2700 mAh Billigsdorfer Akkus im Haus, wo die Spannung schon bei moderater Belastung in den Keller stürzte. Manche Akku-Anbieter vertrauen offensichtlich auf unmündige Kunden, welche Qualität und Schrott ohnehin nicht wirklich unterscheiden können, was aber mittlerweile mit einem preiswerten BC700 Computerlader keine große Kunst ist. In diesem Zusammenhang lobe ich die ehrlichen 1900 mAh als Mindest-Kapazitätsangabe von Sanyo Eneloop mit sehr hoher Spannungslage, deren Spannung an vorher vollgeladenden Zellen bei einer Kapazitätsentnahme von 1750 mAh mit C/8 noch über 1,20 Volt liegt. Sogar bei 2000 mAh entnommener Kapazität bleibt die Spannung noch über 1,1 Volt, so dass Digitalkameras beinahe die vollständige Kapazität ausschöpfen können, bevor sie vorsorglich abschalten. Mit diesen hervorragenden Eigenschaften ist es auch kein Wunder, dass die guten Eneloops, beinahe allen Pseudo 2700 mAh Akkus locker das Wasser abgraben.

HR-3UTGA

Diese gemessenen Eneloop Zellen der zweiten Generation, arbeiten seit 14 Monaten in meiner alten und vor allem stromhungrigen Kodak DC240 Digicam und haben nach etwa 20 Ladezyklen, in der Kapazität noch leicht zugelegt. Vor allem kann man Eneloops dank höherer Spannungslage beinahe völlig leersaugen, sodass auch das BC700 nur noch eine verbliebene Restkapazität von knapp 20 mAh messen kann, bevor deren Zellenspannung ziemlich rasch auf 0,9 Volt absinkt. Es gibt Modellbau und Photofreaks, welche seit der Markteinführung von Sanyo Eneloop im Jahr 2006, schon erheblich über 500 Lade/Entladezyklen durchgezogen haben und dabei so gut wie keine Kapazitätseinbußen feststellten. Wie lange gute LSD Akkus tatsächlich halten werden, wissen wir leider erst in ungefähr 10 Jahren. Sie werden aber garantiert länger wie klassische NiMH Akkus leben und könnten in dieser Disziplin, möglicherweise auch mit langlebigen NiCd Akkus konkurrieren. 


Verwahrloste Blei oder Lithium Akkus wären nach >30 Monaten Winterschlaf irreparabel sulfatiert oder zerstört, falls man sie in der Zwischenzeit nicht mehrmals nachlädt! Solche schwerwiegenden Probleme kennt man bei Nickel Akkutechnik nicht wirklich, NiFe Akkus können sogar 100 Jahre und länger funktionieren.