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Grundlagen

Was in einem Akku steckt und warum er sich so verhält, wie er sich verhält.

So funktioniert eine Lithium-Ionen-Zelle

Jede Zelle hat zwei Elektroden: die Anode (meist Graphit) und die Kathode (ein lithiumhaltiges Metalloxid). Dazwischen liegt der Separator, der einen Kurzschluss verhindert; der Elektrolyt lässt die Lithium-Ionen hindurch.[1]

  • Laden: Die Ionen wandern von der Kathode zur Anode und lagern sich im Graphit ein.
  • Entladen: Sie wandern zurück, gleichzeitig fließen Elektronen über den äußeren Stromkreis – das Gerät arbeitet.

Lithium-Ionen-Zellen haben keinen Memory-Effekt und eine geringe Selbstentladung.[1]

Serie und Parallel: Was „10S4P“ bedeutet

S (Serie) addiert die Spannung, P (Parallel) addiert die Kapazität. Der Energieinhalt ergibt sich aus Spannung × Kapazität.[1]

10S10 × 3,7 V = 37 V
4P4 × 2,5 Ah = 10 Ah
Energie37 V × 10 Ah = 370 Wh

Ein Akku 10S4P hat also 10 Zellgruppen in Reihe mit je 4 parallel geschalteten Zellen – insgesamt 40 Zellen. Eigenen Aufbau berechnen

Warum immer alle Zellen ersetzt werden

Zellen altern unterschiedlich – selbst baugleiche Zellen unter gleichen Bedingungen. In einem Laborversuch mit 48 baugleichen Zellen lag die Streuung der Alterung bei über 25 %.[2]

Das BMS beendet das Entladen, sobald die schwächste Gruppe ihre Mindestspannung erreicht.[3]

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Vereinfachtes Beispiel: Ist eine von zehn Gruppen auf zwei Drittel gealtert, liefert der ganze Akku nur noch etwa zwei Drittel.

Neue und alte Zellen gemischt arbeiten deshalb nicht gut zusammen. Bei einer Neubestückung werden darum alle Zellen ersetzt.

Kapazität und Strombelastbarkeit

Kapazität (Ah) beschreibt, wie viel Ladung eine Zelle speichern kann. Der zulässige Dauerstrom (A) ist eine andere Größe und hängt vom Zelltyp sowie den Temperaturbedingungen im Datenblatt ab.[4]

Mehr Ah bedeutet nicht automatisch mehr Motorleistung. Neue Zellen müssen zum Strombedarf, zur vorhandenen Elektronik und zum Ladegerät passen.

Das Batteriemanagementsystem (BMS)

Jeder Lithium-Akku braucht eine Schutzelektronik. Sie hält jede Zelle im sicheren Bereich – und ist oft der Grund, warum ein Akku „plötzlich“ abschaltet. Das BMS[3][1]

  • überwacht die Spannung jeder Zellgruppe,
  • misst Temperatur und Strom,
  • schätzt Ladezustand (SoC) und Alterungszustand (SoH),
  • gleicht die Zellgruppen aus (Balancing)
  • und schaltet bei Grenzwerten ab.
Quellen (4)
  1. VDE Verband der Elektrotechnik: FAQ Batterien. Link
  2. C. Kairies: Batteriealterung. Vortrag, Universität Paderborn, 2019. Link
  3. Fraunhofer IIS: Batteriemanagementsysteme (Produktblatt). Link
  4. Herstellerangaben der Zellen: LG (INR18650-MJ1, -M29, -M26/M26S, INR18650-HE2), Sony/Murata (US18650VTC4, VTC5, VTC6), Panasonic NCR18650PF und Axcom Sub-C (YT2000SCP, YT3000SCP), als technische Beispiele; Molicel INR21700-P45B; Samsung INR21700-50E; Lithium Werks ANR26650M1B; LiFePO4-Zelle IFR32700 (Händlerangabe). Link

Zeigen Sie uns Ihren Akku

Ein Foto vom Akku und vom Typenschild sowie eine kurze Fehlerbeschreibung genügen für eine erste Einschätzung.

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