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Batteriezyklen - einfach erklärt

Die Definition von Batteriezyklen Akkus und Batterien werden anhand ihrer Zyklustiefe in unterschiedliche Zyklustypen eingestuft. Grundsätzlich kann eine Batterie einen tiefen Zyklus, welcher zwischen 50 und 80 Prozent seiner Gesamtkapazität ausmacht, und einen flachen Zyklus, der zwischen 10 und 15 Prozent der Gesamtkapazität liegt, besitzen. Tiefzyklusbatterien liefern während ihrer einzelnen Aufladungen Hunderte Stunden lang wenig Ampere. Flachzyklusbatterien, die zum Beispiel in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen, müssen dagegen über wenige Sekunden viele Hundert Ampere liefern, um unter anderem den Motor zu starten. Die Batterie wird anschließend nach dem Motorstart über die Lichtmaschine wieder aufgeladen.

Die Bedeutung des Vollzyklus

Ein Zyklus ergibt sich, wenn eine Batterie komplett geladen und entladen wird. Der sogenannte Vollzyklus wird dann erreicht, wenn eine von der Speicherkapazität der Batteriezelle abhängige Energiemenge einmal umgeschlagen wurde. Die dabei erreichte Entladungstiefe ist entscheidend für die Berechnung. Mit dem nachfolgenden Beispiel lässt sich der Vollzyklus leichter beschreiben: Ein Vollzyklus wird erreicht, wenn…

  • die Batteriezelle einmal komplett auf- und entladen wurde
  • die Batteriezelle zweimal komplett auf- und zweimal zur Hälfte entladen wurde
  • die Batteriezelle von einem Ladungszustand von SOC* 30% zweimal nach SOC 80% aufgeladen und zurück zum Ausgangsladezustand zurück entladen wurde.

*SOC: SOC steht für „State of Charge“, zu deutsch: Ladezustand. Der SOC beschreibt den Füllgrad einer Batterie in Prozent. Eine vollgeladene Batterie besitzt dementsprechend einen SOC von 100 Prozent. Bei einigen Notebooks, insbesondere denen von Apple, wird zusätzlich zum SOC auch der SOH angezeigt. SOH steht für „State of Health“ und beschreibt den Gesundheitszustand des Akkus. Entgegen vieler Behauptungen wird der Gesundheitszustand nicht ausschließlich vom SOC beeinflusst. Zwar spielt das Alter des Akkus auch eine große Rolle, viel wichtiger für den SOH ist allerdings, wie gut die Batterie gepflegt wurde.

Zyklenfestigkeit: Die Lebensdauer einer Batterie

Wie zuvor beschrieben, ist der Zyklus einer Batterie eine Entladung und darauf folgende Ladung einer Batterie. Unter Zyklenfestigkeit ist die Angabe zu verstehen, wie oft eine Batterie ent- und aufgeladen werden kann, bis ihre Kapazität einen bestimmten Wert unterschreitet. Batterien können für zyklische Anwendungen, wie etwa Solaranalgen oder Geräte ohne permanente Stromversorgung, optimiert werden. Die Zyklenfestigkeit ist bei Solaranlagen besonders wichtig, da sie tagsüber aufgeladen und nachts entladen werden. Die Zyklenfestigkeit ist nicht ausschließlich von der Technologie und Konstruktion einer Batterie abhängig, sondern auch von der Tiefe der Ladung. Angenommen eine Batterie lässt sich bis zu 2.000 Mal entladen. Die Zyklenfestigkeit für diese Batterie beträgt bei 100-prozentiger Entladung somit 2.000 Zyklen. Wird die Batterie aber jedes Mal nur zu 50 Prozent entladen, lässt sie sich insgesamt 4.000 Mal entladen. Daraus resultiert, dass die Zyklenfestigkeit direkt mit der Entladetiefe (depth of discharge) verbunden ist. Hersteller geben die Entladetiefe (dod) bei ihren Produkten meist an.

Die Ladezyklen unterschiedlicher Batterien

Die Leistung einer Batterie lässt sich anhand ihrer Lade- und Entladezyklen ermitteln:

  • Nickel-Kadium: Nickel-Kadium-Batterien sind in puncto Lebenserwartung die widerstandsfähigsten ihrer Art. Sie bieten beinahe perfekte Leistung in den Bereichen Kapazität, Innenwiderstand und Selbstentladung. Einziger Nachteil dieser Sorte ist die mäßige Energiedichte, die periodische benötigte Vollentladung und ihre giftigen Metalle. Im Vergleich zur Standard-Version gibt es eine „ultra-high Capacity“-Variante, die einer bis zu 60 Prozent höhere Energiedichte besitzt. Die Kosten sind eine reduzierte Lebenserwartung und ein etwas höherer Innenwiderstand.
  • Nickel-Metallhydrid: Nickel-Metallhydrid-Batterien besitzen eine gute Leistung zu Beginn ihrer Lebenszeit, ab 300 Zyklen werden diese allerdings rapide schlechter. Ab Zyklus 700 ist ein Zuwachs des Innenwiderstandes und der Selbstentladung zu beobachten. Dafür enthält diese Batterie keine giftigen Metalle.
  • Lithium-Ion: Erst ab dem eintausendsten Zyklus ist ein leichter Kapazitätsabfall zu beobachten, während der Innenwiderstand leicht ansteigt. Lithium-Ion besitzt die höchste Energiedichte von den bisher erwähnten Batterien und enthält keine giftigen Metalle. Zu den negativen Eigenschaften gehören der Alterungsprozess, der begrenzte Endladestrom sowie die notwendige Schutzbeschaltung.

Artikelbild: Creative Commons by andreas hagerman / Flickr.com

Tags: Akkus
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