Kleine Elektronikstunde für Einsteiger - Wie werden Akkupacks zusammengesetzt?

Wir haben zwei gängige Akkupakete einmal zerlegt um anhand von Bildern zeigen zu können, was die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale sind.

Grundsätzlich bestehen Akkupacks aus mehreren einzelnen Zellen. Eine Nickel-Zelle hat in der Regel eine Nennspannung von 1,2 V. Lithium Zellen 3,6 V bei fast gleicher Baugröße.

Die Kombination von einzelnen Zellen zu einem Akkupack ist grundsätzlich einfach. Entweder in Reihe oder parallel schalten und dann kann es schon los gehn.


Je mehr Zellen ein Akku in Reihe  hat, desto höher ist die Gesamtspannung (U). Die Spannung wird in Volt angegeben. Wenn die Zellen parallel geschaltet sind erhöht sich die Kapazität aber die Spannung bleibt konstant.

Bei der Kombination von 5 Nickel Zellen a 1,2 Volt ergibt sich in diesem Beispiel  eine Spannung von 6 Volt.



Man kann dann  also zum Beispiel 2 in Reihe geschaltete Akkublöcke zu 6 Volt wiederum parallel schalten, was dann die Spannung auf 12Volt erhöht. Diese Kombination ist bei unserem Modell Deebot D79 von Ecovacs zu finden.

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Battery Management System

Bei Kopplung von einzelnen Lithium Akkuzellen ist es  extrem wichtig, dass nur Zellen mit gleichem Spannungszustand miteinander verbunden werden. Liegt nicht der gleiche Zustand vor, reißt die schwächste Zelle eines Blocks die anderen mit in den "Tod".

Im schlimmsten Fall kann der Akku in Flammen aufgehen - daher wird bei Lithium Ionen Akkus zwingend eine zusätzliche Elektronik benötigt. Das sogenannte BMS (Batterie Management System) überwacht die Temperatur, die Zellspannung und die Lade- und Entladeströme.


Es ist schädlich und sogar gefährlich die jeweiligen Akkutypen mit einem nicht geeigneten Ladegerät oder Netzteil zu Laden.

Nickel oder Lithium?

Das ist eine Frage von fast schon philosophischen Ausmaßen. Hier gibt es keine klaren Grenzen. Für gleichmäßige Belastungen bei mittlerer Stromentnahme sind Nickel- Metallhydrid Akkus nach wie vor bestens geeignet.

Schlechter ist die Anwendung bei Blitzlichtern oder bei Rauchmeldern. Bei zu niedriger Stromentnahme wie bei Uhren oder Rauchmeldern ist die Selbstentladungsrate zu hoch und bei kurzer starker Belastung wie beim Blitzlicht, kommt es zur Tiefenentladung. Ein tiefenentladener Nickel Akku ist in der Regel nicht mehr zu retten.

Eine Einzelne Zelle mit 1,2 V Nennspannung sollte nicht unter 1Volt entladen werden. Voll geladen ist Sie bei ca 1,3 Volt.

Bei  Nickel Akkus ist LSD erlaubt.

Es werden mittlerweile NiMH-Akkus mit geringer Selbstentladung angeboten: die sogenannten LSD-Akkus. LSD steht hier nicht für eine verbotene Substanz, sondern für  Low Self Discharge.

Diese Akkus sind für  Rasenmähroboter gut geeignet, da sie weniger empfindlich auf längere Standzeiten ohne Aufladung reagieren als Lithium Akkus. Insbesondere bei der Winterlagerung kommt es darauf an Akkus fachgerecht zu behandeln. Hierzu hatten wir bereits in anderen Beiträgen  nützliche Hinweise gegeben.

Die Lithium Technik ist dort vorzuziehen, wo es auf Größe und Gewicht ankommt. Eine klassische Anwendung ist hier das Handy oder die Digitalkamera. Auch wenn Leistungsspitzen erreicht werden wie bei Akkuschraubern und Blitzlichtern, ist der LiPo vorzuziehen.

Ein Lithium Akku verzeiht es kaum , wenn man ihn für länger als 3 Monate unbeachtet lässt. Hierauf reagiert er beleidigt mit Leistungsverlust. In einigen Fällen lassen sich die Zellen mit einem Spezialladegerät wieder regeneriern. Dies sollte man aber bei Akkupacks, dem Fachmann überlassen.

Akkulaufzeit berechnen

Eine wichtige Größe beim Akku ist die Wattstunde. Man muß wissen wieviel Watt ein Gerät verbraucht, um etwa die Laufzeit berechnen zu können. 1 Wattstunde (Wh) sind 3600 Wattsekunden was 3600 Joule entspricht

Ein Gerät mit einer Leistung von 50 Watt (zum Beispiel  ein Notebook) kann mit einer Energie von einer Kilowattstunde (=1000 Wattstunden) 50 Stunden arbeiten.

• 5 0W x 20 h = 1000 Wh = 1 kWh

Der oben gezeigte 10,8 V Akku von Ecovacs hat laut Aufdruck eine Energie von 28,1Wh gerundet auf eine Nachkommastelle.

Hier die voraussichtliche maximale Laufzeit des Deebot Slim von Ecovacs:
Bei einer Stromstärke von 2600 mAh bei 10,8 V Spannung ergibt sich folgende Rechnung:

2600 x 10,8= 28080 Coulomb dividiert durch 1000 ergibt Wattstunden = 28,08 Wh

Ergebnis: Bei einem Energieverbrauch von 15 Watt genügt dies für eine theoretische Arbeitsdauer von 112 Minuten.

An dieser Stelle URI und ein paar andere Formeln.
Das Ohmsche Gesetz besagt, daß die Spannung (V) proportional zur Stromstärke(Ah) ist.
U= R x I
Watt durch Volt ergibt somit Ampere
Eine weitere nützliche  Formel lautet Watt = Volt x Ampere
(P= U x I)
und noch eine:
Watt ist Ampere zum Quadrat mal Widerstand in Ohm
(P=I² x R)
und die letzte:
(P=U² : R) Watt gleich Volt zum Quadrat geteilt durch Widerstand.

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Der elektrische Widerstand

Der Widerstand in Ohm errechnet sich aus der Division von Volt durch Ampere. Eine Kupferleitung bildet bei 20°C einen Widerstand von 0,01171 x Länge der Leitung in Metern geteilt durch den Leitungsquerschnitt in mm².

Bei einem Leitungsquerschnitt von 1mm² hat eine 500 Meter lange Leitung aus massivem Kupfer einen Widerstand von 8,55 Ohm Bei 1,5 mm Querschnitt hat dieselbe Leitung nur noch 5,7 Ohm Widerstand, bei 2mm² nur noch 4,75. Der Widerstand verändert sich also linear.

Diese Kenntnis ist insbesondere für die maximale Leitungslängen des Begrenzungsdrahtes von Rasenmährobotern wichtig. Bei den meisten Mährobotern werden Begrenzunsdrähte zwischen 0,5 und 1,0 mm² verwendet.

Dadurch limitiert sich die maximale Drahtlänge auf ca. 800m. Wenn eine größere Länge verlegt werden soll, muß man entweder den Kabelquerschnitt erhöhen oder einen sogenannten Signalverstärker verwenden. Jeder angeschlossene Verbraucher (Motor, Glühbirne etc.) bildet ebenso einen Widerstand.

Alles klar soweit?  Wenn nicht, dann macht das nichts!

Hier noch eine Beispielrechnung zum Schluss.

Wenn wir nun wissen wieviel Wattstunden ein Verbraucher aufnimmt, können wir bei Gleichstrom in etwa dessen Laufzeit berechnen.

Als Beispiel soll hier nochmals der Akkublock des Deebot Slim von Ecovacs dienen, welches im Moment der meistverkaufte Haushaltsroboter in Deutschland ist.

• Dieser Saugroboter  entnimmt 15 Watt bei einer Spannung von 10,8 Volt - 15 Wattstunden  /10,8 V = 1,39 Amperestunden das entspricht 1390mAh
• Bei einer Nennkapazität des Akkus läuft der Verbraucher dann rechnerisch 112,2 min
• Man sollte allerdings davon ausgehen, dass grundsätzlich nur  80 % der Kapazität des Akkus zur Verfügung stehen.
• Ich würde beim Deebot Slim von einer Laufzeit von 90 Minuten ausgehen.
• In diesem Fall deckt sich also unsere Berechnung tatsächlich mit den Herstellerangaben.
• Mit der Zeit lässt die Leistung jedes Akkus nach. Dementsprechend verkürzt sich die Laufzeit.

Diese kleine Sammlung soll dabei helfen, aus den technischen Angaben in Prospekten oder anderen Medien die richtigen Schlüsse ziehen zu können.

Leider werden nicht immer alle Angaben direkt zur Verfügung gestellt sondern meistens nur die Amperstunden und die Spannung. Es ist auch oft unklar, ob sich die angegebene Wattzahl nur auf den Saugmotor oder auf die Summe der eingebauten Verbraucher bezieht.

Mit unserer kleinen Formelsammlung sollte es kein Problem mehr sein, die Prospektangaben objektiver miteinander vergleichen zu können. Wir hoffen, diese Hinweise konnten Ihnen ein wenig weiterhelfen. Wenden Sie sich gerne mit Fragen und Anregungen an uns

info@haushaltsrobotic.de - Betreff : Ricopedia
Viel Spaß beim Rechnen
Euer Ricopedia

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