Ist es möglich, den Memory-Effekt bei bestimmten Akkutypen durch ein Testgerät zu entfernen?

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Ist es möglich, den Memory-Effekt bei bestimmten Akkutypen durch ein Testgerät zu entfernen?

Der Memory-Effekt ist als Phänomen bekannt, bei dem ein Akku nicht alle Energie, die sich in ihm befindet, abgibt. Stattdessen entlädt er sich nur bis zu dem Ladezustand, an dem zuletzt eine Aufladung erfolgte. Der Akku "merkt" sich den Zustand, auf dem er zum Zeitpunkt des Neuaufladens war, und speichert diesen als neuen Nullpunkt. Nicht alle Akkutypen sind in gleicher Weise davon betroffen. Sie erfahren im Folgenden alles über die Akkutypen, die dem Memory-Effekt unterliegen, und wie Sie einen solchen entfernen.

Von der NASA entdeckt

In den 1960er-Jahren entdeckte die NASA das Phänomen. Die Satelliten der NASA im Weltraum luden sich bei Helligkeit auf und entluden sich in der Dunkelheit. Lade- beziehungsweise Entladephasen waren stets gleich lang. Die NASA bemerkte nach einigen Entladevorgängen, dass die Akkus keine Energie mehr über den Punkt hinaus abgaben, bis zu dem ihre Entladung konstant erfolgte. Die Akkus entwickelten ein Gedächtnis und entluden sich nicht mehr über den stetigen Entladepunkt hinaus.

Einsatz von Akkus und Batterien

Akkus und Batterien nutzen Sie in unterschiedlichen Bereichen:

  • in Ihrer Digitalkamera,
  • in Ihrem Notebook,
  • in Ihrem Akkuschrauber,
  • in Ihrem Handy oder Smartphone und
  • in vielen anderen Elektrogeräten.

Akku-Typen

Im Bereich von Akku- und Batteriesystemen gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Typen. Einige erwiesen sich im alltäglichen Gebrauch als nicht oder wenig praktikabel. Elektrofachleute unterscheiden nach Primär- und Sekundärsystemen. Primärsysteme kennen Sie unter dem Namen "Batterie" oder "Einwegbatterie". Sie sind nicht wiederaufladbar. Sekundärsysteme kennen Sie als wiederaufladbare "Akkumulatoren" oder kurz "Akkus". Sie unterscheiden verschiedene Typen nach

  • der chemischen Zusammensetzung des enthaltenen Elektrolyts,
  • der Art der Elektroden und
  • der Bauform.

Laden und Entladen verschiedener Akku-Typen

Der elektrochemische Vorgang ist beim Laden und Entladen prinzipiell derselbe. Akkus setzen Sie je nach

  • Stromverträglichkeit,
  • Temperaturverhalten und
  • Lade- und Entladeeigenschaften

in verschiedenen Anwendungsbereichen ein.

Bleiakkumulatoren

Der Bleiakkumulator zählt zu den ältesten Typen der Akkumulatoren. Er findet als Starterbatterie für Kraftfahrzeuge seinen Einsatz. Hersteller unterscheiden bei Bleiakkus zwischen offenen und geschlossenen Akkus sowie flüssigen und festen Elektrolyten. Ein Bleiakku hat eine Zellspannung von zwei Volt. Eine Autobatterie mit zwölf Volt setzt sich aus sechs hintereinander geschalteten Bleizellen zusammen. Die Ladung eines Bleiakkus erfolgt bei konstanter Spannung. Der Fachmann nennt diese Spannung "Gasungsspannung", da Gasbläschen an den Elektroden entstehen. Erreicht der Akku eine Spannung von 2,4 Volt pro Zelle, beenden Sie den Ladevorgang. Bei der Entladung achten Sie darauf, dass keine Tiefentladung unter 1,75 Volt pro Zelle vorkommt – dies würde die Lebensdauer des Akkus verkürzen. Wichtig ist, dass Sie den Bleiakku nicht lange ungeladen aufbewahren, da bei langer Lagerung das Bleisulfat aus dem Entladungsprozess kristallisiert und der Akku austrocknet.

NiCd-Akku

Das Elektrolyt eines Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd-Akku) besteht aus einer Kaliumhydroxid-Lösung, auch als Kalilauge bekannt. Die Ruhespannung des NiCd-Akkus beträgt 1,25 Volt. Im Vergleich zum Bleiakkumulator erfährt der NiCd-Akku keine Änderung im physikalischen Sinn. Seine Dichte bleibt konstant, sodass die Spannung beim Entladen ebenfalls gleichbleibend ist. Dadurch besitzt er eine hohe Lebenserwartung. Bei NiCd-Akkus ist das Verfahren der Schnellladung möglich. Dies bewirkt die Ladung des Akkus in kürzester Zeit. Beim Schnellladen achten Sie darauf, dass der Akku nicht überlädt. Schnellladegeräte schließen den Ladeprozess nach dem sogenannten "Minus-Delta-U-Verfahren" ab. Das Kriterium für das Beenden des Ladevorgangs ist in diesem Fall das Erzeugen elektrochemischer Effekte anstelle von Ladung. Dadurch sinkt die Zellspannung ab und das Ladegerät weiß, dass der Akku voll ist. Im Gegensatz zu Blei-Akkumulatoren ist eine Tiefentladung der NiCd-Akkus möglich. Da sich nicht alle Zellen gleichmäßig entleeren, vermeiden Sie dies bei hintereinander geschalteten Zellen wie in Akkus für Laptops. Manche Zellen erfahren eine Umpolung. Das verringert die Lebensdauer des Akkus.

NiMH-Akkus

Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH-Akku) folgen in der Entwicklung auf die NiCd-Akkus. Ihr Vorteil ist der Verzicht auf giftige Metalle und eine höhere Energiedichte. Von Nachteil ist, dass sie weniger Ladezyklen vertragen als die NiCd-Akkus.

Li-Ion-Akkus

Seit Mitte der 90er-Jahre erhalten Sie Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion-Akku) auf dem Markt. Dieser Akkutyp setzte im Bezug auf seine Energiedichte, Baugröße und sein Gewicht neue Maßstäbe. Ein minimaler Nachteil ist die Tatsache, dass die empfohlene Betriebstemperatur des Li-Ion-Akkus fünf bis 30 Grad Celsius beträgt. Außerhalb dieser Temperaturspanne weist er eine verringerte Energiekapazität auf. Als Elektrolyt verwenden die Hersteller des Li-Ion-Akkus ein gelöstes Lithium-Salz. Das Salz speichert beim Laden Li-Ionen. Gegenüber dem NiCd-Akku ist der Li-Ion-Akku teurer. Er ist nur beschränkt haltbar. Durch natürliche Oxidation nimmt die Energiekapazität nach zwei oder drei Jahren stark ab. Den Vorgang verhindern Sie allerdings nicht, indem sie die Li-Ion-Akkus nicht nutzen. Das Nachfolgemodell ist der Lithium-Ion-Polymer-Akku (Li-Ion-Poly-Akku). Er benötigt kein flüssiges Elektrolyt wie der Li-Ion-Akku und braucht daher kein Schutzgehäuse aus Metall. Darum ist er leichter und in der Baumform flexibel.

Wie entsteht der Memory-Effekt?

Der Memory-Effekt tritt als Kapazitätsverlust bei häufiger Teilentladung eines Akkus auf. Der Akku "merkt" sich den herkömmlichen Energieverbrauch und stellt nach einiger Zeit nur die Energiemenge zu Verfügung, die Sie bisher durch Entladevorgänge verbrauchten. Beim Memory-Effekt entsteht ein früher Spannungsabfall. Dies hat eine Verringerung der Kapazität zur Folge. Die Mindestspannung, die ein Gerät benötigt, kommt durch den Spannungsabfall nicht mehr zustande, obwohl die benötigte Energie noch da ist.

Welche Gründe gibt es für sein Entstehen?

Zwei Prozesse erzeugen den Memory-Effekt:

  • die Kristallbildung: Beim NiCd-Akku entstehen während des Aufladens Kadmiumkristalle. Die konstant bis zu einem bestimmten Grad erfolgende Entladung begünstigt die Bildung großer Kristalle in dem nicht entladenen Bereich. Mit einer größeren Gesamtoberfläche reagieren größere Kristalle schlechter beim Entladen als kleine. Folglich fällt die Spannung ab.
  • die Umkristallisation: Bei älteren Ladegeräten spielt der aktuelle Füllstand des Akkumulators keine Rolle. Statt den Akku voll aufzuladen, erfolgt die Aufladung über einen bestimmten Zeitraum. Es kommt regelmäßig zur Überladung von Akkus, die nicht bis zum Minimum entladen waren. Die Folge ist die Umkristallisation an der Cd-Elektrode des NiCd-Akkus, die durch diesen Vorgang eine geringere Ausgangsspannung und damit verringerte Kapazität aufweist.

Welche Akkus sind vom Memory-Effekt betroffen?

Der Memory-Effekt betrifft in erster Linie NiCd-Akkus. NiMH-Akkus leiden unter dem sogenannten Batterieträgheitseffekt. Die Konsequenzen daraus ähneln dem Memory-Effekt. Die Ursachen sind jedoch verschiedenen Ursprungs. Bei diesem Effekt ist die Zellspannung des Akkus über den gesamten Entladevorgang minimal geringer als normalerweise. Die abgegebene Leistung des Akkus verändert sich. Geräte, die eine höhere Energieleistung benötigen, wie Digitalkameras, erkennen den Akku als zu früh entladen. Akkus auf Lithiumbasis betrifft dieses Problem nicht. Selbst bei Daueranschluss an das Ladegerät, wie z.B. bei den Notebookakkus, kommt es nicht zu einem Memory-Effekt. Der Grund ist, dass das Ladegerät zur selben Zeit den Akku auflädt und das Notebook mit Energie versorgt. Ein Li-Ion-Akku benötigt bei Betrieb des Notebooks länger zum Aufladen. Ist der Akku voll, schaltet das Ladegerät die Stromzufuhr für den Akku ab, was ein Überladen verhindert.

Wie beseitigt man den Memory-Effekt?

Um den Memory-Effekt zu beseitigen, benötigen Sie ein spezielles Ladegerät mit einer Entladefunktion für NiCd-Akkus, ein Ladegerät inklusive Testfunktion oder ein Testgerät. Sie entladen den betroffenen Akku bis zu seiner Entladeschlussspannung und laden ihn vollständig auf. Die Entladeschlussspannung beträgt bei NiCd-Akkus zwischen 0,85 und einem Volt. Kommt es zu einer Tiefentladung unter 0,85 Volt, zerstören Sie den Akku. Benutzen Sie daher die Testfunktion Ihres Ladegeräts oder ein extra Testgerät, um die Spannung des Akkus zu überprüfen. Die Entladung bis zur Entladeschlussspannung wiederholen Sie drei- bis fünfmal. Daraufhin ist die ursprüngliche Energiekapazität weitestgehend vorhanden.

Bei einem Notebook-Akku ist eine vollständige Entladung in manchen Fällen nicht durchzuführen. Das Betriebssystem verhindert den Vorgang. Trennen Sie darum Ihr Notebook von der Stromversorgung und lassen es weiter laufen, bis es sich automatisch in den Ruhemodus versetzt. Starten Sie Ihr System neu und achten Sie auf die Meldungen beim Boot-Vorgang. Dort heißt es sinngemäß "Press the X key for Set-up". Drücken Sie diese Taste, um in das Set-up-Menü zu gelangen. Unter Umständen benötigen Sie ein paar Versuche, bis es Ihnen gelingt. Reicht die Leistung des Akkus nicht mehr für einen Neustart aus, schließen Sie das Netzteil nur solange an, bis sie im Set-up-Menü sind. Verweilen Sie dort, bis sich das Notebook ausschaltet. Der Vorgang dauert bis 45 Minuten. Das ist normal, da das Notebook im Set-up-Menü weniger Strom verbraucht. Schließen Sie Ihr Notebook nach dem Ausschalten an das Stromnetz. Laden Sie den Akku vollständig auf, bevor Sie das Betriebssystem neu starten. Wiederholen Sie den Vorgang ein- bis zweimal.

Memory-Effekt bei neueren Akkus

Moderne Akkus sind nur noch selten vom Memory- oder Batterieträgheitseffekt betroffen. Bei neueren Modellen brauchen Sie keine Maßnahmen gegen den Memory-Effekt zu ergreifen, um die Kapazität des Akkus zu steigern. Nur NiCd- und NiMH-Akkus weisen den Memory-Effekt auf. Akkus auf Lithiumbasis kennen den Memory-Effekt dagegen nicht. Versuchen Sie nicht, Li-Ion- oder Li-Ion-Poly-Akkus über Entladegeräte zu regenerieren. Es besteht die Gefahr des Explodierens. Im besten Fall passiert nichts, da die integrierte Technik das Schlimmste verhindert. Setzen Sie Ihren Li-Ion- oder Li-Ion-Poly-Akku keiner Wärme aus. Lagern Sie ihn bei Nichtgebrauch bei einer Temperatur unter 18 Grad Celsius. Auf diese Weise bleiben Ihnen Ihre Akkus lange erhalten.

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