Li-Ion Ladegeräte – Ach du Schreck…

"Houston, we have a problem" (John "Jack" Swigert)

Ein, das nach unserer Einschätzung zu wenig debattiertes Thema, bezieht sich auf die richtige Auswahl eines Ladegerätes. Sehr häufig wird der Hauptgefahrenquelle für Unfälle, nämlich das Aufladen von Akkus, nicht die Aufmerksamkeit geschenkt, die dieses Thema verdient hätte.

Zunächst möchten wir betonen, dass nicht alles, was auf dem Markt als Ladegerät verkauft wird,  tatsächlich das Produkt ist, was wir als Ladegerät verstehen. Ferner möchten wir zum Ausdruck bringen, dass Geld an Ladegeräte zu sparen, sich leider als eine schlechte Entscheidung in Hinsicht auf Sicherheit und Langlebigkeit des Akkus entpuppen kann.

Um die richtige Entscheidung treffen zu können, müssen wir mit ein paar Grundlagen beginnen. Das Ladeverfahren versteht man als …“ die verschiedenen Strategien der Steuerung von Strom und Spannung beim Aufladen von Akkumulatoren“.... Ladeverfahren haben zum Ziel, den Akku innerhalb seiner Betriebsgrenzen vollständig aufzuladen. Daneben existieren, abhängig von Akkutyp und Ladetechnik, verschiedene Möglichkeiten für die Akkupflege und den Erhalt des Ladezustandes. Das Ladeverfahren und seine Umsetzung haben erheblichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und die Lebensdauer eines Akkumulators.“ [Wikipedia / Ladevorfahren]

In diesem Beitrag konzentrieren wir uns hauptsächlich auf das Laden von Li-Ion Akkus, die die Mehrheit der Akkus für Pedelecs und weitere kleine elektrische Fahrzeuge darstellen.

Der Begriff CC-CV (Constant Current Constant Voltage) beschreibt das allgemeine Ladeverfahren für Li-Ion Akkumulatoren (aber nicht nur). Entsprechend werden Li-Ion Akkus mit vorgegebenem konstanten Strom (in Ampere ausgedrückt) und mit konstanter Spannung (in Volt ausgedrückt) aufgeladen.

 

Der Ladestrom (rote Linie) und die Ladespannung bleiben für eine gewisse Zeit (T0) konstant, während die Spannung im Akku (blaue Linie) mit der Zeit steigt. Erreicht die Spannung im Akku beinah die Ausgangsspannung des Ladegerätes, beginnt Phase T1. In dieser Phase bleibt die Ladespannung stabil, während der Ladestrom zurück bis zur Abschaltung geht.

Ein Ladegerät mit 2A Ausgang lädt 2A in einer Stunde. Haben Sie einen Akku mit 10Ah Kapazität, so braucht das Ladegerät ca. 5 Stunden Ladezeit. Haben Sie ein Ladegerät mit 5A Ausgang, so brauchen Sie lediglich ca.2 Stunden Ladezeit.

Haben Sie einen Akku mit 36V, so ist die Ausgangsleistung bei einem Ladegerät mit 2A Ausgang 42V x 2A = ca. 85 Watt. Ein Akku mit 48V wird mit 54,6V aufgeladen. Ein gleicher Ladestrom von 2A ergibt eine Ausgangsleistung bei diesem Ladegerät von 54,6V x 2A = ca. 110 Watt.

Je langsamer man den Akku auflädt, um so schonender ist das für den Akku. Es wird dennoch empfohlen, nicht die Grenze von 2 Stunden Ladezeit und kürzer zu unterschreiten (wir nennen das 0,5C). Die C-Rate ist eine Art Quantifizierung des Verhältnisses zwischen Kapazität (Ah) und Ladestrom (A). Ein Akku mit 10Ah, der mit einem Ladegerät mit 2A aufgeladen wird, wird entsprechend mit der C-Rate 0,2C aufgeladen.

Viele der auf den Marktplätzen verkauften Ladegeräte (insbesondere die billigen Teile aus China) sind keine Ladegeräte, sondern Netzteile, d.h. die schalten nicht ab, oder zu spät, oder zu früh. Manchmal handelt es sich in der Tat um minderwertige Ladegeräte, die aber keinen konstanten Ladestrom liefern oder keine konstante Ladespannung, oder…oder…oder.

Li-Ion Akkus reagieren sehr empfindlich auf Überladung, aber Li-Ion Akkus reagieren ebenfalls empfindlich, wenn das Ladeverfahren durch minderwertige Ladegeräte nicht der Voraussetzung eines CC-CV entspricht. Eine negative Beeinträchtigung der Lebensdauer eines Akkus ist mit solchen Geräten vorgegeben!

Für den Laien ist es kaum möglich, ohne passende Messinstrumente, die Qualität eines Ladegerätes einschätzen zu können.  Im Folgenden werden wir ein paar Indizien und Ratschläge geben, die euch dabei helfen können, ein vernünftiges Ladegerät zu finden:

  1. Hersteller – nicht nur für die CE Kennzeichnung ist die Kennzeichnung des Herstellers erforderlich, sondern allgemein gilt, ein Elektro-Gerät muss den Namen des Herstellers tragen bzw. den Namen des Importeurs (Importeure gelten beim Inverkehrbringen von Elektrogeräten als Hersteller). Ein Gerät ohne solche Daten sollte daher vermieden werden.

  2. Sicherheit (externe Zertifizierungen) – Die externen Sicherheitszertifizierungen wie GS oder UL sind zwar nicht Garant für die Qualität, sind aber dennoch ein Indiz für die Seriösität des Herstellers. Produkte durch externe Prüfunternehmen zu zertifizieren kostet ziemlich viel Geld, und lediglich Unternehmen, die ihre Produkte nachhaltig verkaufen möchten, investieren ihr Geld in solch ein Verfahren. In der folgenden Abbildung eines Produktes von Fuyuang haben wir die Zertifizierungskennzeichnungen durch UL (Underwriters Laboratories)  und TÜV markiert.

  3. CE-Kennzeichnung (Info) – Das Anbringen von CE-Kennzeichnung sollte bedeuten, dass Mindeststandards an Sicherheit gewährleistet wird. Die CE-Kennzeichnung ist obligatorisch bei vielen Produkten. In der Praxis wird diese Kennzeichnung auch spöttisch China-Export bezeichnet. Das liegt vor allem darin, dass kaum Kontrolle hinsichtlich der Erfüllung der erforderlichen Standards durch die Behörden (Zoll, Gewerbeaufsicht etc.) stattfindet. Demzufolge ist eine CE-Kennzeichnung in der Regel kaum aussagekräftig ist!

  4. Dimensionen und Gewicht – je mehr Ausgangsleistung, desto schwerer und größer ist das Ladegerät. Sind Sie unsicher? Vergleichen Sie die Werte mit anderen Produkten mit den gleichen Spezifikationen.


Dabei ist zu beachten, dass jedes Zertifikat durch eine Zertifizierungsnummer, die ebenfalls am Produkt angebracht wird, belegt werden muss. Es ist zwar möglich, die Logos der Zertifizierungsunternehmen an Produkten anzubringen, dennoch ist es nicht möglich, die Zertifizierungsnummer zu fälschen. Jedes Prüfunternehmen verfügt über eine, für alle sichtbare, Datenbank. Dort kann man die Zertifizierungsnummer abgleichen und verifizieren.

Häufig erhalten wir Anfragen zu der zulässigen Temperatur während des Ladevorganges. Li-Ion Ladegeräte können sogar ca. 70 Grad warm werden (auf der Oberfläche). Ladegeräte, die durch externe Prüfunternehmen getestet wurden, müssen entsprechend bei solcher Temperatur die Sicherheit für den Nutzer erfüllen. Aus diesem Grund halten wir die externe Überprüfung und Zertifizierung von Ladegeräten für das wichtige Merkmal im Hinsicht auf die Produktsicherheit.

Last but not least möchten wir uns dem Thema Ladespannung widmen. Eine Li-Ion Akkuzelle hat in der Regel 3,6V-3,7V Nennspannung. Bei dieser Nennspannung ist die Akkuzelle ca. halbvoll. Aufgeladen wird die Akkuzelle mit 4,2V -4,25V. Entsprechend liegt die Ladespannung am Ladegerät höher, als die Nennspannung im Akku. In der folgenden Tabelle haben wir die gängigen Li-Ion-Akku-Systeme aufgelistet:

System

Reale Nennspannung

Ladespannung

24V

25,2V – 25,9V

29,4V

36V

36V – 37V

42V – 42,5V

48V (13S)

46,8V – 48,1V

54,6V

52V (14S)

50,4V – 51,8V

58,8V

Unser Fazit: Sparen Sie nicht an einem Ladegerät! Kaufen Sie solche Produkte von Fachhändlern, die ihr Fachkompetenz durch ihr Produktsortiment und Beratungsfähigkeit nachweisen können.

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