Leistungsgewicht NiMH-Akkuzellen

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begin quoting, Dietrich Jordan schrieb:

IMHO nirgendwo.

Frage an die Experten hier: kann man Zellen zwecks Kapazitätserhöhung parallelschalten, bzw. was genau geht dann bei Ladung und Entladung ggf. schief?

Gruß aus Bremen Ralf

Ja das geht, aber mit Parallelschaltung kann man beim Laden die Zelle=20 nicht mehr einzeln behandeln und das Risiko eines inneren Kurzschlusses=20 oder reversed polarity steigt.

Falk

Technisch sollte es vielleicht möglich sein obwohl sich die elektrochemischen Prozesse u.U. an Flächen abspielen und man daraus schliessen könnte dass die Kapazität etwa quadratisch zu Länge oder Durchmesser ist. Sicherlich problematisch sind die thermischen Bedingungen. Die bei Ladung und Entladundung entstehenden Verluste müssen über die Oberfläche abgeleitet werden (wieder quadratische Relation). Was bei einem Kurzschluss oder einer Überlastung passiert könnte ebenfalls recht kritisch sein.

Gruss Kalli

Dietrich Jordan schrieb:

Ich nehme an der Grund liegt daran, das D-Zellen kaum noch gefragt sind, und das man diese deshalb nicht weiterentwickelt hat. (Wobei 7,5 Ah schon etwas besonderes sind, typisch f=FCr D sind nur 4Ah) Gruss Harald

Dietrich Jordan schrieb:

Die Masse steigt mit der dritten Potenz der Abmessungen, die entnehmbare Energie hängt mit den (inneren) Oberflächen zusammen, steigt also quadratisch mit den Abmessungen. Man könnte auch sagen: Mit steigenden Abmessungen ist anteilig immer mehr "tote Masse" mit drin.

Ansgar

Das scheint aber nach Milchmädchenrechnung. Wo ist denn der Zusammenhang zwischen Abmessung der Masse und Abmessung der inneren Oberfläche?

HC

Hans-Christian Grosz schrieb:

Hätte ich präziser sagen müssen: ...mit dem Quadrat bzw. der 3. Potenz einer Raumbimension.

Angenommen, Du hättest eine zylindrische Elektrode der Länge l und Radius r (in der Mignonzelle). Jetzt verlängerst Du die Elektrode um delta-l. Die Oberfläche steigt um 2*pi*r*delta-l, das Volumen (und damit über die Dichte die Masse) steigt um pi*r^2*delta-l. Jetzt wird aber auch der Radius von Mignon zu Mono vergrößert, und damit hast Du auch noch ein delta-r, das einmal linear und einmal quadratisch eingeht. Also ändert sich die Oberfläche proportional mit delta-r * delta-l, das Volumen und damit die Masse mit (delta-r)^2 * delta-l. Das Verhältnis Oberfläche/Volumen wird damit ungünstiger.

Ansgar

Warum?

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begin quoting, Ansgar Strickerschmidt schrieb:

Das ist ja theoretisch richtig, aber die Hersteller werden doch wohl nicht so dämlich sein, massive Elektroden zu verwenden. Das sind doch poröse Werkstoffe, und bei denen ist die maßgebliche innere Oberfläche doch proportional zur Masse.

Im Gegenteil: die Blechdicke der Hülle dürfte bei großen und kleinen Zellen die gleiche sein, so daß "nutzlose" Massenanteile, da sie sich nur quadratisch mit den Abmessungen ändern, anteilig abnehmen sollten: die spezifische Kapazität müßte mit zunehmender Zellgröße eigentlich auch zunehmen, und relativ billiger müßten sie eigentlich auch sein.

(Ich hatte die Rechnung so gemacht: zwei D-Zellen à 4 Ah kosteten auch zwei Euro, machte 20,8 Cents/Wh, dasselbe wie bei vier AA-Zellen zu je

2 Ah, sind aber um die Hälfte schwerer. Also habe ich die D-Zellen liegenlassen. Ein Bleiakku mit 150 Wh kostet etwa 20 Euro, also 13,3 Cents/Wh, und wiegt 4,3 kg, hat also ein Leistungsgewicht von ca. 35 Wh/kg gegenüber 80 Wh/kg bei den NiMH-AA-Zellen - gewichtsmäßig über 55 % gespart. Es geht aber auch besser: D habe ich in NiMH mit 10 Ah bei 170 g gefunden, das sind dann 70 Wh/kg, also ähnlich gut wie Blei

- kosten aber auch 7 Euronen das Stück bzw. 58,3 Cents/Wh, also 180 % mehr als die "Lidls".

Kosten des "Batteriestroms": Bei 1.000 Ladezyklen liegen die Batteriekosten bei ca. 50 Cents/kWh, dazu kommen noch die Ladekosten in etwa gleicher Höhe, wenn man einen relativ schlechten Gesamtwirkungsgrad von ca. 30 % für Ladegerät und über Laden und Entladen ansetzt - ein recht stolzer Gesamtpreis von ca. 1 Euro/kWh - Kraftstoff in Stromerzeugern bringt ungefähr 2 kWh/l, kostet also etwa 60 Cents/kWh plus den Stromerzeuger; je nachdem sind Batterien schon günstiger.)

Gruß aus Bremen Ralf

Was an der Parallelschaltung schlecht ist:

Wenn zwei unterschiedlich starke Akkus entladen werden und der eine schon leer ist, der andere aber noch treibt, dann laedt der volle den leeren auf und wird damit selbst schneller leer.

Damit kippen die beiden aber noch nicht um - das erfolgt aber auch schon dann, wenn schon im Leerlauf der noch gute schon entleert wird und dann im Betrieb mit weiteren Akkus in Serienschaltung das ganze so betrieben wird, dass der leere invertiert wird.

Ein schon defekter Akku wird noch weiter defekt. Ein noch guter in Parallelschaltung zu einem defekten wird aber auch noch defekt.

Ob bei der Parallelschaltung ein schwacher Akku einen so deutlich niedrigeren Innenwiderstand haben wird, dass der gute nicht mehr voll geladen wird? Mag sein. Fuer die Ladung sollte daher wohl die Parallelschaltung aufgehoben und nur volle Serien einzeln geladen werden (oder noch besser jede Zelle einzeln).

Schoenen Gruss Martin

Moin,

Ansgar Strickerschmidt schrieb...

Bei einer reinen Verl=E4ngerung bleibt das Verh=E4ltnis der=20 Zylinderoberfl=E4che zum Zylindervolumen gleich (die Stirnseiten seien=20 nicht nutzbar).

Hier stimmt's wieder.

Andererseits vermute ich, dass die Zellen nicht so einfach aufgebaut=20 sind. Es k=F6nnten gewickelte Lagen zwischen Elektrolyten sein oder=20 schwammartige Elektroden mit gro=DFer Oberfl=E4che.=20 Wenn man bedenkt, dass zur Zeit der 1000er AA Zellen auch schon 4000er=20 Monos existierten, dann sollte mit der gleichen Technik, die aus 1000er=20 Zellen 2500er gemacht hat, auch Monos mit 10000mAh herstellbar sein.=20 Aber vielleicht ist der Bedarf hier tats=E4chlich nicht vorhanden.

- Heinz =20

Moin,

Martin Trautmann schrieb...

Der volle Akku wird den Leeren aber nur so lange laden, bis beide=20 Zellenspannungen gleich sind. Dann h=F6rt die Entladung des vollen Akkus=20 auf. Wird so eine Parallelschaltung belastet, wird der kr=E4ftigere Akku den=20 Hauptstrom liefern. Wenn die Spannungs-/Ladezustandskennlinie bei beiden=20 Akkus gleich oder zumindest =E4hnlich, ergibt sich eine gleiche=20 prozentuale Entladung beider Akkus. Umgekehrt genauso.

Bei Serienschaltung ja. Parallelschaltung ist nur bei einem schon=20 defekten Akku sch=E4dlich, der nie eine Ladeschlu=DFspannung erreicht.=20

Kommt auf den Defekt an. Wenn er wie ein Kurzschlu=DF wirkt, dann ja. Wenn= =20 er nur noch geringe Kapazit=E4t hat und keine zu hohe Selbstentladung,=20 dann passiert nicht viel.

Die kann man ruhig parallel laden, da ja die Zellenspannung beider Akkus=20 immer gleich bleibt. Der Ladestrom verteilt sich damit gem=E4=DF=20 Innenwiderstand. Der Akku mit der h=F6heren Kapazit=E4t wird dann eben mehr= =20 Ladestrom nehmen als der mit niedriger Kapazit=E4t.

- Heinz

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begin quoting, Heinz Saathoff schrieb:

Das ist eben die Frage - das gilt genau dann, sowohl die Entlade- als auch die Ladekennlinie ein streng monotones U-It-Verhalten haben. Bei Ladeschluß ist das aber eben nicht der Fall: eine der beiden (von zwei) parallelen Zellen wird als erste "voll" sein, sich erwärmen und dadurch das -delta_U produzieren - die parallele Zelle aber noch nicht, sie hat demzufolge eine höhere Spannung und entlädt sich, wenn es blöd kommt, über die volle, die sich dabei weiter aufwärmt.

Fragt sich, ob das nun eine unbegründete Befürchtung oder Realität ist ...

Gruß aus Bremen Ralf

Das hat aber nichts mit der Pallelschaltung zu tun, sondern ist alleine Problem der Serienschaltung. Im Gegenteil stabilisiert bei Parallelschaltung der gute den schlechten, so daß letzterer nicht so schnell umgepolt und damit ganz zerstört wird.

Der schlechte wird wohl eher hochohmiger sein, nicht niederohmiger.

Die Ladung in Serie ist problematischer als die parallele, weil bei der Parallelschaltung alle Akkus auf gleichem Spannungsniveau liegen, bei der Serienschaltung hängt es dagegen von Ladezustand, Restkapazität und Innenwiderstand der einzelnen Zellen ab. Somit werden einzelne Zellen immer etwas überladen. Bei NiMH und NiCD ist das wohl noch nicht so kritisch, aber bei LiIon und Derivaten muß man dafür Vorkehrungen treffen. Die können auch problemlos parallel ent- und geladen werden, aber für die Serienschaltung ist entweder Einzelzellenladung oder eine umständliche Balancer-Schaltung für jede einzelne Zelle nötig.

Hallo,

Ralf Kusmierz schrieb:

Ich würde mich der Befürchtung anschließen. Man hat ein positiv rückgekoppeltes System.

Der Akku erwärmt sich -> die Spannung sinkt -> er bekommt mehr Strom ab

-> der Akku erwärmt sich mehr.

Eine möglichst gute thermische Kopplung der parallelgeschalteten Zellen könnte hilfreich sein. Ebenso wie keine extrem hohen Ladeströme.

Marcel

Am Fri, 12 Aug 2005 12:56:14 +0200hat Ralf Kusmierz geäußert:

Hüstel...die Wh-Angaben sind vom Datenblatt oder wenigstens gemessen?

Willi

Wenn sich die elektrochmischen Vorgänge (nur) nahe der Mantelflächen abspielen, sollte die Kapazität linear mit Durchmesser oder Länge steigen?

Das denke ich auch.

Wenn wir annehmen, daß die Kapazität (bei konstanter Länge) quadratisch mit dem Durchmesser steigen sollte, steigt die Oberfläche zur Wärmeableitung nur linear.

Gruß Dietrich

Ich werde mal versuchen, Sanyo zu kontaktieren.

GRuß Dietrich

Wenn es stimmt, daß die Kapazität praktisch von der Dimension knapp unterhalb der Mantelfläche abhängt: Dann wäre es doch naheliegend, Die Zelle im Inneren als deutlich leichteren Hohlzylinder auszulegen?

Auch könne ich mir vorstellen, das aktive Material aufzuwickeln. Das würde dann eigentlich zu einer zum Volumen proportionalen Kapazität führen.

Dietrich