Der Zweck einer Batterie besteht darin, Energie zu speichern und zu einem gewünschten Zeitpunkt wieder abzugeben. In diesem Abschnitt wird die Entladung bei verschiedenen C-Raten untersucht und die Entladetiefe bewertet, bis zu der eine Batterie sicher gehen kann. Das Dokument beobachtet außerdem unterschiedliche Entladungssignaturen und untersucht die Batterielebensdauer bei unterschiedlichen Lademustern.
Die elektrochemische Batterie hat gegenüber anderen Energiespeichern den Vorteil, dass die Energie während des größten Teils des Ladevorgangs hoch bleibt und dann mit abnehmender Ladung schnell abfällt. Der Superkondensator verfügt über eine lineare Entladung, Druckluft und einen Schwungradspeicher ist das Gegenteil der Batterie, indem er zu Beginn die höchste Leistung liefert.Abbildungen 1, 2 und 3veranschaulichen die simulierten Entladeeigenschaften gespeicherter Energie.
Bei den meisten Akkus kann es zu einer kurzzeitigen Überlastung kommen, diese muss jedoch kurz gehalten werden. Die Lebensdauer einer Batterie steht in direktem Zusammenhang mit dem Ausmaß und der Dauer der Belastung, zu der das Laden, Entladen und die Temperatur gehören.
Ferngesteuerte (RC)-Bastler sind eine besondere Art von Batterienutzern, die die Toleranz gegenüber „anfälligen“ Hochleistungsbatterien auf das Maximum ausdehnen, indem sie sie mit einer C-Rate von 30 °C entladen, was dem 30-fachen der Nennkapazität entspricht. So aufregend ein RC-Helikopter, ein Rennwagen und ein schnelles Boot auch sein können; die Lebenserwartung der Rudel wird kurz sein. RC-Fans sind sich des Kompromisses durchaus bewusst und sind bereit, sowohl den Preis zu zahlen als auch zusätzliche Sicherheitsrisiken in Kauf zu nehmen.
Um maximale Energie pro Gewicht zu erhalten, greifen Drohnenhersteller auf Zellen mit hoher Kapazität zurück und entscheiden sich für die Energiezelle. Dies steht im Gegensatz zu Branchen, die schwere Lasten und eine lange Lebensdauer erfordern. Bei diesen Anwendungen kommt die robustere Power Cell mit reduzierter Kapazität zum Einsatz.
Entladungstiefe
Blei-Säure-Entladungen bis 1,75 V/Zelle; Nickelbasiertes System bis 1,0V/Zelle; und die meisten Li-Ionen auf 3,0V/Zelle. Auf diesem Niveau sind etwa 95 Prozent der Energie verbraucht und die Spannung würde bei fortgesetzter Entladung schnell abfallen. Um den Akku vor Tiefentladung zu schützen, verhindern die meisten Geräte den Betrieb über die angegebene Entladeschlussspannung hinaus.
Beim Entfernen der Last nach der Entladung erholt sich die Spannung einer gesunden Batterie allmählich und steigt in Richtung der Nennspannung an. Unterschiede in der Affinität der Metalle in den Elektroden erzeugen dieses Spannungspotential auch bei leerem Akku. Eine parasitäre Belastung oder eine hohe Selbstentladung verhindern eine Spannungswiederkehr.
Ein hoher Laststrom, wie er beim Bohren durch Beton mit einem Elektrowerkzeug der Fall wäre, senkt die Batteriespannung und die Schwelle für die Entladeschlussspannung wird häufig niedriger eingestellt, um ein vorzeitiges Abschalten zu verhindern. Auch beim Entladen bei sehr kalten Temperaturen sollte die Abschaltspannung abgesenkt werden, da die Batteriespannung sinkt und der Batterieinnenwiderstand ansteigt.
Beim Überladen einer Blei-Säure-Batterie kann Schwefelwasserstoff entstehen, ein farbloses, giftiges und brennbares Gas, das nach faulen Eiern riecht. Schwefelwasserstoff entsteht auch beim Abbau organischer Stoffe in Sümpfen und Abwasserkanälen und kommt in vulkanischen Gasen und Erdgas vor. Das Gas ist schwerer als Luft und sammelt sich am Boden schlecht belüfteter Räume. Der Geruchssinn ist zunächst stark ausgeprägt, lässt jedoch mit der Zeit nach und die Opfer nehmen das Vorhandensein des Gases nicht wahr.
Was macht einen Entladezyklus aus?
Unter einem Entlade-/Ladezyklus versteht man im Allgemeinen die vollständige Entladung eines geladenen Akkus mit anschließendem Wiederaufladen. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Batterien sind selten vollständig entladen, und Hersteller verwenden zur Bewertung einer Batterie häufig die 80-Prozent-Entladungstiefenformel (DoD). Das bedeutet, dass nur 80 Prozent der verfügbaren Energie geliefert werden und 20 Prozent in Reserve bleiben. Das Zyklieren einer Batterie bei weniger als vollständiger Entladung erhöht die Lebensdauer, und die Hersteller argumentieren, dass dies eher einer Felddarstellung als einem vollständigen Zyklus entspricht, da Batterien üblicherweise mit verbleibender Reservekapazität aufgeladen werden.
Es gibt keine einheitliche Definition, was einen Entladezyklus ausmacht. Einige Zyklenzähler addieren einen vollständigen Zählerstand, wenn eine Batterie geladen ist. Eine intelligente Batterie kann nach dem Laden eine 15-prozentige Entladung erfordern, um für einen Entladezyklus geeignet zu sein. Alles andere wird nicht als Zyklus gezählt. Eine Batterie in einem Satelliten hat einen typischen DoD von 30–40 Prozent, bevor die Batterien während des Satellitentages wieder aufgeladen werden. Eine neue Batterie eines Elektrofahrzeugs darf nur zu 80 Prozent geladen und zu 30 Prozent entladen werden. Diese Bandbreite vergrößert sich schrittweise, wenn die Batterie schwächer wird, um identische Fahrstrecken zu ermöglichen. Das Vermeiden vollständiger Ladungen und Entladungen reduziert die Belastung der Batterie.
Ein Hybridauto verbraucht beim Beschleunigen nur einen Bruchteil der Kapazität, bevor die Batterie wieder aufgeladen wird. Das Anlassen des Motors eines Fahrzeugs verbraucht weniger als 5 Prozent Energie aus der Starterbatterie, was in der Automobilindustrie auch als Zyklus bezeichnet wird. Der Verweis auf die Zykluszählung muss im Zusammenhang mit der jeweiligen Pflicht erfolgen.
Der Verweis auf den Entladezyklus oder die Zyklenzahl trifft nicht auf alle Batterieanwendungen gleichermaßen zu. Ein Beispiel dafür, dass die Zählung der Entladezyklen den Lebenszustand nicht genau widerspiegelt, ist ein Speichergerät (ESS). Diese Batterien ergänzen erneuerbare Energien aus Windkraft und Photovoltaik, indem sie bei Bedarf kurzfristig Energie liefern und überschüssige Energie speichern. Die Zeitdauer zwischen Laden und Entladen kann in Millisekunden angegeben werden; Ein typischer Batterieladezustand liegt bei 40–60 %. Anstelle der Zyklenzählung kann auch die Coulomb-Zählung zur Messung des Verschleißes verwendet werden.
