Schutz vor Tiefentladung wirklich sicher?
Als einer der wesentlichen Vorteile der 1,5 Volt Lithium-Akkus nennen die Hersteller (und auch wir) immer wieder den Schutz vor Tiefentladung. Da zwischen dem internem Lithium-Ionen Akku und den Polen eine Schutzschaltung integriert ist, kann der Akku den Ausgang abschalten bevor der interne Akku schädlich tiefentladen wird.
Bei NiMH-Akkus ist das nicht möglich, da hier die Spannung der Akkuzelle direkt an den Polen anliegt und bei Unterspannung nicht abgeschaltet wird. Liegt nun ein Verbraucher an, der ebenfalls keine Unterspannungsabschaltung hat, z.B. eine billige Taschenlampe, wird die Zelle eines NiMH Akkus bis auf 0 Volt entladen und dann auch auf dieser Spannung niedergehalten und wird damit innerhalb kurzer Zeit zerstört. Taschenlampe eingeschaltet, vergessen, Akku kaputt…
Doch wie gut und sicher schützt die Elektronik den internen Lithium-Ionen Akku der 1,5 Volt Akkus wirklich?
In unseren Kapazitätstests entladen wir die Akkus mit einem konstanten Strom z.B. 500mA und beenden die Entladung, wenn die Ausgangsspannung des Akkus unter 1,0 Volt fällt, denn so sieht es die IEC Norm vor. Der Spannungsverlauf der meisten 1,5 Volt Lithium-Ionen Akkus verhält sich wie folgt: die Spannung wird über den gesamten Entladezeitraum konstant gehalten und der Akku schaltet die Spannung komplett ab, wenn der interne Akku eine bestimmte Spannung unterschreitet. Einige Akkus haben noch eine Stufe und senken die Ausgangsspannung kurz vor Entladeschluss von 1,5 auf 1,1 Volt um dem Verbraucher anzuzeigen, das die Kapazität des Akkus kurz vor dem Ende ist. Der interne Akku wird mit dieser Maßnahme erfolgreich vor einer Tiefentladung geschützt, der Verbraucher wird abgeschaltet so bald die interne Spannung des Akkus kritisch wird.
Wie bei den meisten Akkutypen erholt sich die Spannung bei Lithium-Ionen Akkus nach Abfall der Last mit der Zeit wieder. Dieser Vorgang ist wichtig für die Akkugesundheit, ein Niederhalten der Spannung unter der Entladeschlussspannung schädigt den Akku dauerhaft.
Leider haben wir festgestellt, dass wohl die meisten 1,5 Volt Lithium-Ionen Akkus mit Schutzschaltung den 1,5 Volt Ausgang wieder freigeben, sobald die interne Akkuspannung wieder über die Entladeschlussspannung ansteigt. Das hat zur Folge, dass ein noch immer angeschlossener Verbraucher wieder eingeschaltet wird und den Akku erneut belastet. Im Gegensatz zu NiMH-Akkus hilft in diesem Zustand nicht mal ein Verbraucher, welcher eine automatische Abschaltung bei zu geringen Spannungen hat. Da der Akku nach seiner Erholung wieder 1,5 Volt liefert, schaltet sich der Verbraucher direkt wieder voll an. Die Folge ist, dass der Verbraucher – je nach Leistung und je nachdem wie oft sich der Vorgang schon wiederholt hat – für ein paar Sekunden oder Minuten wieder Energie verbraucht und den Akku so nahe an die echte Tiefentladung bringt, einem Zustand in dem sich die Leerlaufspannung des Akkus nicht mehr über die Entladeschlussspannung erholen kann.
Das Diagramm zeigt eine 500mA Entladung des Hixon 3500mWhHixon 3500mWh Akkus über den Zeitraum von 10 Stunden. Die Abstände des „Wiederauflebens“ werden zum Ende hin deutlich länger und die Entladung dauert nur nich wenige Sekunden.
Auch wenn der Verbraucher dann vielleicht nach vielen Stunden oder Tagen nicht mehr zuckt oder flackert, der interne Akku sich nicht mehr über die Entladeschlussspannung erholt, ist der Akku in der Regel noch nicht dauerhaft geschädigt. Lässt man den Akku allerdings in diesem Zustand nun auch noch Wochen oder Monate liegen, entlädt sich der Akku durch die Selbstentladung weiter, zusätzlich liegt sicher ein Standbyverbrauch der Elektronik an. Es ist daher zu erwarten und wir haben das auch bereits an Akkus erlebt, dass es schlussendlich doch zu einer fatalen Tiefentladung kommt und der Vorteil gegenüber einem NiMH-Akku in diesem Szenario nicht mehr gegeben ist.
Besser wäre es unserer Meinung nach, das die Elektronik der Akkus nach dem ersten Unterschreiten der internen Entladeschlussspannung den Ausgang nicht wieder freigibt bis der Akku erneut geladen wurde. Nur dann wäre sichergestellt, dass sich der interne Akku auf gesunde Art und Weise erholen kann und seine Leerlaufspannung in einem Bereich liegt, der ihn auch einige Wochen und Monate zusätzliche Selbstentladung überstehen lässt.
Leider haben wir es bisher in unseren Tests versäumt, dieses Verhalten genauer zu testen und zu protokollieren. Wir werden das Verhalten der Akkus beim Entladeschluss daher für die zukünftigen Tests berücksichtigen, da es großen Einfluss auf die praktische Lebenserwartung von Akkus hat.
Fazit
Für kurze Zeiträume von Stunden oder Tagen sind die 1,5 Volt Akkus im Gegensatz zu NiMH-Akkus ausreichend vor Tiefentladung geschützt, auch wenn das wiederholte Aktivieren des 1,5 Volt Ausgangs eine starke Belastung für den Akku darstellt. Für wesentlich längere Zeiträume hat sich in Theorie, aber auch Praxis gezeigt, dass es auch für 1,5 Volt Lithium-Ionen Akkus fatal sein kann, wenn diese über einen langen Zeitraum von Wochen und Monaten in Verbrauchern verbleiben. Besonders kritisch ist dieses Problem bei 1,5 Volt Akkus, welche den Ausgang nicht beim ersten Unterschreiten der internen Entladeschlussspannung dauerhaft bis zum nächsten Ladevorgang deaktivieren. Ob es aktuell Akkus auf dem Markt gibt, die sich in dieser Hinsicht positiv verhalten ist uns aktuell selber unklar und wird sich erst durch „Nachtests“ an den bereits getesteten Akkus zeigen. Wir sind gespannt…
Schreibt uns doch unbedingt in die Kommentare, wie Eure Erfahrungen mit Tiefentladung generell sind. Habt Ihr schon 1,5 Volt Lithium-Ionen Akkus durch Tiefentladung „verloren“ und was genau hat dazu geführt?
Kommentare
Markus Koßmann 6. August 2023 um 10:11
Mit einer solchen „Abschaltkurve“ bei Tiefentladung kann auch eine Batteriewarnung des Verbrauchers nichts anfangen.
Idealerweise sollte die Abschaltung zweistufig erfolgen. In einem ersten Schritt sollte die Ausgangsspannung soweit reduziert werden, das eine Batteriewarnung des Verbrauchers dem Nutzer „Batteriewechsel nötig“ signalisieren kann bevor im zweiten Schritt bis zum Abschluss des nächsten Ladevorgangs komplett abgeschaltet wird
Was ist eigentlich über die interne Elektronik dieser Akkus bekannt ? Rein analog oder schon per Mikroprozessor gesteuert ?
Joachim .B. 5. Oktober 2023 um 0:01
Dort ist lediglich ein Buckwandler (Abwärtswandler) für die 1,5V vorhanden , und ein stinknormaler Lithium-Ionen Lade IC vorhanden.
Der Lithium-Ionen Akku kommt nach meinen Tests auf min 660mAh – ca 800mAh. Ja ich habe die Hixon Zelle zerlegt.
Der nackte Akku kommt auf nur 4,05V Ladeschlusspannung, sehr untypisch für ein Lithium-Ionen Akku.
Der Lithium-Ionen Akku ist nicht gelabelt, d.h es kann sonst ein Lithium-Ionen Akku verbaut sein, fragt sich nur was will man damit verscheiern , für mich sagt das aus , das dort auch Fake Lithium-Ionen Akkus verbaut sein könnten, bzw Ausschussware eingesetzt wird. Soll heißen sie Erfüllen nicht die Hersteller spezifischen werte die er haben soll, z.B. geringere Kapazität, dies ist dann B-Ware.
Jeder Seriöse Hersteller bedruckt seine Akkus, um ihn zurückverfolgen zu können, bzw seine Technischen Daten abrufbar sind.
Kleiner Tipp wenn Die Ladezeit 2 Std dauert bei 300mA dann hat der Akku min 600 Ah. Meine Hixon werden mit 300 mA geladen.
Joachim .B. 5. Oktober 2023 um 0:04
Kleiner Tipp wenn Die Ladezeit 2 Std dauert bei 300mA dann hat der Akku min 600 mAh. Meine Hixon werden mit 300 mA geladen.
Micha 14. Oktober 2023 um 12:55
Ich habe mir vor vier/fünf Jahren Kentli 3000 Akkus für meine Heizkörper-Thermostate zugelegt. Die verrichten auch gut ihren Dienst. Zwei Sachen habe ich aber doch herausgefunden, wo die Akkus schwächeln.
1. Oben genanntes Phänomene trotz „Tiefenentladungsschutz“ sind jetzt zwei Akkus ausgefallen, die über die warmen Monate leer im Thermostat waren. Da hat die Schutzschaltung wohl nichts gebracht.
2. Was die Kentlis auch nicht mögen, permanent in ihrem speziellen Ladegerät zu verbleiben, auch da fallen sie aus wenn sie dann irgendwann benötigt werden.
Nicht desto trotz und wenn man es weiß würde ich die Akkus wieder kaufen wenn der Preis stimmt. Atktuell sind sie sehr teuer am Markt so dass ich jetzt welche von Völkner bestellt habe zum Testen. Diese werden jedoch geladen mit eingebauten USB-C buchsen. Schon alleine das Handling gefällt mir bei Kentli besser, auch die äußere Erscheinung von Kentli wirkt für mich wertiger, das muß natürlich nicht auf die inneren Werte stimmen. Aber alleine die USB Buchse in den Akkus und der Folienmantel der ANSMANN Akkus ist nicht exakt auf den Akku Körper ausgerichtet und wirkt etwas „bastelhaft“ Wir werden sehen.