Wie lange lädt ein Akku mit 1000Ah, wo ist mein Gedankenfehler?
Ich möchte die Ladedauer berechnen auf ZWEI Wegen.
Gegeben: Akku 1Ah mit 1,5 V -> 1,5 Wh
Ladeinput: 5V und 0,5 A
Rechnung 1 über Amperekapazität: 1Ah / 0,5 A = 2h = 120 min.
Rechnung 2 über Wattkapazität:
1,5Wh / (5V * 0,5A) =
1,5 / 2,5 = 0,6 h = 36 min
Rechnung 2 erscheint mir sinnvoller, da hier die Voltunterschiede betrachtet werden.
Mein Ladegerät (mit Sensor zur Kapazitätsmessung) lädt aber um die 2-4h (Wärmeentwicklung und Verluste wahrscheinlich mitbetrachtet)
Frage: Warum so ein großer Unterschied 36 min und 120 min (und in der Realität 240 min)?
4 Antworten
Die überschüssige Spannung sorgt nur für einen höheren Ladestrom UND eine stärkere Erwärmung. Außerdem könnte iwann der Akku kaputt gehen, wenn sie höher als die vorgesehene Spannung ist.
Wenn die Spannung nicht noch iwie von der Ladeelektronik transformiert wird, hat man ein Elektron mit 5 eV, das nur ein Metallion reduziert, das später wieder 1,5 V abgeben kann. Theoretisch würden dafür auch 1,5 V reichen, praktisch sind es etwas mehr, vllt. 1,7 -2,0 V. Zu glauben das 1 Elektron mit 5 eV drei Metallionen zu je 1,5 V reduzieren könnte ist falsch! Das ginge nur, wenn man den Strom zu 1,6 V und der dreifachen Stromstärke transformieren würde! Alternativ gingen 3 Akkus zu 1,5 V in Reihe, aber die würden sich eben wie ein 4,5 V Akku verhalten!
Ähnlich wie bei der QuantenTheorie, wo ein Photon nur ein Elektron freisetzen kann, kann ein Elektron nur ein Ion zur Reaktion bringen.
Daher kann die 2. Rechnung nicht funktionieren und die 1. stimmt ja auch besser mit der Praxis überein.
Zur Schonung des Akkus wird der Ladestrom gegen Ende verringert und noch langsamer geladen.
Man 'kann' schon...die Frage ist halt, wie sinnvoll das ist.
5 V ist nun mal die StandardSpannung an USB und 3,7 V die von Li-Akkus. Da passt das ganz gut. Die LadeSpannung ist etwas höher, was immer so ist, ein Teil geht immer ab...passt.
Weil sich alle darauf einschießen, die StandardSpannung von HaushaltsBattys abee 1,5 V ist, gibt es natl. auch Lösungen, bei denen 1,5 V Akkus per USB mit 5 V geladen werden. Im schlechtesten Fall verpuffen halt 3,5 V irgendwo in Wärme. Wenn das Gerät dafür ausgelegt ist, wird der Ladestrom schon nicht zu hoch werden und an USB sind eigentlich 0,5 A (×5 V=2,5 W) Standard. Ladegeräte teilweise 5 oder 10 W, inzwischen auch mehr, DAS aber nur, wenn sich beide Geräte 'abgesprochen' haben.
Du kannst auch an einen Akku mit 3.7V keine 5V einfach so anlegen. Du musst den Ladestrom begrenzen und das macht der Laderegler.
Entweder ist das eine Linearstromquelle oder ei Schaltregler wobei letzterer wesentlich effizienterer ist.
Wichtig dabei ist das als Ladegerät bezeichnete Handynetzteil ist ein Netzteil aber nicht der Laderegler. Der Laderegler sitzt im Handy und ist dabei eigentlich immer ein Schaltregler.
Bei NiCD- und NiMH-Akkus ist eine höhere Ladespannung zwar nötig, weil die Spannung durch den eingelegten Akku und dessen Innenwiderstand heruntergezogen wird. Aber 5 V sind bei einem 1,2V-Akku bzw. bei einem 1,5V-Akku eindeutig zu viel. Die überschüssige Spannung bringt den Akku zum Kochen, was der Lebensdauer schadet.
Maßgebend ist nach Anlegen der Spannung der Strom, welcher zum Laden zur Verfügung steht.
Und da gilt die Rechnung:
Ladezeit = Akkukapazität : Ladestrom · √2
Bei einem 1,5V-Akku mit 1 Ah und einem Ladestrom von 0,5 A bedeutet das:
t = 1 Ah : 0,5 A · 1,41 = 2,82 h (2 h 49 min)
Und damit kommt man auch schon nah an die von Dir gemessene Zeit heran.
Rechnung 1 stimmt für Linear Laderegler. Die verheizen die überschüssige Leistung.
Rechnung 2 stimmt für Schaltladeregler.
Du kannst allerdings direkt am Akku keine 5V Spannung haben. Sprich wenn du es ohne Laderegler mit Strombegrenzung betrachtest stimmt nur Rechnung 1, weil Rechnung 2 davon ausgeht, dass du 5V am Akku hättest, bei dieser Spannung wäre der Akku aber schon defekt.
Die zweite Rechnung ist natürlich besser. Man muss immer auch die Spannung mit berücksichtigen. Es ist also immer am besten so etwas über die Energie und Leistung zu berechnen.
Das Problem ist jetzt aber, dass auf der 5V Seite vermutlich gar keine 0,5 A fließen, sondern ein viel kleinerer Strom. Hast du das mal nachgemessen?
Ich hab an dem Ladegerät (normaler Handylader mit 5V) ein Usb-Volt-Ampere-Meter, dieser zeigt fast kontinuirlich 5 Volt, der Strom ist aber von anfangs 0,5A hin zu 0,3A gesunken. Das wären ja immer noch 1,5Wh / 1,5W = 1h = 60 min was mir sehr schnell erscheint.
1h ist normales Schnellladen.
Die meisten Akkus können mit 1 bis 2 C geladen werden.
2C bei deinem Akku wäre ein Ladestrom von 2A auf der Akkuseite
1C wäre bei dir 1A.
Wenn die 0.5A Eingangsseitig sind vorm Laderegler sagen die nicht zwingend etwas über den tatsächlichen Ladestrom aus. Der kann höher liegen.
Das heißt also dein Ladegerät hat insgesamt ca. 5 V * 0,3 A * 3 h = 4,5 Wh an Energie abgegeben. Der Akku hat aber nur 1,5 Wh aufgenommen. Dann müssen die restlichen 3 Wh irgendwo verloren gegangen sein. Bei der Spannungswandlung treten z.B. Verluste auf. Außerdem hast du noch Ladeverluste am Akku, da du mehr als 1,5 V benötigst, um den Akku zu laden. Auch um Kabel kann Energie verloren gehen. trotzdem ist es schon ziemlich extrem, wenn 2/3 verloren geht. Normalerweise sollte es nur 1/4 bis 1/3 sein.
Ich gehe daher davon aus, dass der Strom im Laufe des Ladevorgangs noch viel weiter gesunken ist und nicht die ganze Zeit bei 0,3 A war.
Kommt auf den Laderegler an. Ganz billige Laderegler sind Linearregler die verheizen die Überschüssige Leistungen 70% Verluste sind nicht unrealistisch.
Ich hab noch nie ein Handy Ladegerät gesehen, bei dem das der Fall war. Selbst die ganz billigen verwenden normalerweise einen Spannungswandler.
Es handelt sich hierbei um einen älteren NiMH Akku, keinen LiPo. Soweit ich das einschätzen kann, ist da nichts mit schnell laden. Was sein kann, dass intern im Ladegerät die 5 Volt, die am Voltmeter angezeigt werden, auf 1,5 o.ä. umgewandelt werden - kann ja außer in die Wärme sonst nirgendwo verschwinden.
Die Handyladegeräte sind nicht der Laderegler.
Die Ladegeräte liefern einfach nur die Spannung der Akku selbst wird durch die nachgeschaltene Ladeelekronik geladen.
Handys verwenden natürlich einen Schaltspannungsregler der ist ja auch effizienter.
Aber zB für Rundzellen gibts ja so Ladegeräte die du zB per USB versorgst und die können unter Umständen einen Linearregler verbaut haben.
Was sein kann, dass intern im Ladegerät die 5 Volt, die am Voltmeter angezeigt werden, auf 1,5 o.ä. umgewandelt werden
Das kann nicht nur sein sondern ist sicher so. Du kannst keine 5V direkt an die Zelle anlegen da ist die defekt.
kann ja außer in die Wärme sonst nirgendwo verschwinden.
Bei Linearreglern hast du recht, bei Schaltreglern nicht. Da wird aus 5V 0.5A zB 2V 1.25A gemacht.
Wenn du 5V an den Akku anlegst, dann fließt aber viel mehr als 0,01 A. Um den Strom so niedrig zu bekommen, muss sich vor dem Akku noch ein Widerstand befinden z.B. in Form eines Linearreglers. Dann fällt der Großteil der Spannung an dem Widerstand ab und am Akku liegen dann nur noch 1,5 V an.
Der Akku ist in etwa eine Spannungsquelle in Serie mit einem Widerstand somit gilt das ohmsche Gesetz und die Akkuspannung und der Akkustrom sind nicht unabhängig voneinander.
Nehmen wir 1.5V Quellspannung mit 100 Milliohm Widerstand an. Eine Klemmenspannung von 5V am Akku würde damit einen Strom von 35A bedeuten.
Du kannst an einem 1.5V Akku keine 5V anlegen, das ist der Grund warum Rechnung 2 nicht stimmt.
Die Akkuspannung ergibt sich ja aus der Quellspannung die eben irgengendwo um 1.5V liegt + dem Spannungsabfall am Widerstand. Wenn wir von 100mOhm Innenwiderstand bei kleinen Akkus ausgehen müssten da um die 35A in den Akku fließen damit seine Klemmenspannung 5V betragen könnte was ja gar nicht geht.
Rechnung 2 würde allerdings gelten wenn man einen Schaltladeregler zwischenschaltet.