- Einfaches LadegerätBearbeiten
- SchnellladegerätBearbeiten
- Dreistufiges LadegerätBearbeiten
- Induktives LadegerätBearbeiten
- Intelligentes LadegerätBearbeiten
- Bewegungsbetriebenes LadegerätBearbeiten
- ImpulsladegerätBearbeiten
- SolarladegerätBearbeiten
- Zeitgesteuertes LadegerätBearbeiten
- ErhaltungsladungBearbeiten
- Universal-Batterieladegerät-AnalysatorBearbeiten
- USB-basiertes LadegerätBearbeiten
- Power bankEdit
- AkkutaschenBearbeiten
Einfaches LadegerätBearbeiten
Ein einfaches Ladegerät liefert eine konstante Gleichstrom- oder gepulste Gleichstromquelle an eine zu ladende Batterie. Ein einfaches Ladegerät ändert seine Leistung normalerweise nicht in Abhängigkeit von der Ladezeit oder dem Ladezustand der Batterie. Diese Einfachheit bedeutet, dass ein einfaches Ladegerät preiswert ist, aber es gibt Kompromisse. Ein sorgfältig konzipiertes einfaches Ladegerät braucht in der Regel länger, um eine Batterie zu laden, weil es auf eine niedrigere (d. h. sicherere) Ladegeschwindigkeit eingestellt ist. Dennoch werden viele Batterien, die zu lange in einem einfachen Ladegerät bleiben, durch Überladung geschwächt oder zerstört. Diese Ladegeräte unterscheiden sich auch darin, dass sie entweder eine konstante Spannung oder einen konstanten Strom an die Batterie liefern können.
Einfache AC-betriebene Batterieladegeräte haben in der Regel einen viel höheren Ripplestrom und eine höhere Ripplespannung als andere Arten von Batterieladegeräten, weil sie billig konstruiert und gebaut sind. Wenn der Restwelligkeitsstrom innerhalb der vom Hersteller empfohlenen Werte liegt, liegt auch die Restwelligkeitsspannung im Allgemeinen innerhalb der empfohlenen Werte. Der maximale Ripplestrom für eine typische 12-V-100-Ah-VRLA-Batterie beträgt 5 Ampere. Solange der Restwelligkeitsstrom nicht übermäßig hoch ist (mehr als das 3- bis 4-fache des vom Batteriehersteller empfohlenen Wertes), liegt die erwartete Lebensdauer einer mit Restwelligkeit geladenen VRLA-Batterie innerhalb von 3 % der Lebensdauer einer mit konstantem Gleichstrom geladenen Batterie.
SchnellladegerätBearbeiten
Schnellladegeräte verwenden einen Steuerschaltkreis, um die Batterien schnell zu laden, ohne die Zellen in der Batterie zu beschädigen. Die Steuerschaltung kann in die Batterie eingebaut sein (in der Regel für jede Zelle) oder im externen Ladegerät, oder sie kann zwischen beiden aufgeteilt sein. Die meisten dieser Ladegeräte verfügen über ein Kühlgebläse, um die Temperatur der Zellen auf einem sicheren Niveau zu halten. Die meisten Schnellladegeräte sind auch in der Lage, als Standard-Nachtladegeräte zu fungieren, wenn sie mit Standard-NiMH-Zellen verwendet werden, die nicht über die spezielle Steuerschaltung verfügen.
Dreistufiges LadegerätBearbeiten
Um die Ladezeit zu beschleunigen und eine kontinuierliche Ladung zu ermöglichen, versucht ein intelligentes Ladegerät, den Ladezustand und die Kondition der Batterie zu erkennen und wendet ein dreistufiges Ladeschema an. Die folgende Beschreibung geht von einer verschlossenen Blei-Säure-Traktionsbatterie bei 25 °C aus. Die erste Stufe wird als „Massenaufnahme“ bezeichnet; der Ladestrom wird hoch und konstant gehalten und ist durch die Kapazität des Ladegeräts begrenzt. Wenn die Spannung der Batterie ihre Ausgasungsspannung erreicht (2,22 Volt pro Zelle), schaltet das Ladegerät auf die zweite Stufe um und die Spannung wird konstant gehalten (2,40 Volt pro Zelle). Der abgegebene Strom sinkt bei gleichbleibender Spannung, und wenn der Strom weniger als 0,005C erreicht, geht das Ladegerät in die dritte Stufe über, und der Ausgang des Ladegeräts wird konstant auf 2,25 Volt pro Zelle gehalten. In der dritten Stufe ist der Ladestrom mit 0,005C sehr gering, und bei dieser Spannung kann die Batterie auf voller Ladung gehalten und die Selbstentladung kompensiert werden.
Induktives LadegerätBearbeiten
Induktive Batterieladegeräte nutzen die elektromagnetische Induktion zum Laden von Batterien. Eine Ladestation sendet elektromagnetische Energie durch induktive Kopplung an ein elektrisches Gerät, das die Energie in den Batterien speichert. Dazu sind keine Metallkontakte zwischen dem Ladegerät und der Batterie erforderlich. Induktive Batterieladegeräte werden häufig in elektrischen Zahnbürsten und anderen Geräten im Badezimmer eingesetzt. Da es keine offenen elektrischen Kontakte gibt, besteht auch keine Gefahr eines Stromschlages. Heutzutage werden sie zum Aufladen von Mobiltelefonen verwendet.
Intelligentes LadegerätBearbeiten
Ein „intelligentes Ladegerät“ sollte nicht mit einer „intelligenten Batterie“ verwechselt werden. Eine intelligente Batterie ist im Allgemeinen definiert als eine Batterie, die eine Art elektronisches Gerät oder einen „Chip“ enthält, der mit einem intelligenten Ladegerät über die Eigenschaften und den Zustand der Batterie kommunizieren kann. Eine intelligente Batterie erfordert im Allgemeinen ein intelligentes Ladegerät, mit dem sie kommunizieren kann (siehe Daten zu intelligenten Batterien). Ein intelligentes Ladegerät ist definiert als ein Ladegerät, das auf den Zustand einer Batterie reagieren und seine Ladevorgänge entsprechend anpassen kann.
Einige intelligente Ladegeräte sind so konzipiert, dass sie:
- „intelligente“ Batterien mit internen Schutz-, Überwachungs- oder Verwaltungsschaltkreisen aufladen können.
- „dumme“ Batterien, die keine internen elektronischen Schaltkreise aufweisen.
Der Ausgangsstrom eines intelligenten Ladegeräts hängt vom Zustand der Batterie ab. Ein intelligentes Ladegerät kann die Batteriespannung, die Temperatur oder die Ladezeit überwachen, um den optimalen Ladestrom zu ermitteln und den Ladevorgang zu beenden.
Bei Ni-Cd- und NiMH-Batterien steigt die Spannung an der Batterie während des Ladevorgangs langsam an, bis die Batterie vollständig geladen ist. Danach sinkt die Spannung, was einem intelligenten Ladegerät anzeigt, dass die Batterie vollständig geladen ist. Solche Ladegeräte werden oft als ΔV-, „Delta-V“- oder manchmal auch als „Delta-Peak“-Ladegeräte bezeichnet, was darauf hinweist, dass sie die Spannungsänderung überwachen.
Das Problem ist, dass die Größe des „Delta-V“ sehr klein oder sogar inexistent werden kann, wenn (sehr) hochkapazitive Akkus aufgeladen werden. Dies kann dazu führen, dass selbst ein intelligentes Ladegerät nicht erkennt, dass die Akkus eigentlich schon voll geladen sind, und weiter lädt. In manchen Fällen führt dies zu einer Überladung der Batterien. Viele so genannte intelligente Ladegeräte verwenden jedoch eine Kombination von Abschaltsystemen, die in den allermeisten Fällen eine Überladung verhindern sollen.
Ein typisches intelligentes Ladegerät lädt eine Batterie in weniger als einer Stunde auf etwa 85 % ihrer maximalen Kapazität auf und schaltet dann auf Erhaltungsladung um, die mehrere Stunden dauert, bis die Batterie ihre volle Kapazität erreicht hat.
Bewegungsbetriebenes LadegerätBearbeiten
Verschiedene Unternehmen haben damit begonnen, Geräte herzustellen, die Batterien auf der Grundlage menschlicher Bewegungen aufladen. Ein Beispiel, hergestellt von Tremont Electric, besteht aus einem Magneten, der zwischen zwei Federn gehalten wird und eine Batterie aufladen kann, wenn das Gerät auf und ab bewegt wird, z. B. beim Gehen. Solche Produkte haben bisher noch keinen nennenswerten kommerziellen Erfolg erzielt.
Ein pedalbetriebenes Ladegerät für Mobiltelefone, das in Schreibtische eingebaut wird, wurde von der belgischen Firma WeWatt entwickelt und in öffentlichen Räumen wie Flughäfen, Bahnhöfen und Universitäten in einer Reihe von Ländern auf mehreren Kontinenten installiert.
ImpulsladegerätBearbeiten
Einige Ladegeräte verwenden die Impulstechnik, bei der eine Reihe von Spannungs- oder Stromimpulsen in die Batterie eingespeist wird. Die Gleichstromimpulse haben eine streng kontrollierte Anstiegszeit, Impulsbreite, Impulswiederholrate (Frequenz) und Amplitude. Diese Technologie soll mit Batterien jeder Größe, Spannung, Kapazität oder Chemie funktionieren, einschließlich Fahrzeugbatterien und ventilgeregelten Batterien.
Mit der Impulsladung können hohe Momentanspannungen angelegt werden, ohne die Batterie zu überhitzen. Bei einer Blei-Säure-Batterie werden dadurch Bleisulfatkristalle abgebaut, was die Lebensdauer der Batterie erheblich verlängert.
Einige Arten der Impulsladung sind patentiert. Andere sind Open-Source-Hardware.
Einige Ladegeräte verwenden Impulse, um den aktuellen Zustand der Batterie zu prüfen, wenn das Ladegerät zum ersten Mal angeschlossen wird, dann verwenden sie Konstantstromladung während der Schnellladung, dann verwenden sie Impulsladung als eine Art Erhaltungsladung.
Einige Ladegeräte verwenden „negative Impulsladung“, auch „Reflexladung“ oder „Rülpsladung“ genannt, wobei sie sowohl positive als auch kurze negative Stromimpulse verwenden. Es gibt jedoch keine signifikanten Beweise dafür, dass das Laden mit negativen Impulsen effektiver ist als das normale Impulsladen.
SolarladegerätBearbeiten
Solarladegeräte wandeln Lichtenergie in Niederspannungs-Gleichstrom um. Sie sind in der Regel tragbar, können aber auch fest montiert sein. Fest montierte Solarladegeräte werden auch als Solarmodule bezeichnet. Solarmodule sind häufig über Steuer- und Schnittstellenschaltungen an das Stromnetz angeschlossen, während tragbare Solarladegeräte netzunabhängig verwendet werden (z. B. in Autos, Booten oder Wohnmobilen).
Obwohl tragbare Solarladegeräte ihre Energie ausschließlich von der Sonne beziehen, können sie (je nach Technologie) auch bei schwachem Licht (d. h. bei Bewölkung) eingesetzt werden. Tragbare Solarladegeräte werden häufig zum Erhaltungsladen verwendet, obwohl einige Solarladegeräte (je nach Wattzahl) Batterien vollständig aufladen können. Es gibt auch andere Geräte, die dies mit anderen Energiequellen kombinieren, um die Aufladeleistung zu erhöhen.
Zeitgesteuertes LadegerätBearbeiten
Der Ausgang eines Timer-Ladegeräts wird nach einer vorher festgelegten Zeit beendet. In den späten 1990er Jahren waren Timer-Ladegeräte beispielsweise der gängigste Typ für Ni-Cd-Zellen mit hoher Kapazität (Ni-Cd-Zellen mit geringer Kapazität wurden in der Regel mit einem einfachen Ladegerät geladen).
Oft konnte ein Timer-Ladegerät und ein Satz Batterien als Paket gekauft werden, und die Ladezeit wurde auf diese Batterien eingestellt. Wenn Batterien mit geringerer Kapazität geladen wurden, wurden sie überladen, und wenn Batterien mit höherer Kapazität geladen wurden, wurden sie nur teilweise geladen. Da die Batterietechnologie von Jahr zu Jahr an Kapazität gewinnt, würde ein altes Timer-Ladegerät die neueren Batterien nur teilweise aufladen.
Timer-basierte Ladegeräte hatten auch den Nachteil, dass das Laden von Batterien, die nicht vollständig entladen waren, selbst wenn diese Batterien die richtige Kapazität für das jeweilige Timer-Ladegerät hatten, zu einer Überladung führte.
ErhaltungsladungBearbeiten
Ein Erhaltungsladegerät ist in der Regel ein Batterieladegerät mit niedrigem Strom (in der Regel zwischen 5 und 1.500 mA) oder einem Betriebsmodus für Erhaltungsladung. Ein Erhaltungsladegerät wird im Allgemeinen zum Laden von Batterien mit kleiner Kapazität (2-30 Ah) verwendet. Diese Arten von Batterieladegeräten werden auch zur Wartung von Batterien mit größerer Kapazität (> 30 Ah) verwendet, die typischerweise in Autos, Booten, Wohnmobilen und anderen Fahrzeugen zu finden sind. Bei größeren Anwendungen reicht der Strom des Batterieladegeräts nur aus, um einen Wartungs- oder Erhaltungsstrom zu liefern (die Erhaltungsladung ist in der Regel die letzte Ladestufe der meisten Batterieladegeräte). Je nach Technologie des Erhaltungsladegeräts kann es unbegrenzt lange an der Batterie angeschlossen bleiben. Einige Batterieladegeräte, die an der Batterie angeschlossen bleiben können, ohne die Batterie zu beschädigen, werden auch als intelligente Ladegeräte bezeichnet. Einige Batterietypen sind für die Erhaltungsladung nicht geeignet. Die meisten Lithium-Ionen-Batterien können beispielsweise nicht sicher im Erhaltungsladeverfahren geladen werden, und die dabei entstehenden Schäden können ausreichen, um einen Brand oder sogar eine Explosion zu verursachen.
Universal-Batterieladegerät-AnalysatorBearbeiten
Die anspruchsvollsten Typen werden in kritischen Anwendungen (z. B. Militär- oder Luftfahrtbatterien) eingesetzt. Diese hochleistungsfähigen automatischen „intelligenten“ Ladesysteme können mit komplexen, vom Batteriehersteller vorgegebenen Ladezyklen programmiert werden. Die besten sind universell (d.h. sie können alle Batterietypen laden) und verfügen auch über automatische Kapazitätstests und Analysefunktionen.
USB-basiertes LadegerätBearbeiten
Da die Spezifikation des Universal Serial Bus eine 5-Volt-Stromversorgung (mit begrenzter Höchstleistung) vorsieht, ist es möglich, ein USB-Kabel zu verwenden, um ein Gerät mit einer Stromversorgung zu verbinden. Zu den Produkten, die auf diesem Ansatz basieren, gehören Ladegeräte für Mobiltelefone, tragbare digitale Audio-Player und Tablet-Computer. Es kann sich dabei um vollständig konforme USB-Peripheriegeräte handeln, die sich an die USB-Stromversorgungsdisziplin halten, oder um unkontrollierte Geräte im Sinne der USB-Dekoration.
Power bankEdit
Eine Powerbank ist ein tragbares Gerät, das über einen USB-Anschluss Strom aus seinem eingebauten Akku liefern kann.
Powerbanks sind beliebt zum Aufladen kleinerer batteriebetriebener Geräte mit USB-Anschlüssen wie Mobiltelefone und Tablet-Computer und können als Stromversorgung für verschiedene USB-betriebene Zubehörteile wie Lampen, kleine Ventilatoren und externe Ladegeräte für Digitalkameras verwendet werden. Sie werden normalerweise mit einem USB-Netzteil aufgeladen. Die Powerbank enthält einen Steuerschaltkreis, der sowohl das Aufladen des Akkus regelt als auch die Akkuspannung in 5,0 Volt für den USB-Anschluss umwandelt.
Einige Powerbanks sind in der Lage, Strom drahtlos zu liefern.
Einige Powerbanks haben eine Durchgangsladefunktion, die es ermöglicht, Strom über ihre USB-Anschlüsse zu liefern, während sie selbst gleichzeitig geladen werden.
Einige größere Powerbanks haben einen Gleichstromanschluss (oder Barrel-Anschluss) für höhere Leistungsanforderungen, wie z.B. bei Laptops.
AkkutaschenBearbeiten
Akkutaschen sind kleine Powerbanks, die wie eine Tasche an der Rückseite eines Mobiltelefons befestigt werden. Die Stromversorgung kann über die USB-Ladeanschlüsse oder drahtlos erfolgen.
Akkufächer gibt es auch in Form eines Kameragriffs, wie beim Nokia Lumia 1020.
Für Mobiltelefone mit abnehmbarer Rückwand gibt es erweiterte Akkus. Dabei handelt es sich um größere interne Akkus, die mit einer speziellen, geräumigeren Rückabdeckung befestigt werden, die die Standardabdeckung ersetzt. Ein Nachteil ist die Inkompatibilität mit anderen Handyhüllen, während sie angebracht sind.