Tutorial - Wie behandel ich meinen Akku? LiIon und LiFePo4

Mein Board, mein Housing, mein Akku…
Die Energieversorgung stellt immernoch eine kleine Herausforderung dar.

Wie bereits versprochen, hier ein allgemeines TUT über LiPo, LiIon, LiFePo4 - und weitere.

Dabei wie immer: Der Sicherheitsaspekt geht vor.

Auf dem Bild sieht man 3 Akkutypen. Und ihre Nennspannungen. Diese Spannungen befinden sich meist nicht auf den Datenblättern.
Dies ist die Spannungslage, innerhalb derer man die Akkus sicher betreiben kann.

Schauen wir uns die Typen genauer an, bevor wir auf ihre Behandlung und Ladezustände eingehen:

LiPo.
Dieser Akku wird angewendet, wenn kleine Baugrößen oder spezialisierte Teile gefordert sind. Diese Akkus können sehr leicht in jeder erdenklichen Größe gefertigt werden. Der Nachteil ist natürlich die niedrige Lebensdauer. Diese Akkus werden in 2 Modellen hergestellt:

LiCoO2
LiCo(III)O2

Ersteres (LiCoO2) verkaufe ich hauptsächlich. Diese Akkus sind sehr reaktionsträge, haben niedrige Entladeraten, sind nicht sehr spannungsstabil, und auch nicht zyklenstark (bis 500 Zaklen auf 70%). Jedoch machen genau diese Eigenschaften die Akkus zu den sichersten LiPo, die es gibt. Achja, sie sind auch sehr günstig :smiley:
Edit: Einsatzgebiete dieser Akkus sind Fahrradlampen, Kopfhörer, Autonavi, bzw. praktisch alles, was nicht oft geladen werden muss und daher keine zyklenstarken Akkus braucht.

Der LiCo(III)O2 Akku wird hauptsächlich in Smartphones und Tablets verbaut. Er hat eine 20-30% höhere Speicherdichte, ist zyklenstabil bis 700 Zyklen auf 70% Restkapazität, und liefert eine stabile Ausgangsspannung. Man sieht jedoch an vielen Beispielen Apple/Samsung, was die Akkus machen, wenn sie mal Fehler haben.

LiIon
Diese Akkus gibt es hauptsächlich in der genormten runden Ausführung. Alle Akkus haben eine Metallummantelung.
Diese Akkus können alles vereinen, was man bei sich zuhause gerne sieht:
Ein langes Leben (bis 10 Jahre),
eine hohe Speicherdichte,
weit über 1.000 Zyklen,
es gibt thermisch sichere Zellen, und thermisch aktive,
und hier kommt das große Problem mit LiIon.

Viele Hersteller haben, nicht nur um Kundensicherheit zu garantieren, sondern auch um die internationalen UN Transporttests zu bestehen, ihre Akkus mit sicheren Separatoren ausgestattet.

Wir haben selbst herausgefunden, dass die Tenpower Zellen, die wir versehentlich extrem teuer in China bestellt haben, solche Zellen sind, die sich bei Defekt sofort abschalten.
https://www.theeremit.de/c/li-ion-akkus


Der Schaum an den Rändern der Tenpower ist übrigens nur Klebezeug zum fixieren, das kommt nicht aus der Zelle :wink:

Die günstigen Zellen, die wir vertreiben, schaffen es gerade so durch die Sicherheitstests, daheim haben wollen würde ich sowas dennoch nicht. Wir verkaufen sie nurnoch ab, danach kommen uns nurnoch Tenpower ins Haus.

Edit:
Ein weiterer großer Unterschied: Die Tenpower Zellen sind Li-NCM - zu erkennen an dem INR18650 auf der Zelle.
Die günstigen Zellen sind LCO Zellen. Zu erkennen an dem ICR18650 auf der Zelle.
Also merke: Steht ein INR drauf, ist sie safe, steht ICR drauf, lieber weg werfen.
Deutlicher wird das auf einer Grafik (Quelle: Präsentation Seite 81 2018 DfR Solutions):
grafik

LCO = ICR
NMC = INR
LFP = IFR = LiFePo4 (die sichersten Lithium Zellen)

Auch günstige Powerbanks haben thermisch aktive Zellen drin. Denn diese werden meist nicht geprüft oder als ein komplettes Bauteil deklariert, um nicht geprüft werden zu müssen, sodass die Zellqualität praktisch immer am unteren Ende ist.

Daher kann man da ganz einfach sagen: Wer billig käuft, käuft nicht nur 2 Mal - sondern spielt auch mit seinem Leben.

Kommen wir noch kurz zur dritten Akkuart, das ist der

LiFePo4

Der Akku ist der fast sicherste weltweit. Durch die niedrige Energiedichte und Reaktionsträgheit ist es praktisch unmöglich, diesen Akku zum explodieren zu bringen.

Die Anzahl der Zylken beläuft sich auf 3.000 von 0 auf 100, wenn man, wie bei anderen Herstellern, das Blei-Äquivalenz 0 auf 80 nimmt, dann sogar knapp 4.000 Zyklen.
Auch ein langes Leben kann ihnen gewährt werden. Ich kann leider nicht für alle sprechen, aber bei unseren „billig-Zellen“ (wir produzieren gerade noch extrem hochwertige, diese kommen aber erst in 1-2 Monaten raus) ist das Alter auf 15 Jahre bei 80% / 20 bei 70%* beziffert.
*Restkapazität
Dieses Alter gilt natürlich nur, wenn er nicht gecycled wird.
Sony kommt auf weit über 10.000 zyklen und ist als der Erfinder des Lithium praktisch ungeschlagen in der Zellqualität.´.

Was natürlich nichts gegen den Meister ist:

LTO (Lithium-Titanat-oxid), die auf bis 30 Lebensjahre oder 50.000 Zyklen kommen können.

Kommen wir zum Laden und Entladen:

Durch andere Threads, viele gute Infos von anderen Usern, und viele Diskussionen (mit tollen Projekten), habe ich es dennoch auf diesen 3 Grundbauteilen belassen, die besonders leicht verständlich und leicht zu besorgen sind:

Alle Informationen zur Verschaltung findet ihr in: Tutorial - Bau dir deine eigene Powerbank

  1. TP5000: Ideal zum Laden von LiIon/LiPo/LiFePo4. Interne Schutzschaltung des Akkus muss aber vorausgesetzt sein. Also immer: Akkus mit Schutzschaltung kaufen.
    https://www.ebay.de/itm/TP5000-4-2-V-3-6-V-1a-Lithium-Ladegerat-fur-LadebordwandZJP-W-CBL/392351524589?hash=item5b59f926ed:g:pGgAAOSwu9Jb0~tf
    Wie so eine Schutzschaltung meist aussieht findet ihr auch hier: Tutorial - Bau dir deine eigene Powerbank

  2. TP4056: zum Laden von LiIon/LiPo, auch jenen, die keine Schutzschaltung besitzen. https://www.ebay.de/itm/10-Stuck-LiPo-Micro-USB-Lademodul-5V-1A-18650-wie-TP4056-TE420/153549421797?hash=item23c0423ce5:g:vE4AAOSwThVc4~Fm
    Wie dies angeschlossen wird - auch hier - bitte dort nachlesen:
    Tutorial - Bau dir deine eigene Powerbank

  3. Und natürlich den USB Stepup, um die Spannung vom Akku wieder auf 5V zu bekommen und nutzen zu können.
    https://www.ebay.de/itm/DC-Boost-conversion-3V-3-3V-3-7V-4-2V-TO-5V-1A-2A-USB-Step-Up-Mobile-Power-New/272589643194?hash=item3f779bddba:g:DWkAAOSwfdNbvbNX

Wie behandel ich nun die Akkus?

Das ist eine sehr schwierige Frage. „Behandeln“ kann man Lithium Akkus nicht wirklich, da die Elektronik davor schon alles regelt. Aber ein paar Kernthemen sollte man dennoch ansprechen:

LiPo Akkus sind die Diven und wollen exakt 50% (3,85V) Ladung. Alles Andere fördert die Zellzersetzung. Dennoch heißt dies nicht, dass man ihn zerstört, wenn man ihn komplett (auf 3V) entlädt oder (auf 4,2V) lädt. Es bedeuted, dass man diese Akkus nicht in einem vollen oder leeren zustand lagern sollte, da die Lebenszeit - als Beispiel - bei einem 4,1-4,2V Akku auf 3 Jahre gelagert um ca. 1 Jahr abnehmen kann. Bei einer maximalen Lebenszeit von 4-7 Jahren (unbenutzt) sind die Auswirkungen am Ende natürlich trotzdem gravierend. Kurzzeitige Lagerungen auf Wochen von vollen oder leeren Akkus schaden diesen nicht so sehr wie angenommen.

LiIon Akkus fühlen sich in Zuständen zwischen 20-80% wohl. Auch Lagerungen bei Spannungen um 3-3,5V oder 4-4,2V sind kein Problem, und greifen die Lebenszeit nicht so sehr an wie LiPo. Wenn man den richtigen Akku erwischt, und nicht zu billig käuft, kann man hier lange Freude haben.
Aber auch hier: Die interne Schutzschaltung schaltet meist erst bei 2,5V ab. Wer seinen Akku also länger lagern möchte, sollte vor der Lagerung das Ladekabel 5 Minuten anschließen, um sicher zu gehen, dass der Akku die Lagerzeit sicher übersteht.

LiFePo4 Akkus mögen es voll. Diese werden meist bei 70-80% Ladung geliefert und auch bei der Lagerung sollte man sie auf mindestens 90% voll laden.
Der Verlust bei Lagerung beträgt ca. 4% der Eigenkapazität pro Monat. Hinzu kommt ein Memory Effekt der Zellen. Der Akku kann verschiedene Spannungen beim selben Ladungszustand annehmen, sodass ein vermeintlich voll geladener Akku nach dem Aufladen direkt wieder um 0,2V in der Spannung einbricht.
Problematisch wird es bei euren Projekten, wenn Sohn/Tochter die Nacht über die Box laufen lassen, und das Teil dann leer für mehrere Wochen in den Schrank wandert. Dies könnte schon ein Todesurteil des Akkus bedeuten.

Man sieht also: Wenn man sich von anfang an einen ordentlichen Akku holt, und weiß, was er kann, kann man auch relativ sorglos mit ihm umgehen, und ihm trotzdem ein langes Leben bescheren. Mehr wüsste ich jetzt nicht über Akkus zu sagen. 3 Threads darüber sollten auch reichen.

Ich hoffe, es war informativ. Sollten Verbesserungsvorschläge oder Fragen kommen, beantworte ich diese gerne.

Ein Edit möchte ich dann doch noch machen, was ich persönlich auf dem Herzen habe:
Wenn ein Akku eine Schutzschaltung hat, dann ist er 100% geschützt. Zumindest bei mir.
Theoretisch kann man einen solchen Akku auch direkt an 5V USB2 oder USB3 oder an eine Solarzelle klemmen. Ohne Ladegerät. Entweder der Akku nimmt die Spannung an, oder nicht. Wenn er voll ist, schaltet er sich immer selbst ab. Auch bei Kurzschluss, Überladung, zu hoher Überlast.
Wenn man sich einen Akku mit Schutzschaltung kauft, kauft man sich Sicherheit. Sonst gäbe es diese Schaltungen nicht.
Das bedeuted nicht, dass jeder seinen Akku jetzt schlecht behandeln kann, denn Lebenszeit kostet jede Fehlbehandlung wie bspw. eine dauerhafte Überlastung. Jedoch wird ein Akku nie in Flammen aufgehen, wenn man ihn falsch lädt, oder mal kurz schließt. Das bitte bedenken. Mit einem Akku mit Schutzschaltung können auch Laien sicher basteln.

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Wie immer, danke für den Beitrag!

Eine Sache habe ich aber: Es heißt Thread (Faden) nicht Threat (Bedrohung). Im Falle von Akkus ein nicht zu unterschätzender Unterschied. :wink:

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Danke @Eremit_LiPos sehr Informativ

Edit: Ich hab das mal editiert, und die richtige Mention eingesetzt. Bitte drauf achten @Erni. Danke.

Danke fürs Feedback.

Ich bin aber noch weiterhin am editieren.
Letzter Edit: Wie man im weiten Markt überhaupt sichere18650 Zellen findet, und wie man die thermisch instabilen Zellen aufgrund des Aufdrucks auf der Zelle finden und meiden kann.

Ich weiß ehrlich gesagt nicht, ob das ständige editieren die beste Herangehensweise ist. Bei so langen Beiträgen macht es das für den interessierten Leser sehr schwer die „neuen“ Stellen zu finden. Jedes Mal muss der ganze Post durchgegangen werden. Ich fände es besser du würdest das in Häppchen aufteilen die dann aber auch so bleiben (von Fehlerkorrekturen abgesehen, is klar, dafür sind edits ja eigentlich da).