Ladegeräte ermöglichen die Wiederaufladung von Akkumulatoren (wiederaufladbare Batterien). Ein Ladegerät erzwingt den Fluss eines Ladestroms gegen die Spannung des Akkumulators, somit ist die Stromrichtung beim Laden entgegengesetzt der beim Entladen, so dass die elektrochemischen Prozesse im Akku entgegengesetzt ablaufen. Für den Ladeprozess wird Energie benötigt, diese wird in der Regel aus dem Stromnetz entnommen, eventuell auch über ein Netzteil. Bei einem Auto wird die Startbatterie dagegen über die Lichtmaschine (einen Generator) geladen, also mit Energie, die vom Verbrennungsmotor geliefert wird. Akkubetriebene Geräte wie beispielweise Notebooks enthalten bereits eine Ladeelektronik (einen Laderegler). Dies bedeutet, dass diese zum Laden nur noch ein gewöhnliches Netzteil benötigen. Dabei ist von Vorteil, dass die Anforderungen an das Netzteil gering sind und dass der Ladevorgang präziser überwacht werden kann.
Die umgesetzten Energiemengen bei Ladegeräten von Kleinakkumulatoren sind so gering, dass die Energieeffizienz des Ladevorgangs keine wesentliche Rolle spielt. Jedoch kann auch hierbei der Standby-Verbrauch von Ladegeräten eine wesentliche Rolle spielen, die über lange Zeiten eingesteckt sind, etwa zum Zwecke der Erhaltungsladung. Bei größeren Akkus, wie zum Betrieb von Elektroautos oder Gabelstaplern geht es durchaus um nennenswerte Energiemengen, so dass das Ladegerät für eine hohe Energieeffizienz konstruiert werden sollte. Bei guten Ladegeräten werden Wirkungsgrade über 90% erreicht. Dabei arbeiten sie nicht wie kleine Ladegeräte mit Längs-Transistoren, die quasi als regelbare Widerstände fungieren, sondern nach dem Prinzip von Schaltnetzteilen.
Bei der einfachen Aufladung von Akkumulatoren genügt es oftmals nicht, eine einfache Spannungsquelle (Netzteil) an den Akkumulator anzuschließen. Als erstes sollte ein geeigneter Ladestrom gewählt werden. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass eine ausreichend schnelle Ladung gewährleistet wird, ohne dass diese zu hoch ist und eine Überlastung oder Überhitzung des Akkus eintreten kann. Der empfohlene maximale Ladestrom hängt von dem Akku-Typ ab. Bei tief entladenen Lithium-Akkus wäre ein niedriger Ladestrom für den Anfang angemessen. Da die Ladestromstärke relativ empfindlich von der Ladespannung abhängt und bei gegebener Spannung auch vom Ladezustand und der Temperatur, arbeiten die meisten Ladegeräte als Konstantstromquellen, jedenfalls bis der Ladeendzustand erreicht ist. Dabei wird die Ladespannung automatisch so geregelt, dass der gewünschte Ladestrom erreicht wird. Während des Ladens nimmt die Ladespannung allmählich zu, bis das die Ladespannung am Ende etwas schneller wird. Damit der Akku dabei nicht überladen wird, sollte eine automatische Überwachung des Ladezustandes angewendet werden. Dabei wird der Ladestrom nach vollständiger Ladung entweder komplett abgeschaltet oder in eine Erhaltungsladung umgestellt. Das Abschaltkriterium ist dabei meist das Erreichen einer gewissen Ladespannung oder dass die Spannung nach Durchlaufen des sogenannten Gasungsbuckels wieder etwas abfällt. Die einfachste Lösung dabei ist es, zusätzlich zur Konstantstromregelung eine Spannungsbegrenzung auf die gewünschte Ladeendspannung einzubauen. Da Ladevorgänge bei je nach Batterietypen variieren können, sollte das Ladegerät unbedingt zum jeweiligen Typ passen. Manche “intelligenten” Ladegeräte enthalten eine Elektronik, die anhand der elektrischen Charakteristika den angeschlossenen Akku-Typ automatisch erkennen und die Ladeparameter entsprechend einstellen können. Andere Geräte sind manuell auf verschiedene Batterietypen einstellbar. Komplizierte Ladestrategien werden in der Regel mit Hilfe eines Mikroprozessors durchgeführt.
Bei der Ladung von Batterien durch Ladegeräte kann man in unterschiedliche Ladevorgänge unterscheiden. Mit der Schnellladung wird die Ladezeit durch erhöhte elektrische Stromstärke erheblich verkürzt. Allerdings kann dieses die Kapazität des Akkus und auch die Lebensdauer reduzieren. Insbesondere, wenn der Akku nicht ausdrücklich als schnellladefähig bezeichnet ist und durch den Ladeprozess heiß wird. Bei Akku-Typen wie beispielweise Lithium-Ionen-Akkus könnte eine Schnellladung sogar zur völligen Zerstörung sorgen. Auch bei schnellladefähigen Akkus sollte man daher darauf achten, nur hochwertige Schnellladegeräte zu verwenden. Im Gegenzug zu der Schnellladung gibt es die Erhaltungsladung. Dieses bedeutet, dass der angeschlossene Akku entweder kontinuierlich sehr schwach oder regelmäßig für kurze Zeiten mit normalem Strom geladen wird, so dass die Selbstentladung ausgeglichen wird. Dabei bleibt der Akku stets einsatzbereit, und andererseits wird verhindert, dass er durch die Selbstentladung auf Dauer in eine Tiefentladung gerät, die ihn zerstören würde. Bei Bleiakkus ist die Erhaltungsladung immer günstig, da man sie im vollgeladenen Zustand lagern sollte. Bei Lithium-Akkus und Nickel-Akkus dagegen ist eine Erhaltungsladung eher ungünstig, da diese Akkus im vollgeladenen Zustand schneller altern, welches von der Temperatur abhängt. Für die Erhaltungsladung ist daher ein kühler Platz günstig. Ebenso ein Problem bei der Erhaltungsladung ist der Verbrauch, welcher im Standby-Modus entsteht. Der Verbrauch entsteht direkt bei der Selbstentladung und ist in der Regel minimal, jedoch können die Energieverluste des Ladegeräts trotzdem nennenswert sein. Bei der Erhaltungsentladung sollte daher darauf geachtet werden, dass das Ladegerät für einen niedrigen Standby-Verbrauch konstruiert ist. Eine weitere Möglichkeit zur Ladung eines Akkus ist die Regeneration. Wenn Akkus bereits eine deutlich reduzierte Kapazität aufweisen, können diese regeneriert werden, indem sie ein- oder mehrmals ganz entladen und wieder geladen werden. Einzelne Ladegeräte bieten diese Funktion an. Eine weitere Funktion zur Aufladung eines Akkus ist die Einzelzellenüberwachung. Um mehrere Akkus gleichzeitig zu laden, gibt es die Möglichkeit einer Einzelzellenüberwachung. Diese erfolgt, indem die Akkus in Reihe geschaltet sind und somit immer den gleichen Ladestrom erhalten. Diese Lösung funktioniert allerdings nur, wenn alle Akkus aus der gleichen Charge stammen. Die gleiche Charge bedeutet, dass diese Akkus vom gleichen Typ sind, gleich alt sind und zusammen in Serie geschaltet wurden. Ansonsten würde der vollere Akku leicht überladen, was bedeutet, dass seine Lebensdauer verkürzt wird und andere Akkus nicht vollständig geladen werden können. Besser sind daher Ladegeräte mit Einzelzellenüberwachung, bei denen jeder Akku einzeln überwacht wird und daher seinem Zustand entsprechend geladen wird.
Was sind stationäre Batterien?
www.stationäre-batterien.de
Was sind Antriebsbatterien?
www.traktionsbatterie.com
Was sind Photovoltaik Batterien?
www.pv-speicher.com
Wie werden Batterien regeneriert?
www.batterie-regenerieren.de
Wie funktionieren Batterieladegeräte?
www.batterieladegeräte.net