Techniklexikon

NickelKadmiumAkkumulator

Akkumulator mit den Elektroden Nickel (PlusPol) und Kadmium (MinusPol) sowie Kalilauge (Dichte e= 1, 19 g/cm3) als Elektrolyt und mit Zellenspannung Mz=1, 2V. Es werden die beiden Arten offener und gasdichter N. hergestellt. Da der gasdichte N. wartungsfrei. Bauformen gasdichter NiCdAkkumulatoren (v. l. n. r.): Knopfzelle (K5 = 0, 5 Ah), Rundzelle (Ks = 1, 8 Ah), prismatische Zelle (K5 = Ah) robust, hochbelastbar und in jeder Lage einbaufähig ist, wird er im Modellbetrieb angewendet. Die weiteren Angaben beziehen sich auf gasdichte N. ; sie sind auf die Behandlung des offenen NKA. übertragbar. a) Aufbau und Funktion: Nach dem Aufbau der Elektroden unterscheidet man die Masse- und Sinterzelle. Die Massezellen werden in allen 3 Bauformen hergestellt ; Massezellen sind nicht hochbelastbar, haben aber eine geringe Selbstentladung (Kapazitätsverlust A/f 40% bei 20 °C in 12 Monaten). Die Lebensdauer beträgt 10 Jahre oder 300... 400 Zyklen mit Vollentladung, bei Teilentladung > 1000 Zyklen. Die Sinterzellen werden in den Bauformen Rund- und prismatische Zelle hergestellt. Auf Grund des niedrigen Innenwiderstands sind sie hochbelastbar, schnell- und auch dauerladefähig, haben aber eine stärkere Selbstentladung als Massezellen (Kapazitätsverlust A/C=80% bei 20 °C in 3 Monaten). Die Lebensdauer ist höher als die der Massezellen. Der Arbeitstemperaturbereich für Masse- und Sinterzellen ist 20°C... +40°C. Die gasdichten N. Zellen sind ein geschlossenes System, das nicht geöffnet werden u. in das keine Lauge nachgefülltwerden darf. Der Elektrolyt Kalilauge wird im porösen Scheider und den porösen Elektroden gehalten. Dadurch können die Zellen in beliebiger Lage betrieben werden. Durch einen chemischen Kreislauf in der Zelle wird das beim Laden entstehende Gas in der Zelle verzehrt. Bei falschem Laden (Überladen) oder falschem Entladen (Umpolen) kann durch Gasentwicklung die Zelle beschädigtwerden (Aufbauchung) oder Gas über das Sicherheitsventil entweichen. Der damit verbundene Elektrolytverlust führt zur Kapazitätsminderung der Zelle, b) Laden: Das Laden der gasdichten N. soll mit konstantem Strom lL= Ao = 0, • K% bis zum Erreichen der Ladeschlußspannung von (As = 1, 5V je Zelle bei 20 °C erfolgen. Der Ladefaktor beträgt U = 1, 4, d. h. es ist jeweilsdas 1, 4fache der entnommenen Kapazitätnachzuladen. Da die Ladekennlinie der Massezellen im Bereich der Volladung sehr flachverläuft, sollte zur Bestimmung dernachzuladenden Kapazität die Entladekennlinie benutzt werden. Massezellen sind nichtüberladefähig. Sinterzellen sind mit /L=Ao= 0, • K5 einige Tage überladefähig, ohneSchaden zu erleiden. Sinterzellen könnenauch beschleunigt oder schnell mit/L= 30 • /10 = 3 • K5 geladen werden. Das Schnelladen muß aber ström- und zeitkontrolliert erfolgen. Beim beschleunigten oderschnellen Laden von Sinterzellen weist dieLadekennlinie bei Volladung ein deutliches Maximum auf. Dieses Verhalten wirdbei automatischen Ladegeräten als Abschaltkriterium genutzt. Das Überladen von Sinterzellen mit h_> Ao ist nur bei speziellenTypen zulässig, c) Entladen: Der Nennentladestrom für den gasdichten N. beträgt4 = 2 • /10 = k = 0, 2 • Ks. Massezellen sind biszu Entladeströmen von k = 5 • Ao =0, 5/6belastbar, dann allerdings mit verschlechterter Spannungslage. Sinterzellenkönnen wegen des geringen Innenwiderstands elektrisch hoch belastet werden. Dauerbelastung mit= 50 Ao = 5 • Ks, Kurzzeitbelastung (2... 3 min) mit /L = 100... 150Ao =10... 15 • Ks. Die Belastungsfähigkeit ist typbedingt und nimmt mit wachsender Kapazität der Zelle ab, da dann die kühlende Oberfläche im Verhältnis zur Kapazität kleiner wird. Außerdem vermindert sich bei Hochstrombelastung die entnehmbare Kapazität. Auch bei Hochstromentladungen soll die Zellentemperatur nicht über fc = 40°C, bei Sondertypen fc = 60°C liegen, da sonst mit Verringerung der Lebensdauer zu rechnen ist (Schäden am Scheider), d) Anwendungstechnische Hinweise: Als Batterie dürfen bis zu 10 Zellen gleicher Kapazität in Reihe geschaltet werden. Infolge immer vorhandener Kapazitätsunterschiede zwischen den Zellen vergrößern sich die Kapazitätsunterschiede im Laufe der Zeit, so daß bei Vollentladung die Gefahr des Umpolens und damit des Schädigens einzelner Zellen besteht. An Batterien mit bis zu 10 Zellen kann man das Nachlassen der Kapazität einzelner Zellen durch Klemmenspannungsmessung der Batterie feststellen und eine Ausgleichsladung (Laden) vornehmen. Sind die Kapazitätsunterschiede zwischen Zellen dadurch nicht beseitigt (Klemmenspannungsmessung an jeder Zelle bei Belastung), sind die schwachen Zellen auszuwechseln. Parallelschaltungen von Zellen zur Erhöhung der Kapazität einer Batterie sollten grundsätzlich vermieden werden. Ist Parallelschaltung erforderlich, so nur Zellen gleichen Typs, gleicher Kapazität und mit gleichem Herstellungsdatum (Monat, Jahr) mit kurzen Leitungen parallel schalten. Eine solche Batterie möglichst nicht wieder auftrennen, nicht mit größerem Entladestrom als 4 = 2- A0 = 0, 2 • Ks belasten. Aus den gleichen Gründen ist von der ReihenParallelschaltung der Antriebsbatterie zum Drehzahlstellen abzuraten, da unvermeidliche Ausgleichströme zur Kapazitätsminderung führen. Hochbelastete Zellen bzw. Batterien so im Modell einbauen, daß sie ausreichend gekühlt werden. Zellen vor Nässe, Kurzschlüssen und mechanischen Stoßbelastungen (Einbau im Flugmodell) schützen. Der N. kann teil- oder völlig entladen gelagert werden. Die volle Kapazität erreicht der N. erst nach einigen LadeEntladeZyklen. Auf Grund seiner günstigen technischen Eigenschaften findet der N. im Modellbetrieb vielseitigen Einsatz: Knopfzellen für Sender- und Empfängerbatterie, Sinterzellen als schnelladefähige Batterie für Sender und Empfänger, vor allem aber bei Hochleistungsantrieben in Auto, Flug- und Schiffsmodellen. Bei der Zusammenstellung von Batterien aus Einzelzellen darf nur an den Lötfahnen bzw. Streifenableitern gelötet werden, auf keinen Fall am Zellendeckel oder an der Zellenwand.