Batterien für das 21. Jahrhundert

Dies ist derzeit die beste Energiequelle für moderne, leistungsstarke LED-Scheinwerfer, und es gibt keinen Grund, heute einen anderen Batterietyp zu verwenden. Sie werden von der NASA in Satelliten und von Automobilherstellern in Elektroautos verwendet, da sie klare Vorteile bieten - hohe Kapazität, geringes Gewicht, Zuverlässigkeit.

Li-Ionen-Batterien haben das beste Verhältnis zwischen Kapazität und Gewicht (Volumen). Sie sind im industriellen Einsatz erprobt und sicher. Die Zellen sind leicht und speichern eine große Menge an Energie. Sie werden nur wiederaufladbar hergestellt, so dass sie die Umwelt nicht wie Einwegbatterien belasten. Sie halten viele Jahre lang ohne Komplikationen, und wenn man sie richtig pflegt, wird man im Laufe der Jahre nicht einmal einen Kapazitätsabfall feststellen. Sie sind sehr zuverlässig, wenn man sie auflädt, liefern sie immer Energie.

Li-Ion-Batterien (Lithium-Ionen-Batterien) sind fast ausschließlich zylindrische Batterien mit einer Ladespannung von 4,2 V und einer Lebensdauer von 500-1500 Vollzyklen. Es gibt verschiedene Größen, aber der am weitesten verbreitete Typ ist die Größe 18650, eine zylindrische Zelle mit einem Durchmesser von 18 mm und einer Länge von 65 mm. In letzter Zeit wird in Elektroautos der Typ 21700 verwendet.

Technische Parameter der aktuellen 18650er-Batterien

Alle Standard-Li-Ionen-Akkus werden durch den CC/CV-Algorithmus auf eine Endspannung von 4,2 V geladen. Die durchschnittliche Nennspannung beträgt 3,6 V (oder 3,7 V). Die Akkus können normalerweise bis auf 2,5 V entladen werden, früher waren es nur 2,8 V. Eine niedrigere Spannung ist gefährlich, da sie die Zelle zerstören kann. Der Innenwiderstand liegt je nach Marke und Typ (Nieder- oder Hochstrom) zwischen 20 und 80 Milliohm.

Diehöchste Stromkapazität liegt bei etwa 3450 mAh mit einer gespeicherten Energie von höchstens 12,4 Wh. Bei höheren Entnahmen nimmt die gespeicherte Energie (und Kapazität) etwas ab.

Die Batterie erlaubt normalerweise eine maximale Stromaufnahme (Max. Discharge Continuous Current) von 3-10A, Hochstrombatterien, die in Werkzeugen verwendet werden, bis zu 30A.

Die Batterie schafft 500-1000 volle Zyklen, bevor die Kapazität auf 70-80 % des ursprünglichen Wertes sinkt. Die Lebensdauer kann durch einen geringen Ladestrom (z. B. C/5), eine langfristige Lagerung im teilgeladenen Zustand (3,93 V = 70 %) und eine Verwendung nur über 0 °C verlängert (bzw. die Alterung verlangsamt) werden. Mehr über die Verlängerung der Lebensdauer erfahren Sie hier: www.luciferlights.net/li-ion-starnuti

Batterien funktionieren auch bei extremer Kälte - z. B. bei -20 °C -, werden aber durch eine solche Verwendung allmählich und unwiderruflich zerstört. Weitere Informationen über die Verwendung von Batterien bei Minusgraden finden Sie hier: www.luciferlights.net/li-ion-v-mrazu

DerLadezustand der Batterie kann mit einem Voltmeter gemessen werden, die Zellenspannung gibt einen ziemlich genauen Hinweis auf den Ladezustand. Der Ladezustand kann je nach Hersteller und Batteriebezeichnung leicht variieren. Im Allgemeinen gibt die folgende Tabelle den Ladezustand an:

Vor- und Nachteile von Li-Ion-Batterien gegenüber herkömmlichen Batterien

Im Vergleich zu AA- und AAA-Batterien (NiMh, NiCd usw.) haben sie viele Vorteile. Die Batterien halten länger (in der Regel viele Jahre), haben einen geringeren Innenwiderstand und sind für hohe Stromstärken ausgelegt. Ihre Kapazität nimmt bei hoher Belastung nicht wesentlich ab. Li-Ionen-Akkus müssen vor der ersten Verwendung nicht formatiert werden, sie können jederzeit und in jedem Ladezustand verwendet werden.

Li-Ionen-Akkus haben eine sehr geringe Selbstentladung, sie können monatelang brach liegen und ihr Ladezustand ändert sich kaum.

Li-Ionen-Akkus (Größe 18650, 21700) bieten derzeit das beste Verhältnis zwischen Kapazität und Gewicht sowie zwischen Kapazität und Volumen. NiMh-Akkus sind erheblich (ich würde fast sagen "Größenordnungen") schlechter, so dass man für die gleiche gespeicherte Energie ein deutlich höheres Gewicht und eine größere Anzahl von Batterien mit sich herumschleppen muss.

Wenn es überhaupt einen Nachteil gibt, dann den, dass man sie nirgendwo auf der Welt kaufen kann. Ein weiterer Nachteil könnte sein, dass Ihr derzeitiges Ladegerät wahrscheinlich nicht in der Lage ist, diese Akkus aufzuladen, oder dass das BatteryPack sich selbst mit seinem eigenen Netzladegerät über ein Kabel auflädt. Der letzte Nachteil ist die größere Gefahr, den Akku absichtlich kurzzuschließen oder mechanisch schwer zu beschädigen. Bei normalem Gebrauch besteht diese Gefahr jedoch nicht, und die Qualitätszellen sind in der Tat sehr sicher.

Auch für lange Fahrten und Expeditionen geeignet

Wir werden oft von Leuten kontaktiert, die sich eine Stirnlampe für eine Exp edition wünschen und die mit klassischen AA-Batterien betrieben werden soll. Das Argument ist, dass man diese überall kaufen kann.

Tatsächlich sind Lithium-Ionen-Batterien für Menschen, die 2-3 Wochen fernab der Zivilisation unterwegs sind, perfekt geeignet. Die hohe Kapazität bei geringem Gewicht und der hohe Wirkungsgrad unserer Stirnlampen machen es möglich, dass sie bei sparsamem Umgang mit dem Licht absolut ausreichen und jede andere Stirnlampe mit AA-Batterien überdauern wird. Ein Beispiel dafür ist die Stirnlampe Lucifer M, die auf der niedrigsten Stufe 25 Lumen leuchtet und mit einem einzigen Akkupack 180 Stunden durchhält. Die 25 Lumen sind oft das Maximum von gewöhnlichen Kunststoff-Stirnlampen, mit denen man nachts bequem laufen kann. Die 180 Stunden sollten für 2-3 Wochen reichen, oder mit einem Ersatzakku können Sie 360 Stunden erreichen, d.h. 15 Tage ununterbrochenes Leuchten oder 30 Tage nächtelanges Leuchten!

Geschützte und ungeschützte Li-Ionen-Batterien

Geschützte Batterien sind mit einem Schutz gegen Unter- und Überentladung sowie gegen Kurzschluss ausgestattet. Sie werden immer aus ungeschützten Zellen hergestellt, indem eine Schutzschaltung hinzugefügt wird. Sie sind daher etwas länger (2-4 mm) und dicker (0,5 - 1 mm). Geschützte Zellen werden in der Regel als austauschbar verwendet, d.h. der Benutzer kann sie anfassen, in einem externen Schachtladegerät aufladen und wie andere herkömmliche Batterien in das Leuchtengehäuse einsetzen. Geschützte Akkus werden von vielen verschiedenen Herstellern angeboten, die Qualität des resultierenden Akkus hängt von der Qualität der Originalzelle und der Qualität der Schutzschaltung ab (z.B. wie hoch der zusätzliche Widerstand der Schutzschaltung ist).

Ungeschützte Batterien werden oft parallel oder in Reihe geschaltet, dann wird eine Schutzschaltung hinzugefügt, die für den gesamten Batteriesatz gilt. Der Akkupack wird dann über ein Kabel geladen, und die Akkus können in keiner Weise in einzelne Zellen zerlegt werden. Dies ist ein übliches Akkupack-Schema für Hochleistungsscheinwerfer, da bei höheren Lasten die Akkus in Reihe geschaltet werden müssen, z. B. 2S. Dadurch wird eine höhere Spannung erreicht, und der Strom durch die Leitungen wird halbiert.

Hüten Sie sich vor den allgegenwärtigen Fälschungen!

Es ist gängige Praxis, dass chinesische Hersteller die Kapazität von Akkus übertrieben angeben. Sie sollten wissen, dass hochwertige Lithium-Ionen-Akkus ausschließlich von Panasonic (Sanyo), Samsung, LG und Sony stammen. Nur diese 4 Hersteller können ungeschützte Li-Ionen-Zellen mit erstklassiger Kapazität herstellen. Letzteres bedeutet derzeit (März 2020) die Parameter:

• 258,3 Wh/kg bei 0,5 A Entladung
• 749,7 Wh/l bei 0,5 A Entladung

Diese Parameter, die sehr ähnlich sind, werden von den 18650 Akkus Samsung INR18650-35E, Panasonic NCR18650B, Panasonic NCR18650GA, Sony US18650VC7 und LG MJ1 18650 erreicht. Kein anderer Hersteller kommt ihnen in Sachen Kapazität auch nur annähernd gleich!

Die Akkus der Größen 21700 und 20700, die sich vor allem durch die Elektroautomobilität (Tesla) verbreitet haben, bieten auch heute noch kein besseres Gewichts-/Kapazitätsverhältnis als der 18650er-Standard, aber sie sind nahe dran. Z.B. LG 21700 M50 5000mAh und Samsung INR21700-50E 5000mAh.

Die Entwicklung der Li-Ionen-Technologie und die Prognose für künftige Entwicklungen

Die Li-Ionen-Technologie hat ihren Ursprung in den 1980er und 1990er Jahren. Im Jahr 1994 waren beispielsweise 18650er-Zellen zu einem hohen Preis und mit einer Kapazität von nur 1100 mAh erhältlich. Seit dem Jahr 2000 hat die Li-Ionen-Technologie eine rasante Entwicklung durchlaufen und die Kapazität regelmäßig deutlich erhöht. Nach und nach hat sich die zylindrische Zellgröße 18650 (18 mm Durchmesser, 65 mm Länge) durchgesetzt, und die Akkus haben ihren Weg in Laptop-Akkus gefunden. In den letzten Jahren ist die Entwicklung an der Kapazitätsgrenze von 3400-3500 mAh fast zum Still stand gekommen.

Erst in den letzten Jahren sind weitere wichtige Li-Ionen-Anwendungen entstanden. Aufgrund ihrer ausreichenden Kapazität haben sie sich massenhaft in der Elektromobilität (Elektroautos, Elektroroller, Elektrofahrräder usw.) und in tragbaren Elektrowerkzeugen verbreitet. Sie werden seit langem in Scheinwerfern eingesetzt, sind aber bei der Gesamtzahl der produzierten Zellen in der Minderheit.

Derzeit stößt die Entwicklung von Li-Ionen-Batterien an physikalische Grenzen, die eine weitere Kapazitätssteigerung verhindern, und viele Forscher arbeiten an der nächsten Generation von Li-Ionen-Batterien. Die Entwicklung so genannter Festkörperbatterien, d. h. Batterien ohne flüssigen Elektrolyten und Batterien mit Graphenelektroden, erscheint sehr vielversprechend. Solche Batterien gibt es heute (März 2020) noch nicht! Aber es ist realistisch, dass sie innerhalb von 3 bis 5 Jahren erscheinen könnten. Die Forscher sagen voraus, dass die Kapazität dann um bis zu 1/3 steigen könnte. Ich würde bei allen Schätzungen, in denen das Wort "bis" vorkommt, vorsichtiger und pessimistischer sein.

Andere Informationsquellen

https://batteryuniversity.com/learn/ - eine umfangreiche Informationsquelle über Li-Ionen-Batterien
https://lygte-info.dk/info/indexBatteriesAndChargers%20UK.html - umfangreiche Messungen der Kapazität aller möglichen Li-Ionen-Batterien