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Umpolung

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Umpolung im Akkupack

Inhaltsverzeichnis

Begriffsbestimmung

Mit Umpolung oder Überentladung bezeichnet man das Phänomen, dass eine in Reihe geschaltete Akkuzelle in einem Akkupack bei vorzeitiger Entleerung eine Stromrichtungsumkehr erfährt.

Verantwortlich dafür ist nicht die Zelle selbst, sondern die anderen Zellen innerhalb des Packs. Voraussetzung ist, dass die umgepolte Zelle einen geringeren Ladestand hat als die anderen Zellen.

Die Überentladung sollte nicht mit der Tiefentladung verwechselt werden, bei der keine Polaritätsumkehr stattfindet.

Ursache

Da die Zellen eines Packs in Reihe geschaltet sind, fließt durch jede Zelle der gleiche Strom. Die Potenzialdifferenz (Zellspannung) an den Polen jeder einzelnen Zelle ist dabei von ihrem Ladezustand abhängig. Leert sich die Zelle, bricht die Potenzialdifferenz zusammen, und die Zelle wird elektrisch gesehen zu einem (passiven) ohmschen Widerstand. Wäre dieser Widerstand 0 Ohm, hätten beide Pole das gleiche Potenzial. Da der Widerstand aber endlich klein ist, fällt über die Zelle eine Spannung ab, was aufgrund der Stromrichtung bedeutet, dass am Minuspol eine höhere Spannung anliegt als am Pluspol, wodurch sie die Polung der Zelle faktisch umkehrt.

Es ist ein Trugschluß, anzunehmen, dass nur eine leere Zelle umgepolt wird. Ist der Strom groß genug, passiert das auch einer Zelle mit Restkapazität. Je höher der Innenwiderstand der Zelle, um so eher.

Einfluss auf die Lebensdauer

Eine Umpolung, zumal mit hohem Strom, schädigt alle Akkutypen. Dabei treten folgende Effekte auf:

  • Die Verlustleistung des Akkus wird vollständig in Wärme umgesetzt
  • Der Elektrolyt setzt Wasserstoff frei. Dieser führt zu einem Druckanstieg innerhalb der Zelle. Da der Wasserstoff nicht vollständig rekombiniert, tritt ein Verlust an Elektrolyt ein, was den Innenwiderstand der Zelle dauerhaft erhöht
  • Die veränderte chemische Reaktion greift Teile der Reaktionsmasse an, verändert ihre Zusammensetzung, und es kommt zum Kapazitätsverlust

Maßnahmen gegen Umpolung

Es gibt im wesentlichen zwei Maßnahmen, um die Umpolung zu vermeiden:

  • Formieren bzw. balancieren des Akkupacks, damit alle Zellen einen möglichst gleichen Ladestand haben
  • Man entleert das Pack nicht vollständig, sondern belässt eine Restladung in den Zellen