Am Beispiel eines Akkupacks aus einem automatischen Akku-Bodenstaubsauger wird die Reparatur eines Akkupacks gezeigt.
Diese Seite richtet sich an (Hobby-) Elektroniker, die mit Spannungen, Meßgeräten und kleinen Schaltungen umgehen können. Bei unsachgemäßem Umgang mit den erwähnten Materalien entstehen ernsthafte Gefahren, insbesondere besteht Brandgefahr, wenn ein Akku versehentlich kurzgeschlossen wird. Für alle auf dieser Seite erwähnten Dinge übernehme ich keinerlei Haftung und weise ausdrücklich darauf hin, daß diese Dinge nur von Fachleuten durchgeführt werden sollten. Und planen Sie ruhig einen erheblichen Zeitbedarf ein! Wenn Sie gerne basteln und der Wegwerfgesellschaft ein Schnippchen schlagen möchten, ist es ein hübscher Zeitvertreib.
Bitte beachten Sie unbedingt, daß diese Seite ausschließlich für NiMH-Akkus ist. Für andere Akkutypen (NiCd, Li-Ionen-Akkus, Blei-Akkus) führen diese Aktionen zu einer Schädigung der Akkus!
Diese Reparatur wurde mit einem alten NiMH-Akkupack durchgeführt. "Alt" bedeutet, daß es sich nicht um sogenannte ReadyToUse-Akkus handelt, die sich dadurch auszeichnen, daß sie eine viel geringere Selbstentladung haben. Ob die hier beschriebene Methode auch mit ReadyToUse-Akkus funktioniert, weiß ich nicht. Ich habe es mangels Notwendigkeit noch nicht getestet.
NiMH-Akkus sind bei richtiger Pflege erstaunlich langlebig. Bei niederen entnommenen Leistungen, z.B. in Weckern, können Sie über viele Jahre verwendet werden, wenn man sie rechtzeitig neu lädt.
Werden aber hohe Leistungen entnommen, die in weniger als zwei Stunden zur vollständigen Entladung führen, werden die Akkus immer schlechter, weil durch die hohen Ströme in den Akkus eine Art Verklumpung der beteiligten chemischen Stoffe stattfindet. Diese Verklumpung führt dazu, daß die Oberfläche der chemischen Reaktionspartner kleiner wird, weshalb pro Zeit weniger chemische Reaktionen stattfinden können. Dadurch erschöpft sich der Akku wesentlich schneller, was zu einer viel geringeren Laufzeit des Geräts führt.
Bei einem Akkupack mit mehreren hintereinandergeschalteten Zellen kann diese Verklumpung entweder in allen Zellen gleichmäßig stattfinden, wie es bei dem hier beschriebenen Reparaturbeispiel der Fall war. Oder es gibt eine Zelle, die durch einen minimalen Vorschaden schon von Anfang an etwas schwächer war als die anderen. Diese erschöpft sich dann schneller als die anderen und wird beim Laden bzw. schnellem Entladen früher warm als die anderen. Dummerweise ist das ein Prozeß, der sich selbst verstärkt. Weil die anderen Zellen noch relativ fit sind, wird eine Leistung entnommen, die für die schwächste Zelle viel zu hoch ist. Dadurch wird diese immer noch schwächer. Am Schluß kann es nur eine Zelle sein, die ganz kaputt ist und den ganzen Akkupack unbrauchbar macht.
Wie Wildflyer beschreibt (unbedingt lesen, auch wenn es etwas langatmig ist!), ist dieser Prozeß aber nicht unumkehrbar, sondern kann weitgehend rückgängig gemacht werden, wenn der Akku nach dem Laden langsam (d.h. über 4 Tage) entladen wird. Dann haben die chemischen Reaktionspartner genügend Zeit, um die Klumpen wieder aufzulösen.
Für einzelne Akkus hatte ich die Methode der langsamen Entladung über Widerstand und Diode bereits mehrfach erfolgreich angewendet. Nun ging es darum, ohne Löten, ein ganzes Akkupack auf einmal zu reparieren.
Der automatische Akku-Bodensauger war ungefähr 10 Jahre alt und saugte nur noch 5 bis 8 Minuten, während die Bedienungsanleitung von 60 Minuten sprach. Nach der Reparatur waren es dann immerhin wieder bis zu 40 Minuten.
Der Akku bestand aus 12 NiMH-Zellen je 1700 mAh, die hintereinandergeschaltet waren. Bei geöffnetem Akkufach stellte ich fest, daß die Akkus am Ende des Ladevorgangs warm wurden, wie es bei diesem Akkutyp normal ist. Außerdem wurden alle Zellen gleichzeitig ungefähr gleich warm. Das ist bei Akkupacks nicht immer so, aber ein eher positives Zeichen, weil es zeigt, daß alle Zellen in etwa gleich "krank" sind. Häufiger sind defekte Akkupacks, bei denen eine Zelle beim Laden vorzeitig warm wird. Dieselbe Zelle wird dann beim schnellen Entladen auch vorzeitig warm und ist dann die kränkste Zelle, auf die man am meisten achten muß.
Zuerst öffnet man das Akkufach und prüft, ob man irgendwelche Beschädigungen finden kann. Beschädigte, z.B. ausgelaufene Akkus sollte man besser nicht reparieren, sondern fachgerecht entsorgen. Nun muß man bei den Akkus einen elektrischen Zugang schaffen. Man könnte zwar die (in diesem Fall grüne) Gehäusefolie komplett entfernen. Das hat aber den Nachteil, daß am Ende die weitestgehende Wiederherstellung des Ausgangszustands nicht mehr so einfach ist. Deshalb habe ich mit einem Cutter nur kleine Löcher hineingeschnitten, die eine Messung der Spannung erlauben. Diese Löcher lassen sich am Ende mit einem Tesafilm wieder leicht verschließen. Eine Numerierung der Akkus kann auch nicht schaden. Das Ganze sieht dann aus wie in folgendem Bild, wobei unter der grünen Folie noch eine rote zu sehen ist. (Bem.: Der weiße Draht ist im Bild nicht richtig verbunden.)
Wie man sieht, haben nicht alle Akkus eine Öffnung. Dies kommt vom Aufbau des Akkupacks. Denn von zwei benachbarten Akkus ist immer einer mit dem Pluspol nach oben und der andere nach unten. Jeder Akku ist entweder auf der Unterseite oder auf der Oberseite mit einem Nachbarakku elektrisch verbunden, um eine Reihenschaltung aller Akkus zu bekommen. Wenn man die Löcher nur oben rein macht, weil es zum Messen am einfachsten ist, haben zwei benachbarte Löcher dieselbe Spannung, wenn sie an dieser Stellen miteinander verbunden sind. Deshalb ist es ausreichend, nur bei jedem 2. Akku ein Loch zu machen. Natürlich mißt man dann bei benachbarten Löchern immer die Spannung von 2 hintereinandergeschalteten Akkus. In meinem Fall war dies ausreichend, um die problematischen Akkus zu finden, in anderen Fällen könnte es sinnvoll sein, auch auf der anderen Seite des Akkupacks Löcher zu machen.
Die Reparatur erfolgt über eine langsame Entladung aller Akkus gleichzeitig, wobei unbedingt beachtet werden muß, daß die Spannung keines einzelnen Akkus unter 0,7 Volt fällt. Danach wird das Akkupack mit dem zugehörigen Ladegerät voll geladen und die Prozedur bei Bedarf wiederholt.
Die beiden obigen Bildschirmphotos aus der Excel-Tabelle mit den Meßwerten zeigen, was man bei einer Entladung beachten sollte:Der Aufbau der elektrischen Schaltung ist sehr einfach, da man nur geeignete Widerstände anschließen muß, wofür Krokodilklemmen immer noch ein praktisches Hilfsmittel sind. Allerdings sollten keine Tiere oder Kinder in die Nähe kommen! Daß das Gerät abgeschaltet und das Ladegerät entfernt werden, dürfte selbstverständlich sein. Das folgende Bild zeigt den Aufbau:
Für die 1. Entladung verzichtete ich auf eine Graphik, weil dort mangels Erfahrung die Werte der Entladewiderstände nicht optimal gewählt waren. In der Graphik für die 2. Entladung sind folgende Dinge zu beachten:
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