Akkusicherheit

Richtiger Umgang mit Akkus
18650er Akku ohne isolierende Hülle
Rot: Pluspol
Blau: Minuspol
Violett: Isolator

Die Akkus, die üblicherweise beim Dampfen verwendet werden, sind Lithium-Ionen-Industrieakkus, die eigentlich nicht für die direkte Verwendung durch den Endanwender gedacht sind. Üblicherweise werden sie z.B. in Powerbanks, Akkupacks oder auch elektrischen Autos verbaut.
Die gängigen Größen sind 18650, 20700 und 21700.
Dabei beschreiben die ersten zwei Ziffern den Durchmesser und die nächsten beiden die Länge in Millimetern. Die Null bedeutet, dass es sich um einen zylindrischen Akku handelt.

Pluspol und Masse liegen relativ nah beieinander und sind an der Vorderseite durch einen Isolator voneinander getrennt (siehe Abbildung). Ist der äußere Schutzmantel des Akkus an dieser Stelle beschädigt, kann schon ein kleines Geldstück den Stromkreis schließen und damit einen Kurzschluss verursachen.

Sehr wichtig für die Sicherheit ist daher die Aufbewahrung und der Transport von Akkus, sowie darauf zu achten, dass die isolierende Hülle, der sog. Schrumpfschlauch, unbeschädigt ist. Akkus dürfen niemals lose transportiert werden, erst recht nicht in einer Tasche mit anderen metallischen Gegenständen. Einzelne Akkus sollten immer in dafür vorgesehenen Schutzhüllen oder Transportboxen transportiert werden.

Ein Kurzschluss bedeutet meistens den Tod eines Akkus. Und gerade ein Litium-Ionen-Akku reagiert darauf oft recht heftig.
Kommt es aufgrund von Beschädigungen, fehlender Isolation oder falschem Transport zu einem Kurzschluss, dann ist es zwar verhältnismäßig selten, dass der Akku sofort mit großer Funkenfontäne ausgast, wie es oft in den Medien dargestellt wird. Jedoch kommt es fast immer zu einer starken Hitzeentwicklung und beides kann Brände auslösen bzw. zu Verbrennungen führen.
Denn bei einem Kurzschluss entwickeln sich im inneren des Litium-Ionen-Akkus heiße Gase, die sehr plötzlich entweichen und sich entzünden können.

Befindet sich der Akku in diesem Moment in einem festen, luftdicht abschließenden Behältnis, so dass das Gas nicht entweichen kann, entsteht durch den sich aufbauenden Druck eine enorme Explosionsgefahr. Daher sollten Akkuträger auch immer Entgasungslöcher bzw. für diesen Zweck gedachte Öffnungen oder Sollbruchstellen besitzen.

Dampfen mit geregeltem Akkuträger

Bei einem geregelten Akkuträger lässt sich durch eine Steuerelektronik regeln, wie viel Leistung abgegeben wird und er besitzt eine Schutzelektronik, die einen Kurzschluss, Überlast und Tiefentladung verhindert. Dadurch ist der Akku in einem geregelten Akkuträger bereits recht gut vor den meisten Gefahren geschützt.
Dennoch ist es wichtig, dass man für das eigene Dampfverhalten auch die richtigen Akkus wählt. Gemeint ist hierbei die Leistung, mit der gedampft wird.
Denn Akkus haben eine bestimmte Last, die sie maximal vertragen. Damit ist, grob gesagt, die Strommenge gemeint, die in einer bestimmten Zeit dem Akku entzogen werden kann (Ampere).
Grundsätzlich gilt dabei, dass bei größerer Kapazität (mAh) die mögliche Maximallast kleiner ist und umgekehrt. Sehr einfach ausgedrückt: Je mehr Strom in einen Akku passt, desto langsamer kann er ihn abgeben. Man muss sich also immer entscheiden, ob man mit höherer Leistung dampfen will oder eine längere Akkulaufzeit möchte.
Bei den meisten Akkus findet man zwei Angaben: die Dauerlast und die Pulslast. Es ist jedoch ratsam, sich nur an der Dauerlast zu orientieren.

Um nun den richtigen Akku für die jeweilige Leistung zu finden, brauchen wir bei einem geregelten Akkuträger nur zwei Werte: Die Spannung des Akkus und die eingestellte Leistung. Den Widerstand des Coils können wir dabei getrost ignorieren (das gilt nur bei geregelten Akkuträgern).
Die üblichen Lithium-Ionen Akkus, die für das Dampfen verwendet werden, haben eine Ladeschlussspannung von 4,2 Volt. Mit diesem Wert kann man jedoch nicht rechnen, da der Akku auch noch in fast leerem Zustand sicher betrieben werden soll.
In den meisten Akkuträgern gilt ein Akku als leer, wenn er etwa 3,2 Volt erreicht hat. Durch die Elektronik des Akkuträgers kommt es zudem zu Verlustleistungen, die von Gerät zu Gerät unterschiedlich groß ausfallen können. Daher ist ein Wert von 3 Volt als Berechnungsgrundlage sinnvoll.
Die Rechnung, die man nun braucht, um den richtigen Akku zu bestimmen, lautet also wie folgt: x Watt : 3 Volt = y Ampere (A)

Möchte man also mit einer Leistung von 60 Watt dampfen, dann benötigt man einen Akku, der mindestens 20 Ampere verträgt (60 Watt : 3 Volt = 20 Ampere).

WICHTIG: Verwendet man mehrere Akkus, dann addiert sich die Spannung (nur bei serieller Schaltung, was bei den meisten Akkuträgern allerdings üblich ist). Das heißt, bei zwei Akkus rechnet man mit 6 Volt, bei drei Akkus mit 9 Volt und so weiter. Für 60 Watt müssten zwei Akkus also eine Dauerlast von jeweils 10 Ampere vertragen (60 Watt : 6 Volt = 10 Ampere).

Zur Orientierung hier eine kleine Übersicht, wie viel Belastung die einzelnen verwendeten Akkus bei verschiedenen Leistungen mindestens vertragen können müssen, wenn einer, zwei oder drei Akkus im Akkuträger verwendet werden:

Leistung Ampere (1 Akku) Ampere (2 Akkus) Ampere (3 Akkus)
bis 30 Watt 10 5 5
bis 60 Watt 20 10 10
bis 90 Watt 30 15 10
bis 120 Watt 40 20 15

 

Liste mit Empfehlungen für die effizientesten Akkus (18650 / 20700 / 21700) nach Leistung (als PDF) zum runterladen (Stand: 03/2019).

Dampfen mit ungeregeltem Akkuträger

Bei einem ungeregelten bzw. mechanischen Akkuträger, auch MechMod genannt, gibt es keine Regelelektronik, die den Akku vor z.B. Kurzschluss oder Überlast schützt. Hier wird ganz einfach die Leistung sowie Spannung des Akkus direkt an den Verdampfer weitergegeben.

Wer einen ungeregelten Akkuträger benutzen möchte, sollte wissen was er tut. Für Anfänger sind diese Geräte grundsätzlich nicht geeignet.

Zu beachten ist, dass im Gegensatz zum geregelten Dampfen, die Akkus dann am meisten belastet werden, wenn sie voll sind. Zwar liegt die Ladeschlussspannung der üblichen Lithium-Ionen-Akkus bei 4,2 Volt, doch bricht diese im Betrieb grundsätzlich auf etwa 3,7 Volt ein. Daher ist es sinnvoll, sich an den 3,7 Volt zu orientieren.

Auch ungeregelt kann man natürlich mit mehr als zwei Akkus dampfen, die Akkus werden dabei entweder parallel oder seriell geschaltet.
Wichtiger Grundsatz ist in diesem Zusammenhang: Sind die Akkus seriell geschaltetet, dann erhöht sich die Spannung (Volt), sind sie parallel geschaltet, dann erhöht sich die Belastbarkeit (Ampere). Bei zwei Akkus mit je 3,7 Volt und 20 Ampere ergibt sich also seriell eine Spannung von 7,4 Volt bei einer gleichbleibenden Belastbarkeit von 20 Ampere. Bei einer parallelen Schaltung haben wir demnach eine gleichbleibende Spannung von 3,7 Volt aber die Belastbarkeit verdoppelt sich auf 40 Ampere.

Es gibt zwar auch die Möglichkeit, (mindestens) vier Akkus seriell und parallel zu schalten, indem jeweils zwei Akkus seriell und die zwei Akkupaare dann parallel geschaltet werden. Dadurch verdoppeln sich Spannung und Belastbarkeit. Auf diesen relativ seltenen Sonderfall gehe ich aber hier nicht weiter ein.

Beim ungeregelten Dampfen ist das entscheidende in puncto Akkusicherheit nicht die Leistung, die man ja nicht direkt regeln kann, sondern der Widerstand (Ohm) der Coil.
Es stellt sich also die Frage, welchen Akku man für welchen Widerstand benötigt bzw. wie tief der Widerstand der Wicklung mit einem bestimmten Akkus sein darf.
Die Entscheidende Formel, mit der wir das berechnen können, ist das sog. “Ohmsche Gesetz”: U (Volt) : I (Ampere) = R (Ohm)

Wenn wir also einen Akku nehmen, der eine Belastbarkeit von 20 Ampere hat, dann kommen wir zu der Rechnung: 3,7 Volt : 20 Ampere = 0,185 Ohm.
Das bedeutet, dass unsere Wicklung mit dem genannten Akku keinen geringeren Widerstand als 0,185 Ohm haben darf.
Für einen Akku lässt sich also ziemlich einfach berechnen, wie weit man mit dem Widerstand runter gehen darf.

Bei zwei Akkus sieht die Rechnung etwas anders aus. Sind die Akkus seriell geschaltet, dann wird die Spannung erst mit der Anzahl der Akkus multipliziert, bevor das Ergebnis davon durch die Ampere dividiert wird. Die Formel sieht so aus: ([Anzahl der Akkus] x U): I = R
Oder als Beispielrechnung: (2 x 3,7 Volt) : 20 Ampere = 0,37 Ohm

Sind die Akkus jedoch parallel geschaltet, dann wird der Quotient aus Spannung und Ampere durch die Anzahl der Akkus dividiert. Die Formel sieht so aus: (U : I) : [Anzahl der Akkus] = R
Oder als Beispielrechnung: (3,7 Volt : 20 Ampere) : 2 = 0,0925 Ohm

Angesehen davon, dass man darauf achten muss, dass der Akku nicht überlastet wird, bleibt natürlich beim mechanischen Dampfen immer ein etwas größeres “Restrisiko” als beim geregelten Dampfen. Zudem sind MechMods, besonders die Tubes, zumeist sehr robust gefertigt. Daher ist es gerade in dem Bereich enorm wichtig, dass der Akkuträger geeignete Ausgasungsöffnungen oder Sollbruchstellen hat, durch die ein eventuell entstehender Gasdruck kontrolliert entweichen kann.

Akkus “ausmustern”

Auch Akkus altern, hauptsächlich durch den Gebrauch. Durchschnittlich haben Lithium-Ionen-Akkus eine Lebensdauer von etwa 300 Ladezyklen. Ein Ladezyklus entspricht dabei einer vollen Entladung bis 2,5 Volt und dem kompletten Laden auf 4,2 Volt. Da die meisten Akkuträger den Akku bereits bei etwa 3,2 Volt für leer erklären, haben wir also üblicherweise im Alltag keine ganzen Ladezyklen. Trotzdem kann man sich grob an den 300 Ladezyklen orientieren.
Dass ein Akku so langsam entsorgt werden sollte, merkt man zumeist daran, dass er an Kapazität verliert, also merklich weniger lange hält.
Ein sicheres Zeichen dafür, dass ein Akku schnellstmöglich entsorgt werden muss, ist ein ungewöhnlich starkes Aufheizen des Akkus im Betrieb oder beim Laden.

Die wichtigsten Regeln für einen sicheren Akkubetrieb:
  • immer darauf achten, dass der Akku auch die geforderte Leistung (Dauerlast) abgeben kann
  • immer Qualitätsakkus aus vertrauenswürdigen Quellen benutzen (bei Akkus sollte nicht gespart werden)
  • immer eine Transportbox oder Transporthülle benutzen
  • niemals einen Akku lose und ungeschützt in der Hosentasche, einem Rucksack, einer Handtasche oder ähnlichem aufbewahren
  • keine metallischen, leitfähigen Gegenstände (z.B. Schlüsselbund) zusammen mit einem Akku transportieren
  • den Akku unbedingt vor Beschädigungen schützen
  • Akkus vor tiefen Stürzen und starken Schlägen schützen
  • Akkus, die Beulen oder starke Kratzer aufweisen, sollten nicht mehr verwendet werden
  • beschädigte Schrumpfschläuche sofort ersetzen, dabei das Isolatorplättchen am Pluspol wieder richtig platzieren (niemals metallische Werkzeuge wie Scheren oder Messer benutzen)
  • den Akku nie zu niedrigen oder zu hohen Temperaturen aussetzen, so dass das Elektrolyt gefriert oder austrocknet
  • sollte sich der Akku im Betrieb stark erhitzen, ist das ein klares Warnsignal und das Gerät oder der Akku sollten an einen feuerfesten Ort (z.B. trockenes Waschbecken, trockene Badewanne oder ein sicherer Ort außerhalb des Hauses) abgelegt werden; den Akku danach nicht mehr benutzen und ihn ordnungsgemäß entsorgen
  • immer ein für diesen Akkutyp geeignetes, hochwertiges Ladegerät verwenden
  • Akkus sollten ersetzt werden, wenn sie deutlich länger zum Laden brauchen, merkbar kürzer halten oder bei Benutzung bzw. während des Ladevorgangs ungewöhnlich warm werden

Entsorgung: Alte Akkus müssen ordnungsgemäß entsorgt werden! Akkus und Batterien gehören nicht in den Hausmüll. Überall, wo Batterien verkauft werden, kann man diese auch kostenlos abgeben. In den meisten Fällen gibt es dafür vorgesehene Entsorgungsbehälter.
Wichtig: Vor der Entsorgung sollte bei Litium-Ionen-Akkus sicherheitshalber immer der Pluspol abgeklebt werden.

Diese Informationen dienen lediglich zur Orientierung und sind ohne Gewähr auf Richtigkeit. Die Benutzung von Akkus und technischen Geräten geschieht immer auf eigene Verantwortung.