Kapazität von Bleigel-Akkus

Bei einem QSO wechseln sich immer Phasen von Empfang mit geringer Stromaufnahme und Senden mit hohem Stromaufnahme ab. Da man dabei aber nicht ununterbrochen die Taste gedrückt oder ins Mikrofon gesprochen wird, kann man stets von einem Wert zwischen diesen beiden Extrempunkten ausgehen. Die erforderliche Kapazität lässt sich sehr einfach berechnen.
 
Wie klein kann man die Kapazität eines Bleigel-Akkus wählen?
 
Bleigel-Akkus sind hochstromfähig. Dies bedeutet, dass ihnen ohne bleibende Schäden ein um ein Vielfaches höherer Strom entnommen werden kann, als der Nennstrom I₂₀. Zwar steht dann nicht mehr die volle Kapazität zur Verfügung, doch sollte man diese Eigenschaft schon alleine zur Gewichtsersparnis beim Transport ruhig ausnutzen.
 
Dem Datenblatt des von mir verwendeten Bleigel-Akkus mit 12 V und 2,2 Ah konnte ich zum Beispiel Folgendes entnehmen:
 
Entladung 20 Stunden mit 0,11 A = I₂₀ C = 2,2 Ah (100 % Nennkapazität)
Entladung 10 Stunden mit 0,2 A ≈ 1,8 · I₂₀ C = 2,0 Ah (≈ 90 % Nennkapazität)
Entladung 5 Stunden mit 0,36 A ≈ 3,3 · I₂₀ C = 1,8 Ah (≈ 82 % Nennkapazität)
Entladung 1 Stunde mit 1,3 A ≈ 11,8 · I₂₀ C = 1,3 Ah (≈ 59 % Nennkapazität)
 
Beim Empfang fließt in der Zeit t_RX der Strom I_RX.
 
Bei SSB, FM und Digimode fließt in der gesamten Sendezeit t_TX ein mittlerer Strom, der vom Spitzenstrom beim Senden I_TX und einem von der Sendeart abhängigen Faktor x abhängt ist. Bei SSB ist x = 0,25. Bei FM oder Digimode ist x = 1,0.
 
Bei CW fließt in der Sendezeit t_TX ein Strom, der sich zu gleichen Teilen (Faktor x = 0,5) aus dem Spitzenstrom beim Senden I_TX und dem Empfangsstrom I_RX zusammensetzt. Der Faktor x = 0,5 ergibt sich daraus, dass in einem beliebigen CW-Text die Dauer aller Zeichen (Punkte und Striche) etwa gleich der Dauer aller Pausen ist. Und da der Transceiver während der Pausen im QSO auf Empfang geschaltet ist, ist während des QSOs für die halbe Zeit der Strom beim Empfang und für die andere Hälfte der Strom beim Senden anzusetzen.
 
Aus den Strömen beim Empfang und beim Senden ergibt sich die Mindestkapazität C_min.
 
Bei SSB/FM/Digimode ist C_min = I_RX · t_RX + I_TX · t_TX · x mit x = 0,25 oder 1,0.
Bei CW ist C_min = I_RX · t_RX + I_TX · t_TX · x + I_RX · t_RX · x mit x = 0,5.
 
Außerdem ist unter anderem die Selbstentladung des Akkus zu berücksichtigen. Und etwas Restenergie zur Beendigung des letzten QSOs sollte auch noch vorhanden sein. Insgesamt halte ich 10 % Reserve für angemessen. Mit einem kleinen Javascript ist die Berechnung schnell erledigt.
 

Soll ein CW-Transceiver für 6 Stunden mit I_RX = 80 mA empfangen und für 3 Stunden mit I_TX = 630 mA senden, so ist eine Mindeskapazität C_min + 10 % Reserve von 1832 mAh erforderlich.
 
Wie groß darf die Kapazität eines Bleigel-Akkus höchstens sein?
 
Wer nun auf die Idee kommt, einen Akku mit möglichst großer Kapazität zu wählen, der könnte nach relativ kurzer Zeit trotzdem keine Freude mehr an seinem Energiespeicher haben. Wird dem Akku über längere Zeit nur ein Strom entnommen, der kleiner als ein Fünftel des Nennstroms (< 0,2 · I₂₀) ist, können sich die Bleiplatten in seinem Innern mit einer dünnen, aber nicht leitenden Sulfatschicht überziehen. Dadurch steht die unter dieser Schicht noch gespeicherte Energie nicht mehr zur Verfügung.
 
So ein Akku ist daran zu erkennen, dass er zwar beim Messen mit einem hochohmigen Messinstrument noch 12 V aufweist, jedoch bei Belastung keinen nennenswerten Strom mehr abgibt. Sulfatierte Akkus sollte man über einen sehr langen Zeitraum an ein Ladegerät anschalten, das eine Strombegrenzung auf 0,1 C besitzt und eine konstante Spannung in Höhe der Ladeschlussspannung von 13,8 V abgeben kann. Eine Verweildauer am Ladegerät von einigen Tagen bis hin zu Wochen ist keine Seltenheit. Wenn man Glück hat, lässt sich der Akku auf diesem Weg wieder beleben und der Ladestrom steigt dann recht schnell an. Anschließendes wiederholtes Entladen und normales Laden sollten ihn dann wieder zu einer ordentlichen Kondition verhelfen.
 
Der minimal auf Dauer fließende Strom ist der Empfangsstrom I_RX des Transceivers. Der Nennstrom I₂₀ bei 20-stündiger Entladung des Akkus darf als Faustformel höchstens 5 × größer als der Empfangsstrom I_RX sein, damit der Akku keinen Schaden nimmt. Aus dem Nennstrom I₂₀ lässt sich die maximale Kapazität C_max des Akkus berechnen.
 
I₂₀ ≥ 5 · I_RX → C_max ≤ 20 · I₂₀ = 20 · 5 · I_RX
 
Mit einem weiteren kleinen Javascript ist auch diese Berechnung schnell erledigt.
 

Ist zum Beispiel I_RX = 80 mA, so ist ein Akku mit einem Nennstrom von I₂₀ ≤ 400 mA auszuwählen. Daher sollte der Akku eine Kapazität von höchstens C_max = 8000 mAh besitzen. Eine kleinere Kapazität ist für den Akku selbst sogar noch gesünder.
 
Welcher Bleigel-Akku ist verwendbar?
 
Beim Einsatz sollte man einen Akku wählen, dessen Kapazität zwischen den im 1. Javascript berechneten Wert, dem Minimalwert C_min = 1832 mAh, und dem gerade berechneten 2. Wert, dem Maximalwert C_max = 8000 mAh, liegt. Im beschriebenen Fall ist man mit einem Akku von 2200 mAh also gut beraten.