So wird dein Li-Ion-Akku richtig robust – Geheimnisse aus der Entwicklung

So wird dein Li-Ion-Akku richtig robust – Geheimnisse aus der Entwicklung

Zwei Bauarbeiter auf einer Baustelle mit einer Säge und herumliegenden Holzbrettern

Ich habe schon viele Akkus und Batterien für so ziemlich alle Arten von Leuchtmittel gemacht: Fahrradleuchten, Designerleuchten, eine Standleuchte, eine ex-geschützte Leuchte und sogar eine Grubenlampe.

Als ein Kunde aus dem Baugewerbe auf mich zukam, der einen Akku für eine UV-Lampe suchte, wurde es aber mal richtig haarig. Eine Anforderung war, dass der Akkupack so robust sein sollte, dass er es auch mal aushält, wenn man mit ihm einen Nagel in die Wand schlägt.

Für dieses Projekt habe ich ganz tief in die Trickkiste gegriffen und wir haben es tatsächlich geschafft, einen extrem robusten Lithium-Ionen Akku für die Baustelle zu fertigen, der außerdem viel kleiner, leichter und handlicher war als der ursprüngliche Blei-Akku der UV-Lampe.

Die drei Entwicklergeheimnisse, wie wir das geschafft haben, erzähle ich dir im Video und wie immer in Textform, wenn du ein wenig weiter scrollst.

Wanted: ein besonderer Akku für die Baustelle

Aus der Entwicklung von Akkus und Batterien für die Bereiche Medizintechnik, Industrie und sogar Tierforschung, bin ich einige extreme Anforderungen gewohnt. Sei es Wüstenhitze oder Kälte am Nordpol, Schutz gegen eine unsanfte Behandlung in einem Abfallcontainer oder eine hohe Eigensicherheit, falls es im Polizeieinsatz einmal brenzlig wird.

Als ein Kunde einen neuen Akku für eine UV-Lampe bei mir angefragt hat, die für die Suche von Rissen in Wänden auf der Baustelle verwendet wird, dachte ich deswegen erstmal: „Hey, sowas kennen wir doch. Wir ersetzen einfach den alten Blei-Akku mit ein paar Lithium-Ionen-Einzelzellen, packen eine Schutzschaltung oben drauf und fertig ist die Laube.“

Gegenüber Blei-Akkus sind Lithium-Ionen-Akkus ungefähr 50 % leichter, haben 50 % weniger Volumen, laden deutlich schneller und haben eine viel höhere Lebenserwartung, da sie mehr Ladezyklen aushalten.

Mit der Lithium-Ionen-Technologie war die Anforderung des Kunden, dass ein Bauarbeiter den neuen Akku für die Lampe auch mal am Gürtel tragen kann, schon mal leicht umzusetzen.

Die zweite Anforderung war dann, dass der Akku wirklich robust sein soll. Vielleicht habt ihr ja auch schon einmal gesehen, dass der Akku eines Akkuschraubers verwendet wird, um eine Schraube anzusetzen oder einen Nagel in die Wand zu kloppen… Der Akkupack für den Kunden aus dem Baugewerbe sollte so eine Tortur durchaus mal aushalten können, ohne gleich kaputtzugehen oder sogar in die Luft zu fliegen. Knifflig, aber durchaus machbar, dachte ich mir.

Zwei Bauarbeiter auf einer Baustelle mit einer Säge und herumliegenden Holzbrettern
Auf der Baustelle kann es für einen Akku schon mal brenzlig werden…

Was meinen Plan mit den paar Einzelzellen dann vernichtet hat, war die Tatsache, dass die UV-Lampe 36 Volt braucht, um zu leuchten. Das bedeutet, dass ich mindestens mal 10 Lithium-Ionen-Zellen aneinanderreihen muss. Das ist deutlich mehr als man so in einem gewöhnlichen Akkuschrauber oder Laptop findet. Die vielen Zellen steigern das Gefahrenpotential natürlich immens, was die Stabilität des Akkus angeht, gerade wenn er auf der Baustelle ein wenig missbraucht wird. Wir wollen ja auf jeden Fall verhindern, dass der Akku zu so einer Art Arschbombe wird, wenn er am Gürtel des Bauarbeiters explodiert.

Das Projekt ist also entgegen meines ersten Reflexes eine ziemliche Herausforderung geworden. Ich verrate dir in diesem Beitrag die 3 Entwicklergeheimnisse, mit denen wir es dann letztlich geschafft haben.

 1. Geheimnis: klein und robust dank Technologie von gestern

Früher haben wir Akkupacks sehr klein gebaut, indem wir die Zellen eng zusammengepackt, miteinander verklebt und verschweißt haben. Das war dann ein richtiger kompakter Block.

Diese Methode zur Herstellung von Akkupacks war so lange gängig, bis der E-Bike-Markt richtig geboomt hat. Da aus einem E-Bike-Akku ziemlich hohe Ströme entnommen werden, erhitzen sich die Zellen gegenseitig ziemlich stark. Damit die Zellen ein wenig Abstand voneinander haben und die Luft dazwischen gut zirkulieren kann, was für Wärmeabfuhr sorgt, wurden dann Zellhalter verbaut.

Bei der UV-Lampe sind allerdings nicht so hohe Ströme notwendig. Deswegen war es hier durchaus machbar auf die alte Technologie mit den eng gepackten Einzelzellen zurückzugreifen. Und das haben wir dann auch tatsächlich gemacht.

Oben noch eine Schutzschaltung auf die Zellen, eine Ummantelung aus Moosgummi und der Akkupack war erstmal fix.

2. Geheimnis: Das richtige Gehäuse macht‘s

Das Gehäuse für den Akkupack haben wir aus Aluminium-Strangpressprofilen hergestellt. Klar, man hätte das auch mit Standard-Kunststoffprofilen umsetzen können. Aber wollten hier ja einen robusten Akku für die Baustelle entwickeln. Was wäre passiert, wenn der Akku mal aus dem Gürtel auf eine Kante fällt? Oder wenn er tatsächlich mal als Hammer missbraucht wird? Das würde ein Kunsstoffgehäuse wahrscheinlich nicht überstehen und der Akku wäre dann ungeschützt.

Für das Gehäuse haben wir mit merath metallsysteme, einem Schwesterunternehmen von accundu zusammengearbeitet. Wir haben uns für ein Aluminium-Gehäuse entschieden, weil der Akku selbst in Moosgummi eingepackt ist und wir uns deswegen keine Sorgen gemacht haben, dass der Akku irgendwie das Gehäuse berührt und damit unter Strom setzen könnte. Mit Profis für den Gehäusebau zusammenzuarbeiten, um den Akku in ein eigenes Gehäuse aus Aluminium zu verpacken, hat hier absolut Sinn gemacht. Ein robustes Gehäuse schützt nicht nur den Akkupack optimal vor den potentiellen Gefahren einer Baustelle, es ist auch das erste, was man von einem Produkt von außen sieht und fühlt. Ein gut aussehendes und funktionales Gehäuse wirkt einfach hochwertig und hat auch einen gewissen Wiedererkennungswert.

Das eigene Gehäuse für den Akkupack hatte aber auch noch eine weitere Sicherheitsfunktion für das Projekt: Die UV-Lampe kann nur mit diesem Akku verwendet werden und niemand kommt auf die Idee, sich einfach irgendeinen Akku im Internet zu bestellen und an die Lampe zu hängen.

3. Geheimnis: Testen, testen und testen.

Wir haben den Akkupack als er fertig war natürlich nicht direkt auf die Baustelle geschickt. Ganz wichtig ist es, das ganze System ausgiebig auf Herz und Nieren zu prüfen.

Das haben wir auch mit dem Prototypen des Akkus für die UV-Lampe gemacht und zuerst war auch alles gut. Die Zellen sind beim Laden und Entladen immer schön kühl geblieben.

Allerdings haben wir beim Dauertest festgestellt, dass die Schutzschaltung oben auf den Akkus ziemlich warm geworden ist. Durch die Transistoren, die oben auf der Schaltung sitzen, fließt ständig Strom, wenn der Akku in Betrieb ist. Während des Langzeittests des Akkupacks sind die Transistoren deswegen dann ziemlich warm geworden.

Das ist natürlich nicht gut. Im schlimmsten Fall überhitzen die Lithium-Ionen-Zellen, es kommt zu einem Thermal Runway und dem Bauarbeiter fliegt der Akku um die Ohren.

Wir haben eine Standard-Schutzschaltung verbaut, um die Kosten möglichst gering zu halten und die hatte oben eine Aluminium-Kühlplatte drauf. Als wir uns die Konstruktion genauer angesehen haben ist uns aufgefallen, dass zwischen den Transistoren und dem Aluminium-Kühlkörper ein kleiner Luftspalt war. Kein Wunder also, dass die Wärme nicht über das Aluminium abfließen konnte und die Transistoren so heiß wurden.

Also haben wir die Aluminium-Platte entfernt und eine Wärmeleitfolie zwischen Transistoren und Aluminiumplatte gesetzt. Das hat dann auch geholfen. Wir haben zur Sicherheit noch einen Extremtest durchgeführt und mit einer Wärmebildkamera nachgemessen. Die Wärme wurde abgeleitet.

Das ist übrigens ein Punkt, der mir bei vielen Günstiganbietern gerade auch bei E-Bikes Sorgen macht. Die haben zwar eine Schutzschaltung oben auf den Akkus und auch eine Aluminium-Platte als Kühlkörper. Wie gut das dann aber funktioniert, ist die andere Frage. Wenn man da ein bisschen weiß, worauf man achten muss, kann man mit ziemlich einfachen Mitteln wie ein wenig Wärmeleitfolie viel für die Sicherheit tun.

Clever kombiniert, ist halb gewonnen

Du siehst: selbst für solche Anforderungen wie bei diesem Projekt im Bereich Wie du siehst, mussten wir das Rad nicht neu erfinden.

Wenn auch du einen Akkupack für ein ganz besonderes Produkt brauchst, melde dich doch einfach mal bei mir, gerne per Whatsapp oder telefonisch (07151 959 30 22). Wir schauen uns dein Projekt an, bedienen uns am Markt und optimieren, wo es notwendig ist. Das spart Investitionskosten, Entwicklungskosten und der Akku oder die Batterie ist nachher trotzdem sicher.

Ich freue mich immer über neue Projekte und neue Herausforderungen, auch wenn keine Riesenstückzahl dahintersteht.

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