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. Denn eine Anforderung war, dass der Akku so robust sein sollte, dass er es auch mal aushält, wenn man mit ihm einen Nagel in die Wand schlägt.

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

Drei Geheimnisse aus der Entwicklung des Akkus, mit denen wir das geschafft haben, erzähle ich dir im Video und wie immer in Textform, wenn du ein wenig weiter scrollst.

Wanted: ein besonderer Akkupack 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 einem Akkupack aus 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 Akku 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 ursprünglichen Plan mit einem Akkupack aus ein paar wenigen 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 müsste, um die Lampe zum Laufen zu bringen. Das ist deutlich mehr als man in einem gewöhnlichen Akkuschrauber oder Laptop findet. Natürlich steigern die vielen Zellen das Gefahrenpotential 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 einer Art Arschbombe wird, wenn er am Gürtel des Bauarbeiters explodiert.

Das Projekt ist also entgegen meines ersten Reflexes eine ziemliche Herausforderung geworden. Und so haben wir die Entwicklung des robusten Akkus für die UV-Baulampe dann trotzdem hinbekommen.

 1. Geheimnis aus der Entwicklung: Ein kleiner und robuster Akkupack, 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, mit denen die Akkupacks deutlich größer wurden.

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, um viele Zellen auf einem engen Raum unterzubringen.

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

2. Geheimnis aus der Entwicklung: Das richtige Gehäuse macht den Akku

Das Gehäuse für den Akkupack haben wir aus Aluminium-Strangpressprofilen hergestellt. Klar, man hätte das auch mit Standard-Kunststoffprofilen umsetzen können. Aber wir 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 Kunststoffgehäuse wahrscheinlich nicht überstehen und der Akkupack wäre dann ungeschützt.

Für das Gehäuse haben wir mit merath metallsysteme, einem Schwesterunternehmen von accundu und Experte für die Entwicklung und Fertigung von Gehäusen zusammengearbeitet. Wir haben uns für ein Aluminium-Gehäuse entschieden, weil die Zellen des Akkupacks ja selbst in Moosgummi eingepackt sind 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 individuelles 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.

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

3. Geheimnis aus der Entwicklung: Testen, testen und testen und testen.

Wir haben den fertig entwickelten Akku natürlich nicht direkt auf die Baustelle geschickt. Nach der Entwicklung ist es ganz wichtig, den neu entwickelten Akku und das ganze System drumherum 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 Akkus sind die Transistoren deswegen ziemlich heiß 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 Akkupack um die Ohren.

Um die Kosten möglichst gering zu halten haben wir eine Standard-Schutzschaltung von der Stange verbaut. Auf dieser Schutzschaltung war oben eine Aluminium-Kühlplatte verbaut. Als wir uns diese 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 eingebaut. Und plötzlich hat der Aluminium-Kühlkörper dann auch richtig funktioniert. Wir haben den Akkupack zur Sicherheit noch einen Extremtest durchgeführt und mit einer Wärmebildkamera nachgemessen, um sicherzugehen, dass die Wärme abgeleitet wird.

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.

Bei der Entwicklung von Akkus ist clever kombiniert halb gewonnen

Du siehst: selbst für solche extremen Anforderungen wie bei diesem Entwicklungsprojekt eines Akkus für die Baustelle mussten wir das Rad nicht neu erfinden.

Wenn auch du einen Akku 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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