Disclaimer: Aufgrund der medialen Brisanz um das Thema Onlinemarketing (Influencer) und Schleichwerbung sind Blogartikel, hinter denen eine materielle Profitabsicht steckt als (Schleich-)Werbung zu kennzeichnen. An dieser Stelle möchte ich darauf verweisen, dass alle hier besprochenen Geräte/Produkte aus meinen privaten finanziellen Mitteln erstanden wurde und es sich explizit nicht um ein Sponsoring handelt. Absicht des Artikels ist die Schilderung eines persönlichen Erfahrungsberichts und das zur Verfügung stellen möglichst unabhängiger Einblicke und Informationen für interessierte Leser.

In der Fotografie wird ja praktisch alles mit Akkus betrieben: Kameras, Portys, Speedlights, Videoleuchten, Funkauslöser…
Akkus haben nicht zu leugnende Vorteile hinsichtlich ihrer Kostenersparnis und ihrer geringeren ökologischen Belastung durch Vermeidung von Einwegbatterien.
Um diese Vorteile zu maximieren und möglichst lange Freude an seinen mobilen Energiespeichern zu haben ist eine richtige Handhabung durchaus empfehlenswert.
Ursprünglich hatte ich geplant hier eine mehrteilige, technisch tiefgreifende Grundlagenerörterung über Akkus darzustellen. Je weiter ich jedoch versucht habe in das Thema vorzudringen, desto frustrierender wurde die Sache. Etliche Quellen, die sich gegenseitig widersprechen, fehlende technische Datenblätter und utopische bis fachlich falsche Werbeversprechungen seitens der Hersteller machen es beinahe unmöglich das Thema wissenschaftlich fundiert aufzubereiten. Andererseits wollte ich mir nicht die Blöße geben hier haltlose Gerüchte und Halbwahrheiten in das Internet hinauszuposaunen, dafür ist mein fachlicher Anspruch an mich selbst zu groß.
Trotz allem lassen sich wenige grundlegende Faustregeln zusammenfassen, was Akkus überhaupt nicht mögen und was man tunlichst vermeiden sollte. Für den Fotografen sind ohnehin nur zwei Akkutechnologien von Interesse: NiMh meist in Form von AA oder AAA-Zellen und Li-Ion in herstellereigenem Design.

Die meiste Zeit seines Lebens liegt der Akku vermutlich irgendwo im Schrank, aber wie „schlafen“ sie am liebsten?
Jeder Akku besitzt eine gewisse Selbstentladung, er verliert dabei ungenutzt die gespeicherte Energie. Je nach Technologie ist diese Selbstentladung kaum bis stark ausgeprägt. Bleibatterien zum Beispiel verlieren nur 1-3% ihrer Ladung pro Monat, herkömmliche NiMh-Zellen können innerhalb der ersten 24-Stunden schon 10% ihrer Gesamtkapazität einbüßen. Die Selbstentladung fällt mit sinkendem Ladestand immer weiter ab. Ein halb geleerter Akku entlädt sich also langsamer, als ein voller.
Unabhängig der Technologie mögen Akkus eins jedoch gar nicht: Tiefentladen zu werden. Ein per Definition „vollständig“ entleerter Akku hat noch immer eine Restspannung, die sogenannte Entladeschlussspannung. Sie beträgt (je nach Technologie schwankend) rund 70% der einer vollen Batterie. Praktisch ist damit nicht Schluss, man kann also noch Energie aus dem Akku entnehmen. Nicht viel auf einmal, aber langsam kriechend mit einem schwachen Verbraucher ist hier immer noch was zu holen. Die Selbstentladung ist so ein „schwacher Verbraucher“. Aber jede weitere Stromentnahme führt nun zu irreversiblen Prozessen im Inneren, die ihn schädigen und seine Lebensdauer beeinträchtigen. Eine typische Reaktion dieser Art ist das „Auslaufen“ von Alkalibatterien. Bei Ihnen dient die äußere Hülle der Batterie, als Anodenmaterial. Aber eben die Anode wird bei Tiefentladung aufgelöst. Die Batterie „rostet“ also von Innen durch und läuft damit aus.
Ein weiterer „schwacher Verbraucher“ stellen eventuelle Leckströme im Inneren eines Gerätes dar. Je nach Ausführung der Schaltung im Verbraucherinnern können auch bei ausgeschaltetem Gerät geringe Ströme fließen. Der Akku wird sich also tendenziell, wenn er in einem Gerät eingelegt ist, schneller entladen, als wenn er allein für sich in der Schublade liegt. Nicht ganz so dramatisch, aber im besten Fall auch zu vermeiden ist das Gegenextrem: Ein bis Anschlag gefüllter Akku neigt auch zu Reaktionen im Inneren - ohnehin hält sich dieser Zustand ja nicht lange, sofern man den Akku nicht nonstop an der Erhaltungsladung hält. Ein zu 50-80% gefüllter Akku ist für eine längere Lagerung am besten vorbereitet. Die Selbstentladung geht mit steigender Temperatur schneller vonstatten, also eine kühle Umgebung ermöglicht längere Lagerzeiten. Raumtemperatur ist eine gute Grundlage, aber auf der Heizung, im Ofen oder hochsommers im Auto sollte man vermeiden. Aber die Batterien bitte nicht ins Gefrierfach legen: Bei einigen Akkutypen kann das Elektrolyt frieren und den Akku schädigen.

Der Markenname Eneloop ist praktisch zu einem Synonym für eine verbesserte NiMh-Technologie geworden. Tatsächlich hat der Hersteller hiermit ein wesentliches Problem der klassischen NiMh-Akkus in den Griff bekommen: Die enorme Selbstentladung. Hat man seine NiMh-Zellen mal drei Monate nicht gebraucht waren sie anschließend halb leer. Das macht sie auch schlecht lagerfähig, da ihre Selbstentladung zur Tiefenentladung führen kann. Ein verbessertes Design hat die sogenannten LSD-NiMhs hervorgebracht. LSD steht hierbei für Low Self Discharge. Auf der anderen Seite hat dieses neue Design dazu geführt, dass die Nennkapazität gesunken ist. Sind bei Konkurrenzmodellen Kapazitäten von bis zu 3000mAh versprochen, so leistet der vergleichbare eneloop „nur“ rund 1900mAh. Dafür entfällt das unmittelbare Laden vor der Benutzung – somit sind sie komfortabler im Alltag. Für wen die schlechtere Lagerfähigkeit kein Problem darstellt bieten klassische NiMh-Akkus also größere Energiereserven. Mittlerweile bieten auch andere Hersteller LSD-NiMh-Zellen an und Eneloop ist längst nicht mehr konkurrenzlos. Jedoch assoziiert man ja Babywindeln auch gern mit dem Markennamen „Pampers“ oder Papiertaschentücher mit „Tempo“. Übrigens gibt es mittlerweile drei verschiedene Unterarten von Eneloop-Akkus auch hier wird der Trend sichtbar: Je geringer die Selbstentladung, desto geringer auch die Kapazität. Übrigens hängen die maximale Kapazität und der maximal lieferbare Strom auch designbedingt miteinander zusammen (über den Innenwiderstand). Somit erwärmen sie sich weniger (wir erinnern uns Wärme mögen Akkus nicht) und sind besonders gut geeignet um energiehungrigen Anwendungen wie Videoleuchten, Taschenlampen und Blitzgeräten gerecht zu werden. Womit man sich nun selbst am ehesten anfreunden kann muss man individuell entscheiden. Liegen beim persönlichen Nutzungsverhalten die Akkus selten im Schrank und es kommen energiehungrige Verbraucher wie Videoleuchten zum Einsatz, bieten die klassischen NiMh-Zellen höhere Leistungsreserven. Bei durchschnittlicher Nutzung hingegen sind die LSD-Akkus einfach komfortabler und können auch nach längeren Pausen direkt aus der Schublade genutzt werden.

Akkus altern, das bedeutet sie verlieren an Kapazität und ihr maximal abrufbarer Strom begrenzt sich. NiMh-Akkus sind verhältnismäßig robust gegen Ausgleichströme aufgrund ihrer nicht linearen Entladekurve. Ausgleichsströme können immer nur dann fließen, wenn die Spannung der Zellen untereinander schwankt. Aber die Leistungsfähigkeit des gesamten Verbundes wird durch eine altersschwache Zelle geschwächt, da die verbleibenden Zellen die fehlende Leistung auffangen müssen. Deshalb macht es auch keinen Sinn Akkus mit verschiedenen Kapazitäten zu mischen, da die schwächste Zelle als erstes einknickt. Kauft man hin und wieder Akkus des gleichen Fabrikats nach ist es vielleicht nicht mehr so einfach herauszufinden welche Zellen aus welchem Jahrgang stammen. Am besten ist es ein 4er- oder 2er-Bundle zusammen zu halten. Ich habe angefangen meine Akkus mit kleinen bunten Klebepunkten zu markieren, sodass ich weiß, welche zusammengehören. Bei einem Blitzgerät, wo genau vier Batterien eingelegt werden und auch die "Verpackungsgröße" der Zellen üblicherweise bei vier liegt, ist dies nicht nötig. Aber hat man gelegentlich Verbraucher mit einer abweichenden Zellenzahl, ist es schon praktisch sich einen zusätzlichen Überblick zu verschaffen.
Letztlich altern die Zellen dennoch etwas unterschiedlich. Ist eine Zelle in einem Verband älter als die anderen, so steigt jedoch die Belastung für die jüngeren an, was deren Alterung wiederum beschleunigt. So tritt eine Art "Selbstdämpfung" ein, die ein zu starkes auseinanderdriften der Leistungsfähigkeit im Verband unterbindet. Die Akkus spielen sich im Laufe ihres Lebens sozusagen aufeinander ein.

Hat man ein Herstellereigenes Ladegerät stellt sich die Frage nach der richtigen Ladetechnologie typischerweise nicht. Muss man jedoch zum Beispiel für handelsübliche NiMh-AA-Zellen ein Ladegerät kaufen, so gehen die Funktionen weit auseinander – deshalb möchte ich hier exemplarisch auf die Ladetechniken für diese Zellen eingehen und Li-Ion Akkus ausklammern, da es sie nicht in standardisierten Universalgrößen gibt ist man hier zwangsweise an Spezialladegeräte gebunden. Hierbei gilt als grobe Faustformel für Fremdhersteller-Geräte: die Anzahl der Kontaktpole sollte der des Originalherstellers entsprechen. Neben + und – Pol werden Temperaturüberwachung und Balancing über weitere Kontakte geregelt. Bei zweizelligen Akkupacks mit 7,4 Volt (beispielsweise Canon LP-E6) müssen beide Einzelzellen im Verband separat angesteuert werden, da sonst zwangsweise eine Zelle überladen wird oder umgekehrt nicht vollständig geladen. Daher ergeben sich vier Kontakte. Zum Teil sind die Akkus auch Chipcodiert und es kommt zu softwaretechnischen Inkompatibilitäten… aber das führt nun zu weit.

Sprint oder Marathon?

Die Ladezeit der Akkus ist natürlich ein relevantes Thema. Für NiMh-Zellen galt es früher als empfehlenswert sie über einen Zeitraum von 14 Stunden aufzuladen (mehr dazu weiter unten). Hat man bei einem intensiven Shootingeinsatz mehrere Videoleuchten oder Blitze parallel im Einsatz und muss diese auch noch einmal wechseln, so kann es mitunter schon mal eine Woche dauern, bis man die Akkus wieder sauber sortiert in den Schrank eingeordnet hat. Schnellladegeräte hingegen versprechen die Akkus zum Teil in weniger als einer Stunde - ja zum Teil sogar in 15 Minuten voll zu machen. Das bleibt nicht ohne Folgen und die Akkus leiden Höllenqualen dabei. Ihre Zyklenfestigkeit reduziert sich drastisch. Die optimale Lösung bietet heutzutage eigentlich der Mittelweg. Moderne Akkus verzeihen durchaus mehr als die empfohlenen 0,1C Ladestrom und sind damit von der Marketingabteilung schon als "schnellladefähig" betitelt - wobei "schnell" alles weniger der 14 Stunden Literaturwert entspricht. Was genau welche Zelle ab kann wäre im Bestfall dem Datenblatt zu entnehmen, wenn es denn eins gibt. Ein Ladevorgang von 4-6Stunden ist modernen Zellen typischerweise zuzumuten, ohne dass sie darunter leiden würden. Bis auf die Memory-Effekt belasteten NiCd Akkus (die eh aussterben und wohl kaum noch jemand besitzt) mögen die meisten Akkus generell eine langsame Ladung lieber als eine schnelle.
Im Zweifelsfall ist eine größere Menge an Zellen in der Schublade als "Puffer" um Engpässe zu vermeiden oder ein zweites/größeres Ladegerät nachhaltiger als Druckbetankungen.

Sag "Stopp!"

Zurück zu NiMh... das Laden eines Akkus lässt sich simpel vergleichen mit dem Befüllen eines Wasserglases. Macht man die Augen zu und schüttet einfach Wasser in das Glas ist es schwer den richtigen Füllstand zu erreichen. Wir brauchen also ein Feedback, dass uns sagt wann Schluss ist. Beim Eingießen sind dies unsere Augen. Wir sehen wann das Glas voll ist. Aber wir können leider nicht sehen wann ein Akku voll ist. Also messen wir... aber was eigentlich?

Zeitsteuerung/Konstantstromladung:
Ein kleines Bierglas fasst 0.33 L, ein Schnapsglas 0.02 L - in ein Bierglas passt also der Inhalt von 16 Schnapsgläsern und damit ist es hinreichend genau gefüllt. Einfach oder? Ich könnte also auch blind ein Schnapsglas 16 mal bis zum überlaufen füllen und diese dann in das Bierglas kippen. Solch eine Ladetechnik gibt es. Die zeitgesteuerte 0,1C Ladung arbeitet mit einem Ladestrom von 10% der Kapazität und pumpt diese 14 Stunden lang in den Akku hinein. Die "überschüssigen" 40% dienen dabei dazu die Wirkungsgradverluste aufzufangen. Nun haben aber nicht alle Akkus dieselbe Kapazität und vielleicht ist ein Akku auch nur halb entleert wenn er eingelegt wird. Was macht das Gerät dann? Das, was es immer tut - 140% Druckbetankung ohne Rücksicht auf Verluste.
Diese Technik ist schaltungstechnisch besonders einfach zu realisieren und kommt deshalb oft bei billigen Ladegeräten zum Einsatz.

Temperatursteuerung:
Je voller ein Akku wird, desto mehr wehrt er sich gegen eine weitere Befüllung und wird dabei warm. Wenn wir die Temperatur der Zelle messen, dann wissen wir wann Schluss ist - ganz einfach. Aus der Schule und dem Leben wissen wir, dass Dinge sich in kalter Umgebung schneller abkühlen, als in warmer. Es wirkt sich also auf die Batterietemperatur aus, ob wir unser Ladegerät im kühlen Keller bei 12°C oder im überhitzten Auto bei 50°C laden. Da der Temperaturfühler im Ladegerät und nicht in der Batterie verbaut ist (Ausnahme LiPo) wird die Messung zunehmend ungenauer. Auch macht es einen Unterschied ob in einem Schacht eine einzelne Batterie rundum viel Platz hat oder acht Zellen kuscheln. Die Präzision dieses Verfahrens ist also eher mäßig, aber grundlegend funktioniert es und bewahrt die Zellen zudem vor Brand und Hitzetod, weshalb sie als zusätzliche Schutzmaßnahme auch in anderen Verfahren sinnvoll ist.

Spannungssteuerung:
Bei vielen Akkus und Batterien lässt sich der Füllstand an der Zellspannung ablesen, da ihre Spannungskurve über den Lade-/Entladevorgang linear abfällt. 20% weniger Spannung = 20% weniger Ladung. Leider ist diese Steuerungsmethode für NiMh-Akkus nur bedingt nutzbar. NiMh-Akkus besitzen nämlich eine ausgeprägte Plateauphase und haben über ein breites Ladungsfeld die gleiche Zellspannung. Ob der Akku also zu 15% oder 85% gefüllt ist, ist nicht hinreichend ersichtlich. Nur in den Randbereichen ist dann ein Spannungsanstieg/-abfall zu erkennen. Das freut uns sehr beim Entladen, da die Leistung über lange Zeit stabil bleibt, stört uns aber eben beim Laden, da es kaum Aufschluss über den Füllstand gibt.

Konstantspannungsladung:
Ein denkbares Verfahren ist beim Laden eine Spannung anzulegen, die der Spannung eines voll geladenen Akkus entspricht. Wenn ein voll geladener Akku 1.32 V haben soll und das Ladegerät eine Spannung von exakt 1.32 V ausgibt, so kann die Batterie nicht überladen werden. Aber wie bei jedem Differenzgrößengetrieben Vorgang in der Natur verlangsamt er sich zunehmend. Eine Kaffeetasse kühlt in den ersten Minuten sehr schnell ab, bleibt dann allerdings lange Zeit lauwarm. Ein Kanister aus dem Wasser läuft entleert sich immer langsamer, je weiter der Wasserdruck sinkt. Und ein Akku, welcher über Konstantspannung geladen wird, braucht sehr lange um die letzten 15-20% ihrer Ladung zu erreichen. Zu Beginn geht es jedoch recht fix - und mit einem 80% geladenen Akku kann man ja auch schon gut arbeiten. So die Theorie: Tatsächlich ginge das Laden zu Beginn so schnell, dass der Ladestrom die Zelle schädigen könnte, also wird hier eine Strombegrenzung eingebaut um den Prozess künstlich zu verlangsamen.

Negative Delta-U Impulsladung:
Nun kommen wir zum State-of-the-Art Verfahren. Der Name als solcher klingt schön kompliziert, was bedeutet, dass dieses Verfahren sehr intelligent und ausgefeilt sein muss :P. Ich sagte ja schon, dass NiMh-Zellen eine recht besondere Spannungscharakteristik aufweisen. Sie haben aber noch eine weitere Eigenschaft als nur eine Plateauphase bei mittlerem Ladungsniveau, nämlich einen Peak, der bei beginnender Überladung einsetzt. Nickelakkus sind recht robust gegenüber diesem leichten Überladen und nehmen dadurch keinen nennenswerten Schaden - solange man es nicht übertreibt. Beginnt die Überladung, so fängt die Spannung an abzusinken.  Das ist jedoch kaum merklich, wir sprechen über einen Spannungsabfall von weniger als 0,1% der Zellspannung. Trotzdem kann man dies messen. Typischerweise sollte man jedoch davon ausgehen, dass es notwendig ist hierfür die Zellen einzeln zu überwachen. Zwei oder Vier Zellen nebeneinander zu überwachen würde bedeuten, dass der Spannungsanstieg der einen Zelle den Spannungsabfall der anderen kompensieren würde. Dennoch versprechen einige Ladegeräte es genau dies zu schaffen, was ich jedoch nach eigener Meinung anzuzweifeln wage. Selbst wenn es möglich sein sollte, so würde dies dennoch in jedem Fall dazu führen, dass entweder die vollste oder die leerste der Zellen den Abschaltzeitpunkt für den Verbund bestimmt und somit Abstriche in der Ladequalität hinzunehmen sind. Das "Negative Delta U" bedeutet eben genau dies - Spannungseinbruch.

Aber was hat es mit der Impulsladung auf sich?
Während des Ladevorganges ist es nicht möglich die aktuelle Zellspannung messtechnisch zu erfassen. Der Messvorgang würde durch den Ladevorgang gestört werden. Deshalb verwendet man hochfrequente Strompulse, welche für kurze Zeit (Mikrosekunden) unterbrochen werden um den Akku zu fragen, wie es ihm gerade geht. Dies wird von einem Mikrocontroller protokolliert. Um den Spannungsabfall festzustellen reicht es ja auch nicht zu wissen wie hoch die Spannung in gerade diesem Moment ist, sondern man muss feststellen ob sie im Vergleich zu den vorherigen Messungen eingebrochen ist. Eine Vergleichbarkeit bedingt also ein Speichern der aktuellen Werte. Auch werden die Strompulse immer kürzer, je weiter die Batterie geladen ist um den Abschaltungszeitpunkt besser zu treffen.

Diese Technik ist natürlich schaltungstechnisch ausgesprochen komplex. Im Vergleich zur einfachsten Technik (Zeitsteuerung) wo lediglich eine "Eieruhr" zur Steuerung von vier Akkus gebraucht wird geht es hier so richtig zur Sache. Hochfrequentes, variables Pulsen der Stromzufuhr mit anschließendem Abfragen des aktuellen Statusberichtes, wegspeichern der Daten, auswerten und vergleichen des aktuellen Zustands mit den vorherigen Werten und das ganze dann für vier Zellen oder mehr - je nach Ladegerät. Durch die Spannungsmessung ist auch ein Verpolungsschutz gewährleistet und obendrein überwacht das Gerät dann noch die Temperatur um eine zu starke Erwärmung zu unterbinden. Deshalb sind solche Geräte teurer - aber eben auch das beste, was man seinen Akkus bieten kann.

Ein weiterer Vorteil in der Einzelschachtüberwachung besteht darin schwächelnde Akkus genau identifizieren zu können. Im Optimalfall sollten sich die Akkus im Betrieb gleichmäßig entleeren. Wird jeder Akku separat überwacht fällt es schneller auf, wenn ein Ausreißer schneller oder langsamer lädt oder einen anderen Ladestand aufweist als seine Kollegen.

Der Memoryeffekt ist wohl vielen noch bekannt – jedoch kommt er nur bei NiCd-Akkus vor und spielt heutzutage keine Rolle mehr, da diese Akkus keine Verwendung mehr finden. NiMh-Akkus hingegen leiden unter dem sogenannten Lazy-Battery-Effekt. Er ist in der Praxis nicht ganz so kritisch, wird hauptsächlich durch permanente Erhaltungsladung forciert und ist reversibel. Durch mehrfaches Ent- und Aufladen in unmittelbar aufeinanderfolgenden Zyklen kriegt man Altersschwache Akkus eventuell wieder fit. Hierfür bieten einige Akkuladegeräte sogar automatisierte Refresh-Programme, die genau dies machen und es einem ersparen neben dem Ladegerät sitzen zu müssen – aber es geht auch manuell. Für Li-Ionen Akkus ist mir nach meinem derzeitigen Recherchestand keine Refreshmethode bekannt. Für Geräte wie Smartphones bin ich hingegen auf eine „Kalibrierungsmöglichkeit“ für altersschwache Akkus gestoßen. Gerade hatte das Handy noch 20%-Akkuleistung und plötzlich ist es aus. Das liegt daran, dass die Akkustandsanzeige des Geräts auf Statistiken beruht, die den Alterungsprozess der Akkus nicht berücksichtigen. Durch dieselbe Methode wie oben beschrieben führen einige Geräte ein Löschen mit anschließender Korrektur der Statistiken durch. Damit ist zumindest die Akkustandsanzeige wieder korrekt.

Ein Akku ist und bleibt ein Gebrauchsgegenstand. Und wenn man eine hohe Blitzfolge bei starker Leistung aus einem Speedlight kitzelt, dann kann der Akku auch schonmal heißer werden. Dass der Akku das nicht mag wurde oben schon erwähnt... aber deshalb solche Situationen auszuschließen ist eben auch nicht praxistauglich. Dennoch kann man insbesondere bei der Auswahl des richtigen Akkus, beim Laden und bei der Lagerung einigen lebensverkürzenden Fehlern aus dem Weg gehen und die Laufzeit, sowie Leistungsfähigkeit der eigenen Geräte maximieren.