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Lithium-Ionen Akkus, Grundlagen zu Arten, Nutzung und Pflege

Tombstone

Flashaholic**
27 November 2016
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nahe Würzburg
Olight Taschenlampen
Gatzetec Shop
Widerspricht aber ziemlich aller im www verfügbarer Quellen.

Merke: nur, weil es alle nachplappern, muss es nicht stimmen. Ich bleibe dabei, dass 3,8 oder 4,2 in der Realität keinen RELEVANTEN Einfluss haben

Lagertemperatur sei noch nachgereicht: für die ersten zwei Gruppen im Keller bei Zimmertemperatur - also immer um die 20°. Die dritte Gruppe bekommt natürlich alles ab. Insofern wäre das auch noch ein Faktor.

Bezüglich Verbrauch / Invest bleibe ich übrigens dabei: Verbrauch...

... dass einzelne Zeitgenossen (wie Du und ich ;) ) viel zu viele davon haben, ändert das ja nicht... es lässt höchstens einen Blick auf unsere Vorlieben zu...
 
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hdo

Guest
die Quellen sind seriös und eindeutig. Das hat mit nachplappern nichts zu tun.

Auch wenn die dort behandelte Zellchemie nicht zwangsläufig auf alle LiIon übertragbar ist:

http://publications.rwth-aachen.de/record/680923/files/680923.pdf

Wenn Du nach der gewissenhafter Lektüre dieser Arbeit immer noch der Ansicht bist, dass es keine Rolle spielt ob bei 4,2V oder 3,8V gelagert wird, dann kann ich das auch nicht ändern.
 
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hdo

Guest
Der Einfluss ist vermutlich schon vorhanden, aber noch nicht voll ausgeprägt.
Man müsste wohl längere Beobachtungszeiträume ansetzen, um das bemerken zu können.

Wer fabrikfrische Akkus gleich mal "volle Pulle" belastet, sowohl beim Laden als auch beim Entladen, erreicht vielleicht schon nach fünf Zyklen den Punkt, an dem ausreichend "katalytischer Dreck" vorhanden ist, um die kalendarische Alterung voll zuschlagen zu lassen.
Und wer statt dessen die neuen Akkus sehr sanft lädt und entlädt, der braucht vielleicht 15 Zyklen.

Und natürlich verhalten sich nicht alle Akkus gleich, Hochstromakkus reagieren anders als Hochkapazitätsakkus.

Früher oder später ist aber bei allen gebrauchten Akkus der Punkt erreicht, ab dem die kalendarische Alterung ihr Zerstörungswerk tut.

Bei der Inbetriebnahme von Zellen überlagern sich sehr wahrscheinlich mehrere Effekte, sodass keine sinnvolle Interpretation möglich ist.

Habe hier z.B. Zellen, die nach Lieferung einen wesentlich höheren Ri haben (jeweils bei ~50% SOC) als nach wenigen Zyklen. Bei (den meisten) anderen Zellen gab es diesen Effekt nicht/kaum.
Diese Beobachtung lässt ja den Schluß,zu, dass der Ri durch zunehmende zyklisierung der Zelle kleiner wird.

Nur mal um zu verdeutlichen welch abstruse Interpretationen Beobachtungen über sehr kurze Zeiträume bei fabrikneuen Zellen zulassen.
Du hast darauf ja schon hingewiesen.

In der oben verlinkten Arbeit gibt es Hinweise darauf, dass die DOD (depth of discharge) einer der größten Akkukiller ist (bei Zyklisierung).
Wesentlich ausgeprägter als SOC (kalendarisch).

Dennoch...

Aus einem Diagramm zur kalendarischen Alterung beziehen sich die Werte auf eine Temperatur von 50°C, was höchstens in einem von der Sonne erhitzten Auto (über längere Zeiträume) relevant sein dürfte.
Allerdings nahm hier bei 0% SOC die Kapazität binnen eines Jahres um 5% ab, Bei 85% SOC um bereits ~20% und höhere SOC konnten auf dem Diagramm nicht mehr dargestellt werden.
Die Zunahme des Ri(50°C) ist bei 100% SOC 4-fach höher als bei 0%, und rund 2-fach höher als bei 80% SOC.

Dass es nun für uns irrelevant wäre, ob wir bei 100% SOC lagern, oder bei 80% (besser noch deutlich weniger) kann och aus den Diagrammen absolut nicht ableiten.
 
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Tombstone

Flashaholic**
27 November 2016
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Auch wenn die dort behandelte Zellchemie nicht zwangsläufig auf alle LiIon übertragbar ist:

Das ist aber der für mich wichtige Punkt - die Doktorarbeit spricht von LiIon-Batterien. Ich gehe mal davon aus, dass sowohl der Doktorvater als auch der Doktorand die Fachtermini kennt, vor allem nach 10 Jahren Studium - daher spricht er für mich nicht von Akkumulatoren (um die es hier bei uns geht). Man korrigiere mich, falls ich falsch liege - ich habe mir das Teil jetzt nicht komplett durchgelesen.

Nochmal: wenn es bei irgendwelchen Tests irgendwelche passenden Ergebnisse gibt, so respektiere ich das - für mich ist das aber irrelevant, da sich die REALITÄT für mich wie von mir geschildert darstellt.

Und das dürfte für den Großteil der hier lesenden respektive postenden Mitglieder ähnlich sein...

Nebenbei stimme ich Dir aber bei der DOD vollumfänglich zu. Und ich respektiere auch die Arbeit, die dahinter steckt...


... wobei ich mich des Eindrucks nicht erwehren kann, dass wir hier Forenmitglieder haben, die das auch geschafft hätten... wahrscheinlich sogar besser verständlich...

;)
 
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steidlmick

Flashaholic**
15 August 2012
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Das ist aber der für mich wichtige Punkt - die Doktorarbeit spricht von LiIon-Batterien. Ich gehe mal davon aus, dass sowohl der Doktorvater als auch der Doktorand die Fachtermini kennt, vor allem nach 10 Jahren Studium - daher spricht er für mich nicht von Akkumulatoren (um die es hier geht).
Dann korrigiere ich das mal:
Es geht tatsächlich um gängige Lithium-Akkumulatoren und es ist mir schleierhaft, wieso ständig von Batterien die Rede ist.

Sehr schlecht finde ich, dass mit der Sanyo UR18650E nur ein einziger Zellentyp untersucht wurde, der zudem technisch nicht gerade topaktuell ist.
Da stellt sich die Frage, inwiefern das auf aktuelle Zellen übertragbar ist...
 
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Flummi

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26 Oktober 2015
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Die Wissenslage darüber, was einem Akku gut tut und was nicht, ist doch schon lange bekannt.

In der
kann man durch Messreihen bestätigen, dass LiIon-Akkus - bei hohen Spannungen gelagert - schneller altern. Punkt.

In der PRAXIS muss/kann nun jeder für sich entscheiden, ob x% Kapazitätsverlust pro Jahr den Mehraufwand rechtfertigen, Akkus ggf. auf Lagerspannung zu bringen.
 
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Onkel Otto

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20 November 2015
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Für mich stellt sich immer die Frage nach dem Nutzen einer definierten Spannung
bei Lagerung oder seltener Benutzung.

Ich habe alle Lampen bestückt, um sie ohne weiteres tun sofort benutzen zu könnnen.

Das ist mir wichtig. So wichtig, dass ich allen Akkus dauerhaft eine höhere Spannung
als die empfohlene Lagerspannung zumute.

Daher mögen sie zwar rascher altern, aber ich habe ja auch einen Nutzen davon.
Alles hat seinen Preis.

Greetings
Klaus
 

mxyzptlk

Flashaholic**
20 August 2016
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Ist es wirklich wichtig bei 5€-15€ Akkus so eine Wissenschaft daraus zu machen?
Ich lade meine Akkus in einem oder mehreren anständigen Ladegeräten,
so dass sie mir nicht um die Ohren fliegen und gut ist,
sind sie leer lade ich sie wieder.
 

Flummi

Moderator
Teammitglied
26 Oktober 2015
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Kommt immer darauf an :pfeifen:

upload_2019-10-10_15-36-38.png

Sagen wir mal 5% (mehr) Kapazitätsverlust pro Jahr bei 216 Zellen...

Meine aktuellen Lieblingslampen (~10 Stück) sind meist vollgeladen einsatzbereit.
Vitrinenlampen, so sie denn überhaupt bestückt werden, haben meist 3,9V.
Die Schubladen-Akkus liegen bei 3,6V. Besser wäre natürlich, keine Akkus für die Schublade zu kaufen :pfeifen:. Aber das ist so ein Tick von mir.
 
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kirschm

Flashaholic***
13 April 2017
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Ich habe alle Lampen bestückt, um sie ohne weiteres tun sofort benutzen zu könnnen.
Das ist mir wichtig. So wichtig, dass ich allen Akkus dauerhaft eine höhere Spannung
als die empfohlene Lagerspannung zumute.

Mache ich auch... in jeder meiner Lampen ist ein einsatzbereiter Akku... ich habe mich hier seit langem auf 3.92V eingeschossen... das sind rund 3/4 der Gesamtkapazität... Da mir max. Helligkeit Wurscht ist, ist das nun mal meine Lagerspannung in den Lampen.
 
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hdo

Guest
...
Man korrigiere mich, falls ich falsch liege - ich habe mir das Teil jetzt nicht komplett durchgelesen.

Ja- Du liegst falsch... hätte er gelesen...

Dann korrigiere ich das mal:
Es geht tatsächlich um gängige Lithium-Akkumulatoren und es ist mir schleierhaft, wieso ständig von Batterien die Rede ist.

Sehr schlecht finde ich, dass mit der Sanyo UR18650E nur ein einziger Zellentyp untersucht wurde, der zudem technisch nicht gerade topaktuell ist.
Da stellt sich die Frage, inwiefern das auf aktuelle Zellen übertragbar ist...

Wenn in einer technischen Einheit einige/viele Akku-Einzelzellen verbunden werden, dann darf man das mitunter „Batterie“ nennen.

Dass die Ergebnisse nicht zwangsläufig auf andere Zellchemien übertragbar sind wurde ja schon angemerkt.
Wenn es zwischenzeitlich Zellen gäbe, die dieses Verhalten nicht mehr zeigen, dann hätte sich das aber vermutlich schnell herumgesprochen...
 
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kirschm

Flashaholic***
13 April 2017
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Diese neuen Zellen gibt es in den Smartphones und beleuchteten Schminkspiegeln unserer Mädels. Wie sonst kämen die auf die Idee, das Zeugs die ganze Nacht zu laden, wenn sie sich vorher nicht intensiv damit befasst hätten?
 

light-wolff

Flashaholic***²
14 September 2011
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im Süden
Wenn in einer technischen Einheit einige/viele Akku-Einzelzellen verbunden werden, dann darf man das mitunter „Batterie“ nennen.
Man darf nicht nur mitunter, es ist sogar der richtige Fachbegriff. Bei der 12V-Autobatterie hat auch niemand ein Problem damit.
Genaugenommen kann eine Batterie nie eine Einzelzelle sein - egal ob wiederaufladbar oder nicht.
Eine 9V-Batterie besteht hingegen aus mehreren Zellen und darf sich mit Recht "Batterie" nennen - womit noch nicht gesagt ist, ob aufladbar (7x NiMH, 3xLiFePO4) oder nicht (6x Alkaline oder Zink-Kohle).
Leider hat die "falsche" umgangssprachliche Verwendung des Begriffs diesen inzwischen so verwässert, dass die ursprüngliche Bedeutung praktisch schon verloren gegangen ist und nur noch bei der alten 12V-Autobatterie allgemein verstanden wird - bei der Fahrbatterie von Elektroautos schon weniger, da sagen viele Akku oder Akkupack, bei einem Pedelec- oder Notebook erst recht, da sagt niemand Batterie und alle reden von Akku oder Akkupack.
 

steidlmick

Flashaholic**
15 August 2012
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Wenn in einer technischen Einheit einige/viele Akku-Einzelzellen verbunden werden, dann darf man das mitunter „Batterie“ nennen.
Ja, und...?
Das ist ja nicht das Thema der von dir verlinkten Dissertation. Dort werden Einzelzellen untersucht, keine Batterien.

Da wirkt es oberflächlich, fast schon schlampig, wenn der Titel mit "Untersuchung der Alterung von Lithium-Ionen-Batterien mittels..." beginnt. Fachwissenschaftliche Arbeiten sollten sich nicht ungenauer Umgangssprache bedienen!
 

light-wolff

Flashaholic***²
14 September 2011
16.165
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im Süden
und nur noch bei der alten 12V-Autobatterie allgemein verstanden wird
Ich hätte Zweifel, dass Batterie hier "allgemein" im Sinne einer Ansammlung verstanden wird.
Stimmt, das hatte ich blöd ausgedrückt. Gemeint war:
Landläufig bedeutet Batterie inzwischen "nicht aufladbar" und Akku "aufladbar", unabhängig von der Zellenzahl. Also etwas ganz anderes als der ursprüngliche Batterie-Begriff, der nur noch in der Autobatterie umgangssprachlich präsent ist.
 
H

hdo

Guest
Ja, und...?
Das ist ja nicht das Thema der von dir verlinkten Dissertation. Dort werden Einzelzellen untersucht, keine Batterien.

Da wirkt es oberflächlich, fast schon schlampig, wenn der Titel mit "Untersuchung der Alterung von Lithium-Ionen-Batterien mittels..." beginnt. Fachwissenschaftliche Arbeiten sollten sich nicht ungenauer Umgangssprache bedienen!

International kommunizierende Wissenschaftler werden vermutlich lächeln, wenn in einem deutschen Taschenlampenforum wegen der Verwendung international gültiger Termini in einer Wissenschaftlichen Arbeit große Entrüstung herrscht.
Ich als Laie war bislang dem deutschen Sprachgebrauch verhaftet und habe brav von Akkus gesprochen wenn es sich um wiederaufladbare Zellen handelt. Werde das auch weiter so handhaben.

Nur hat sich offenbar in der Fachwelt zunehmend allgemein der Begriff „Batterie“ durchgesetzt- egal ob nicht wiederaufladbar oder wiederaufladbar.
Anglizismen wohin man schaut. Auch in meinem Beruf muss man das so hinnehmen...

https://www.batterieforum-deutschland.de/infoportal/batterie-kompendium/

Auch hier wird von „Batterien“ gesprochen...

Ergänzung:
Offenbar wird in der Fachwelt von primären (nicht wiederaufladbaren) und sekundären (wiederaufladbaren) Batterien gesprochen.
Wenn aus dem jeweiligen Kontext klar ist, dass wiederaufladbare Zellen gemeint sind, dann wird nur der Begriff „Batterie“ verwendet und „sekundär“ weggelassen.

Das kann man nun hier als „schlampig“ empfinden, in der Fachwelt ist das aber wohl so üblich.
 
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kirschm

Flashaholic***
13 April 2017
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Ich bin international kommunizierender Wissenschaftler
okay, dann lass mich mal eine Frage an den Wissenschaftler stellen, welche gut in diesen Thread passt. In dem folgenden Link gibt es ganz unten ein Bildchen wo groß 3,92 Volt drauf steht. Bei dem Bildchen steht dabei: "A cell voltage of 3.92V appears neutral; lower voltages add to SEI, higher to EO."
Bedeutet dies, dass vielleicht sogar ca. 3,92 Volt eine bessere lagerspannung ist als die typische "um die 50%" Regel? Und was bedeutet für den Wissenschaftler die Aussage neben diesem Bildchen? Wie muss der Laie diese Aussage verstehen?
https://batteryuniversity.com/index.php/learn/article/bu_808b_what_causes_li_ion_to_die
 
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steidlmick

Flashaholic**
15 August 2012
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Da sich der "Artikel" auf die LMO-Traktionsbatterie eines Nissan Leaf bezieht (LiPo-Pouch-Zellen), würde ich das nicht einfach so ohne weitere Untersuchungen auf beliebige Lithium-Rundzellen übertragen wollen.
Und was bedeutet für den Wissenschaftler die Aussage neben diesem Bildchen? Wie muss der Laie diese Aussage verstehen?
https://batteryuniversity.com/index.php/learn/article/bu_808b_what_causes_li_ion_to_die
Für mich bedeutet das gar nichts, weil das kein wissenschaftlicher Artikel ist.
Ich müsste mal den Originalartikel lesen, auf den sich die Angaben beziehen. Dann könnte man vielleicht auch mal nachvollziehen, wie die überhaupt zu den Daten kommen.

Wenn man weiter vorne in dem Artikel liest, dann findet man eine Stelle, in der ein NASA-Bericht Lithium-Zellen mit 8 Jahren Einsatzzeit und 40.000 Ladezyklen in einem Satelliten erwähnt. Diese Zellen wurden immer nur auf 3.92 V Ladeschlussspannung pro Zelle geladen und es wird vermutet, dass diese Vorgehensweise die lange Lebenszeit verursacht habe.
Aber da geht es eben um die Ladeschlussspannung und keine Lagerung. Die Zellen waren quasi um Dauerbetrieb mit geringer DoD und geringer LSS.

Interessanterweise kommt man in diesem Fachartikel über die Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen zum Ergebnis, das ein SoC von 15% ideal ist, um die kalendarische Alterung so gering wie möglich zu halten...
 
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kirschm

Flashaholic***
13 April 2017
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Was würdest Du denn nach bestem Wissen und Gewissen als langfristige Lagerspannung für klassische Li-Ion Zellen nehmen? Da die 3.92V als Lagerspannung wohl etwas dubios sind und mir die 15% ebenfalls recht niedrig vorkommen, würde ich 'aus Gründen der Unwissenheit' bei ca. 50% bleiben... oder traust Du den 15% mehr als der 50% Uralt-Regel?
(Und wie immer: es geht nicht darum, ob man sich das alles wirklich antun möchte, sondern rein wissenschaftlich, was in Richtung optimale Lagerspannung geht.)
 

steidlmick

Flashaholic**
15 August 2012
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Die meisten heutigen Lithium-Rundzellen-Akkus haben eine Mischchemie der Kathode (NMC-Akkus), LMO und LCO gibt es kaum noch.
Wissenschaftlich betrachtet müsste man für jeden Zellentyp jedes Herstellers ausführliche Versuchsreihen durchführen, um so für jede Type die "richtige" Lagerspannung zu ermitteln.
Das wäre für teure E-Bike-Akkupacks oder Elektro-KFZ-Traktionsbatterien vielleicht noch tragbar, bei den "billigen" Lithium-Rundzellen-Akkus aber maßlos übertrieben.

Daher halte ich die "alte" Regel von ca. 40 - 60 % SoC als Lagerstatus für sinnvoll und vertretbar. "Alt" sollte man hier im Sinne von "erprobt" verstehen.
Das hat sich auch in der Vergangenheit als praktisch einfach umsetzbar erwiesen und sich zumindest nicht als schädlich herausgestellt.
 

kirschm

Flashaholic***
13 April 2017
5.394
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Danke, gut zu wissen... dann kann ich weiterhin selbst mit dem billigsten Charger die Dinger auf ca. 50% bekommen (Akku Typ LiFePo4).
 

0-8-15 User

Flashaholic*
17 Februar 2017
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Was mich interessieren würde, ist, wie sehr der Ladestrom die Alterung beeinflusst. Dazu hab ich noch keinen einzigen Test gefunden.
 

steidlmick

Flashaholic**
15 August 2012
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Bielefeld, NRW
Das ist auch nicht ganz einfach nach einem 08/15-Schema vorhersagbar.
Beispielsweise reagieren Hochstromakkus weniger empfindlich auf hohe Ladeströme und auch die Temperatur beim Ladevorgang spielt eine große Rolle.
 

0-8-15 User

Flashaholic*
17 Februar 2017
257
232
43
Ja schon klar. Aber ich habe schon alles von "0.5 C geht bei allen", bis zu "kann bei 2 A explodieren" gelesen.
 

steidlmick

Flashaholic**
15 August 2012
4.875
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Bielefeld, NRW
Ja schon klar. Aber ich habe schon alles von "0.5 C geht bei allen", bis zu "kann bei 2 A explodieren" gelesen.
Also C/2 geht schon wirklich bei allen halbwegs aktuellen Zellen, das steht auch meistens so in den Datenblättern der Hersteller drin.

Nur gibt es eben eine enorm große Spanne, je nach Akkutyp und Hersteller.
Beispielsweise erlaubt Molicel beim INR21700-P42A einen Ladestrom von 2C (8.4 A) als Schnellladestrom und immerhin 1C (4.2 A) als Standardladestrom.
Im entsprechenden Datenblatt wird auch die Zyklenfestigkeit auf Basis von diesem (eher hohen) Ladestrom angegeben.

Ich denke das ist immer die vernünftigste Idee, sich am Datenblatt der Hersteller zu orientieren, als auf irgendwelche Pauschalisierungen zu vertrauen.
 
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kirschm

Flashaholic***
13 April 2017
5.394
2.585
113
Was mich interessieren würde, ist, wie sehr der Ladestrom die Alterung beeinflusst.
Sieht man mal von ladeströmen über 1C ab, dann bin ich überzeugt, dass der Ladestrom nur indirekt eine Rolle spielt. die größere Auswirkung hat meines Erachtens die dabei entstehende hitzeentwicklung. ein warmes langes Laden, z.b. in einer USB Lampe, mit 0,3 C finde ich bedenklicher als ein kaltes laden bei von mir aus 1C. Wenn ich also hier auf was achte, dann auf die hitzeentwicklung. wenn die Akkus in einem Gehäuse sind, z.b. via USB Ladung, dann kann man die hitzeentwicklung halt nur steuern durch aktive Kühlung oder durch einen niedrigeren Ladestrom. insofern ist hier meines Erachtens der Ladestrom nur indirekt für die Alterung verantwortlich.
 

danny18650

Flashaholic**
4 August 2016
1.084
397
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Wobei 1C schon ganz schön viel ist, meine Samsung 30Q und LG HG2 bekommen bei mir die 3A, die Hochkapazitätszellen wie NCR18650 GA max. 2A, also 0,6C.....
 

steidlmick

Flashaholic**
15 August 2012
4.875
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Bielefeld, NRW
Der Ladestrom alleine ist wenig aussagekräftig, wichtig ist der Zusammenhang zwischen Temperatur und Ladestrom.
Man muss hier sehr genau differenzieren zwischen dem Laden eines aufgewärmten Akkus und dem Laden eines Akkus, der durch das Laden erst warm wird!

Ersteres ist sogar gut für den Akku, denn dadurch laufen auch die chemischen Prozesse des Ladevorgangs entsprechend beschleunigt ab und das ist positiv, wenn entsprechend schnell (mit hohem Strom) geladen wird.
Es ist ja bekannt, dass man Lithium-Akkus nicht im sehr kalten Zustand laden sollte - aus dem gleichen Grund.

Schlecht ist es aber, wenn der Lithium-Akku durch das Laden selbst sehr warm wird, das kann sogar gefährlich werden.

Aktuelle Forschungsarbeiten haben kürzlich erst bewiesen, dass eine starke Aufheizung des Akkus speziell für den Ladevorgang eine sehr hohe Laderate ohne schädliche Effekte ermöglichen kann und die Zyklenfestigkeit dadurch deutlich erhöht werden kann.
Unter'm Strich war sehr schnelles Laden mit hohem Strom bei hoher Temperatur deutlich besser für den Akku als langsames Laden mit niedrigem Strom bei Raumtemperatur.

Und auch wenn man die Ergebnisse nicht 1:1 auf aktuell verfügbare Lithium-Akkus übertragen kann, sind doch die physikalischen und chemischen Gesetzmäßigkeiten und Abhängigkeiten die gleichen und damit in der Tendenz durchaus übertragbar.
 

light-wolff

Flashaholic***²
14 September 2011
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im Süden
die größere Auswirkung hat meines Erachtens die dabei entstehende hitzeentwicklung. ein warmes langes Laden, z.b. in einer USB Lampe, mit 0,3 C finde ich bedenklicher als ein kaltes laden bei von mir aus 1C.
Warm laden ist sogar besser als kalt laden. Dank an steidlmick oben, der mir weitergehende Ausführungen und Links abgenommen hat. :thumbsup:
 
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