Kapazität (galvanische Zelle)

Der C-Faktor, in der deutschsprachigen Literatur teilweise auch K-Faktor genannt,[2] (englisch C factor) bestimmt die Bemessungskapazität eines Akkumulators (auch Akku oder wiederaufladbare Batterie). Darunter versteht man die entnehmbare Elektrizitätsmenge beziehungsweise die elektrische Ladung des Akkumulators in Amperestunden (Ah). Die Bemessungskapazität C_n wird mit der Dauer des Entladestromes I_E angegeben, z. B. als C₃, C₅, C₁₀, C₂₀. Die Bemessungskapazität C₃ gibt die Akkumulatorkapazität in Amperestunden (Ah) bei 3-stündigem Entladestrom an. C₅ bei 5-stündigem, C₁₀ bei 10-stündigem Ladestrom usw.[3]

Der C-Faktor ist das Produkt des Entladesstroms I_E und der Entladeszeit t_E.

${\displaystyle C_{n}={I_{\mathrm {E} }}\times {t_{\mathrm {E} }}}$

Der C-Faktor ist in der Anwendung deshalb von praktischer Bedeutung, weil er darüber Auskunft gibt, wie lange und wie stark ein Akkumulator belastet werden kann, ohne dass es zu einer Tiefentladung kommt beziehungsweise ohne Unterschreitung der Entladeschlussspannung[4]. Mit der bloßen Angabe der Amperestunden (Ah) ist das nicht vollständig möglich.

Beispiel

Ein 12V Akkumulator mit 12 Ah und einer Bemessungskapazität C₂₀. kann für 20 Stunden mit einem Strom von 0,6 A beansprucht werden. Das ergibt sich aus:

${\displaystyle I_{\mathrm {E} }={\frac {C_{n}}{t_{\mathrm {E} }}}={\frac {12\,\mathrm {Ah} }{20\,\mathrm {h} }}=0{,}6\,\mathrm {A} }$

Hersteller können in diesem Zusammenhang für ein und denselben Akkumulator verschiedene Bemessungkapazitäten angeben, z. B. C₃ 9Ah, C₅ 10Ah, C₂₀ 12Ah.[5] Daraus lassen sich zwei Dinge erkennen: Zum einen sinkt die Belastungs- beziehungsweise Entladungszeit mit steigendem Entladestrom. Zum anderen sinkt auch die Akkukapazität in Amperestunden (Ah) an sich, wenn der Entladestrom zunimmt. Und zwar, weil bei höherem Stromverbrauch die internen Verluste im Akkumulator steigen. Dies zeigt sich vor allem an der stärkeren Erwärumg des Akkumulators.

Verwandte Faktoren

Vom C- beziehungsweise K-Faktor ist die Laderate C, auch C-Rate (englisch C rate), zu unterscheiden! Sie dient zur Berechnung des (zulässigen) Ladestroms. Moderne Ladegeräte erübrigen die Berechnung des Ladestroms. Der Ladestrom ist eng mit der Bemessungskapazität verschrankt. Die Laderate C hat die Einheit h⁻¹. Werte größer 1 erlauben eine Ladung des Akkumulators unter einer Stunde; Werte kleiner 1 Ladevorgänge mit über einer Stunde Dauer. Teilweise wird auf Akkumulatoren der maximale Ladestrom mit z. B. 0,3C angegeben.[6] In diesem Fall ist der errechnete Ladestrom auch der maximal zulässige Ladestrom I_max. Wird beispielsweise ein Akkumulator C_n = 1000 mAh und einer zulässigen Laderate von 0,1 C mit einer Normalladung von 10 Stunden aufgeladen, so ist ein Ladestrom von 100 mA notwendig und gleichzeitig auch maximal zulässig.[7]

${\displaystyle I_{\mathrm {L} }=I_{\mathrm {max} }={C_{n}}\times {C}=1000\,\mathrm {mAh} \times 0{,}1\,\mathrm {h} ^{-1}=100\,\mathrm {mA} }$

Ebenfalls vom C-Faktor ist der Ladefaktor eines Akkumulators zu unterscheiden, der das Verhältnis zwischen elektrischer Ladung beim Laden zu elektrischer Ladung beim Entladen angibt.[8]

${\displaystyle a={\frac {I_{\mathrm {L} }\times t_{\mathrm {L} }}{I_{\mathrm {E} }\times t_{\mathrm {E} }}}}$

${\displaystyle a}$ ... Ladefaktor; ${\displaystyle I_{\mathrm {E} }}$ … Entladestrom (A); ${\displaystyle I_{\mathrm {L} }}$ … Ladestrom (A); ${\displaystyle t_{\mathrm {E} }}$ … Entladezeit (h); ${\displaystyle t_{\mathrm {L} }}$ … Ladezeit (h)

Der Ladungsnutzungsgrad ζ (Zeta) ist der Kehrwert des Ladefaktors und kann auch als Ladungswirkungsgrad verstanden werden.

${\displaystyle \zeta ={\frac {1}{a}}}$