Akkumulatoren

Akkus (Kurzform von Akkumulatoren) werden im Modellbau zur transportablen Stromversorgung eingesetzt. Zum Bespiel zur Senderversorgung, zur Empfängerversorgung und als Stromquelle des Antriebs bei elektrisch angetriebenen Modellen.

Blei

Bleiakkus sind die wohl einfachste und pflegeleichteste Art unter den wiederaufladbaren Energiespendern. Sie vertragen im Vergleich zu Lithium-Polymerakkus eine deutlich unsanftere Behandlung.

• Abkürzung: Pb
• Nennspannung: 2V
• Entladeschlussspannung: 1,75V
• Ladeschlussspannung pro Zelle: 2,4V
• Ladestrom: 1/10C

Ihr hohes Gewicht hindert sie zwar am Einsatz in Modellhubschraubern, trotzdem haben sie ihren Platz im Modellbau gefunden. Sie werden vorzugsweise dort eingesetzt, wo es nur kurze Zeit um hohe Ströme geht, z.B. für die Elektrostarter der mit Verbrennungsmotor angetriebenen Modelle, oder als Energiequelle der Ladegeräte für andere Akkutypen.

Zur Herstellung von Bleiakkus werden, vereinfacht dargestellt, zwei Bleiplatten in verdünnte Schwefelsäure (dem Elektrolyten) getaucht. An beiden Platten entsteht Bleisulfat (PbSO₄). Durch das Anlegen einer Gleichspannung wird der Akku geladen. Das an einer Platte entstandene Bleisulfat wird in Bleidioxid (PbO₂) umgewandelt, das an der anderen in mehr oder weniger reines Blei. Der Sulfatrest geht wieder in den Elektrolyten über und erhöht damit die Konzentration der verdünnten Schwefelsäure.

Nickel-Cadmium

• Abkürzung: NiCd
• Nennspannung: 1,2V
• Entladeschlussspannung: 0,8 - 0,9V
• Ladeschlussspannung pro Zelle: 1,4V
• Ladestrom: max. ???C

Nickel-Cadmium-Akkus sind heutzutage noch die am meisten eingesetzte Akkutechnologie. Sie zeichnen sich aus durch günstige Kosten, einfache Handhabung und hohe Belastbarkeit.

Durch einen EU-Ratsbeschluss (Ende 2004) wird die Verfügbarkeit von Nickel-Cadmium-Akkus in den nächsten Jahren zurückgehen, so daß auf Alternativquellen (z.B. Nickel Metallhydrid) ausgewichen werden sollte. Quelle: heise.de

Nickel-MetallHydrid

• Abkürzung: NiMH
• Nennspannung: 1,2V
• Entladeschlussspannung: 0,8 - 0,9V
• Ladeschlussspannung pro Zelle: 1,4V
• Ladestrom: max. ???C

Lithium-Ionen

Lithium-Ionen-Akkus gibt es mit Kohle oder Graphit als Anodenmaterial. Die angegebenen Werte beziehen sich auf Kohle/Graphit.

• Abkürzung: LiIo
• Nennspannung: 3,6V / 3,7V
• Entladeschlussspannung: 3V
• Ladeschlussspannung pro Zelle: 4,1V / 4,2V
• Ladestrom: max. 1C

Lithium-Polymer

• Abkürzung: LiPo
• Nennspannung: 3,7V
• Entladeschlussspannung: 3V
• Ladeschlussspannung pro Zelle: 4,2V
• Ladestrom: max. 1C

LiPo-Akkus (LiPos) ermöglichen aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte sehr leistungsfähige Antriebe und lange Flugzeiten, die die bisherigen Akkutechnologien weit übertreffen. Allerdings sind sie auch etwas aufwendiger in der Handhabung und bedürfen sorgfältiger Behandlung. Im allgemeinen Sprachgebrauch hat sich der Begriff "Lithium-Polymer" eingebürgert, obwohl es eigentlich "Lithium-Ionen-Polymer" heissen müsste.

Im Gegensatz zu NiCd/NiMH-Akkus können LiPos ohne Probleme parallel geschaltet werden. Die Konfiguration wird normalerweise im Format "XsYp" angegeben, wobei "X" für die Anzahl der in Reihe (seriell) geschalteten und "Y" für die Anzahl der parallel geschalteten Zellen steht.

Folgendes ist zu beachten:

• Entladeschlussspannung - Tiefentladung verkürzt die Lebensdauer der Zellen
• Ladeschlussspannung - Bei Überladung besteht die Gefahr des "Aufblähens" und im schlimmsten Fall Abbrennen der Zellen
• Mechanische Beanspruchung vermeiden
• Zu hohe thermische Belastung vermeiden

Zwei unbeschädigte LiPos

Eine aufgeblähte, defekte LiPos-Zelle

Die äussere Haut von LiPos ist sehr dünn. Deshalb müssen mechanische Belastungen durch scharfe oder spitze Gegenstände unter allen Umständen vermieden werden. Auch die Belastung, die durch Klettband entstehen kann, muss auf ein Minimum reduziert werden. Deshalb sollten die Zellen vor dem Aufbringen von Klett- bzw. Klebebändern eingeschrumpft werden.

Nach einem Absturz oder sonstigen mechanischen Belastungen sollte der Pack genauestens geprüft werden (Kurzschlüsse können auch erst zu einem späteren Zeitpunkt eintreten). Sollten irgendwelche Unsicherheiten bleiben, ist es besser den Pack zu entsorgen, als einen Brand zu riskieren.

LiPo-Akkus dürfen nicht über 60°C warm werden und eine Einzelzelle darf nicht unter 3,0V entladen werden, da ansonsten die Zelle irreparabel beschädigt wird. Für eine bedarfsgerechte Ladung sollten nur LiPo-Fähige Ladegeräte eingesetzt werden (LiPos niemals ohne Aufsicht laden). Im Zweifel bietet sich deshalb auch die Blumentopf-Lademethode an.

Sollte doch einmal der Fall eintreten, dass ein LiPo brennt, sollte man den Brand mit Sand ersticken, oder die LiPo-Zellen in Salzwasser legen, dies neutralisiert die Zellen. Auf keinen Fall anderes Löschmittel einsetzen.

Auszugsweise einige LiPo-Fähige Ladegeräte

• X.peak 3 Plus von Jamara
• Power von Kokam
• Li-Po Charger 4 von Graupner
• GMVIS Commander von GM (Graupner)
• MULTIcharger LN-5014 von Multiplex
• Spectra II von Horst-Rüdiger Ginzel
• Intellicontrol V3 von Simprop
• isl von Schulze
• Microlader von Orbit

Wird ein LiPo-Akku nicht mehr ganz vollgeladen (d.h. der Lader schaltet schon vor erreichen der Abschaltspannung ab) oder der Akku "bringt" nicht mehr das, was er früher einmal brachte, kann es sein, dass eine oder mehrere Zellen ein anderes Spannungsniveau besitzen. Spätestens dann sollte man den Akku mit einem geeigneten Lipoly-Equalizer equalizieren (die in Reihe geschalteten LiPo-Zellen eines Akkupacks auf ein gleiches Spannungsniveau bringen). Die meisten Geräte werden beim Laden eines Akkupacks zwischen Akku und Ladegerät geschaltet. Während des Ladevorgangs werden dann über ein eigens dafür am Akkupack angebrachtes Kabel die Spannung der einzelzellen überwacht und auf ein gleiches Niveau angepasst.

Lipoly Equalizer von Robbe

Auszugsweise einige Lipo-Equalizer

• Lipoly Equalizer von Robbe
• Micro-balancer von Graupner
• Li-Po Balancer von FlightPower
• Smart Balancer von ThunderPower

Kapazität

Die Kapazität eines Akkus wird in Amperestunden [Ah] oder in Milliamperestunden [mAh] angegeben. Eine Milliamperestunde ist ein Tausendstel einer Amperestunde: 1000 mAh = 1 Ah, 1 mAh = 0,001Ah. Hat ein Akku eine Kapazität von 1 Ah (1000 mAh), so kann man diesem Akku theoretisch eine Stunde lang einen Strom von einem Ampere entnehmen, bis er leer ist. Praktisch wird der Akku aber durch den entladebedingten Spannungsrückgang zum Ende hin nicht mehr genügend Spannung abgeben können.

Leistungsdichte

Die Leistungsdichte gibt an, wieviel Energie ein Akku, bezogen auf sein Gewicht, speichern kann. Sie wird bei Akkumulatoren in Wattstunden pro Kilogramm angegeben [Wh/kg].

Ladestrom

Ladestrom bezeichnet die Stromstärke, mit der ein Akku geladen wird. Er wird oftmals in "C" als Bezug auf die Kapazität des Akkus angeben.

Wie kommt man nun von "1C" auf den tatsächlichen Ladesstrom und auch auf die benötigte Ladezeit? Man entfernt einfach die Zeit aus der Kapazitätsangabe und multipliziert den Wert mit der Zahl vor dem "C"!

Beispielrechnung:

Kapazität: C = 2200 mAh

Ladestrom: Ilade = 0,5C

Ilade = 0,5 * 2200 mA

Ilade = 1100 mA

Ladezeit: t = C / Ilade

t = 2200 mAh / 1100 mA

t = 2 h

Für das gewählte Beispiel ergibt sich so rechnerisch ein Ladestrom von 1100 mA und eine Ladedauer von 2 Stunden. In der Realität liegt die Ladedauer etwas höher, da Verluste auftreten, die sich in Form einer Erwärmung der Zellen bemerkbar machen.

Weblinks

• elektromodellflug.de - Umfangreiche Seite von Gerd Giese zu Akkus, Ladegeräten, Reglern, etc.