Aufbau, Laden, Entladen, Lagern. Vorteil und Nachteil von LiPo Akku

Lithium-Polymer Akkus sind im Flug-Modellbau schon lange Standard und nicht mehr wegzudenken, im RC-Car Bereich hält diese innovative Akku-Technik Einzug. Bei den Elektro RC-Cars ist der LiPo als Fahrakku schon häufig anzutreffen, aber auch als Empfänger-Akku oder Startbox-Akku sieht man schon die LiPo-Technik. Durch sinkende Preise, ausgereifte Technik und einfache Handhabung, wird sich der LiPo sicher weiter durchsetzen.

Aufbau

Eine LiPo-Zelle besteht aus einem Schichtaufbau, außen eine Alu-Folie, darunter eine Lithium-Kobaltoxid-Kathode, in der Mitte ein Separator, der Anode und Kathode trennt, dann eine Grafit-Anode, darüber eine Kupferfolie.

Eigenschaften

Kenndaten (für eine Zelle)

* Nennspannung 3,7 Volt
* Ladeschlußspannung 4,2 Volt
* Entladeschlußspannung 3 Volt
* Spannung unter Last ca. 3,4-3,6 Volt je nach Strombelastung.

LiPo haben im Vergleich zu NiMh-Akkus bei gleicher Kapazität nur das halbe Gewicht, bei gleichem Gewicht also doppelte Kapazität, dadurch können sie große Energiemengen speichern, bezogen auf Wh, also Produkt aus Leistung und Zeit.

Lebensdauer - In Bezug auf die Lebensdauer wäre zu sagen, dass LiPo je nach Stromstärke unterschiedliche Lebensdauer haben. Hohe Ströme verkürzen die Lebensdauer, niedrige Ströme verlängern sie. Bei mittlerer C-Belastung kann man von 150-200 Lade/Entladezyklen ausgehen.

Gefahren - Da Lithium ein sehr reaktionfreudiges Element ist, sind einige grundlegende Regeln zu beachten. Mechanische Beschädigung der Zellen möglichst vermeiden, das kann zum Austritt von Elektrolyt führen und das führt zum unweigerlichen Ausfall der Zelle.

Es wurde immer wieder von brennenden LiPos berichtet, das brachte ihnen den Ruf ein, gefährlich zu sein. LiPo-Akkus fangen nicht selbständig an zu brennen, die Ursache dafür ist immer falsche Behandlung. Zu hoher Strom mit einhergehender Überhitzung durch falsches Laden oder Überschreitung des zulässigen Stromes beim Entladen.

Wichtig: Lithium reagiert heftig mit Wasser, daher im Brandfall LiPo-Akkus nie mit Wasser löschen, sondern mit Pulver oder Sand oder mit einer Löschdecke.

Vorteile des LiPo-Akkus
* Sehr einfach in der Handhabung, kein Formieren, keine Selbstentladung.
* Sehr leicht, etwa doppelte Leistung bei halben Gewicht von NiMH
* Liefert länger einen konstant hohen Strom als NiMH

Nachteile des LiPo-Akkus
* Sehr teuer, mit sinkender Tendenz
* Erfordert spezielle Ladegeräte (Umrüstkosten)
* Erfordert umsichtigen Umgang (Gefahren)
* Empfindlich bei Kurzschluss, Überladung und Tiefentladung

Laden der LiPos Wenn man LiPos mit einem NiMh-Ladeprogramm lädt, ist das Feuerwerk vorprogrammiert, daher immer mit geeigneten Ladern mit Lipo-Mode laden. Besonders LiPo-Akkus sollten nie unbeaufsichtig geladen werden, außer sie befinden sich in einer nicht brennbaren Umgebung (gilt eigentlich für alle Akkus). Ladegeräte - Grundsätzlich dürfen LiPo-Akkus nur mit LiPo-fähigen Ladegeräten geladen werden. Das Ladeverfahren ist ein Konstantspannungsverfahren, das heißt, das Ladegerät lädt den LiPo so, dass die Spannung konstant bleibt. Bei Erreichen der Ladeschlußspannung wird der Ladestrom soweit reduziert, dass die Zellenspannung 4,2 Volt/Zelle nicht übersteigt.

Balancer - Hier kommt der Balancer ins Spiel, der bei LiPo Pflicht ist. Er gleicht die unterschiedlichen Einzelzellen-Spannungen aneinander an und sorgt dafür, dass keine Zelle beim Laden über 4,2 Volt kommt. Es ist ohne Bedeutung, ob das Ladegerät einen intergierten Balancer hat oder man einen externen Balancer verwendet. Stecker - Leider hat sich die Industrie bisher nicht auf einen gemeinsamen Standard für die Anschlüsse an den Balancern festgelegt, daher gibt es verschiedene Stecksysteme, die untereinander nicht kompatibel sind. Sollte der Balancerstecker nicht an den Balancer passen, gibt es für jedes Stecksystem Adapter. Balancer-Anschluss-Systeme: EHR, FTP, XHR, PQ. Kabel - Bei den Ladekabeln sollte man auf ausreichend großen Kabelquerschnitt achten und in jeden Fall das gleiche Stecksystem wie im Modell verwenden, heißt, wenn man im Modell 4mm-Goldkontaktstecker hat, sollten diese auch am Ladekabel verwendet werden. Bananenstecker haben zwar auch 4mm Durchmesser, aber wegen der recht hohen Ladeströme haben Bananenstecker einen zu hohen Übergangswiderstand, was zur Fehlermeldung "Kein Akku angeschlossen" führen kann. Sollte man bei so eine oder eine ähnliche Fehlermeldung haben, sollte man seine Ladekabel überprüfen und ggfs. auf Goldkontaktstecker wechseln.

Laden / Entladen - Die C-Angaben bei LiPo bedeuten einerseits die Stromstärke beim Laden, andererseits die Stromstärke beim Entladen. 1C beim Ladestrom heißt, der maximale Ladestrom darf nicht mehr als das einfache der Kapazität betragen. Beim Entladen besagt die C-Rate wieviel Strom in Bezug auf die Kapazität der Akku abgeben kann. 10C bedeuten also z. B. das 10-fache der Kapazität an Stromstärke. Kurze LagerZeit - Lagern kann man LiPos für einige Tage in jedem Ladezustand, ausgenommen vollkommen leer. Wenn man jede Woche oder alle zwei Wochen fliegt/fährt, lädt man den Akku nach Gebrauch voll und fertig. Lange Lagerzeit - lange Lagern heißt hier, Nichtbenutzung über mehrere Monate. Hier muss beachtet werden das jede Zelle eine Spannung von 3,7 Volt beträgt. Dabei ist es völlig egal wenn leichte Zellen differezen vorhanden sind, z..B. 1. Zelle 3,71, 2. Zelle 3,68, 3 Zelle 3,70 Volt. Bei höherer Zellen differez von mehr als 0,5 Volt sollte man vor dem Einlagern alle Zellen auf 3,7 Volt balancen. Wenn das Ladegerät eine solche Funktion nicht zur Verfügung hat dann sollte ein neues angeschafft werden was den heutigen Standart betrifft. LiPo Akku sollten unbedingt in einen Feuerfesten Behälter gelagert werden, sehr gut eignen sich Munitions-Behälter die man bei eBay und vor allem auch bei Amazon zu recht günstigen Preise bekommt.

Einsatz im Modell
Stromentnahme - Desweiteren ist die maximal zulässige Stromstärke des Akkus an den Motor anzupassen, das heißt, der Akku muss mehr Strom aushalten können als der Motor maximal zieht, ansonsten bricht die Akkuspannung unter Last ein, die Unterspannungserkennung spricht an, der Akku überhitzt. Zu hoher Strom führt genauso wie Tiefentladung zu dauerhaften Schäden an der Zelle.

Tiefentladung - Hier sollte man Vorkehrungen treffen, die ein Entladen unter 3 V/Zelle verhindern. Heutzutage gibt es Regler mit LiPo-Unterspannungsabschaltung, die einstellbar von 2,5-3V ist. Es gibt auch LiPo-Wächter mit LED, die bei Unterspannung aufleuchten undes gibt LiPo-Unterspannungswächter, die zwischen Regler und Empfänger gesteckt werden und bei Unterspannung den Regler zurückregeln. Grundsätzlich dürfen LiPos nur bis max. 80-85% ihrer Nennkapazität entladen werden, bei weiterer Entladung kommen sie in den Bereich der Tiefentladung, was den dauerhaften Schaden der Zelle zu Folge hat.

Kurzschluss - Bei den Akkuanschlüssen sollte man immer verpolungsichere Stecksysteme verwenden, am geeignetsten sind 4mm-Goldkontakstecker, Akku Plus als Stecker, Akku Minus als Buchse oder umgekehrt. So kann niemals Plus und Minus verwechselt werden. Es gibt auch Dean Stecker, die eine Verpolung unmöglich machen, an den Akku gehört immer die Buchse.

Wenn man doch mal einen Kurzschluß verursacht durch nicht verpolungssichere Stecker brennt der LiPo nicht gleich ab, aber aufgrund der hohen Kurzschlußströme verglühen zuerst die Akkukabel, dann wird es schwierig ein angestecktes Kabel anzufassen um es zu trennen. Laut Hersteller schädigt schon ein kurzer Kurzschluss die Zelle.

Temperatur - Beim Einsatz im Modell ist weiterhin zu beachten, dass LiPo im Temperaturbereich von 20-40Grad am meisten Kapazität abgeben können. Temperaturen über 55Grad deuten auf schlechte Auslegung des Akkus in Bezug auf die Strombelastbarkeit hin. In diesem Fall hilft keine Akkukühlung, sondern ein größerer Akku oder ein anderer Motor oder eine kürzere Übersetzung. Bei kalten Temperaturen geben LiPos weniger Kapazität ab. Man kann davon ausgehen, dass pro 4Grad weniger Lufttemperatur die Flug/Fahrzeit sich um eine Minute verkürzt, das sollte man beachten, wenn man LiPo in der kalten Jahreszeit einsetzt.