Leitfaden für LiPo-Zellen

Lipo-Zellen stoßen immer weiter in unser Hobby und erobern langsam aber sicher das Wasser. Grund genug sich näher damit zu befassen. Ich hab keine Ahnung mehr, wie viele Internetseiten ich besucht habe. Stunden langes Lesen von Artikel bis die Augen weh taten. An die heftige Diskusionen am Wasser will ich gar nicht mehr denken. Meine Entscheidung steht fest. Ich steige um. Zwar wird nicht gleich der HPR06 umgerüstet, denn bei falscher Behandlung würde ich hier viel Lehrgeld zahlen. Deshalb verwende ich die 7 – 12 Zellen (NiMH) Boote als Versuchsobjekt um genügend Erfahrung mit der neuen Akkugeneration zu sammeln.

Mit diesem Artikel möchte ich meine Erfahrungen mit Lipo-Zellen weitergeben.


Die Lipo Zellen übertreffen selbst die NiMH in der Masse bei gleicher Kapazität. Auch hier sind die Ströme begrenzt (Ladung ca. 1 C, Entladung bis 30 C), aber die Technologie entwickelt sich ständig weiter. Die heutigen Werte waren vor ca. einem Jahr undenkbar.
Da diese Akkus eine andere Nennspannung haben, werden sie im Verhältnis 3:1 zu den NiXX eingesetzt. Die Lithiumakkus reagieren recht sensibel auf falsche Behandlung. Andere Akkus platzen/explodieren eventuell bei einer falschen Behandlung, diese Li-Akkus brennen zusätzlich lichterloh ab. Man sollte sie also, wie alle Akkus, sicher und mit Vorsicht handhaben. Im Gegensatz zu den NiXX ist die Spannungslage hier nicht mehr konstant, volle Lipolys haben 4,2 V (Liion 4,1 V) dies sinkt beim entladen auf 3,0 V (Liion ca. 2,6 V)


Bedeutung:

Lipo = Lipoly = Lithiumpolymerakku

Vorteil:

Geringers Gewicht bei deutlich höherer Kapazität gegenüber den Ni-MH Zellen.

Nachteil:

Man darf die Zellen nicht tiefentladen, überladen oder überlasten. Mechanische Verformung, Stauchungen, aufgerissen Aussenhülle oder ein Loch tötet den Lipo Akku.

Zellenspannung:

Nennspannung einer Lipo-Zelle = 3,7V

Ladeschlussspannung einer Lipo-Zelle = 4,2V

Entladeschlussspannung einer Lipo-Zelle = 3,0V

Maßeinheit:

1000mA (Milliampere) = 1A (Ampere) – Lade- oder Entladestrom

1000mAh (Milliamperestunde) = 1Ah (Amperstunde) – Kapazität/Fassungsvermögen

3,7V (Volt) = Spannung

Kapazität:

Die Kapazität gibt an, wie viel Energie gespeichert werden kann.

Beispiel mit einem 5000mAh Pack: Solch ein Akku kann eine Stunde lang 5A abgeben oder 2 Stunden lang 2,5A, oder eine halbe Stunde 10A. Danach ist der Akku leer und muss wieder geladen werden.

Bedeutung der Bezeichnung:


s = seriell in Reihe

Die Reihenschaltung

Mehr Spannung (V), gleiche Stromspeicherfähigkeit (mA)

anders formuliert

Die Spannung (V) addiert sich, die Kapazität (mA) bleibt gleich.

Beispiel: 4 Batteriezellen mit jeweils 1,2V und 1000mAh werden in Reihe (Serie) geschaltet. Das Ergebnis ist eine Batterie, die eine Klemmenspannung von 4 x 1,2V = 4,8V hat. Die Stromspeicherfähigkeit hat sich durch die Reihenschaltung aber nicht erhöht und beträgt somit 1000mAh.

p = Parallel

Die Parallelschaltung

Gleiche Spannung (V), mehr Stromspeicherfähigkeit (mA)

anders formuliert

Die Spannung (V) bleibt gleich, die Kapazität (mA) addiert sich.

Beispiel: 4 Batteriezellen mit jeweils 1,2V und 1000mAh werden parallel geschaltet. Das Ergebnis ist eine Batterie, die eine Klemmenspannung von 1,2V hat. Die Stromspeicherfähigkeit hat sich durch die Parallelschaltung aber erhöht, nämlich auf 4 * 1000mAh = 4000mAh.


Ein paar Beispiele:


3s1p mit 5000mAh

3 Einzelzellen seriell in Reihe und einmal Parallel.

3 x 1 = 3 Zellen

3 x 3,7V = 11,1V

1 x 5000mA = 5000mA

3s2p mit 5000mAh

3 Einzelzellen seriell in Reihe und zweimal Parallel.

3 x 2 = 6 Zellen

3 x 3,7V = 11,1V

2 x 5000mA = 10000mA

10s3p mit 5000mAh

10 Einzelzellen seriell in Reihe und dreimal Parallel.

10 x 3 = 30 Zellen

10 x 3,7V = 37V

3 x 5000mA = 15000mA


Strom:

Die Belastbarkeit der Lipo-Packs wird mit einem C angeben. Die Zahl vor dem C ist der Faktor mit dem der max. erlaubte Strom berechnet werden kann.

Akkukapazität (Ah) x den C Faktor = max. erlaubten Strom.

5Ah x 30C = 150A

5000mAh x 30C = 150000mA = 150A

Laden:

Achtung: Lipo-Akkus sollten nur unter Aufsicht und an geeigenten Ladegeräten mit Lipo-Programm geladen werden.

Der Ladestrom wird meistens auch mit einem C angeben. Die Zahl vor dem C ist wieder der Faktor mit dem der max. Ladestrom berechnet werden kann.

Akkukapazität (Ah) x den C Faktor = max. erlaubter Ladestrom

5Ah x 1C = 5A

5000mAh x 1C = 5000mA = 5A

Die meisten Lipo's werden mit 1C geladen. Dieser C-Wert kann von Hersteller zu Hersteller abweichen. Ich selber hab auf meiner Suche im Internet 0,5C aber auch bereits 2C gefunden. Deshalb hier die Angaben des Herstellers unbedingt beachten.

Betriebstemperatur:

Kalte Zellen haben eine höheren Innenwiderstand und sind deshalb nicht so belastbar. Die ideale Arbeitstemperatur einer Lipozelle liegt bei ca. 20 - 40° Celsius. Temperaturen von über 60° Celsius während des Betriebes können der Lipozelle schaden.

Dauerbelastung:

Der LiPo-Akku kann nicht mit dem angegebenen maximalen Strom Dauer belastet werden. Daher sollte man bereits vor dem Kauf genügend Leistungsreserven einplanen. Der Akkupack dankt es mit einer längeren Lebensdauer.

Ladung:

Es sollte generell ein Ladegerät mit speziellen Lipo-Programm zum Einsatz kommen.

Um eine mögliche Überladung einer oder mehrerer Zellen zu vermeiden sollte nachdem Ladegerät und vor dem Akku unbedingt ein Equalizer dazwischen geschaltet werden. Es spielt keine Rolle in welchem Entlade- oder Ladezustand der Akku an das Ladegerät angeschlossen wird. Es ist nicht notwendig, den Akku vorher leer zu Fahren bis die Entladeschlussspannung erreicht ist. Im Gegenteil, es ist sogar besser für den Akku frühzeitig bei der ersten großen spürbaren Leistungseinbuße den Fahrbetrieb zu beenden und nach zu laden.

Entladung:

Am Ende der Fahrzeit sollte man darauf achten, dass am Ende der Akku nicht Tiefentladen wird. Irreparable Zellen sind meisten die Folge und bedeuten den Tod des kompletten Akku's. Daher sollten nur programmierbare Regler mit einer LiPo gerechten Unterspannungsabschaltung von 3Volt pro Zelle verwendet werden.

Der Balancer verhindert nur das Überleben der betroffenen Zellen indem er die überschüssigen Ladeströme bis zum Ladeende selbst durch Wärmeabfuhr verbraucht und so die Zellen vor dem Überladen schützt. Ein Balancer gleicht beim Laden keine Zellenspannung zwischen den einzelnen Zellen aus.


Ein Equalizer gleicht hingegen bereits bei Ladebeginn bis hin zum Ladeende Spannungsunterschiede zwischen den einzelnen Zellen aus. Die Zellenspannungen der einzelnen Zellen bleiben somit während des kompletten Ladevorgangs bis hin zur erreichen der Ladeschlussspannung gleich. Der Equalizer schaltet beim erreichen der Lade- o. Entladeschlussspannung die Verbindung zum Ladegerät ab und verhindert dadurch ein Überladen bzw. Tiefentladung.


Fazit: Der Balancer überwacht nur die Gesamtspannung der einzelnen Zellen, der Equalizer hingegen überwacht zu dem noch die Spannungsdifferenze zwischen den einzelnen Zellen während des gesamten Ladevorgangs


Empfehlung: Den Einsatz eines Equalizer kann ich nur dringend empfehlen da er eine zusätzliche Sicherheit bei einem möglichen Defekt des Ladegerätes oder einer fehlerhaften Programmierung ist.

Das schwächste Glied:

Wie schon bei der Nixx-Akkutechnik bestimmt auch hier das schwächste Glied in der Kette die Leistungsfähigkeit des gesamten Akkupacks. Ein normales Ladegerät schaltet beim Laden eines 3s1p LiPo's bei ca. 12,6V (4,2V Ladeschlussspanung x 3 Zellen = 12,6V) ab. Der Lader erkennt nicht ob eine einzelne Zelle eine höhere Spannung aufweist.


Hier ein paar Beispiel: So sollte es nicht sein, 4,4V + 4,2V + 4,0V = 12,6V oder 4,3V + 4,2V + 4,1V = 12,6V.

Das Ladegerät erkennt nur die 12,6V Gesamtspannung und deshalb sollte ein Equalizer beim Laden zum Einsatz kommen.

LiPo-Saver:

Eine zeitliche Überwachung ist zwar zweckmäßig und sollte auch immer genutzt werden. Doch reagieren die Lipo's sehr empfindlich auf Tiefentladung. Deshalb sollte man eine kleine zusätzliche Elektronik mit an Bord nehmen. Diese überwacht im Betrieb ständig die Gesamtspannung und greift z.B. durch abschalten des Motors (je nach Hersteller unterschiedlich) ein.

Tiefentladeschutz:

Der Tiefentladeschutz ist in meinen Augen die besser Lösung gegenüber den LiPo-Saver.

Der Akku bedankt sich mit einer längeren Lebensdauer. Diese zusätzliche Elektronik überwacht im Betrieb die Spannung jeder einzelnen Zelle und begrenzt wenn notwendig den gesamten Strom bevor eine Zelle unter die 3V Spannung fällt. Funktioniert genau so wie der Equalizer beim Laden, nur anderes rum.

Der Einsatz eines Tiefentladeschutzes ist sehr zu empfehlen.

Vorteile der Verwendung eines Equalizer und Tiefentladeschutz:

Nachteil der Verwendung eines Equalizer und Tiefentladeschutz:

Wichtig:


Dieser Bericht ist wie immer ohne Gewähr!

Stand Januar 2008