Sonntag, 01.03.2020 Die Energiequellen
So ein Akku, besonders wenn er den Antrieb versorgen soll, hat es schwer. Er soll klein und leicht sein, möglichst preiswert wäre auch ganz nett, er soll aber auch viel Energie rasch aufnehmen und lange speichern können und zudem die gespeicherte Energie bei Bedarf auch wieder rasch und möglichst ohne Verluste abgeben können. Das ist viel verlangt.
Den Akkus kommt im Modellbau eine wichtige Rolle zu: Sie versorgen unser Modell mit Strom. Das gilt sowohl für die Energie, die der Antrieb braucht, als auch für die Energie, die für die Steuerelektronik, also hauptsächlich Empfänger und Servos, benötigt wird. Als Energiespeicher kommen sogenannte Akkus zum Einsatz, die mit unterschiedlicher Chemie dafür sorgen, dass Strom, den wir beim Ladevorgang in den Akku schicken, auf Anforderung an das Modell abgegeben wird. Herkömmliche Batterien können wir, bis auf wenige Ausnahmen (etwa im Sender) nicht brauchen, da sie sich unter anderem nach Gebrauch nicht wieder verwenden (nachladen) lassen.
Die beiden Akkus unten links im Bild zeigen Relikte aus längst vergangener Zeit: so genannten Nickel-Cadmium- (NC oder NiCd, auch NiCad) und, aus neuerer Vergangenheit, Nickel-Metall-Hydrit-Akkus (NiMH). Wir finden NiMH-Zellen oft noch in aktuellen RC-Anlagen als Senderakku oder als Empfänger-Stromversorgung im Segelflugmodell. Diese Akkus haben etwa 1,20 bis 1,35 Volt pro Einzelzelle, die Zellen sind rund und schwer. NC-Akkus sind inzwischen wegen ihres Schwermetallgehaltes geächtet.
NiMH-Akkus finden wir auch heute noch in vielen elektronischen Geräten verbaut, etwa als Micro- oder Mignon-Zelle in elektronischen Kameras. Sie sind in Consumer-Elektronik beliebt, weil billig in der Fertigung.
Aktuell sind Lithium-Akkus – unten rechts in den Ausprägungen Lithium-Polymer (LiPo) und Lithium-Ionen (LiIo) sowie Lithium-Eisenphosphat (LiFePo). Solche Akkus finden wir in der Entwicklung von reinen Elektroautos als auch in Elektrofahrrädern und natürlich im Modellbau. Auch Handys und tragbare Computer setzen ausnahmslos auf Lithium-Akkus. Ihr entscheidender Vorteil gegenüber den Nickel-Technologien: Sie halten die geladene Kapazität über sehr lange Zeiträume und sind wesentlich leichter. Auch die eckige Bauform kommt vielen Anwendungszwecken eher entgegen.
LiPo-Akkuzellen, die den Flugmodellbau dominieren, haben eine Nennspannung (ist auf dem Akku aufgedruckt) von 3,7 Volt, LiIo von 3,6 und LiFePo von 3,2 Volt. Im voll geladenen Zustand ist diese Spannung, dann als Ladeschlussspannung bezeichnet, deutlich höher.
Im Modellflugbereich sind Kapazitäten von 80 mAh (Milliamperestunden) bis etwa 5.000 mAh üblich. Die Zellen werden einzeln, aber auch in Batteriebündeln mit bis zu sechs Zellen angeboten. Zwei- und dreizellige Lithium-Batterien (also mit 7,4 bzw. 11,1 V Nennspannung) sind für Flächenmodelle am gebräuchlichsten, bei Helis sind auch oftmals vierzellige Lithium-Akkus (14,8 V Nennspannung) im Einsatz.
Akkus sind uns Menschen sehr ähnlich: Sie altern und lassen dabei in der Leistung nach, und sie arbeiten ungern bei Kälte. Das Nachlassen der Kapazität und Strombelastbarkeit hängt also im Wesentlichen vom Alter, von der Zahl der geleisteten Ladezyklen, der Strombelastung im Modell und der Umgebungstemperatur ab. Und natürlich von der Qualität der Akkus. Gerade Lithiumakkus reagieren sehr sensibel auf nicht artgerechte Haltung, fast so sensibel wie auf mechanische Blessuren.
Die Kapazität eines Akkus gibt an, wie viel Energie er aufnehmen und speichern, sowie unter Abzug eines gewissen Prozentsatzes für Verluste, wieder abgeben kann. Was er aufnehmen und auch speichern kann, ist allein chemisch und mechanisch begründet, was er abgeben kann, hängt sehr von den Betriebsbedingungen ab. Theoretisch kann ein 1.000-mAh-Akku eine Stunde lang 1 Ampere (A) Strom oder für sechs Minuten dann 10 A liefern. Seine maximale Belastbarkeit finden wir auf dem Aufdruck – üblich sind 20 bis 35C. Darunter versteht man eine mögliche Belastung mit dem 20- oder 35-fachen der Nennkapazität. Beispiel: Ein Akku mit einer Kapazität von 2.000 mAh und einer Belastbarkeit von 20C kann mit 2.000 × 20 = 40.000 mAh, bzw. 40 A belastet werden. Kurzzeitig (für wenige Sekunden) darf der Maximalstrom meist sogar noch höher sein. Die meistverwendeten LiPo-Akkus haben Kapazitäten von ca. 2.000 bis 4.000 mAh.
Lithium-Akkus dürfen nur mit speziell dafür konstruierten Ladegeräten geladen werden. Dabei ist peinlichst genau der richtige Akkutyp (LiPo, LiIo bzw. LiFePo) und die korrekte Zellenzahl des Akkupacks einzustellen. Nur die wenigsten Ladegeräte machen das per Vollautomatik. Ladegeräte gibt es für Netzanschluss (220 Volt) und für den Betrieb an einer Autobatterie (12 Volt). Auch Kombigeräte sind am Markt. Alle Lithium-Lader sollten über die Möglichkeit verfügen, den Ladevorgang über einen Balancerport (Ansteckbuchse) zu überwachen und zu steuern. Dabei werden unterschiedliche Zellspannungen innerhalb eines Akkupacks beim Ladevorgang ausgeglichen, was wesentlich zur Betriebssicherheit und Lebensdauer eines Akkus beiträgt.
Aus diesem Grund haben Lithium-Akkus zwei Anschluss-Leitungen. Eine um den Strom zu entnehmen, bzw. um darüber den Akku zu laden. Der zweite Anschluss ist das Balancer-Kabel. Dies wird beim Laden an das Ladegerät angeschlossen. Über diese Leitung(en) sorgt das Ladegerät dafür, dass alle Zellen gleich voll sind. Kleine Akkus können auch über den Balancer-Anschluss geladen werden.
Eine immer wieder nervende Tatsache ist, dass es sowohl für den Stromabgriff als auch für den Balanceranschluss gefühlt unendlich viele Formen und Arten von Steckverbindern gibt, die nicht kompatibel sind.
Bei Balancer-Anschlüssen finden wir derzeit vier unterschiedliche Steckverbindungen. Welche Verbinder Sie bevorzugen, bleibt Ihnen überlassen, aber Sie sollten sich für eine einheitliche Belegung aller Ihrer Akkus entscheiden. Für unabwendbare Notfälle gibt es aber auch Adapterkabel.
Natürlich sollten Ihre Anschlüsse am Regler ebenfalls einheitliche Steckverbinder haben und selbstredend müssen auch die Ladekabel die passenden Stecker aufweisen. Üblich sind hier Goldkontaktstecker mit 2 bis 4 mm Durchmesser und solche mit teils mehrpoligen Anschlussgehäusen. Wenn Sie mehrere Modelle anschaffen, versuchen Sie unbedingt, bei einer Anschlussart zu bleiben.
Gerade bei Einsteigermodellen mit verhältnismäßig kleinen LiPo-Akkus werden oftmals Ladesets mitgeliefert. Damit kann man seine Akkus aus der Steckdose und manchmal auch aus der Autobatterie bequem nachladen. An diesen Ladegeräten muss nichts mehr eingestellt werden – so werden Fehler beim Laden vermieden.
Entsorgen
Wenn dann einmal ein Akku sein Leben beendet hat, wird auf jeden Fall ordnungsgemäß im Sondermüll entsorgt!
Sieben goldene Regeln für ein langes Akku-Leben
Lithium-Akkus altern auch, wenn sie selten und sogar, wenn sie nicht benutzt werden. Ein Akku, dessen Zellspannung unter 3 Volt sinkt, ist ebenso wie ein vollgeladener Akku mit bis zu 4,2 Volt pro Zelle einer schnelleren Alterung unterworfen, als ein Akku mit einer Zellspannung um die Nennspannung herum, also etwa 3,7 Volt. Wenn Sie einen neuen Akku erstmals laden, werden Sie feststellen, dass dieser etwa zu 50 bis 60 Prozent geladen ist, um ihn lange lagern zu können.
Lagern unter 0°C ist ebenso schädlich, wie Laden unter 0°C. Natürlich kann man auch bei Frost fliegen, dann sollte man die Akkus vor dem Flug aber gut vorwärmen (Körpertemperatur).
Fliegen Sie den Akku nicht leer. Die Alterung der Akkus schlägt in Sachen Dauerhaltbarkeit und Belastbarkeit bei Entladungen unter etwa 80 Prozent heftiger zu, als wenn Sie Ihre Akkus nur bis zu 80 Prozent entleeren. Die Spannung pro Zelle sollte nie unter 2,7 Volt betragen. Moderne Regler passen darauf auf und verhindern eine Tiefentladung unter 3,0 Volt pro Akku-Zelle ab.
Lithium-Zellen werden standardmäßig mit einem Strom geladen, der ihrer Nennkapazität entspricht. Die sogenannte Laderate wird dementsprechend mit 1C benannt. Ein 2.200er Akku wird demnach im Idealfall mit 2,2 A geladen und ist in einer Stunde wieder einsatzbereit. Steht ein höherer Wert als 1C auf dem Akku, darf der Ladestrom höher sein. Dennoch: Jeder Ladestrom über 1C geht zu Lasten der Lebensdauer der Zellen, egal was draufsteht.
Ein Akku, der mit 30C belastet werden darf, kann also das 30-fache seiner Nennkapazität abgeben. Ein 30C-Akku mit 2.000 mAh Kapazität darf also maximal bis zu 60 A belastet werden. Diesen Wert müssen wir aber nicht messen – wir prüfen stattdessen die Temperatur des Akkus nach dem Flug: wird er heißer als 60°C, wird ihm zu viel Leistung abverlangt – das hält er nicht lange durch. Können wir den Akku nach dem Flug länger in der Hand halten ohne dass es uns zu heiß wird, ist alles in Ordnung.
Das ist eigentlich selbstverständlich, aber gerade wegen der dünnen flexiblen „Haut“ von Lithium-Zellen sei auf die geringe mechanische Belastbarkeit der Akkuhüllen hingewiesen. Wenn der Akku bei einem Absturz deformiert ist, sortieren Sie diesen Akku pack unbedingt aus. Ein beschädigter Akku könnte von selbst anfangen zu brennen, deshalb muss er bis zur Entsorgung in einem feuersicheren Gefäß gelagert werden.
Leistung und Lebensdauer eines Akkus sind dann am höchsten, wenn alle Zellen in einem Pack genau die gleiche Spannung haben. Vorsichtige Nutzer laden deshalb immer mit Ladegeräten mit Balancer-Anschluss. Auf dem Modellflugplatz darf aber auch mal ohne Balancer-Kontrolle geladen werden.
