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FMT Blog

Sonntag, 16.07.2017 von Werner Baumeister Gedanken zur Regler-Unterspannungsabschaltung

Neue Akkus sind stärker belastbar als gebrauchte und reagieren daher anders auf die Unterspannungsabschaltung von Reglern. Aber was bedeutet das? Soll man deshalb alte Akkus rigoros wegwerfen? Oder in die Abschaltspannung eingreifen? Werner Baumeister stellt im Folgenden seine Thesen vor.

Völlig schmerzfrei – neue Akkus
Neue, moderne LiPo-Akkus mit hohen C-Raten sind so spannungsstabil, dass sie ihre Nennspannung von 3,7 V sehr lange halten. Schaut man die Entladekurven eines neuen Akkus an, so stellt man fest, dass es fast bis zum vollständigen Entleeren des Akkus dauert, bis die Spannung rapide abfällt. Das ist ohnehin LiPo-typisch, aber gerade bei den neuen Akkus noch ausgeprägter. Rapide heißt, dass sie dann schnell auf 3,4 oder 3,3 V fallen. Also auf die Spannung, die bei Reglern häufig als Standard-Abschaltspannung eingestellt ist.
Bei Motormodellen, bei denen der Motor ja fast pausenlos läuft, ist dieser Vorgang meist etwas deutlicher als bei Seglern, deren Antriebe ja nur kurz am Stück laufen. Hier erholt sich der Akku schnell wieder. Und je länger die Segelflugphasen, um so mehr. Und die Nennspannung liegt wieder an. Je nach Seglertyp läuft der Motor dann wieder nur für ein paar Sekunden. So passiert es, dass der Akku schließlich sehr plötzlich einbricht und der Regler auch erst dann abschaltet. Womöglich erst, wenn er seine zulässige Entladegrenze bereits unterschritten hat. Und wie man ja weiß, tut es den Akkus auf Dauer gar nicht gut, wenn sie auf mehr als 80% entladen werden. Etwa 20% sollten mindestens immer drinbleiben.

Weicheier – alte Akkus
Ganz anders verhalten sich alte Akkus. Sie brechen früh deutlich ein, vor allem wenn man höhere Ströme abverlangt. Oft geht das runter bis zu 3,2 oder sogar 3,0 V. Das heißt aber nicht, dass nicht noch eine ordentliche Menge Kapazität im Akku sein könnte. Natürlich bringt so ein Akku nicht mehr die volle Leistung, aber zum Rettungsflug aus der Abwärtsthermik sollte es noch reichen.
Entscheidend für dieses Phänomen ist also der Zustand der Akkus und die von ihm geforderte Leistung. Ziehe ich wenig Strom, macht er das Spielchen etwas länger, ziehe ich viel Strom, eben nicht. Modelle, die mit stromfressenden Antrieben ausgerüstet sind, benötigen frische, belastungsfähige Akkus. Der Ökosegler, dessen Mötorchen gerade Mal 20 A braucht, geht mit seinen Akkus (richtige Auswahl vorausgesetzt) schonender um und lässt sie lange leben.

Mein Regler ist aber nicht programmierbar...
Dann bleibt alles beim Alten. Der Regler hat eine fix eingestellte Akku-Abschaltspannung. Diese sollte eigentlich den Akku schonen. Allerdings sind da keine festen Regeln vereinbart. Manche Regler schalten erst bei 3,0 V/Zelle ab, andere bei 3,3 usw. Und nicht immer erfährt man das in der Anleitung. Hier hilft nur die Uhr und das Erfliegen der korrekten Motorlaufzeit (siehe unten), wenn man sichergehen will. Sich auf den Regler alleine verlassen sollten Sie sich definitiv nicht. Ich spreche aus Erfahrung.

"Was tun?", spricht Zeus
So, jetzt wissen wir zwar, was alte und neue Akkus unterscheidet und warum sie unterschiedlich auf Abschaltspannungen reagieren. Aber wie handeln wir jetzt die ganze Angelegenheit? Alte Akkus rigoros wegwerfen und nur noch neue, starke Typen verwenden? Und die Abschaltspannung dann so hoch wie möglich ansetzen, damit er geschont wird? Oder gleich die Motorlaufzeit ausrechnen und dann erfliegen, wie lange man wohl mit dem jeweiligen Akku fliegen kann - und das mit einer Stoppuhr kontrollieren? Oder mit Telemetrie? Oder alles gleichzeitig? Wie erkenne ich schlappe Akkus? Wie bekomme ich also heraus, ob ich mit einem älteren Akku noch fliegen darf oder ihn lieber entsorgen sollte?
Früher war es einfacher (und sowieso alles besser...): Die Urväter der modernen LiPos, zum Beispiel die Kokam-H4-Akkus, blähten sich grundsätzlich erst auf, bevor sie starben. Sobald der Akku dicke Backen bekam, musste man ihn (schnell) an einen sicheren Ort legen und hoffen, dass er sich wieder beruhigte. Dann war Entsorgen angesagt.
Heute gibt es Akkus, die gasen (blähen) bereits von Anfang an etwas aus, ohne aber ihre Leistung zu verlieren. Die von vielen aufgestellte Regel, blähende Akkus rigoros wegzuwerfen, kann ich nicht teilen (werde aber niemanden daran hindern). Ich besitze neue Akkus, die Spitzenleistungen vollbringen, obwohl sie dicke Backen haben. Leider blähen Akkus auch kurz vor dem Explodieren. Das macht das Ganze etwas unberechenbar. Wer aber die Geschichte seines Akkus kennt (zu deutsch: ihn beobachtet), kann dies unterscheiden. Ein Akku, der schon lange seinen Dienst tut und dann plötzlich bläht, hat mit Sicherheit ein Problem und muss sofort entsorgt werden. Einer, der das von Anfang an schon ein bisschen macht, eventuell nicht. Wie konsequent man hier vorgeht, muss jeder für sich entscheiden.


Akku-Strategien
Meine Strategie sieht so aus: Neue Akkus werden markiert. Ich messe beim ersten Laden den Innenwiderstand jeder einzelnen Zelle (viele, auch preiswertere Ladegeräte, können das heute). Diese Innenwiderstände schreibe ich auf. Sie betragen je nach Akkugüte zwischen etwa 2 und 15 Milliohm je Zelle und Akkuqualität. Es gibt auch LiPo-Bauarten mit deutlich höheren Innenwiderständen, aber die nutzt man als Empfänger- oder Senderakkus. Dafür leben die oft sehr lange.


Im Laufe der Akku-Nutzung messe ich den Innenwiderstand immer wieder, je älter die Akkus werden, umso öfter. Verdoppelt er sich, werde ich hellhörig. Das gilt auch, wenn nur eine einzelne Zelle deutlich schlechter wird. Diese Zelle ist dann in der Regel das Problem und der Akku muss, wenn sie tatsächlich stark abweicht, ausgesondert werden, denn diese Zelle reißt die anderen Zellen mit herunter. Ist der Unterschied noch gering, muss aber ab jetzt der Akku genau beobachtet werden (ich checke den Innenwiderstand der einzelnen Zellen dann bei jedem Laden und prüfe auch, ob sich eine Zelle womöglich nur langsam balancieren lässt), vor allem auch, was seine Leistung im Flug betrifft. Ist die Leistung sogar schon merklich schwächer, wird er ausgesondert. Handelt es sich um ein Modell, das viel Strom zieht (Hotliner etc.), kann er vielleicht noch einige Zeit Dienst tun in einem weniger anspruchsvollen Modell. Ich habe Akkus, die sind schon fünf Jahre alt und packen noch Entladeraten von 25 bis 30 A klaglos mit einer noch nutzbaren Kapazität von etwa 60 bis 70 % (20% müssen auch hier immer drinbleiben). So lange halten LiPos aber selten.
Ein weiterer Test betrifft eben diese Restkapazität: Ich entlade den LiPo  mit dem in meinem Ladegerät zur Verfügung stehenden Entladeprogramm (das bis maximal 90% entlädt). Dann lade ich ganz normal mit 1C. Hat er nun deutlich weniger als 80% seiner angegebenen Kapazität geladen, fliegt er raus.


Ideal wäre natürlich die Messung unter Last. Aber das kann nicht jeder zu Hause machen, ich auch nicht. Ich behelfe mir, indem ich den auffälligen Akku an ein Modell anschließe, das bekanntermaßen z.B. 75 A Strom im Stand benötigt. Macht er hier schlapp (schaltet er also in meinem Fall bei 3,0 V ab, siehe unten), hat er zumindest einen guten Teil seiner Anfangsleistung verloren. Jetzt geht er an ein Modell mit z.B. 65 A Leistungsanspruch. Macht er hier dasselbe, wird es langsam ernst. Jetzt kann er nur noch in Modellen zum Einsatz kommen, die deutlich weniger Strom ziehen. Wenn er auch hier schlapp macht, muss er in die ewigen Akku-Jagdgründe. Dieser einfache Test funktioniert natürlich nur, wenn man die jeweiligen Akkus auch innerhalb ihrer Leistungsgrenzen betreibt. Also keine Winzlinge mit niedrigen C-Raten in Modellen, die für Akkus mit großen C-Raten gedacht sind. Aber das ist ja selbstverständlich, gell?

Ermitteln der Motorlaufzeit
Wir nehmen die Kapazität des vorliegenden Akkus mal 60, um die Amperestunden in Ampereminuten umzurechnen. Das Ganze teilen wir durch den Motorstrom, den wir gemessen haben (ohne vorherige Motorstrommessung fliegt bei mir kein Modell). Das ergibt die Motorlaufzeit in Minuten. Davon ziehen wir 20% ab, da wir den Akku ja nicht um mehr als etwa 80% entladen sollten. Den Timer stellen wir dann nochmals geringer ein. Bei den hier im Beispiel errechneten 3,84 Minuten stelle ich beim Erstflug 2 Minuten ein und schaue dann beim erneuten Laden des Akkus, wieviel verbraucht wurde (wieviel ich wieder reinladen kann). Wenn noch einiges übrig war, kann ich den Timer z.B. auf 2,45 Minuten oder mehr einstellen. Wird der Akku älter, sollte ich das wieder prüfen und evtl. zurücknehmen. Unmittelbar nach dem Flug (bevor sich der Akku komplett erholt hat), kann ich auch mit einem LiPo-Checker messen und mich grob danach richten. Aber bitte nur grob, denn LiPo-Checker sind alles andere als exakt, da sie nur die Spannung ohne Last messen.

Ja, was jetzt?
Aber was mache ich nun mit der Abschaltspannung, wenn jeder Akku anders reagiert? Manche sind brutal und schalten diese Funktion einfach ab. Sie arbeiten mit der Stoppuhr. Nach einer durch Ausrechnen und Erfliegen ermittelten Zeit wird gelandet. Das Argument: Lieber mal versehentlich einen Akku zu tief entladen, als ein Modell verlieren, weil der Motor nach dem Start oder zu einem anderen kritischen Zeitpunkt plötzlich abschaltet. Bei Motorfliegern könnte man zwar statt dem abrupten Abschalten auch ein Herunterregeln programmieren. Beim Segler nutzt das oft kaum, denn wenn es in größerer Höhe passiert, bemerkt man es womöglich nicht.
Ich persönlich programmiere den Regler so, dass er bei einer Spannung von 3,0 V abschaltet. Dabei bin ich mir im Klaren, dass diese Einstellung den neuen Akkus gar nichts nützt, den alten aber schon eher. Die eigentliche Überwachung mache auch ich über die Stoppuhr - und das ist dann auch zwingend. Vorteil aus meiner Sicht gegenüber der Komplett-Abschaltung der Abschaltspannung: Schaltet der Regler tatsächlich schon beim Vorflugcheck ab, ist der Akku wirklich am Ende und muss ausgesondert werden, denn wenn er so einbricht, macht sein Einsatz wirklich keinen Sinn mehr.

Mein Tipp:
Den berühmten Testlauf vor dem Start sollte man mindestens auf zwei Sekunden ausdehnen. Macht man ihn nämlich sehr kurz, hat der Regler keine Zeit, abzuschalten. Dabei reichen die zwei Sekunden für einen Test meist aus, denn gerade am Anfang im Stand zieht der Motor mehr als im Flug. Würde der Akku schwächeln, könnte man das also jetzt durchaus schon bemerken.
Alternativ könnte man die Abschaltspannung jedes Akkus erfliegen und so exakt einstellen. Leider gilt das dann nur für kurze Zeit, denn auch neue Akkus werden älter und ändern dann ihre Charakteristik. Das ist mir zu umständlich und zu aufwändig.
Die eleganteste Möglichkeit praktiziere ich (in Kombination mit meiner 3,0-V-Timer-Strategie, siehe oben) bei Modellen, die sehr wertvoll sind und bei denen es der Platz zulässt: Hier baue ich einen Stromsensor ein oder verwende einen Regler, der das kann (z.B. Mezzon von Hacker). Der sagt mir per Telemetrie die bisher verbrauchte Kapazität. Bei einem 5.000er Akku lande ich dann spätestens nach dem Verbrauch von 4.000 mAh. Ist der Akku schon älter, sogar deutlich früher. Das Ganze kann ich mir auch noch per Warnschwelle ansagen lassen. Aber Mitdenken gehört auch hier dazu: In meinem Qantas-Swift z.B. passen Akkus von 3.000 bis 5.500 mAh. Da muss ich natürlich drandenken! Unser Hobby ist halt nichts für Denkfaule. Das macht es doch so interessant, oder?

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