Wer sich mit dem RC-Funktionsmodellbau beschäftigt, der muss auch mit Akkutechnik beschäftigen. Welche Arten von Akkus gibt es? Welches sind die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Akkutechnologien? Wie sind Akkus zu behandeln? Bedürfen sie einer Pflege?
Diese und vielleicht noch mehr Fragen tauchen auf, wenn man sich mit Akkus beschäftigt. Ich werde mich bemühen, möglichst viele dieser Fragen zu beantworten.
Teil 1: Akkutypen
Im Modellbau finden mehrere Akkutypen Verwendung, die jeweils unterschiedliche Technologien repräsentieren. Der Modellbauer kann somit je nach Verwendungszweck entscheiden, welche Akkutechnologie er verwenden möchte. In manchen Fällen kommen auch mehrere Varianten in Betracht, dann ist die Entscheidung in das Ermessen des Modellbauers gestellt. Sehen wir und die einzelnen Typen von Akkus einmal an.
1. Bleiakku
Der gute alte Bleiakku ist seit Jahrzehnten auch im Modellbau eine erprobte und ausgereifte Akkutechnologie. Bleiakkus sind relativ groß und schwer, was die Verwendung in Modellen stark einschränkt. In Modellflugzeugen, die leicht sein müssen, kommen sie gar nicht in Betracht. Im Schiffsmodellbau hingegen schon, nämlich bei größeren Modellen, deren Rümpfe einen großen Bleiakku aufnehmen können. Hier dienen sie oft auch als Ballast, um das Schiff im Wasser gut auszubalancieren, damit es stabil im Wasser liegt. Daneben finden Bleiakkus im Modellbau aber auch noch andere Verwendungen, z.B. als Energiequelle für Startboxen oder um vor Ort ein geeignetes Ladegerät anzuschließen. Dann kann man seine Fahrakkus aus dem Bleiakku nachladen, denn am See haben wir ja selten eine Steckdose.
Im Modellbaubereich kommen Bleiakkus mit einer Spannung von 6 und 12 Volt unterschiedlicher Kapazitäten zur Anwendung. Die Kapazität eines Akkus wird grundsätzlich mit der Einheit Ah (Amperestunden) bzw. mAh (Milli-Ampere-Stunden) beschrieben. 1000 mAh entsprechen einer Amperestunde, soviel wissen wir noch aus der Schule.
Ich verwende z.Zt. einen Bleiakku 12V/7 Ah als Backup-Energiequelle zum Nachladen von Fahrakkus vor Ort. Die Kapazität von 7 Ah ist für mich momentan mehr als ausreichend für diese Zwecke. Zum Vergleich: Einen Fahrakku mit 1800 mAh kann ich damit rein rechnerisch fast 4 x aufladen. Da ich für meine Modelle jeweils mindestens 2 Fahrakkus besitze (die ich ja voll geladen zum See mitnehme) gibt mir das ausreichenden Spielraum.
Das nachstehende Foto zeigt meinen Bleiakku. Das Teil wiegt 2540 g und hat die Maße 151x65x100 mm. Der Akku ist wartungsfrei und ein lageunabhängiger Einbau ist problemlos möglich. Der Anschluss erfolgt über Flachstecker. Bleiakkus können mit jedem modernen Modellbau-Ladegerät aufgeladen werden. Ein sog. "Memoryeffekt" tritt bei Bleiakkus nicht auf. Es wird empfohlen, die Akkus vor längerer Einlagerung voll aufzuladen!
Hinweis: Ein solcher Akku enthält lt. Kennzeichnung Pb, also Blei. Nach Ablauf der Lebenszeit darf er nicht über den Hausmüll entsorgt werden sondern muss zum Händler zurückgeschickt werden, der ihn auch kostenlos annehmen muss. Deshalb: Kaufbeleg aufbewahren! Alternativ können Sie den verbrauchten Akku (gegen Gebühren?) als Sondermüll selbst entsorgen. Hier geben kommunale Wertstoffhöfe oder Umweltämter Auskunft, wo sie die Akkus abgeben können!
2. NiCd/NiMH
Als nächstes wenden wir uns der Familie der NiCd und NiMH - Akkus zu.
Hierbei handelt es sich um eine Akkufamilie, die seit vielen Jahren die Modellbauscene beherrscht hat. Beide Geschwister dieser Akkufamilie sind bekannt für ihre zylindrische Bauform der einzelnen Akkuzellen. Für die Modellbauanwendungen werden diese Einzelzellen in Reihe geschaltet und damit zu Akkus unterschiedlicher Stärke und Kapazität formiert, welche dann mit Schrumpfschlauch überzogen die bekannten Energieriegel liefern.
NiCD - Akkus sind allerdings seit längerem eine aussterbende Gattung, weil sie giftiges Cadmium enthalten und somit eine Gefahr für die Umwelt darstellen. Das Kürzel NiCd steht nämlich für "Nickel-Cadmium". Die umweltfreundlichere Weiterentwicklung der NiCd-Zellen heißt NiMh (Nickel-Metallhydrid). Dieser Akku hat den NiCd - Akku heute fast vollständig vom Markt verdrängt. Die Vorteile dieses Akkus sind: Umweltfreundlichkeit und nahezu gleiche, teilweise sogar bessere Leistungswerte als NiCd`s. Sie werden vornehmlich verwendet, wo mittlere Ströme bis ca. 40A und hohe Kapazitäten benötigt werden (Flugzeuge, Hubschrauber, Schiffe, Rennautos etc.).
NiMH - Akkus sind generell erprobt und anwendungssicher, aber auch sie sind nicht gänzlich unempfindlich gegen falsche Behandlung:
Im Gegensatz zu NiCd - Akkus dürfen NiMH-Akkus nicht entladen gelagert werden. Sie besitzen zudem eine hohe Selbstentladungsrate (ca. 20 % der Nennkapazität pro Monat), so dass sie bei längerer Nichtbenutzung regelmäßig nachgeladen werden müssen! Das beste Mittel gegen einen vorzeitigen Akku - Tod ist immer noch die regelmäßige Benutzung bzw. das regelmäßige Wiederaufladen in Abständen von ca. 3 Monaten! Dennoch: Die geringere Anzahl an Ladezyklen (ca. 400 Zyklen) ist immer noch ihr größtes Manko. Mit den "Eneloop" - Akkus (Markenzeichen von Sanyo und Panasonic) stehen heute allerdings NiMH-Akkus vornehmlich als Sender- und Empfänger - Akkus zur Verfügung, die solche Mankos nicht mehr aufweisen.
Ni-MH - Akkus sind die beste Wahl, wenn das Gewicht der Energieriegel nicht im Vordergrund steht, aber hohe Leistung, günstiger Preis kombiniert mit relativ unkomplizierter Handhabung gewünscht werden.
Eneloop -Akkus sind immer eine gute Wahl. Hier sehen wir 4 Akkus mit je 1,2 Volt/1900 mAh in Reihenschaltung. Das ergibt eine kraftvolle Energiequelle für Sonderfunktionen im Modell!
Hier zwei Nimh Akkaupacks mit jeweils 6 Volt/3600 mAh. Das ist Power pur für viele Anwendungen. Bitte solche Nimh Akkus in regelmäßigen Abständen (mindestens alle 3 Monate) nachladen, denn die Selbstentladerate bei Lagerung ist relativ hoch!
NimH-Akkus sollte man aus Sicherheitsgründen nicht im Modell aufladen und nach Ende des Modellbetriebs aus dem Modell entfernen! Bis auf Bleiakkus mache ich das grundsätzlich mit allen Akkutypen so!
3. Lithium-Polymer-Akkus (LiPoly) und Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion)
LiPoly und Li-Ion - Akkus sind sich sehr ähnlich:
Bei beiden ist das Verhältnis von Größe und Gewicht zur Energiedichte sehr hoch. Das bedeutet, die Akkus sind im Vergleich zu NiCad und Nimh Akkupacks bei gleichen oder größeren Kapazitäten und hohen Zellspannungen sehr leicht und klein. Sie haben keinen Memory-Effekt sowie bei normalen Raumtemperaturen eine sehr geringe Selbstentladung. Damit sind sie für viele Anwendungen unseres Alltags und auch im Modellbau nicht mehr wegzudenken. Bei Li-Ion-Akkus wandern Elektronen und Lithium-Ionen im Gegensatz zum LiPoly nicht durch ein flüssiges, sondern durch ein festes oder gelartiges Elektrolyt. Li-Ion-Akkus können deshalb in fast jeder beliebigen äußeren Form produziert werden (z.B. sehr flach für Smartphones). Das ist auch schon der wesentlichste Unterschied zwischen beiden Typen.
Wir wenden uns hier dem im Modellbau wesentlich häufiger vertretenen Lithium-Polymehr-Akku (LiPoly) zu. Das meiste, was ich im folgenden dazu ausführe, dürfte aber auch auf Li-Ion-Akkus zutreffen!
LiPoly´s sind heute sicherlich die im Modellbau am häufigsten vertretene Akku-Art. Sie sind leicht, vergleichsweise kompakt und damit ideal für den Modellbau. Leider muss man beim Betrieb aber einige Dinge wissen und beachten, um nicht Gefahr zu laufen, den Akku zu zerstören bzw. (noch schlimmer), zu verhindern, dass dieser in Brand gerät oder gar explodiert! Deshalb halten wir an dieser Stelle schon einmal fest, dass wir einen solchen Akku niemals im Modell laden und nach dem Betrieb aus dem Modell nehmen!
Doch gehen wir einmal systematisch vor:
Auf dem obigen Foto habe ich 5 unterschiedliche LiPoly-Akkus abgebildet. Es handelt sich um Akkus mit unterschiedlicher Zellenanzahl, Kapazität und Spannungen. Allen ist gemein, dass auf ihrer Vorderseite wichtige Informationen zu dem Akku in Form eines Codes aufgedruckt sind. Der Code liefert uns alle wichtigen Informationen, die wir wissen müssen. Gehen wir die gezeigten Akkus einmal von unten nach oben durch:
LiPo 1S2P / 3000 bedeutet folgendes: 1S = der Akku hat 1 Zelle, 2P = in dem Akku sind 2 Zellen parallel geschaltet. Die Zahl 3000 bezieht sich auf die Akkukapazität, die folglich 3000 mAh oder 3 Amperestunden beträgt.
Das ist schon einmal ein Widerspruch in sich, denn der Akku hat ja den Code 1S. Wie können da 2 Zellen parallel geschaltet sein? Wir erinnern uns: Akkuzellen kann man in Reihe oder parallel schalten. Schaltet man Akkuzellen in Reihe, dann erhöht sich die Gesamtspannung des Akkus (2 Zellen mit je 6 Volt in Reihe = 12 Volt Gesamtspannung). Schaltet man die Zellen aber parallel, dann bleibt die Spannung gleich, aber die Kapazität verändert sich (2 Zellen mit je 6 Volt und 1500 mAh ergeben einen Akku mit 6 Volt und einer Gesamtkapazität von 3000 mAh).
Wir wissen nun: Der LiPo 1S2P besitzt 2 Zellen in Parallelschaltung. Diese parallel geschalteten Zellen werden also als eine Zelle betrachtet, weshalb der Akku die Bezeichnung 1S2P trägt!
Zusätzlich trägt der Akku ganz rechts den Aufdruck 3,7 Volt, 3,0 Ah. Wir wissen nun, dass der LiPo eine Spannung von 3,7 Volt und eine Kapazität von 3 Ah besitzt.
In kleiner Schrift ist noch folgendes aufgedruckt: Nicht über 4,2 Volt laden. Nicht unter 3,0 Volt entladen. Schnellladestrom max. 1,5 Ampere, Entladestrom max. 1,5 Ampere.
Damit sind die Betriebsgrenzen unseres LiPo´s beschrieben.
An dieser Stelle können wir schon einmal festhalten, dass LiPo´s empfindlich auf Tiefenentladungen reagieren. Ein einmal tiefenentladener LiPo (im vorliegenden Fall liegt die Grenze bei 3 Volt) ist dauerhaft unbrauchbar bzw. zerstört! Gleichzeitig halten wir fest, dass LiPo´s nicht überladen werden dürfen. Überladung ist im Gegensatz zur Tiefenentladung gefährlich: Der Akku erhitzt sich stark und kann in Brand geraten oder explodieren. Also Vorsicht!
Übrigens handelt es sich bei dem beschriebenen LiPo um einen Senderakku.
Der 2. Lipo von unten trägt den Aufdruck 7,4 Volt 2S1P 1300 30C.
Wir können jetzt den Code lesen und wissen, der Akku liefert 7,4 V, besitzt 1 Zellen in Parallelschaltung und er hat eine Kapazität von 1300 mAh.
Neu ist hingegen der Code 30C: 30 C gibt uns den maximalen Entladestrom für diesen LiPo vor. C steht für Capacity, was im Deutschen Kapazität bedeutet. Die Kapazität dieses LiPo kennen wir: Sie beträgt 1300 mAh. Den max. Entladestrom berechnen wir nun ganz einfach:
(1300 mAh/1000) x 30.
Der Entladestrom darf also bei diesem Akku maximal 39 Ampere betragen.
Ich betone an dieser Stelle, dass vor der Inbetriebnahme eines LiPo-Akkus unbedingt die Bedienungsanleitung zu lesen und zu beachten ist. Dazu zählen auch alle Aufdrucke auf dem Akku. Da Akkus unterschiedlicher Hersteller im Umlauf sind, kann ich hier nicht auf jedes Detail eingehen, sondern nur die grundsätzlichen Dinge behandeln. Das bedeutet: Ich hafte nicht für auftretende Schäden bei Nichtbeachtung der spezifischen Hinweise des jeweiligen Akkuherstellers!
Der Leser sollte nun in der Lage sein, den Aufdruck des folgenden Lipo-Akkus zu interpretieren:
Der Code sagt uns:
Es handelt sich um einen 3-zelligen LiPo (3S), bei dem 2 Zellen in Reihe und eine Zelle parallel geschaltet sind. Die Akku-Nennspannung beträgt 11,4 Volt, die Kapazität 2,2 Ah. Der max. Entladestrom beträgt 40/80C. Das bedeutet: 2,2 x 40 = 88 Ampere max. Dauer-Entladestrom. Kurzfristig (in der Regel bedeutet Kurzfristig in diesem Zusammenhang 8 - 10 Sekunden) darf der max. Entladestrom 2,2 x 80 = 176 Ampere betragen.
Wir sollten jetzt in der Lage sein, alle Akku-Codes zu entschlüsseln. Wenn Sie für eine spezifische Anwendung einen LiPo kaufen wollen, überprüfen Sie zunächst, wieviel Ampere der anzuschließende Regler als Dauerstrom "zieht". Danach bemessen Sie die Werte, die der benötigte Akku liefern muss!
Folgendes muss ebenfalls beachtet werden:
LiPo´s dürfen nur mit speziellen Ladegeräten aufgeladen werden, die ausdrücklich dafür ausgelegt sind. Das Ladegerät muss in der Lage sein, den Ladevorgang elektronisch zu überwachen und sollte (was in der Regel der Fall bei solchen Geräten ist) über eine Balancer-Funktion verfügen. Bei mehrzelligen LiPo´s darf die Spannung der einzelnen Zellen nämlich nicht zu stark voneinander abweichen, weil sonst die Gefahr der Selbstzerstörung des Akkus und Brandgefahr besteht! Außerdem dürfen LiPo-Akkus nicht voll geladen gelagert werden (Brandgefahr). Deshalb sollte unser Ladegerät möglichst über eine "Store-Funktion" verfügen. Ich pflege meine LiPo´s regelmässig, indem ich sie mit einem speziell dafür vorgesehenen Balancer-Programm voll auflade und sie anschließend mit der "Store-Funktion" wieder entlade. Das Ladegerät entlädt den Akku dann auf ca. 60 Prozent und schaltet dann automatisch ab. Danach kann man den Akku ca. 3 Monate lagern, bevor man den Vorgang wiederholt. Auch hier gilt: Beachten Sie unbedingt die Bedienungsanleitung des verwendeten Ladegerätes genau und benutzen Sie das jeweils geeignete Ladeprogramm. Schonend ist es zudem für den Akku, wenn man ihn nicht mit der Schnellladefunktion auflädt, sondern den Ladestrom niedriger einstellt. Mehrzellige LiPo´s besitzen immer einen speziellen Balancer-Anschluss, den man zusätzlich zum Ladeanschluss an das Ladegerät anstecken muss. Nur so kann die Elektronik des Ladegerätes den Ladevorgang überwachen und die Akkuzellen balancieren, damit sie einen einheitlichen Spannungszustand erreichen. Weiterhin müssen Sie den Ladevorgang stets überwachen! Die Lipo´s bitte immer vorsichtig handhaben. Akkupacks mit mechanisch verursachten Schäden dürfen nicht mehr benutzt werden (Brandgefahr durch auslaufendes Elektrolyt). Kurzschlüsse sind für den Akku tödlich. Es kann starke Hitze entstehen (Brandgefahr)! Benutzen Sie daher nur verpolungssichere Stecker! Akkus, die sich aufblähen, unbedingt sofort sachgerecht entsorgen. Solche Akkus können noch funktionieren, sind aber Zeitbomben, die jederzeit in Brand geraten oder gar explodieren können! Solche Akkus weder benutzen noch zu Hause lagern!
Wenn Sie diese Hinweise beachten, dann ist der Umgang mit und der Betrieb von Lithium-Polymer-Akkus sicher.
Abschließend noch ein Hinweis zur sicheren Lagerung:
Ich hatte zwar in vielen Jahren Modellbetrieb noch keinen Störfall mit meinen LiPo´s, dennoch achte ich immer auf eine sichere Lagerung. Für LiPo´s gibt es nicht-brennbare Taschen bzw. Etuis, in denen die LiPo´s auch gegen mechanische Schäden geschützt sind. Ich lagere meine Akkus zusätzlich in einer zweckentfremdeten Geldkassette aus Metall. So kann sich im Brandfall das Feuer nicht in der Wohnung ausbreiten bzw. wird durch Sauerstoffmangel erstickt.
Abschließend weise ich nochmals darauf hin, dass ich zwar alle Hinweise mit Sorgfalt zusammengestellt habe, aber dennoch keine Haftung im Schadensfall übernehme. Ich garantiere weder, dass meine Hinweise richtig, fehlerfrei oder vollständig sind, noch habe ich Einfluss auf die Einhaltung von Sicherheitshinweisen durch andere Anwender. Sie tragen also selbst die Verantwortung für evtl. auftretende Schäden, wenn Sie LiPo-Akkus benutzen und lagern, auch dann, wenn Sie alle Sicherheitsregeln und Sorgfaltspflichten beachtet haben sollten!