Lithium-Polymer Batterien richtig laden und pflegen

In der Industrie kennt man ein BMS  (Battery management system). Ein BMS wird überall dort eingesetzt wo wertvolle Stromspeicher, also Akkus ihren Dienst tun. Ein BMS überwacht nicht nur den Akkus und dessen Zustände, sondern übernimmt auch die Pflege.

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Im Modellbau gibt es kein Battery Management System – oder doch?

Wer seine Akkus – gerade im Wettbewerb betreibt, für den ist es eigentlich zwingend notwendig, sich um die Pflege seiner Akkus zu kümmern.

Battery Management setzt sich aus mehreren Teilen zusammen und beinhaltet die Fehlervermeidung im Umgang mit LiPo-Akkus.

Die hier vorgestellten Tips haben sich die letzten 3 Jahre als Optimal herausgestellt. Parallel wurden immer wieder verschiedene Varianten getestet. Die Vorgabe, die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der LiPo-Akkus zu maximieren, und verschiedene Parameter wie Druck, Fahrzeit, Drift, oder Innenwiderstand in einem sehr eng definierten Toleranzfenster zu halten,  konnten mit dieser Art von Akkupflege realisiert werden.
Die hier aufgeführten Punkte wurden von uns mit Hilfe der Hacker TopFUEL Akkus erarbeitet. In Nuancen können einzelne Punkte Abweichen – speziell im Bereich Cut-Off, ansonsten sind diese für alle LiPo-Akkus anwendbar.

1. Formieren neuer LiPo Akkus

Was bei Nitro-Motoren das Einlaufen ist, ist bei LiPo-Akkus die Formierungsladung.

Ein Akkupack besteht immer aus einzelnen Zellen, die zusammen einen Pack ergeben, dabei sind oftmals mehrere Zellen nicht nur seriell, sondern auch parallel verschaltet.
Neue LiPo-Zellen benötigen einige Zeit, bis die Chemie sauber arbeitet.

Wir formieren unsere Akkus grundsätzlich, indem wir sie im neuen Zustand

3x mit einem 1/2C laden und 3x mit einem 1/2C entladen.

Die Entladeschlussspannung setzen wir dabei auf 3,5V pro Zelle.

Für die einen ist es Hokuspokus, wir haben jedoch festgestellt, dass die Akkus im Neuzustand sowohl einen höheren Zellendrift während des Ladens haben, wie auch einen höheren Zellen-GAP, der sich nach diesem Vorgang dann verliert. Weiterhin sinkt mit zunehmender Anzahl an Ladungen auch der Innenwiderstand.

2. Lagerung von Akkus

2.1 Lagerspannung

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Verbrennerfahrer die umschwenken in Richtung Elektroklasse lieben das einfache Handling – Akkus vollladen und liegen lassen bis zur nächsten Fahrt.

Diese Vorgehensweise ist die denkbar schlechtestet.
Die Chemie im Akku ist dazu ausgelegt, dass sie – während sie miteinander reagiert – Strom abgibt. Im geladenen Zustand befindet sich im Akku ein hohes Energielevel, bei dem die Chemikalien permanent reagieren wollen, jedoch nicht können.

Dieser Zustand schädigt die Zellen!

LiPo-Akkus sollten bei ca. 3,86 Volt gelagert werden.

Alle Ladegeräte, egal ob günstig, teuer, oder sogar billig, haben einen Menü-Punkt STORAGE – dieser STORAGE Lade-/Entladevorgang bringt die Zellen auf ein Spannungniveau, das sich als optimal herausgestellt hat.

2.2 Lagertemperatur

Lithium-Polymer-Akkumulatoren mögen es warm!

Ideal ist die Lagerung bei ca. 18-20° Celsius.

Die Lagertemperatur ist ansich nicht als wirklich kritisch zu beachten, wenn wir davon ausgehen, dass sie in einem Bastelraum gelagert werden.

Anders sieht es aus, wenn die Akkus transportiert werden.
Winter, Frühjahr und Herbst sind die Jahreszeiten in denen es einem LiPo schon mal fürchterlich kalt werden kann, gerade wenn er über Nacht im Auto gelagert wird.

Im Sommer ist die Lagerung im Auto unter Umständen sogar gefährlich, wenn sich das Fahrzeug aufheizt und der Akku darin gelagert wird.
Lithium-Polymer-Akkus beinhalten unterschiedliche Alkoholsorten, die bei hohen Temperaturen zu Sieden anfangen und den Akku aufblähen lassen. Wird der Druck zu hoch, so platzt der Akkus – die Folgen müssen hier wohl nicht näher aufgeführt werden.

3. Abschaltspannung oder CUT-OFF

In diesem Punkt unterscheiden sich die LiPo-Akkus der unterschiedlichen Hersteller am ehesten.
Dies liegt an der Zusammensetzung der Chemikalien und an der Spannungslage, sowie Entladekurve der Akkus.

Wir setzen den CUT-OFF grundsätzlich auf 3,4V pro Zelle in unserem TENSORIC8 Fahrtenregler. Dieser Wert ist relativ hoch, schützt die Akkus jedoch vor schädlicher Tiefentladung.

Niedrigere Werte von zum Beispiel 3,2V bringen nicht soviel Fahrzeit als dass man noch eine Runde mehr fahren könnte!

Grundsätzlich sollte der CUT-OFF sinnvoll gewählt werden. Bei Tiefentladung der Zellen zersetzt sich intern die Chemie der Zellen, was sie dauerhaft schädigt.

Einen sinnvollen Wert für die Abschaltspannung muss jeder für sich selbst finden, da nicht alle LiPo-Zellen gleich reagieren.

4. LiPo-Handling zwischen den Läufen

4.1 Laden von LiPo-Akkumulatoren

Wir laden unsere LiPo-Akkus in der Regel mit 1,5C bei einer Abschaltspannung von 4,2Volt pro Zelle und immer mit Balancer.

Der Balancer dient der Sicherheit und sollte ein Überladen der einzelnen Zellen vermeiden. Für etwas Verwirrung sorgt jetzt vielleicht das Wort sollte. Leider ist die Toleranz der verwendeten Bauteile aber auch die Beschaltung nicht immer optimal, dies trifft sowohl für billige, wie auch teure Ladegeräte in unserem Hobby zu.
Leider kommt es allzuoft vor, dass der Balanciervorgang sehr lange dauert, die Zellen aber wenn sie kontrolliert werden oftmals nicht die 4,20V – wie auf dem Display angezeigt – haben, sondern teilweise 4,22V und mehr besitzen.

Hochwertige Ladegeräte lassen sich kalibrieren, oder haben einen kalibrierten Balancer

Die (nicht vorhandene) Qualität des Ladegerätes egalisiert oftmals die Qualität des Akkus!
Viele Ladegeräte arbeiten nicht wirklich nach dem CC/CV Ladeverfahren, welches den Akkus eher schadet. Wer ein günstiges Modellbau Ladegerät einsetzt, dessen CC-CV-Ladekurve nicht der Definition entspricht, egalisiert oftmals unbewusst den Qualitätsvorteil seiner LiPo-Akkus.

4.2 Abkühlphase

Nach der Fahrt haben unsere LiPo-Fahrakkus in der Regel eine Temperatur von ca. 40-45°C.
Wir rotieren mit insgesamt 3 Akkupacks, so dass jeder Akku sauber abkühlen kann, selbst wenn wir an einem Tag nur dreimal fahren können, so hängen wir die Akkus abschliessend nicht sofort an das Ladegerät um sie auf STORAGE-Spannung zu bringen.

4.3 Zyklenzahl

Im Prinizip sind wir bemüht jeden Akkus maximal dreimal zu verwenden. Sollte mal ein Akku unerwarteterweise einen Defekt erleiden, so kommt man mit zwei Akkus auch gut zurecht.

Wir haben festgestellt, dass Akkus die öfter wie dreimal am Tag benutzt werden, teilweise etwas unkonstant reagieren und gerade bei Sprungkombinationen es sehr schwierig wird, diese konstant zu fahren.

Im Falle dass wir Akkus öfter benutzen, nutzen wir den 4. Ladevorgang um den Akku zu Cyclen , das heisst, wir laden den Akku mit 1C und entladen ihn wieder auf 3,5Volt.

Dieser Cyclevorgang bringt beim Fahren wieder etwas Konstanz.

5. Akkuanschluß – Übergangswiderstände – Temperaturentwicklung

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Übergangswiderstände an Steckverbindungen sorgen für eine erhöhte Wärmeentwicklung. Diese Wärmeentwicklung wirkt sich auf das Fahrgefühl aus.

“Der Akku hatte die ersten zwei Runden einen brutalen Druck und danach hat er sich angefühlt als käme nichts mehr raus!”

Dieser Effekt ist nicht zwingend ein Effekt der vom Akku her kommt, sondern oftmals von der Steckverbindung verursacht wird. Bei schlechten Kopien von Steckern, oder bei einer unterdimensionierten Steckverbindung heizt sich der Akku vom Anschlußkabel her auf, was dann oftmals zu dem beschriebenen Effekt führen kann.

Die Lithium-Polymer-Technologie bei Fahrakkus macht unser Hobby wirklich einfach im Handling und bringt bei richtigem Akkumanagement auch eine Kostenersparnis mit sich.

Unbewusst werden jedoch immer wieder kleine Fehler gemacht, die in der Summe aus einem erstklassigen Akku einen schlechten machen.

Unsere Erfahrungen aus den letzten 3 Jahren haben gezeigt, dass bei der richtigen Pflege der Akkus, diese an Zuverlässigkeit kaum zu übertreffen sind.

Kleine Fehler können jedoch in kürzester Zeit alles zunichte machen.

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