Lithium- Ionen- Polymer- Akkus
leichtgewichtige Power  

RC-Helikopter Heli Lipo Lipoly, LiFePo Akku auf heli-planet.com
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Lipo - leichtgewichtige Power

Noch vor einigen Jahren fast undenkbar und fast unbezahlbar teuer, eröffnen Lipoly- Akkus dem Modellbauer heutzutage neue Möglichkeiten beim Antrieb der Modelle. Der Preisverfall der Lipo Akkus in jüngster Zeit auf Grund der industriellen Großserienfertigung, sowie die Weiterentwicklung leistungsstarker Elektromotore für Modellantriebe macht diese Technik auch für große Helikopter- Modelle so interessant wie nie zuvor. Dabei ist ein Elektro- Antrieb wesentlich wartungsärmer und pflegeleichter als ein Verbrennerantrieb.

In der Leistung steht ein Elektroantrieb einem Verbrenner in nichts nach und dank der neuen Akkutechnik gibt's auch mehr Power bei geringerem Gewicht.




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Lipo Akku- Pack Aufbau

Im Bild zu sehen ist ein 5S Akku, bei dem logischerweise 5 Zellen in Reihe geschaltet sind. Die Nennspannung des Akkupacks wird folgendermaßen gerechnet: 5Zellen x 3,7Volt je Zelle = 18,0Volt. Wenn der Akku voll geladen ist, dann beträgt die Zellenspannung 4,2Volt und die Gesamtspannung demzufolge 21,5Volt. Von jeder Zellenverbindung ist ein dünnes Kabel aus dem Akku zum Balancer- Stecker herausgeführt. Über diesen Stecker werden die Zellenspannungen beim Laden überwacht und bei Bedarf mit Balancer oder Equalizer ausgeglichen.

RC-Helikopter Heli Lipo Lipoly Akku Pack 5S Aufbau

Man kann die Einzelzellen in Serie, aber auch parallel zusammen schalten. Auf dem Bild ist der Aufbau dreier verschiedener Lipo Akkupacks zu sehen. Ganz links ist ein aus drei in Serie verschalteten Einzelzellen bestehender Lipo zu sehen. 3S bedeutet, dass 3 Zellen in Serie (Reihe) verschaltet sind. In der Mitte ist ein Akkupack dargestellt, bei dem zwei dreizellige (in Reihe verschaltet) Lipos parallel zusammengeschaltet sind. 3S2P bedeutet also, dass je 3 seriell geschaltete Zellen 2 mal parallel zusammengeschaltet wurden. Ganz rechts ein Akku- Pack bestehend aus 6 Einzelzellen. Das 1P wird einfach weggelassen!

RC-Helikopter Heli Lipo Lipoly Akku Pack 3S2P 3S1P 6S
Erklärung

Schaltet man 3 Einzelzellen zusammen in Reihe, hat man einen 3S Lipo.
3S = 3 Einzelzellen in Serie geschaltet.
6S = 6 Einzelzellen in Serie geschaltet.
Eine Lipo Zelle hat eine Nennspannung von 3,7 Volt. Die Spannung bei vollem Akku beträgt 4,2 Volt je Zelle. Ein 3S Lipo hat also vollgeladen eine Spannung von 12,6Volt.

Spannungswerte

Akku-Typ
sichere Tiefentladegrenze (Volt)
Nennspannung (Volt)
Spannung vollgeladen (Volt)
1S
3
3,7
3,7
3S (3S1P)
9
11,1
12,6
6S (6S1P)
18
22,2
25,2
12S (12S1P)
36
44,4
50,4

Lipo Packs unterscheiden sich in der Nennspannung, welche durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Einzelzellen bestimmt wird, aber auch in der Kapazität. Im obigen Bild sind Unterschiede in der Spannung und der Kapazität zu sehen. Links zu sehen ist ein 3S Lipo, der aus drei in Reihe geschalteten Einzelzellen besteht. In der Mitte sehen wir einen 3S2P, also eigentlich 6 zelligen Lipo pack, bei dem zwei 3S Lipo s parallel geschaltet sind. Dieser Akku hat die doppelte Kapazität, aber auch das doppelte Gewicht wie der linke 3S. Rechts sehen wir einen 6S Lipo mit der gleichen Kapazität wie sein kleiner Bruder ganz links, aber mit der doppelten Spannung von 22,2Volt statt nur 11,1 Volt.

Der mittlere und der rechte Akku im oberen Bild sind gleich groß, also müßte auch gleich viel Power drinstecken?!

Nehmen wir als Beispiel den 3S2P 5000mAh Akku. Die Kapazität von 5000mAh (5Ah) besagt, dass genau 1 Stunde lang genau 5A Strom fließen können, bevor der Akku leer ist. Dann haben wir 55,5Wh (Wattstunden) entnommen.
( 11,1 Volt * 5000mAh = 55500mAh = 55,5 Wh)

Im Falle des 6S Lipo mit 2500mAh können 1 Stunde lang genau 2,5A fließen, allerdings bei doppelter Spannung von 22,2 statt nur 11,1 Volt, bevor der Akku leer ist. Lassen wir 5 Ampere fließen, wie bei unserem 3S2P Beispiel, dann ist der Akku schon in einer halben Stunde leer.
Entladen wir den rechten 6S Akku mit 2500mAh Kapazität, dann haben wir auch 55,5Wh entnommen.
( 22,2 Volt * 2500mAh = 55500mAh = 55,5 Wh)

Wir können also mit dem 3S2P genauso viel Arbeit verrichten wie mit dem 6S1P! Beide sind gleich groß!


Entladeströme, C- Klassen

Lipo Akkus bestehen wie wir schon gelernt haben, aus einer oder mehreren einzelnen Zellen. Qualitativ gesehen gibt es bei der industriellen Fertigung jedoch Schwankungen. So kommt es auch, dass nicht alle Lipozellen den gleichen Innenwiderstand aufweisen. Ein geringerer Innenwiderstand bedeutet z. Bsp. höhere mögliche Maximalströme. Gewissenhafte Hersteller selektieren die Zellen nach verschiedenen Kriterien, so dass immer möglichst gleiche Zellen in einem Lipo Akku verbaut sind. Das ist die Grundvoraussetzung für ein langes Akkuleben. Selektiert man dann noch die Zellen mit einem geringen Innenwiderstand, kann man daraus Akkupacks mit höherer maximaler Entladestromstärke bauen.

Der maximal zulässige Entladestrom wird in einem Vielfachen der Kapazität (C) angegeben. Die Angabe 20C würde bedeuten, dass dieser Akku mit dem 20fachen seiner Kapazität entladen werden darf. Auf den meisten Akkus sind heute 2 Werte für den Entladestrom angegeben. Also zum Beispiel 20-30C. Der erste Wert besagt, wie hoch der Dauerentladestrom sein darf. Der zweite Wert besagt, wie hoch der maximal zulässige kurzzeitige Entladestrom (wenige Sekunden) sein darf. Bei einem 20-30C - 5000mAh Akku, dann ist der zulässige Dauerentladestrom 20 * 5000 = 100.000mA = 100Ampere! Kurzzeitig darf der Entladestrom 150A betragen. Diese Ströme muss der Akku aushalten, ohne die maximal zulässige Temperatur von 65°C zu erreichen.
Mal kurz nachgerechnet: Bei 100A Dauerstrom ist solch ein Akku nach bereits 3 Minuten völlig leergesaugt!

Achte bitte immer auf die Temperatur der Lipo s nach dem Flug. Wird der Lipo zu warm, dann solltest Du entweder Deinen Flugstil etwas zahmer wählen, oder den Akku aussortieren. Nimm im Zweifelsfall lieber einen Lipo mit höherem C- Wert!

Mit Hilfe unseres E- Antriebsauslegung kannst Du einfach die nötige Motor- und Akkugröße, sowie Akkukapazität für Dein Modell berechnen.




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Zellenspannung / Energiegehalt

Die Zellenspannung jeder einzelnen Zelle darf nach dem Laden 4,2 Volt nicht überschreiten. Daher bitte Balancer

oder Equalizer zum Laden benutzen. Außerdem gilt als Richtwert für die Zellenspannung nach dem Flug, dass diese niemals unter 3,3Volt je Zelle abfällt. Fällt die Zellenspannung unter 2,7 Volt, dann wird die Zelle dadurch beschädigt!

Nach dem Flug und einer Ruhepause für den Akku von 10 Minuten, sollte der Spannungsunterschied zwischen den einzelnen Zellen so gering wie möglich sein. Daher solltest Du neue Lipo s immer etwas genauer unter die Lupe nehmen. Neue Akkus daher bitte wie unten beschrieben genauer untersuchen und direkt nach Erhalt durchmessen, laden, leerfliegen und wieder durchmessen. Am besten gleich mehrmals. Nach zwei Wochen wird kein Hersteller mehr einen schlechten Akku umtauschen, es sei denn, Du kannst beweisen, dass der Akku von Anfang an einen Mangel hatte.

Bei 3,6 Volt Leerlaufspannung hat der Akku einen relativ geringen Energiegehalt. Bei 3,3 Volt je Zelle ist er als leer zu betrachten.

Bei Zellenspannungen über 3,8V je Zelle ist der Energiegehalt/ Energiedichte sehr hoch. Bei 4,2 Volt hat er das Maximum erreicht. Um Akkuschädigung und erhöhtes Brandrisiko zu vermeiden, sollten 4,2 Volt Zellenspannung niemals überschritten werden. Das CC-CV -Ladeverfahren ist unbedingt anzuwenden. CC = constant current; CV= constant voltage.

Energiegehalt von Lipos

Die Tabelle zeigt die Spannung in Volt und die entsprechende Restkapazität von Lipo Akkus

Restkapazität Lipo Akkus, Ladezustand

Innenwiderstand

Der Innenwiderstand ist eine nicht zu vernachlässigende Größe. Er ist maßgeblich verantwortlich für die Stromabgabe- Willigkeit eines Akkus.

Je höher der Innenwiderstand der Akkuzellen ist - umso schlechter ist die Stromabgabe und umso höher ist die Wärmeentwicklung im Akku selbst. Leider wird der Innenwiderstand nicht auf den Akku gedruckt. Aber das ist nicht schlimm. Die C-Entladerate ist ein Indikator für den Innenwiderstand von Lipo Akkus. Eine höhere C-Entladerate bedeutet in der Regel einen niedrigeren Innenwiderstand.

Auch die Lebensdauer von Lipos wird maßgeblich vom Innenwiderstand der Zellen beeinflusst. Im Laufe der Lebensdauer von Lipo Akkus steigt der Innenwiderstand stetig an und die Stromabgabewilligkeit fällt einhergehend damit ab. Ein Akku mit niedrigem Innenwiderstand hält also länger, da er länger genügend Strom abgeben kann.

Je höher die vom Akku während des Fluges abgegebene Stromstärke ist und je höher der Innenwiderstand ist, je höher ist auch die Wärmeentwicklung im Akku. Eine einfache Rechnung verdeutlicht die Zusammenhänge. P (Leistung) = R (Widerstand) * I² (Stromstärke)²

Wer mal mitrechnen möchte:

Beispiel A
Bei 0,05 Ohm Innenwiderstand und 10A Stromstärke beträgt die Verlustleistung im Akku 5Watt. Diese 5 Watt werden im Akku in Wärme umgewandelt.
(0,05Ohm * 10²A = 5Watt)

Beispiel B
Der gleiche Akku hat bei 30A Stromstärke schon 45Watt Verlustleistung, die im Akku in Wärme umgewandelt wird.
(0,05Ohm * 30²A = 45Watt)

Damit aber nicht genug. Der Innenwiderstand führt nach der Formel P (Leistung) = U (Spannung) * I (Stromstärke) (bzw. U = P / I ) gleichzeitig zu einem Spannungsabfall des Akkus.

Im Beispiel A mit 5 Watt Verlustleistung bei 10A Stromstärke kommt es so zu einem Spannungsabfall von 0,5Volt.
(U = 5Watt / 10A = 0,5V)

Im Beispiel B mit 45Watt Verlustleistung bei 30A Stromstärke kommt es schon zu einem Spannungsabfall von 1,5Volt!
(U = 45Watt / 30A = 1,5V)

Ein Innenwiderstand von 0 Ohm wäre ideal, da es dann keinerlei Verlustwärme mehr geben würde und auch keinen Spannungsabfall, ganz egal wie hoch die Stromstärke wäre. Aber das ist leider in der Praxis nicht möglich. Aber eine Regel gilt auf jeden Fall: Den Innenwiderstand der Zellen so gering wie möglich zu halten.


Richtige Akkuwahl

Um zu wissen welchen Akku man benötigt, muss man wissen, welchen Leistungsanforderungen dieser gewachsen sein muss. Motor, Regler und Akku müssen aufeinander abgestimmt sein. Bei einem Motor für einen 600er Helikopter ist mit einer Leistungsaufnahme von etwa 2000Watt zu rechnen. Diese Angabe entnimmt man dem Datenblatt des Motors. Des Weiteren ist der Motor nur in einem eingegrenzten Spannungsbereich einsetzbar. In der Regel ist im Datenblatt des Motors schon die Akkuspannung vorgegeben, bzw. genau beschrieben, ob 5S, 6S, oder Sonstwas die beste Wahl sind. Ist die Betriebsspannung und die Leistung des Motors gegeben, dann ist der Rest schnell gerechnet:

Gegeben:
Motor Betriebsspannung 22,2Volt (6S), Motorleistung 2000Watt (VA), Spitzenleistung kurzzeitig 3000W

Gesucht:
Dauerstromstärke und Maximalstromstärke zur Bestimmung des Akkus

Rechnung:
2000W / 22,2V = 90A (Dauerstrom)
3000W / 22,2V = 135A (Spitzenstrom)

Wir brauchen also einen Akku (und natürlich auch einen Flugregler) der dem Motor 90A Dauerstrom und kurzzeitig 135A liefern kann. Jetzt muss man nur noch einen Kompromiss finden, denn der Akku soll ja auch gewichts- und größenmäßig in den Helikopter passen.

Ein 6S 5000 mit 20-30C reicht also normalerweise aus. Dieser kann, wie schon im oberen Kapitel "Entladeströme" errechnet und erläutert, 100A Dauer- und 150A Spitzenstrom liefern. Wer aber gern mehr Geld für einen 40-60C ausgeben will, der kann das tun. Der Akku wird dann weniger warm bei Belastung.

Für die Antriebsauslegung bei einem Elektromodell gibt es auf dieser Homepage ein E- Antriebsauslegung . Mit Hilfe dieses Tools kannst Du einfach die nötige Motor- und Akkugröße für Dein Modell berechnen.


Anschlüsse an Akku anlöten

Neue Lipos werden oft komplett mitsamt fertig verlöteten Anschlüsse geliefert. Wenn doch einmal das Anlöten von Steckverbindern notwendig sein sollte, dann ist Vorsicht geboten.

Dazu einige Tipps:

Löte immer nur an einem der beiden Kabel und halte das andere Kabel stets elektrisch isoliert. Am besten Du steckst ein passendes Stück Schrumpfschlauch über das Kabel, so dass es richtig fest sitzt und nicht abfallen kann. Ein Kurzschluss könnte nämlich schlimme Folgen haben - nicht nur für den Akku!

Ist der erste Steckkontakt angelötet, wird dieser zunächst gut mit Schrumpfschlauch isoliert, bevor man den Schrumpfschlauch vom zweiten Kabelende entfernt.

Eines der beiden Kabel sollte etwa 1-2 cm kürzer sein. Das gibt zusätzliche Sicherheit, falls doch mal beide Anschlüsse frei liegen sollten. Haben beide Kabel die gleiche Länge, dann können die Steckkontakte an den Enden leichter zusammenkommen.

Beide Steckkontakte sind mit einem Schrumpfschlauch abzudecken. Dazu wird ein wenige Zentimeter langes Stück Schrumpfschlauch so auf den Kontakt gesteckt, dass es sich nach dem Schrumpfen mit Heißluft gerade noch vom Kontakt abziehen lässt.

PS: Zum Laden oder Anschließen des Akkus am Regler wird zunächst IMMER nur eine der beiden Kontakt- Abdeckungen abgezogen und am Regler oder am Ladegerät angeschlossen. Erst danach wird der zweite Kontakt abgezogen und angesteckt. Wer die Schutzkappen zuerst entfernt und dann den Akku im Heli oder am Ladegerät platziert, der riskiert einen Kurzschluss.




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Prüfen von neuen Lipos

Ist der neue Lipo einmal geliefert, dann vergeude keine Zeit und teste ihn nach einer visuellen Kontrolle im praktischen Einsatz unter Belastung um qualitative Mängel rechtzeitig festzustellen und Dir das Reklamationsrecht zu bewahren. Checke die folgenden Punkte ab:

1. Kontrolliere am neuen Akku die Spannung der einzelnen Zellen mit einem geeichten Voltmeter. Alternativ kannst Du den Akku am Ladegerät mit Balancer und Zellenspannungsanzeige anschließen und die Werte für die Einzelzellen direkt im Display des Ladegerätes ablesen. Ist eine der Zellen tiefentladen? Dann solltest Du den Akku sofort zurücksenden und reklamieren.
Wie groß ist der Spannungsunterschied zwischen der Zelle mit der höchsten Spannung und der Zelle mit der geringsten Spannung? Notiere zunächst um welche Zelle(n) es sich handelt und wie groß der Spannungsunterschied ist.

2. Lade den Akku mit einem geeigneten Lader und Balancer/Equalizer voll. Achte dabei auf Einzelzellen die "aus der Reihe tanzen". Ist eine Zelle schneller geladen als die anderen oder braucht eine Zelle besonders lange um die Ladeschlussspannung von 4,2 Volt zu erreichen? Notiere wieder um welche Zelle(n) es sich handelt. Lade den Lipo ganz voll!

3. Fliege den Lipo im Modell unter Belastung für eine normale Flugdauer. Bitte auf die Flugzeit achten um den Lipo nicht zu tief zu entladen. Nach dem Flug kontrollierst Du die Temperatur des Lipo - Akkus. Wird der Akku trotz Einhaltung der maximalen Ströme (C-Klasse) übermäßig warm, dann deutet dies darauf hin, dass der Akku nicht den aufgedruckten Spezifikationen entspricht - das ist das ein Reklamationsgrund. Mehr als 65°C sind hier nicht zulässig!
Ein neuer Lipo darf keinerlei "Aufblähungen" nach einem Flug zeigen, sondern er muss sich fest anfühlen. Aufblähungen sind ein Reklamationsgrund. Oft gehen diese Blähungen einher mit übermäßiger Wärmeentwicklung in der betroffenen Zelle. Aufblähungen sind meistens nur an den außen liegenden Zellen zu erkennen. Daher ist es wichtig, Dir anhand von Spannungsmessungen ein Bild von den innen liegenden Zellen zu machen. Dazu lässt Du den Lipo nach dem Flug für mindestens 10 Minuten liegen, bevor Du die Zellenspannung kontrollierst.

4. Nach dieser Ruhepause kontrollierst Du die Spannungen der Einzelzellen erneut. Es gibt zwar keinen Wert, ab dem Du einen Lipo reklamieren kannst, aber mehr als 0,15 Volt Spannungsunterschied sollte zwischen zwei Zellen nicht vorhanden sein. Ist der Spannungsunterschied größer, dann versuche, diesen Lipo zu reklamieren. Früher oder später wird der Fehler spürbar schlimmer und der Akku wird unbrauchbar bzw. geht früher als nötig ins Nirwana.

5. Ist der Lipo soweit zumindest scheinbar o.k., dann mach am besten noch ein paar weitere Flüge damit. Ist der Lipo nach zwei bis drei Einsätzen noch immer einwandfrei, dann kannst Du davon ausgehen, dass er qualitativ einwandfrei ist auch lange hält.


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