Moderne Ladetechnik für Lithium Akkus

Die Akkutechnik hat sich in den letzten Jahren beachtlich weiterentwickelt. Neue Technologien ermöglichen bessere und leistungsfähigere Akkus bei gleichzeitig geringerem Gewicht. Das hat zur Folge, dass auch unsere Modelle immer leistungsfähiger werden und die Fahr- bzw. Flugzeiten steigen.

Modellbau Ladegeräte

Vor allem die Entwicklung der Lithium Akkus hat hier wesentliche Neuerungen gebracht und die Elektromodelle leistungsmäßig weit vor die Verbrennerantriebe katapultiert. Die häufigste im Modellflugbereich verwendete Akkuart sind momentan die Lipo-Akkus.

Lipo Akkus erfordern die Einhaltung besonderer Regeln in der Handhabung, der Lagerung und ganz besonders beim Laden. Bei Nichtbeachtung entstehen Gefahren für den Akku selbst und auch für die Umwelt. Eine Beschädigung bzw. Zerstörung des Akkus und sogar Brandentstehung können die Folgen sein.

Im Downloadbereich findest Du ein Merkblatt für den Umgang mit Lipo Akkus.

Was ist beim Laden von Akkus zu beachten

Lipo Akkus dürfen nur bis zu einer bestimmten Maximalspannung/ Ladeschlussspannung pro Zelle geladen werden. Außerdem dürfen die Einzelzellen der Lipo Akkus nicht unter 2,7Volt je Zelle entladen werden. Dies würde die Zelle irreparabel beschädigen.

Das passende Ladegerät finden

Die Wahl des richtigen Ladegerätes hängt von mehreren Faktoren ab.

  1. Welche Arten von Akkus sollen geladen werden?
  2. Wie hoch ist die maximale Zellenzahl der zu ladenden Akkus?
  3. Wie viele Akkus sollen gleichzeitig geladen werden?
  4. Soll der Lader am Netz, am Auto oder universell betrieben werden können?

Zum Laden von Lipos und LiFePo's muss das Ladegerät das Ladeverfahren für diese Akkutypen auch unterstützen.

Gute Ladegeräte unterstützen gleichzeitig mehrere Ladeverfahren:

  • PB (Bleiakku),
  • NiCD (Nickel Cadmium),
  • NiMH (Nickel Metallhybrid),
  • Lipo (Lithium Ionen Polymer),
  • LiFePo (4) (Lithium Eisen Polymer)

Für mehrzellige Akkus wird unbedingt ein Ladegerät mit Balancer bzw. Equalizer benötigt.

Die Zellenzahl beschreibt die Anzahl der Einzelzellen in dem zu ladenden Akkupack. Will man einen Lipo Akku laden, der aus 6 Einzelzellen in Serie besteht, dann muss das Ladegerät mindestens Lipo 6S unterstützen. Mit einem solchen Ladegerät kann man auch Akkupacks mit weniger Zellen laden. Die Bezeichnung 1-6S Lipo bedeutet, dass von 1S bis 6S alles mit dem Lader geladen werden kann.

Man sollte sich beim Kauf von dem Satz leiten lassen, dass man das beste Preis/Leistungsverhältnis bei 6S (Lipo) Ladern hat. Auch wer momentan nur kleinere Akkus zu laden hat, sollte den Erwerb eines 6S Laders (oder mehr) in Erwägung ziehen. Auch wenn diese Lader erst ab etwa 80 EUR zu bekommen sind, sollte man bedenken, dass man dafür schon Profitechnik und keine Spielzeuglader bekommt.

Der Trend bei den größeren Modellhubschraubern geht eindeutig zu 12S Antrieben, wobei in den wenigsten Fällen 12S Lipos zum Einsatz kommen. Meistens werden zwei 6-zellige Lipos in Reihe zu einem 12S Lipo zusammen geschaltet. Das ist kostengünstiger, was die Akkus angeht, aber auch die Ladetechnik.

Es ist vorteilhaft, mehrere Akkus des gleichen Typs zu besitzen. So kann man vor dem Fliegen alle Akkus laden. Wer dann 6 bis 8 Akkus, oder sogar mehr, für einen Heli besitzt und diese vollgeladen mit zum Flugfeld nimmt, der braucht die Akkus am Flugfeld normalerweise nicht nachzuladen - es sei denn man will noch mehr Flüge absolvieren.

Ansonsten kann man die Akkus auch direkt am Flugfeld nachladen. Wenn kein Strom- Netzanschluss am Flugfeld vorhanden ist, benötigt man ein Ladegerät, welches direkt von einer Autobatterie gespeist werden kann. Man beachte dabei aber unbedingt, dass auch eine große Autobatterie begrenzte Kapazitäten hat - irgendwann ist jede Batterie mal leer! Mit dem Akku Ladezeit Rechner kannst Du bequem ausrechnen, wie viele Akkuladungen du mit einer Autobatterie machen kannst.

Alternativ gibt es auch kleine Stromgeneratoren, die mit Benzin oder auch Diesel angetrieben werden.

Da die Ladedauer auch von der Leistung des Ladegerätes abhängt, muss man sich vor dem Kauf gut überlegen, ob man mit einem Ladegerät klar kommt, oder mehrere Ladegeräte bzw. ein Ladegerät mit mehreren Ladeausgängen kauft. Das Laden von Lipo Akkus ist unter Umständen eine zeitraubende Angelegenheit.

Beispielrechnung Ladezeit mit verschiedenen Ladern

In den folgenden drei Beispielrechnungen verdeutlichen wir, welchen Einfluss die Leistung des Ladegerätes auf die Ladedauer hat. Die Berechnungen erfolgten jeweils mit einem Lipo Akku, 6S 3500mAh.

Beispiel: Lipo 6S 3500mAh mit 50 Watt Lader laden:

Ladedauer: 92 Minuten

Beispiel: Lipo 6S 3500mAh mit 200 Watt Lader laden

Ladedauer: 24 Minuten

Beispiel: Lipo 6S 3500mAh mit 500 Watt Lader laden

Ladedauer: 10 Minuten

Während eine Ladeleistung von 50 Watt bei kleinen 2S bis 4S Lipos mit geringerer Kapazität noch durchaus akzeptabel ist, ist die Wartezeit bei einem 12S Lipo sehr lang. Umso höher die Zellenzahl und Kapazität der zu ladenden Akkus ist, umso höher sollte auch die Leistung des Laders sein!

Kleine Faustformel zur Auswahl des Ladegerätes

Formel: Akku-Zellenzahl (n) x Akku-Kapazität (Ah) / 10 = "empfohlene minimale Ladeleistung (Watt)"
Beispiel: Lipo 3S 2500mAh (2,5Ah) => 3 x 2,5 / 10 = 75 Watt

 

Hier eine kurze Tabellenübersicht zur Orientierung

Soll der Lader am Netz, am Auto oder universell betrieben werden können?

Es ist praktisch, wenn man den Lader, sowohl am Stromnetz als auch am Auto (Autobatterie 12Volt) betreiben kann, auch wenn es empfehlenswert ist, bei größeren Lademengen, sprich mehrere Akkus mit hoher Kapazität und hoher Spannung, den Motor des Autos während des Ladevorgangs laufen zu lassen. Sonst ist man vor bösen Überraschungen beim Starten des Wagens nicht sicher.

Eine gute Autobatterie hat mindestens 70Ah Kapazität bei 12 Volt Spannung. Das entspricht einer Gesamtleistung von 840Wh. Damit kann man etwa 7 Akkus vom Typ 6S 5000mAh laden. Dann ist die Autobatterie leer. Also ist hier etwas Vorsicht geboten wenn man hinterher das Auto nicht anschieben möchte. Aber wer lädt schon 7 Akkus an der Autobatterie nach?!

Lader mit 12V Eingang und/oder 230V Eingang

Ob man ein Ladegerät wählt, welches einen 12 Volt Eingang hat, oder eines mit einem Netzspannungseingang oder ein Ladegerät welches beide Eingangsmöglichkeiten bietet, hängt davon ab, welche Leistungsklasse man benötigt und welche Versorgungsspannungen vor Ort zur Verfügung stehen. Viele Ladegeräte unterstützen normale Netzspannung von 220- 240Volt und auch 12-14 Volt Eingangsspannung von einer Autobatterie.

Viele Lader der unteren Preisklassen bieten nur einen 230V Eingang zum Anschluss an der Steckdose an. Die Leistung dieser Ladegeräte liegt in der Regel unter 70Watt, aber es gibt diese auch bis über 240 Watt Leistung. Der Grund dafür ist schnell erklärt. Die in solchen Ladegeräten eingebauten Netzteile bzw. Spannungstransformatoren werden mit zunehmender Leistung teuer. Das ist auch der Grund, warum leistungsstarke Ladegeräte ab 500 Watt meißt eine externe Spannungsversorgung benötigen. Diese externe Spannungsversorgung kann eine Autobatterie oder ein entsprechend leistungsstarkes Netzgerät mit 12 bis 18Volt Ausgangsspannung sein. Ein direkter Netzanschluss ist bei leistungsstarken Ladern nicht vorhanden.

Die Leistungsklassen dieser 12-18Volt Netzgeräte liegen zwischen 200 bis über 1000 Watt. Damit kann man mehrere Ladegeräte gleichzeitig speisen.

Das passende Ladeverfahren zum Laden von Lipo Akkus

Zum Laden von Lithiumpolymer Akkus kommt das CC-CV Ladeverfahren zum Einsatz.

CC = Constant Current (konstanter Strom)

CV = Constant Voltage (konstante Spannung)

Dabei wird zunächst mit der am Lader voreingestellten maximalen Stromstärke geladen, bis die Ladeendspannung von genau 4,2Volt/Zelle erreicht ist. Das ist schon ein großer Teil des Ladevorgangs, gemessen an der eingeladenen Kapazität. Danach wird die Spannung vom Lader immer konstant auf 4,2Volt je Zelle gehalten und der weitere Ladevorgang erfolgt dann mit immer weiter abnehmender Stromstärke, da der Akku immer voller wird. Wenn nur noch wenige Milliampere Ladestrom fließen, dann beendet der Lader den Ladevorgang und der Akku ist ganz voll geladen.

Da unterschiedliche Akkutypen auch unterschiedliche Ladeverfahren erfordern, muss ein gutes Modellbauladegerät auch mehrere Ladeverfahren für verschiedene Akkutypen beherrschen. Zumindest sollten Akkus der folgenden Typen geladen werden können: NiMH, NiCD, LiPo (LiIo, LiFePo), PB. Die Akkutype muss vor dem Laden manuell ausgewählt werden. Das einfache Laden von NiMH und NiCD, sowie Bleiakkus (PB) erfolgt nur über die beiden dicken Haupt- Ladeanschlüsse. LiPo Akkus sollten aber niemals ohne Balancer geladen werden! Daher muss immer (!) das Balancerkabel des LiPos mit dem Lader verbunden werden!

Die Gesamtspannung wird während des Ladevorganges kontinuierlich gemessen und der Ladevorgang erfolgt bei LiPo Akkus wie oben beschrieben nach dem CC-CV Verfahren. Wird dabei das Balancekabel des Akkus nicht am Ladegerät angeschlossen, kann es in Abhängigkeit von der Qualität des angeschlossenen Akkus passieren, dass einzelne Zellen überladen werden, während andere noch Unterspannung haben. An der mittleren vom Lader gemessenen Gesamtspannung, kann der Lader diesen mitunter gefährlichen Zustand nicht erkennen. Daher ist es unbedingt erforderlich, zusätzlich zu den beiden Hauptkabeln, den kleinen Balancerstecker vom Akku am Lader anzuschließen, und zwar richtig herum und am richtigen Port (falls der Lader mehrere Ladeausgänge hat). Über den angeschlossenen Balancerstecker kann der Lader jede einzelne Zellenspannung des Akkus messen und bei Bedarf über den Balancerstecker die einzelnen Zellen entladen oder extra laden, so dass jede Zelle exakt auf 4,2 Volt Spannung gehalten wird. Gefährliche Situation werden so vermieden.

Wenn ein Ladevorgang gestartet wird, dann ermittelt der Lader zunächst die Gesamtspannung des angeschlossenen Akkus und vergleicht sie mit der am Lader manuell voreingestellten Zellenzahl. Gibt es hier schon zu große Abweichungen, geht der Lader davon aus, dass die voreingestellte Zellenzahl nicht mit der des angeschlossenen Akkus übereinstimmt, bzw. der Akku oder eine einzelne Akkuzelle defekt ist. Er gibt eine Fehlermeldung aus.Die Kontrollmechanismen sind bei den einzelnen Ladern nicht immer gleich.

Im Bild zusehen ist der Zusammenhang zwischen der Ladespannung und der Ladestromstärke. Zuerst wird der Akku mit begrenzter, konstanter Stromstärke (CC) geladen, nach Erreichen der Ladeschlussspannung von 4,2 Volt je Zelle schaltet das Ladegerät auf konstante Spannung um (CV). 

Komfortabel laden mit BID- Chip

Wenn man sich schon eine Weile mit dem Elektromodellbau und dem damit verbundenen Aufladen der Akkus beschäftigt, weiß man, wie lästig es sein kann, vor jedem Ladevorgang die Parameter "maximaler Ladestrom" und "Zellenzahl" usw. erneut eingeben zu müssen. Dabei können Fehler passieren und es ist wenig komfortabel.

Ein BID System schafft hier Abhilfe.

BID = Battery IDentification (Batterie ID)

Man könnte BID auch mit Batterie- oder Akku- Ausweis übersetzen. Ein BID ist ein kleiner Chip, der kaum größer als ein kindlicher Fingernagel, alle akkurelevanten Daten in sich speichert - ähnlich einem Personalausweis.

Der BID Chip wird am Akku aufgeklebt und bei einem neuen Ladevorgang einfach am Lader (ein spezielles Kabel ist dazu nötig) angeschlossen. Der Lader liest die Daten automatisch aus dem Chip und stellt die Ladeparameter entsprechend den auf dem Chip gespeicherten Daten ein. Das lästige eintippen der Parameter entfällt. Man spart sich Zeit und Mühe. Mit einem einzigen Knopfdruck kann der Ladevorgang gestartet werden. Das macht sich vor allem bemerkbar, wenn man viele verschiedene Akkutypen und -kapazitäten verwendet. Natürlich können mit diesen BID Ladern auch Akkus ohne BID Chip geladen werden.