Die gute, alte Akkupflege

 

Wenn man nach einer längeren Flugpause seine Akkus wieder das erste mal an das Ladegerät hängt, fragt man sich vielleicht, ob sie ihren Dienst wieder so gut tun wie in der vorher.

Vielleicht hätte man sich über die Winterpause doch mal um seine Stromspender kümmern sollen ??? Dabei muss man nicht einmal unbedingt einen High-Tech Akkumaster oder irgend einen computergesteuerten Messplatz besitzen. Es funktioniert mit relativ einfachen Mitteln. Vor 20 Jahren haben die Modellbauer ihre Akkus sicherlich auch schon gewartet. Man braucht dazu lediglich ein paar Autobirnchen und ein einfaches Voltmeter (Digitalmultimeter gibt es schon ab ca. 10.- €). Wer es ganz genau machen will, kann sich noch ein zweites Messgerät zulegen um den Strom zu messen. Der Gleichstrom - Messbereich sollte einen Bereich bis 5 A abdecken können. Man verwendet am besten 24 V Autobirnchen. Das hat den Vorteil, dass sie nicht so hell sind und dementsprechend nicht so heiß werden wie die 12 V Typen. Erhältlich sind Typen mit Leistungen von 4 W; 5 W; 10 W; 21 W; 70 W und 70/75 W Bilux-Birnchen. Im Prinzip wird eine Birne mit dem Akku verbunden, die denselbigen jetzt mit einem entsprechenden Strom entlädt. Mit dem Messgerät behält man die Akkuspannung im Auge und trennt ihn bei Erreichen der Entladespannung vom Birnchen. Die Entladespannung eines NiCd Akkus liegt bei ca. 0,8 - 0,9 V. Zum Messen spielt die Entladespannung keine so große Rolle, da der entladene Akku die Spannung sehr schnell abbaut.

Man sollte einen Akku jedoch nicht unter seine Entladeschlussspannung (siehe Tabelle 2) entladen , wenn ein Strom entnommen wird, der größer ist als 1/10 seiner Nennkapazität ist. (z.B.: bei einem 1700er Akku wären das 170 mA). Wenn man jetzt noch die Zeit mitstoppt, kann man die die Kapazität des Prüflings ausrechnen, vorausgesetzt er war voll aufgeladen. Man multipliziert den Strom (mA) mit der gestoppten Zeit (h) und erhält die Kapazität (mAh). Man kann natürlich auch mit den Minuten multiplizieren, muss dann aber durch 60 teilen um auf mAh zu kommen.

 

 

Stromaufnahme (in mA)

 

Tabelle 1

rechts Watt 
unten Volt
24V 
4W
24V 
5W
24V 
10W
24V 
21W
24V 
75W
12V 
55W
4 55 73 137 400 860 2400
4,8=4Z 61 83 160 430 930 2650
5 62 85 149 430 950 2700
6 68 95 160 470 1050 3000
7 75 104 172 510 1150 3250
7,2=6Z 77 106 180 510 1150 3300
8 81 112 181 550 1220 3470
8,4=7Z 84 117 200 550 1250 3560
9 87 120 192 580 1300 3700
9,6=8Z 91 126 198 590 1340 3820
10 94 129 204 610 1370 3900
11 99 136 211 640 1440 4000
12 104 144 221 670 1510 4320
13 109 151 230 700 1580 4500
14 114 158 238 720 1640 4700*
14,4=10Z 116 162 240 730 1670 4750*
15 119 164 247 750 1710  
16 124 172 256 780 1760

 

* Vorsicht! Über Nennspannung betrieben!

Alle Ströme gemessen in mA. Die fett hervorgehobenen Einträge sind die Nennspannungen bei der jeweiligen Zellenzahl Z

 

 

Akkuspannung

 

Tabelle 2

Zellenzahl Nennspannung ca. Ladeschlussspannung ca. Entladeschlussspannung ca.
4 4,8 V 6 V 3,6 V
6 7,2 V 9V 5,4 V
7 8,4 V 10,5 V 6,3 V
8 9,6 V 12 V 7,2 V
10 12 V 15 V 9 V
12 14,4 V 18 V 10,8 V

 

Je nach Akkutyp und -zustand können die Werte differieren. Für den Hausgebrauch sind die Tabellenwerte ausreichend.

 

 

Hier nun die verschiedenen Messschaltungen

Messaufbau mit Volt- und Amperemeter. Bei höheren Strömen unbedingt die Betriebsanleitung des Gerätes zur Strommessung beachten. Meist dürfen die Geräte nur kurzzeitig mit einem bestimmten Strom beaufschlagt werden! Zum Überwachen der Entladespannung reicht jedoch diese Messschaltung aus. Der Messbereich einfacher Digitalmultimeter sollte auf 20V = gestellt werden. Durch Paralellschaltung mehrerer Birnchen addiert sich der Entladestrom.

 

 

Die Berechnung der Akku-Kapazität

Wird ein voll geladener Akku belastet, so sinkt die Akkuspannung anfangs von der Ladeschlussspannung auf die Nennspannung ab und bleibt während des Entladevorganges annähernd gleich, bis sie zum Ende der Entladung sehr schnell zusammenbricht. Diesen Zeitpunkt gilt es zu überwachen um eine Tiefentladung mit hohen Strömen zu verhindern.

Jetzt ein Beispiel zur Kapazitätsrechnung:

Da wir hier keine hundertprozentige Lösung erhalten, reicht es wenn man den Stromwert bei der Nennspannung zum Rechnen nimmt. Nicht alle Autolampen sind 100% gleich, wie man auch selten zwei genau gleiche Akkus finden wird. Ein Akku mit 8 Zellen hat mit einer 75 W Bilux-Birne lt. Tabelle eine Stromaufnahme von 1340 mA. 2 Birnen parallel ziehen dementsprechend 2680 mA (man nimmt zweckmäßigerweise die beiden Glühfäden in der Birne. Man hat dann insgesamt 145W). Ich rechne jetzt 2700 mA Stromaufnahme. Ein 1700er Akku wird voraussichtlich ( 1700 / 2700 = 0,63 Std. * 60 = 37,8 min. ) 37 Minuten zum Entladen benötigen, wenn ich ihn mit zwei 75 W Birnchen (gebrückte 70/75W BiluxBrne) belaste. Mit etwas Sicherheitsreserve brauche ich mir also ca. 30 Minuten keine Gedanken über den Ladezustand des Akkus machen. Nach einer halben Stunde wird es interessant. Jetzt sollte man doch das Messgerät im Auge behalten. Bei einer Akkuspannung von 7,2 V muss der Akku abgeschlossen werden. Angenommen der Akku hat 36 Minuten bis zur 7,2 V Grenze benötigt, so kann ich jetzt die ungefähre Kapazität ausrechnen: 36 min. * 2700 mA / 60 = 1620 mAh.

 

 

Formeln

 

Akku: 
Entladedauer = Kapazität / Entladestrom 
Entladespannung = Zellenzahl * 0,9V      manche entladen auch bis 0,8V 

Umrechnung: 
1000 mA = 1A

 

 

Praxistipps

 

Tabelle 3

Akkutyp Belastung mit: voraussichtliche Entladedauer:
800er Empfängerakku, 4 Zellen 1 x 21 W 110 Minuten
1200er Empfängerakku, 4 Zellen 1 x 75 W 77 Minuten
1200er Senderakku, 6 Zellen 1 x 21 W 141 Minuten
1700er Senderakku, 6 Zellen 1 x 75 W 88 Minuten
1700er Flugakku, 7 Zellen 2 x 75 W* 40 Minuten
1700er Flugakku, 8 Zellen 2x 75 W* 37 Minuten
1700er Flugakku, 10 Zellen 2 x 75 W* 33 Minuten
2000er Flugakku, 10 Zellen 2 x 75 W* 39 Minuten

 

 

2 x 75 W entspricht in der Praxis einer normalen LKW Autolampe, bei der man beide Glühwendeln benutzt.

Ich weiß, dass die hier genannten Rechenbeispiele nur Näherungswerte sein können. Hängen ja zu viele Einzelfaktoren zusammen. Wenn man aber jedes mal den gleichen Messaufbau für einen bestimmten Akku verwendet, so kann man nach den Jahren bestimmte Rückschlüsse auf den Akkuzustand ziehen. Es gibt auch Messgeräte, mit denen es ein Leichtes ist Akkus zu pflegen. Aber solche Geräte kann sich nun mal nicht jeder leisten.

 

Memoryeffekt ???

 

Bestimmt hat schon der eine oder andere den Tipp bekommen, seinen Sender über Nacht einmal eingeschaltet zu lassen, um ihn vollständig zu entladen. Das stimmt. Ist jedoch nicht die feine englische Art, weil meistens mehr als 1/10 der Nennkapazität Strom fließt. Entfernt man noch die Antenne, kann die Endstufe beschädigt werden. Wird ein Akku manchmal vollständig entladen, so wird er bei der nächsten Ladung wieder vollständig formiert. Der Entladestrom sollte jedoch nicht größer als 1/10 der Nennkapazität sein. Zum Vollständigen Entladen tut es ein 24 V / 4 W Birnchen über Nacht (man kann ja morgens mit dem Multimeter messen, ob er schon leer ist). Ein bis zwei mal im Jahr angewandt hilft es den so gefürchteten Memoryeffekt vorzubeugen.

Mit 'Memoryeffekt' wird das Verhalten von NiCd-Akkus beschrieben, die mehrfach nur teilentladen wurden (z.B. durch eine automatische Abschaltung des Geräts) und dann ein Mal weiter entladen werden soll. Die Spannung bricht an der Stelle der alten Abschaltgrenze messbar zusammen. Die Restkapazität lässt sich nur bei verringerter Spannung herausholen. Warum ?

Da die chemische Reaktion 'Ladung' im NiCd nicht gleichmäßig über das Volumen abläuft, gibt es bei 'halbleeren' Akkus Zonen die chemisch entladen sind, wenn andere noch chemisch geladen sind. In einer lange nicht 'angefassten' Region vergrößern sich Kristalle, ebenso wie in einem Akku, der lange rumliegt. Größere Kristalle bewirken einen erhöhten Innenwiderstand. Ein belasteter Akku mit höherem Innenwiderstand bricht in der Spannung ein, er erscheint dem angeschlossenen Gerät 'leerer', es schaltet früher ab, wodurch diese 'Zone' des Akkus nie mehr angefasst wird, also auch nicht besser wird. Man behebt ihn durch mehrmaliges entladen (bis die schwächste Zelle nur noch 0.5V hat) und wieder aufladen.

 

Wie schnell sollte das Ladegerät den Akku aufladen ?

 

Das hängt von der Verwendung des Akkus ab. Im Prinzip gilt, "ebenso wie er entladen wird". Bei Hochstromanwendungen (Modellantriebe) also schnell Laden, bei Niedrigstromanwendungen (Fehrnsteuerung, RC) besser langsam laden. Der Grund liegt in der Kristallbildung im Akku: Hohe Ströme brechen die Kristalle, was zu niedrigerem Innenwiderstand führt (gut bei Hochstrom) aber auch die Selbstentladung beschleunigt (schlecht bei geringem Strombedarf). Ebenso enthalten schnellladefähige Akkus viel Katalysator, was aber ebenfalls die Selbstentladung beschleunigt. Allerdings *müssen* automatisch abschaltende Ladegeräte schnellladen, da sich nur dann bei vollem Akku eine Temperaturerhöhung ergibt, die in Folge zu einer Spannungsänderung führt, die dann gemessen werden kann. Länger als 4h sollte also kein automatisch abschaltendes Ladegerät mit Temperaturmessung brauchen (und unter 15min wird's auch kritisch). Zeitgesteuerte Ladegeräte sollten den Akku vorher entladen (auf 0.9V/Zelle) und dann 14h oder 4h aufladen und dann auf Erhaltungsladung (kleiner C/25tel) umschalten.

Bis zu welcher Spannung darf man einen NiCd/ NiMH-Akku entladen ? Im Prinzip 0V, aber dabei muss in einem Akkupack JEDE Zelle beachtet werden. Die Akkukapazität wird aber nach IEC durch eine Entladung bis 0.9V/Zelle gemessen, ebenso wie bei normalen Zink-Kohle / Alkali-Mangan Batterien, und da man bei 0.9V*Zellenanzahl bei einem Akkupack davon ausgeht (was in der Praxis oft nicht immer hinhaut), das jede einzelne Zelle noch mehr als 0V hat und nicht umgepolt wird (was tödlich wäre), nimmt man für Akkus auch 0.9V bei Entladung von C/10tel, die Spannung bricht ab 1.1V eh so schnell zusammen das unter 0.9V eigentlich nichts mehr zu holen ist. Bei Hochstromentladung spielt der Akkuinnerwiderstand aber eine größere Rolle, so dass bis 0.5V herunter entladen wird.

 

Lagerung vor dem Winter

 

Ein NiCd/NiMH-Akku geht kaputt, wenn er umgepolt wird. Das passiert bei einem Akkupack, wenn eine Zelle leer wird (0V) und die anderen Zellen (über den Innenwiderstand des angeschlossenen Geräts) ihre Spannung entgegen der Polung an die leere Zelle anlegen. Einen abgeklemmten Akku (kein µA darf fließen) kann man problemlos lagern, ob voll oder leer (wird er eh von alleine, weniger schnell im Kühlschrank). Nach längerer Lagerzeit (über 3 Monate) muss er, ebenso wie neu gekaufte Akkus, ein paar mal aufgeladen / entladen werden, damit er seine volle Leistungsfähigkeit wieder erreicht.

Entlade ich prinzipiell alle Akkus und bewahre sie an einem kühlen, frostfreien Ort auf.

 

 

Vor der Flugsaison

 

Ich beginne eine Woche vor dem ersten Start alle benötigten Akkus normal aufzuladen. Dann werden sie zwei mal gemessen. Mit der dritten Normalladung gehe ich anschließend auf das Fluggelände - auch mit meinen Elektroflugakkus bin ich bisher damit gut gefahren. Die Schnellladung bringt nach den ersten Ladungen wieder die volle Kapazität.

 

 

Auf dem Flugplatz

 

Man sollte einen Flugakku nur im entladenen Zustand aufladen. Der Akku wird zweckmäßigerweise "leergeflogen". Man merkt es, wenn das Modell nicht mehr auf Höhe kommt. Man hört auch die Drehzahlabnahme des Motors. Jedoch sollte man vor der Ladeschlussspannung abschalten. Ja, ich weiß schon. Man hat ja keine Messbrille auf! Kann man ja mal auf dem Boden messen wie das klingen muss. Übung macht den Meister. Ganz vorsichtige Piloten können ihren Akku auf dem Platz mit eine Autobirne entladen. Hier bietet sich bis 8 Zellen eine 12V / 55W H-3 Birne an. Notfalls einen unbeobachteten Nebelscheinwerfer plündern! Entladeströme siehe Tabelle 1. Ladegeräte gibt es in den verschiedensten Ausführungen. Für Einsteiger gibt es Delta-Peak Lader bis 12 Zellen und 4A schon um die 35 €.

Ich hoffe hier nicht mehr Unklarheiten als unbedingt nötig geschaffen zu haben. Aber wenn man sich dem Elektroflug widmen will, gehört ein bisschen Theorie und eine gewisse Grundausstattung an Elektrowerkzeugen und -messgeräten dazu.

 

Stand 9.2002

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