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Akkus Laden


Bevor wir uns Spannungsgeladenem widmen, müssen wir einige Grundbegriffe klären, die im Artikel immer wieder auftauchen werden.
V (Volt): Einheit der Spannung
A (Ampere): Einheit Stromstärke
Ah oder auch mAh: Kapazität des Akkus (meistens in Milli-Ampere-Stunden angegeben da die Zahl wohl werbewirksamer ist?)
Die Kapazität des Akkus gibt an, wie lang eine bestimmte Energie entnommen werden kann, bis dieser leer ist. Einem Akku mit 3000 mAh (3 Ah) kann man beispielsweise eine Stunde lang eine Stromstärke von 3 Ampere zumuten, 6 Ampere dagegen nur mehr eine halbe Stunde usw.)
Zellenzahl: Anzahl der in Serie geschalteten Einzelzellen um die notwendige Spannung zu erreichen. Bei der Serienschaltung addieren sich die Zellenspannungen: 6 Zellen mit je 1,2V ergeben ein Akkupack mit 7,2V Spannung.
Leerlaufspannung: Spannung des Akkus ohne Stromlast
Ladeschlussspannung: Spannung des Akkus wenn er voll geladen ist
Entladeschlussspannung: Spannung des Akkus wenn er leer ist
Zyklen: Anzahl der Lade und Entladevorgänge die ein Akku durchmacht. Die Zyklenzahl ist sozusagen eine Angabe über das „Alter“ des Akkus.
Ladestrom: der Strom mit dem der Akku geladen wird
Entladestrom: der Strom, mit dem der Akku entladen wird
C: oft werden Lade und Entladeströme als Faktor von C angegeben, wobei C für die Kapazität des Akkus steht. Einen 3Ah Akku mit 6A zu laden bedeutet einen Ladestrom von 2C. Der C-Faktor nimmt dabei keine Rücksicht auf die Kapazität der Zellen, so kann man generelle Aussagen über die Lade und Entladefähigkeit einer Akkutype treffen, ganz gleich wie groß dessen Kapazität ist.
Alle Hyperlinks mit dieser Formatierung werden in einem separaten Browserfenster geöffnet!

Verschiedene Akkutypen - verschiedene Einsatzzwecke

Um ein Modellauto betreiben zu können benötigt man Strom in transportabler Form. Batterien (so genannte Primärzellen) eignen sich allerdings nur bedingt da sie keine hohen Ströme abgeben können und nicht wieder aufladbar sind.
Besser dafür geeignet sind Akkus (Sekundärzellen), welche zwar weniger Kapazität (= Maß für die Energiemenge, die entnommen werden kann, bis die Zelle leer ist) bietet aber für unser Hobby zwei entscheidende Vorteile:
Wieder aufladbar (umweltfreundlich, kostengünstig)
(teilweise) Hochstromfähig (Akkus können mehr Leistung bei gleicher Baugröße abgeben als Primärzellen)
Nachdem im RC-Sport eigentlich ausschließlich Akkus eingesetzt werden verabschieden wir uns hier von den Batterien - alles weitere bezieht sich somit nur mehr auf Akkus.
Es gibt vier verschiedene Arten von Akkus die derzeit üblich sind:
„Pb“ steht für Blei und stellt sozusagen den Großvater der Akkus dar. Bleiakkumulatoren sind billig, haben bezogen auf ihre Baugröße eine relativ große Kapazität, können dabei (kurzfristig) recht hohe Ströme abgeben und sind sehr anspruchslos was das Laden und Entladen angeht. Zudem liefern sie mit 2 Volt pro Zelle eine hohe Spannung, welche nur von ganz exotischen Akkutypen überboten werden kann.
Trotzdem haben sie einen entscheidenden Nachteil: Bleiakkus sind (eben aufgrund der verbauten Bleiplatten) extrem schwer! Deshalb fristet der Bleiakku im Modellsport sein Dasein als Pufferbatterie und als Glüh- bzw. Startboxakku für Verbrennermodelle.
„NiCd“ Nickel-Cadmium basierende Zellen sind die zweite Evolutionsstufe in der Geschichte des Akkumulators. Diese Akkus – obwohl ebenfalls aus Schwermetallen aufgebaut, sind deutlich leichter als die Bleiakkus und können mehr leisten: Hochstromfähige Typen liefern immense Impulsströme und hohe Dauerströme bis zum Schluss. Die Akkus sind dabei noch relativ pflegeleicht (wenn auch nicht so genügsam wie der Bleiakku)
Mit einer Nennspannung von 1,2V muss man schon mehrere Zellen in Serie schalten, um entsprechende Spannungen zu erhalten:
à für Fernsteuerungen sind das entweder sechs oder acht Zellen (9,6 bzw. 12 V)
à für Empfänger vier oder fünf Zellen (4,8 bzw. 6V)
à für den Antriebsakku eines 1:10 RC-Cars in der Regel sechs Zellen (7,2V)
Von den Nickel-Cadmium Akkus werden wir uns genauso wie von den Bleiakkus aller Voraussicht nach in Zukunft trennen müssen, da die EU Richtlinien zur Enschränkung/Einstellung des Verkaufs solcher Akkutypen vorsieht.
„NiMH“ steht für Nickel-Metallhydrid und ist eine Weiterentwicklung der Nickel-Cadmium Zelle. Die Zellen sind mit 1,2V Nennspannung zwar auch keine Spannungswunder, bieten aber bei gleicher Baugröße etwa 1,5 bis zwei mal mehr Kapazität. Somit ist diese Akkutype zur Zeit die im Modellbau am häufigsten eingesetzte Zelle; lange Betriebszeiten von Fernsteuerung und Empfänger in Verbrenner Cars, mehr Leistung bei gleicher Fahrzeit in den Elektro Cars.
Die Hochstromfähigen Zellen, welche als Antriebsakku im Elektro Racer eingesetzt werden, erfordern jedoch einiges mehr an Pflege und Zuwendung beim Laden.
„LiPo“ hinter diesem Schlagwort versteckt sich eine für den Modellbau erst seit Kurzem aktuelle Stromversorgung. Lithium-Polymer Zellen bieten hohe Kapazitäten, hohe Einzelzellenspannung und äußerst geringes Gewicht. Bei den Fliegerkollegen schon gang und gebe, wird der Einsatz im RC-Car noch durch mehrere Faktoren behindert; zum Einen gibt es die Zellen noch nicht in gängigen Baugrößen, was die Akkubefestigung ein wenig schwierig macht. Zum anderen sind die Zellen größtenteils sehr empfindlich, sowohl beim Laden, als auch beim Entladen und im Umgang generell. Der Vorgänger der LiPo Zellen ist die "LiIo" - Lithium-Ionen Zelle, welche zur Zeit vor allem von Kontronik weiterentwickelt wird
Wenn wir Akkus für eine Fernsteuerung oder ein Empfängerpack für ein Verbrenner-Car zusammenstellen, so gibt es nicht viel zu beachten; „gute Zellen“ (= nicht gerade die billigsten im 8er Pack) sollten es sein, und wenn sie leer werden, werden sie wieder geladen. Da von den Zellen wenig abverlangt wird, müssen wir uns auch wenig um sie kümmern.



Die Schwerarbeiter

Ganz anders sieht die Sache bei den Akkupacks der Elektrofahrzeuge aus ….
In den Modellautos im Maßstab 1:10 (bzw. 1:12) sind die Platzverhältnisse eher beengt und Zellen der Baugröße „Sub-C“ (Ein Zylinder 23mm Durchmesser 43mm Höhe) quasi zum Standard etabliert.
Diese Zellen gibt es von verschiedenen Herstellern (Sanyo, GP, Panasonic um die wichtigsten zu nennen) in verschiedenen Qualitätsstufen (diese näher zu erläutern würde den Rahmen sprengen.)

Für den Hobbyfahrer zahlt es sich aus, fertig verlötete Packs zu kaufen - das sind 6 Zellen, die in Serie verlötet werden und oftmals gleich mit Anschlusskabel versehen sind.
Grob kann man die Qualität der Akkupacks am Preis einschätzen, wobei man ab ca. 35€ für den Hobbyfahrer sehr gute Packs bekommt.
Die Kapazität ist eines der wichtigsten Kriterien – wenn nicht sogar das wichtigste. Als ich mit dem Hobby anfing waren 1200er NiCd Zellen (1200mAh Kapazität) grad das Maß der Dinge. mittlerweile sind wir bei den NiCds bei doppelten, bei NiMH bei dreifacher Kapazität.
Mehr Kapazität bedeutet längere Fahrzeit oder mehr Leistung – oder von beiden etwas.
Akkupacks für unsere 1:10er Modelle gibt es in 3 Bauformen:
Ein Stickpack, auch als Racingpack bezeichnet, ist von der Handhabung her am einfachsten und in manche - eher im günstigen Bereich angesiedelte – (Tamiya) RC-Cars passen auch nur diese hinein. Diese Bauform ist die klassische Einsteiger-Variante – sobald man das Hobby ernsthafter betreiben will, sollte man umsteigen, da sich Stickpack Akkus weniger gut pflegen lassen. Wer NiMH Zellen einsetzen will, sollte von der Stick-Form Abstand halten!
Ein Saddle-Pack besteht aus jeweils 3 Zellen nebeneinander mit Akkuverbindern verlötet und einem kurzen Kabel dazwischen welches die Dreierblöcke verbindet - das gibt im Modell eine gute Gewichtsverteilung, da der Akku symmetrisch im Chassis untergebracht werden kann, ohne quer gelegt werden zu müssen. Beim Transport dieser Akkus ist Vorsicht geboten (Akkukoffer verwenden!) da zusammenstoßende Zellen einen Kurzschluss verursachen können!
Side-by-Side sind im Prinzip wie Saddle-Packs aufgebaut jedoch ohne dem Kabel dazwischen und quasi Standard bei NiMH Packs.
Akkustecker:
Ein ganz wichtiger Punkt bei diesem Thema sind noch die Stecker am Akku – der gute alte Tamiya-Stecker ist zwar praktisch und weit verbreitet – jedoch ist seine Strom-Belastbarkeit nicht so toll. Besser, man könnte sogar sagen Pflicht sind sogenannte Hochstromstecker.
Ausführungen gibt es viele, vom 3,5mm oder 4mm Goldstecker bzw. Silberstecker über MPX Stecker, Deans-Ultra oder Powerpoles – im Prinzip sind sie alle besser als der Tamiya-Stecker (bzw. AMP-Variante) Somit kann man sich bei der Wahl durchaus von Dingen wie „welche verwendet mein Freund?“ oder „welche sind grad günstig zu beschaffen?“ beeinflussen lassen.
Manche Profis verwenden überhaupt keine Stecker – da wird der Akku jedes Mal erneut angelötet (kürzere Kabel = noch weniger Widerstand)
Meiner Meinung sind die 4mm Goldbuchsen (am Akku) und –stecker (am Regler) am besten – dann lassen sich die Akkus mit handelsüblichen „Laborkabeln“ ans Ladegerät anschließen – falls man nicht jedes Mal schauen will welcher Pol nun + oder – ist, es gibt auch verpolungssichere Hochstromverbinder.
Matched & Pushed – was heißt das eigentlich?
Matched: (Selektiert) Nachdem wir aber meistens nicht genug bekommen können (Geschwindigkeit, Laufzeit usw.) gibt es einige Möglichkeiten ein Akkupack zu „verfeinern“ – die bekannteste ist das sogenannte Selektieren: dabei werden die Einzelzellen vermessen (durch entladen mit hohen strömen) und dann Zellen mit ähnlicher (oder fast gleicher) guter Charakteristik zu einem Pack zusammengestellt. Daraus ergeben sich schon einige Unterschiede zu einem "blind zusammengestellten" Pack wie z.B. die höhere Spannung unter Last (und folglich eine bessere Beschleunigung) oder eine höhere Laufzeit. (die Packs werden entweder nach Zellenspannung oder nach Laufzeit selektiert)
"Pushed": Durch einen deutschen Akku-Großhändler bekannt gewordenes Verfahren zur Verbesserung des Hochstromverhaltens einer Zelle: Durch hohe Stromimpulse wird die innere Zellenstruktur verändert und der Innenwiderstand etwas verkleinert. Solcherart behandelte Zellen haben eine höhere Spannungslage unter Last, was in (spürbar) besserer Beschleunigung resultiert. Auch andere Hersteller/"Akkuveredler" wie Orion/Peak, GM, LRP benutzen Verfahren zur Spannungserhöhung der Zellen.
Meistens sind selektierte Zellen auch gepusht und man bekommt diese als 6 einzelne zum selber zusammen löten. Oftmals sind auch Team und noch bessere Versionen „Factory Team“ erhältlich, die Bezeichnungen sind hier vielfältigst.
Diese bringen maximal einem Profi der Rennen fährt etwas – für den Hausgebrauch eignet sollte man das Geld besser in einen zweiten Akku stecken.
Natürlich funktionieren auch unselektierte Zellen einwandfrei – meist ist der Mehrpreis jedoch ziemlich gering sodass es sich durchaus lohnt "gepushte und selektierte" Zellen zu kaufen (man bekommt ab ca. 35-40€ von "Hopf" schon sehr gute Zellen mit denen man mehr Freude haben wird als an gleich teuren unselektierten).
Kurz zusammengefasst:
Die Wahl ob Racingpack, Saddle-Pack oder Side-by-Side richtet sich nach dem Modell – wenn möglich Side-by-Side verwenden!
Die Kapazitätsfrage lässt sich ziemlich einfach mit „so viel wie nötig“ beantworten, damit beantwortet sich auch die Frage „NiCd oder NiMH?“
Von Hopf gibt es recht günstige behandelte Zellen, die spürbar bessere Beschleunigung bringen, als ihre unbehandelten Pendants.
"Billigpacks" deutlich unter 30€ bringen es nicht - man spart nicht, man kauft doppelt.

Laden von Akkus - verschiedene Ladearten

Langsam / Standardladung: darunter verstehen wir die Ladung mit einem Zehntel der Nennkapazität (1/10 C) über einen Zeitraum von 12-16 Stunden. Die Erkennung ob und wann der Akku voll ist geschieht hier meist nur über die Dauer. Keine Angst, die Akkus können bei dieser Ladeart nicht überladen werden.
Diese Ladeart ist im Hinblick auf die Lebensdauer des Akkus die beste, trotzdem nicht immer zu empfehlen; NiCd und vor allem NiMH Akkupacks von Elektro-Cars müssen mit höherer Stromstärke geladen werden, damit sie Leistung bringen können.
Kandidaten für die Langsamladung sind Bleiakkus (aufgrund der hohen Selbstentladung problemlos auf Dauerladung!) und die Akkus der Fernsteuerung oder Empfängerpack, die man mal über Nacht anschließen kann, wenn es nicht eilt.
Beschleunigtes Laden: „Beschleunigtes Laden“ erfolgt mit etwa 1/5 C bis 1/2 C. Die Ladezeit wird dabei nach folgender Formel berechnet: (Akkukapazität in Ah)/(Ladestrom in A)*1,3 = Ladezeit in Stunden
"Beschleunigtes Laden" vertragen in der Regel alle Zellen, sofern die Ladezeit richtig berechnet wird.
Schnellladung: Das gängige Ladeverfahren für Akkus, „die was leisten sollen“ Schnellgeladen werden bei den RC-Cars also Akkupacks der Größe Sub-C.
Bei der Schnellladung beträgt die Stromstärke etwa 1,5 - 2C.
Eine Schnellladung ist an sich ein kritischer Prozess bei dem die Zellen leicht Schaden nehmen können, wenn man nicht weiß was man tut.
Die Schnellladung erfolgt in weniger als einer Stunde, das Akkupack ist danach deutlich erwärmt und kann mehr Strom abgeben als ein „kalt“ geladener Akku. (die chemischen Reaktionen im Akku laufen unter erhöhter Temperatur ein wenig schneller ab.)

Oberstes Gebot für die Schnellladung heißt „gutes Ladegerät verwenden!“
(mehr dazu später)
Erhaltungsladung: diese Ladung ist eigentlich keine – es wird lediglich der Strom zugeführt den der Akku durch die Selbstentladung verliert – die Ströme liegen im Bereich 1/20 – 1/50C – manche Ladegeräte schalten bei vollem Akku auf diesen Modus um den Akku „voll“ zu halten („Trickle-Charge“) NiMH Zellen mögen das nicht, sie sollen möglichst unmittelbar nach Ende der Schnellladung gefahren werden!
Grundsätzlich sollte man Akkus nicht unbeaufsichtigt laden – das geht jedoch gerade bei Standardladung nicht (Wer sitzt wirklich 16 Stunden davor und starrt seine Akkus an?). Eine feuerfeste Unterlage (z.B. Fließen) ist Pflicht und das Aufstellen des Ladegeräts in „Hör-reichweite“ bringt ein weiteres Plus an Sicherheit – nicht nur für die Akkus auch für den Benutzer und dessen Mitbewohner.
Ein Akku wird während dem Laden warm (beim Schnellladen stärker als bei Standardladung – auch logisch so) – jedoch sollte er immer „angenehm“ warm sein und nicht heiß (50+°C) – das verkürzt seine Lebensdauer stark und kann die Zellen unter Umständen sogar zerstören, die Mehrleistung dabei steht für den Hobbyfahrer in keinem Verhältnis mehr zu den möglichen Folgen.
Auch beim Entladen (sprich beim Fahren) wird ein Akku warm – oft ist die Temperatur höher als angenehm – dann sollte man überprüfen ob der Antrieb leichtgängig ist die Übersetzung zu Modell und Motor passt und falls das immer noch nichts hilft für zusätzliche Kühlung des Akkus sorgen.


Ladegeräte

Bevor wir in unseren Modellautos den Strom des Akkus verbrauchen können müssen wir diesen erstmal auf eine der zuvor beschriebenen Arten hineinbringen. Dazu bedienen wir uns eines Ladegerätes dessen Vielfalt und Funktionsumfang sehr weit gestreut ist. Die Frage nach dem richtigen Ladegerät ist schwer zu beantworten – eigentlich schlichtweg unmöglich. Somit kann ich hier nur einen kurzen Leitfaden geben und die verschiedenen Typen erwähnen – die Entscheidung welches Gerät man dann kauft liegt sowieso bei jedem einzelnen.
Steckerladegeräte: haben meist einen Anschluss für einen Akku und werden einfach wie das Ladegerät des Handys in die Steckdose gesteckt. Für den Anfang sind diese Geräte durchaus verwendbar jedoch wird schnell der Wunsch aufkeimen seine Akkus schneller und/oder gleichzeitig aufladen zu können. Auch besitzen die meisten dieser Geräte keine Entlade und Abschaltfunktion.
Multilader: sind schon etwas größere Geräte mit mehreren Ausgängen die parallel (maximale Summenladeleistung beachten) verwendet werden können. Auch hier gibt’s keine Entlade und Abschaltfunktion.
Automatiklader: von diesen Ladegeräten ist abzuraten; die „Automatik“ bezieht sich dabei auf einen einfachen Sicherheitstimer der den Ladevorgang nach einer gewissen Zeit abbricht. Da der Ladestrom konstant und von der Akkukapazität unabhängig ist, ist der Akku nachher entweder nicht ganz voll, voll oder überladen.
Schnellladegeräte: wie der Name erahnen lässt sind das die Sprinter unter den Ladern – natürlich gibt es auch hier unterschiedliche Geräte mit unterschiedlichen Funktionen – wichtig ist:
à eine manuelle Regelung des Ladestroms
à maximaler Ladestrom etwa 5-6 Ampere
à eine akkuabhängige Abschaltautomatik: „Delta Peak“, „Temperatur“ oder beides, ein einfacher Timer ist bei hohen Ladeströmen zu wenig
à Ladegerät muss NiMH-fähig sein, wenn diese Zellentypen geladen werden müssen - NiMH Zellen benötigen eine feinere Delta-Peak Abschaltung, da die Zellen sonst überladen werden.
Computerlader: damit wären wir bei der High-End Variante des Akkuladens – diese Geräte sind sehr frei einstellbar, bieten verschiedenste Ladeprogramme von denen die Hersteller versprechen den Akku zu neuen Höchstleistungen zu bringen.
Bei den Schnell- und Computerladern gibt es ein wichtiges Merkmal: die Spannung, mit der das Gerät betrieben wird. Es gibt Geräte für den 230V Steckdosenbetrieb und es gibt Geräte für den 12V Betrieb. (Wenige eignen sich für beides) Letztere Benötigen entweder eine Autobatterie oder ein Netzteil, welches etwa 7-10 Ampere Strom liefern sollte.
Die Entscheidung hängt ganz vom persönlichen Geschmack und Einsatzzweck ab, 12V Geräte sind bei selbem Preis etwas professioneller ausgestattet als ihre 230V Kollegen, dafür wird aber ein (spannungsstabilisiertes!) Netzteil ab ca. 40€ fällig.
Für den Elektro-Einsteiger empfiehlt es sich, gleich ein vernünftiges Ladegerät der Kategorie „Schnelllader“ mit den empfohlenen Funktionen zu kaufen – das Hobby macht einfach mehr Spaß damit! Mögliche Modelle wären hier zum Beispiel der Robitronic Expert Lader für 12V Betrieb oder der LRP Quadra Charger für 230V und 12V Betrieb.
Verbrennerfahrer sollten sich einen Computer-Multifunktion gut beraten – das Intellicontrol von Simprop kann alle gängigen Akkutypen laden benötigt aber eine 12V Stromquelle. Eine günstige Alternative ist ein Mutlilader wie der Robbe Lader 6 für 230V Betrieb.

Akkupflege

Damit man lange Freude an seinen Akkus hat bedarf es einer regelmäßigen Pflege derselben. Dazu braucht man nicht unbedingt einen teuren Computerlader – eine Entladeplatine und ein Ladegerät welches den Akku auch langsam laden kann reicht vollkommen.
Einen neuen Akku sollte man zunächst einmal normal aufladen – dazu die Hinweise auf den Zellen oder vom Hersteller beachten. (meist wird ein Formierungsladen mit 1/10 C empfohlen)
Diesen Akku kann man dann ganz normal verwenden – wie oft man normal lädt bevor man zur Schnellladung übergeht ist Geschmacksache – NiCd Zellen sollten beim ersten Verwenden schon ihre volle Leistungsfähigkeit besitzen – NiMH hingegen brauchen ein paar Zyklen um in Schwung zu kommen.
Während der Zyklen reagieren die Zellen (aufgrund von Produktionstoleranzen) unterschiedlich auf Entladung und Ladung – manche werden eher leer als andere, beim nächsten Ladevorgang werden die „ganz leeren“ Zellen nie voll geladen – die Zellen beginnen auseinander zu driften. (bei selektierten Zellen fällt dieser Effekt geringer aus, trotzdem ist auch hier Akkupflege wichtig!)
In der Praxis ergibt das einen Akku, der rasch an Druck verliert, dann aber „ewig“ braucht, um mit der Spannung einzubrechen – minutenlanges Fahren im Eilschritttempo.
An so einem Akku muss eine Einzelzellenentladung durchgeführt werden, damit sich alle Zellen vorm erneuten Laden in dem selben Zustand befinden.
Dies geschieht auf einer Entladeplatine, wie sie beispielsweise von Robitronic angeboten wird – alle paar Zyklen wird der Akku nach dem Fahren auf die Platine geschnallt und bleibt dort solange, bis die Kontrolldioden ausgehen bevor der Akku wieder geladen wird.


Akkulagerung - was tun mit den Akkus im Winter?
Da gibt es mindestens genauso viele Theorien, wie beim „richtigen“ Einlaufen von Verbrennungsmotoren...
Einige gängige Methoden
Pb Typen sollten voll gelagert werden und am besten mit einem Dauerladegerät verbunden sein (siehe Motorradbatterien)
NiCD Typen werden entladen gelagert
NiMH Typen werden teilgeladen gelagert und alle paar Wochen etwas nachgeladen um die Selbstentladung zu kompensieren.
LiPo Typen – da sie kaum Selbstentladung aufweisen bzw. ihnen eine Tiefentladung absolut nicht bekommt, sollten sie geladen gelagert werden.



 
 

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