Lipo

Grundlagen

Der LiPo (Lithium-Polymer-Akku) ist besonders im Flugmodellbau inzwischen Standard. Der Vorteil eines LiPo Akku liegt darin, dass er mehr als 100x geladen werden kann, ohne spürbar an Leistung zu verlieren.

Er besteht aus einer oder mehreren Zellen, aus denen sich, je nach Zusammenbau des LiPo, die Spannung (V) und der Strom (I) zusammensetzen. Zusätzlich zum "+" und "-" Anschlusskabel besitzt ein LiPo einen Balanceranschluss. Dazu aber später mehr.

Jede Zelle eines LiPo hat eine Nennspannung von 3,7 Volt und eine Ladeschlussspannung von 4,22 Volt, wobei 4,2V Standard ist.

Dies bedeutet, dass die Benutzung eines LiPo in einem, nennen wir es "Spannungsfenster", stattfindet. Dieses liegt zwischen 3 Volt und 4,2 Volt.

/!\ Im Gegensatz zu einem normalen Akku, sollte man bei einem LiPo darauf achten, dass die Spannung der einzelnen Zellen nicht unter 3 Volt sinkt.

Wird eine Zelle unter 3 Volt entladen, hat dies irreparable Schäden zur Folge. Der Akku kann dann nicht mehr vollständig geladen werden und hält nur noch einen Bruchteil der sonst üblichen Zeit.

Kommt die LiPo-Spannung in einen kritischen Bereich, signalisiert die FlightCtrl mit einem Piepen, dass der LiPo wieder geladen werden soll. Achtung: Der MikroKopter schaltet dann nicht ab, sondern die Lipos werden weiter entladen, wenn man nicht rechtzeitig landet

Während des Betriebes werden die Zellen unterschiedlich entladen. So kann es sein, dass bei einem LiPo mit 3 Zellen z.B. eine Zelle 3,4V, eine andere 3,5V und die letzte 3,3V im Betrieb hat. Das ergibt eine Gesamtspannung von 10,2V.
Die Warnmeldung der FlightCtrl meldet eine Akkuwarnung bei einer durchschnittlichen Zellspannung von 3,3V (dies ist im KopterTool einstellbar, sollte aber nicht unter 3,3V eingestellt werden!). Das würde für unseren Beispiel-LiPo mit 3 Zellen 9,9V ergeben (3x 3,3V=9,9V).
Das bedeutet, dass, sobald die Spannung auf 9,9V sinkt, die Akkuwarnung piept und signalisiert, dass der LiPo geladen werden sollte.

Man sollte bei einsetzender (durchgehender) Akkuwarnung also unverzüglich landen. Fliegt man weiter, sinkt die Zellspannung unter 3V, der LiPo wird tiefentladen und somit zerstört.

Die Folge ist eine nicht mehr vollständige Aufladung des LiPo. Dies wiederum bedeutet eine Verkürzung der Flugzeit. Die Kapazität eines solchen defekten LiPo kann auch während des Fluges sehr rasch abnehmen und sich auf weniger als 50% der ursprünglichen Leistung verringern.
Dies kann so weit gehen, dass der Kopter nicht mehr genug Leistung aus dem LiPo bekommt und abstürzt.

Schema eines LiPo-Akkus (Beispiel eines 4S/1P)

http://gallery.mikrokopter.de/main.php/v/tech/Lipo-Anschluss.JPG.html

http://gallery.mikrokopter.de/main.php/v/tech/Lipo_001.jpg.html

Links und rechts wird die Spannung abgegriffen und auf den LiPo-Stecker (oben) gegeben.
Unten ist der Balancer-Stecker. Hier wird jede Zelle einzeln abgegriffen. Zwischen jeder Zelle wird 3,7V gemessen. Vom Minuspol zu jedem Abgriff wird jeweils die addierte Spannung gemessen.
Dieser Balancer-Stecker hilft dem Ladegerät jede einzelne Zelle richtig zu laden!

Bezeichnungen von LiPo-Akkus

Auf LiPo-Akkus werden die Daten in Kurzform angezeigt.

Beispiel eines Aufdrucks:
11,1V * 3S/1P * 2200mAh * 20C
14,8V * 4S/1P * 5000mAh * 20C * 4C charge

Was bedeuten diese Werte?

  • V (Volt)

    • Spannung des LiPo. Da jede Zelle eine Nennspannung von 3,7V hat, besitzt ein LiPo mit 3 Zellen 11,1V (3x 3,7V = 11,1V).

  • S-Wert

    • Hier wird angezeigt, wie viele Zellen in Serie geschaltet sind (3S bedeutet, dass 3 Zellen in Reihe geschaltet sind).
  • P-Wert

    • Dieser Wert zeigt an, wie viele Zellen parallel geschaltet sind. (1P bedeutet, dass keine anderen Zellen parallel geschaltet sind.)
  • mAh

    • Damit wird die Kapazität des Akkus in mAh angegeben.
  • C-Wert

    • Dieser Wert zeigt an, wie viel Strom der LiPo maximal liefern kann. Der Wert C bezieht sich auf die LiPo-Kapazität.

      Beispiel: Ein LiPo wird mit 2200mAh und 20C angegeben. Die maximale Stromstärke wird nun wie folgt errechnet:

      (2200mAh/1000) x 20C = 44 Ampere Ein solcher LiPo kann also 44A Leistung abgeben.

  • C CHARGE

    • Hiermit wird angegeben, mit wie viel Strom der LiPo geladen werden darf. „4C CHARGE“ bedeuten z.B., dass ein LiPo mit der vierfachen Menge der angegebenen Kapazität geladen werden kann.

      Beispiel: Auf dem LiPo steht 5000mAh. Dieser Wert kann dann bei „4C CHARGE“ x4 genommen werden. Also 5000mAh x 4 = 20000mA = 20A
      Dieser LiPo darf also mit max. 20A geladen werden.

/!\ ACHTUNG

Steht solch eine Angabe (C CHARGE) nicht auf dem LiPo, darf dieser nur mit max. 1C geladen werden!
Dies würde bei einer Kapazität von 5000mAh einen Ladestrom von 5000mA = 5A bedeuten.

LiPo Akkus laden

Ein normales Ladegerät oder Netzteil ist nicht zum Laden von LiPos geeignet!
LiPo-Akkus sollen nur mit einem geeigneten Ladegerät, welches einen Balanceranschluss besitzt, geladen werden!
Während des Ladevorganges muss der Lipo in einem geeigneten, feuerfesten Behältnis (z.B. Liposack) untergebracht sein.
Bei einem Ladegerät für verschiedene Akkutypen, muss darauf geachtet werden, dass ein Lipos NIEMALS mit den Einstellungen für NiCd, NiMH geladen wird!
Die Ladeschlussspannung von 4,2 Volt muss eingestellt sein. Ist der Wert niedriger wir der Lipo nicht voll geladen!

/!\ Sofern vom Hersteller nichts anderes empfohlen, werden LiPo-Akkus mit maximal 1C geladen!

C-Wert berechnen

Entscheidend ist die Angabe der Kapazität auf dem LiPo.
Beispiel: Bei einem LiPo mit 2000mAh Kapazität ohne weitere Angaben, sollte der Ladestrom max. 1C betragen.
2000mAh x 1C = 2000mA = 2A.
Der Ladestrom (1C) ist also bei dieser Angabe 2A.

/!\ Die Ladedauer bei 1C beträgt ca. 1 Stunde.

/!\ Ein höherer Ladestrom kann den LiPo schädigen! Mit niedrigerem Ladestrom hingegen kann eine etwas längere Lebensdauer erreicht werden.

ACHTUNG
Wird der Ladestrom auf dem LiPo mit mehr als 1C angegeben, kann dieser mit mehr Strom geladen werden. Die Ladezeit wird somit verkürzt.
Der LiPo wird dabei aber stärker belastet und die Lebensdauer des LiPo sinkt geringfügig.

Die Ladeschlussspannung

Wie schon erwähnt, besitzt ein LiPo eine Nennspannung von 3,7 Volt und eine Ladeschlussspannung von 4,22 Volt (Standard 4,2V).
Diese Ladeschlussspannung ist zum vollständigen Laden eines LiPo notwendig und wird in das Ladegerät eingetragen!
(Bei einigen Ladegeräten ist sie schon vorgegeben und nicht einstellbar)

/!\ Wird eine niedrigere Spannung eingetragen, wird der LiPo nicht ganz voll geladen!

LiPospannung

Die Gesamtspannung des LiPo wird durch die Zellenanzahl bestimmt. Ein 3S/1P hat 3 Zellen in Reihe und keine parallel.
Dies bedeutet 3x Nennspannung 3,7V = 11,1V

Fassen wir zusammen:
Laut unserem Beispiel haben wir:
eine Kapazität des LiPo von 2000mAh
einen Ladestrom von 2A
eine Ladeschlussspannung von 4,2V
und eine Gesamtspannung von 11,1V

Besitzen Sie ein Ladegerät mit manueller Wahlmöglichkeit von Zellenzahl, Ladestrom und Ladeschlussspannung ist unbedingt darauf zu achten, dass alle Werte korrekt eingestellt werden.
Nach unserem Beispiel müsste also Eine Zellenzahl von 3S, ein Ladestrom von 2A und eine Ladeschlussspannung von 4,2V eingestellt werden.

Falsch eingestellte Werte können den LiPo bis hin zur Zerstörung überlasten.

Um den LiPo nach der Einstellung der Werte zu laden, wird erst der LiPo mit dem Stecker (z.B. Deans) an dem Ladegerät angeschlossen. Danach wird der Balancer-Stecker an dem Ladegerät eingesteckt (hierbei auch auf die richtige Polung achten!).
Über diesen Balancer-Stecker wird die Spannung an der Einzelzelle gemessen. Übersteigt z.B. eine Zellspannung bei Ladung die Ladeschlussspannung von 4,2V, begrenzt das Ladegerät diese Zelle auf das erlaubte Maß, um damit im Akku-Pack wieder Spannungsgleichheit herzustellen (Balancing).
(Wird der Balancer-Stecker nicht angeschlossen, kann es zu einer Überladung und Schädigung einzelner Zellen kommen!)

Tipp: Zum Laden wie auch zum Lagern sollte man den LiPo auf eine feuerfeste Unterlage legen. Man kann den LiPo auch in einen geeigneten Blumentopf legen und hierbei die Zuleitungen durch das kleine Loch am Boden zum Ladegerät führen.
Sollte wider Erwarten ein LiPo einmal brennen, zum Löschen NIEMALS Wasser benutzen. EXPLOSIONSGEFAHR! Stellen Sie sich besser einen Eimer mit trockenem Sand zum Löschen bereit.

Das passiert z.B., wenn man die Akkus falsch lädt

Hier einige Videos, die verdeutlichen, was bei falscher Behandlung des Lipos passieren kann:

Hier ein Lipo, der sich aufbläht, weil er überladen wurde:

http://gallery.mikrokopter.de/main.php/v/tech/LipoOverload.jpg.html

Ein angeschlossener LipoTester zeigt eine Spannung von 4,4V pro Zelle - Maximal zulässig ist 4,22V

LiPo Akkus lagern

Wird ein LiPo für längere Zeit (>2-3 Wochen) nicht verwendet, sollte er zum Lagern auf ca. 50% seiner Kapazität geladen werden (Zellenspannung ca. 3,8 Volt).
In diesem Ladezustand ist der chemische Zerfall der Zellen am geringsten.

/!\ Niemals einen leeren Akku einlagern. Es droht sonst eine Tiefentladung!

/!\ Da sich ein Lipo auch im ungenutzten Zustand entlädt, sollte er zwischendurch überprüft werden. Während einer längeren Lagerung kann es sonst zu einer Tiefentladung kommen.

Außerdem zu beachten

  • Es sollte auf eine verpolungssichere und gut sitzende Steckverbindung geachtet werden.
  • Beim Laden muss ein LiPo in einen hierfür geeigneten LiPo-Sack oder einen feuerfesten Behälter gelegt werden.

  • Es sollte niemals ein heißer LiPo geladen werden. Diesen vor dem Laden immer erst abkühlen lassen.

  • Ein LiPo sollte immer mit max. 1C (oder weniger) geladen werden (auch wenn es anders angegeben ist) - das bedeutet z.B. ein 2200mAh-Akku maximal mit 2,2A

  • Benutzen Sie den LiPo nur bei einer Umgebungstemperatur im Bereich zwischen +18°C und + 40°C.

Bei einer Hochstromentladung können kältere Akkus sonst Schaden nehmen. Außerdem sollte darauf geachtet werden, dass der LiPo im Betrieb nicht heißer als ca. 50°C wird (dies kann z.B. durch Überlastung passieren). Über diese Temperatur hinaus kann der Akku beschädigt werden.

Achtung Gefahr!

Ein LiPo kann sich beim falschen Aufladen oder beim falschen Gebrauch aufblähen. Er kann sogar während wochenlanger Lagerung "einfach so" beginnen zu brennen und dabei sehr starken Rauch entwickeln, der ganze Räume samt Einrichtung verwüsten kann.
Dies geschieht meist jedoch nur bei falscher Handhabung wie z.B.:

  • Mechanischer Beschädigung
    • (Absturz; fallen lassen des LiPo; spitzer Gegenstand beschädigt LiPo)

  • Überladung / Verwendung eines zu hohen Ladestroms
  • Laden im heißen Zustand

Ist ein LiPo stärker aufgebläht, sollte er nicht weiter verwendet, sondern entsorgt werden.
Jeder Händler, der Akkus verkauft, nimmt diese auch kostenlos zurück.

Auch wenn es logisch erscheint:
NIEMALS in einen geblähten Akku hinein stechen!
LiPo’s, wie auch andere Akkus, sollten nie mit Wasser in Berührung kommen.
LiPo/Akkus gehören nicht in den Hausmüll!
Möchten Sie den Stecker vom LiPo behalten, NIEMALS die Kabel gleichzeitig durchtrennen.
Immer ein Kabel nach dem anderen. Die abgeschnittenen Enden danach isolieren. (Nicht, dass der LiPo beim Entsorgen durch einen Kurzschluss explodiert!)
Nach dem Flug den LiPo abstecken. Auch ein geringer Stromverbrauch kann zu einer Tiefentladung führen, die den LiPo zerstört.
Kurzschlüsse vermeiden!


Weiterführende Links

Wer noch mehr erfahren möchte über den Lipo, kann hier Genaueres nachlesen: LiPo-Grundlagen