Neue Lipo Akkus eingewöhnen

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Immer wieder liest man in Foren von Beiträgen über Lipo Akkus, die anscheinend nie so richtig ihren Druck entfaltet haben und schlapp wirken. Oftmals werden diese Zellen und ganze Marken dann von den entsprechenden Autoren des Themas schlecht geredet. Dabei liegt der Fehler nicht selten beim Anwender. Ich möchte mit diesem Beitrag kurz beschreiben, wie ich meine Lipos vor dem ersten Einsatz vernünftig eingewöhne.

LiPos Eingewöhnen und Verstehen

Eingewöhnung von LiPo-Akkus

Akkus eingewöhnen? Das ist doch Quatsch! – Das denken nun vielleicht einige von euch. Es ist aber sehr wohl sinnvoll, die Zellen auf den Hochstrombetrieb vorzubereiten. Der Grund hierfür ist ganz einfach die Beschaffenheit von neuen Zellen, die frisch aus dem Regal des Händlers kommen. Im Werk wird das Elektrolyt in den Zellen mit sogenannten Reaktionsinhibitoren versetzt, die die elektro-chemischen Reaktionen im Akku auf ein Minium reduzieren. Diese Stoffe sorgen also für eine wesentlich verlangsamte Alterung, was aufgrund der teils langen Transportwege und Lagerzeiten durchaus Sinn macht. Im Schnitt wird ein Akku wohl deutlich später das erste Mal in einem Modell eingesetzt, als er produziert worden ist.

Um diese Reaktionsinhibitoren abzubauen sollte man neue LiPo Akkus eingewöhnen. Die Stoffe sorgen nämlich nicht nur für eine verlangsamte Alterung, sondern auch für einen hohen Zelleninnenwiderstand*, der sich in verminderter Leistungsfähigkeit (= dem maximal entnehmbaren Strom) niederschlägt. Zur Eingewöhnung neuer LiPo-Zellen reicht das zyklische Laden und Entladen des Akkus an einem komaptiblen Computerladegerät. Ich verwende für alle meine Akkus den Junsi iCharger 206B*, da dieses Ladegerät den Vorteil des regenerativen Entladen bietet.

Einstellung für das Ladegerät

Über die Zeit haben sich zum Eingewöhnen bei mir folgende Zyklen als sinnvoll erwiesen:

  • Zyklenanzahl: 5
  • Ladeschlussspannung pro Zelle: 4,19 V (um Überladung auszuschließen)
  • Entladeschlussspannung pro Zelle: 3,1 V (um Tiefentladung auszuschließen)
  • Geladen wird unbedingt mit aktivem Balancer
  • Ladestrom: 0,7C (Beispiel: bei einem 2200mAh Akku würde dies einem Ladestrom von ca. 1,5 A entsprechen)
  • Entladestrom: 3-4C

Nach diesem Durchgang ist der Innenwiderstand der Zelle im Vergleich zum unbehandelten Pack gesunken. Dies macht sich sofort deutlich im Flugbetrieb bemerkbar.

Für Besitzer von Junsi Ladegeräten* sei noch schnell die regenerative Entladefunktion erwähnt, die es erlaubt, den LiPo aus einem Blei-(Gel/Säure)-Akku zu laden und den Strom während des Entladens wieder in diesen zurückzuspeisen. Somit wird nur ein geringer Teil der Energie an den DC/DC-Wandlern in Wärme umgewandelt und der größte Teil ist wieder nutzbar. Zudem lassen sich so sehr hohe Entladeströme realisieren, da die Wandler des iChargers bidirektional funktionieren. Wichtig ist nur, dass im „Settingsmenü“ der Ladestrom und die maximale Ladespannung für den Blei-Akku* richtig konfiguriert und an die Daten des Akkus angepasst sind. An dieser Stelle lohnt auch noch einmal ein Blick in das Handbuch des Ladegerätes.

Hinweis: Ich weise darauf hin, dass ich keinerlei Verantwortung für Schäden an Hard- und Software oder Personen bei Anwendung dieser Richtwerte / Technik übernehme. Die Umsetzung geschieht auf eigene Gefahr und Verantwortung. UND: LiPos immer in geeigneter Umgebung und NIEMALS unbeaufsichtig laden!

Update: Nach vielen Test von Akkus mit moderner Lithium-Polyemere-Chemie, halte ich das Eingewöhnen von Akkus (LiPo) nur noch für mäßig sinnvoll. Sicher ist vor allem das Begrenzen des Ladestrom bei den ersten Zyklen nicht schädlich, trotz allem sehe derzeit keine Argumente mehr, die der direkten Verwendung des Akkus im Modell widersprechen würden. Vor allem Graphene basierte LiPos haben in der Anzahl der Nutzungszyklen bereits eine so großen technischen Weiterentwicklung erreicht, dass ein Alterungseffekt aufgrund nicht erfolgter Eingewöhnung aus meiner Sicht zu vernachlässigen ist. Das gilt alles natürlich nur, wenn qualitativ hochwertige Zellen verwendet werden. Wer Zellen mit zu hohen Dauerströmen im Allgemeinen überlastet, dem bringt es auch Nichts seine Akkus einzugewöhnen.

Welche Arten von Lithium-Akkus gibt es?

Wer im Internet nach Lithium-Akkus sucht, wird von einer Vielzahl an Informationen erschlagen. Es ist dabei essentiell zu verstehen, dass es diverse Lithium basierte Akkumulatoren gibt, die teilweise sehr unterschiedliche Eigenschaften in Bezug auf Stabilität, Sicherheit, Ladevorgang und die abrufbare Leistung besitzen. Wenn ihr also beispielsweise auf der Suche nach technischen Daten zu einem bestimmten Akkutyp seid, macht auf keinen Fall den Fehler, irgendwelche Daten, die ihr findet, einfach auf euren vorliegenden Akku zu übertragen. Gerade wenn es um das Laden oder Entladen von Lithium-basierten Akkuzellen geht, können kleine Unterschiede in den technischen Daten den Unterschied zwischen „alles okay“ und einem schweren Unfall oder Brand bedeuten.

Wir wollen in diesem Abschnitt deshalb kurz zusammenfassen, welche auf Lithium basierten Akkutypen es gibt und welche wir davon im Drohnen- bzw. RC-Bereich antreffen. Dabei unterteilen sich Lithium-Akkus, genauer gesagt Lithium-Ionen-Akkus, nach ihrer verwendeten Zellchemie. Je nachdem, welche Materialien als Anode, Kathode und Elektrolyt zum Einsatz kommen, weisen die Akkus verschiedene Charakteristiken auf.

Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator

Der Begriff Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator klingt zunächst einmal befremdlich. Tatsächlich handelt es sich dabei um die im RC-Bereich am häufigsten verwendete Zellchemie. So basieren fast alle Lithium-Polymere-Akkus (von diesem Begriff kommt die Abkürzung LiPo) auf der Lithium-Cobaltdioxid-Chemie. Hierbei ist die Positive Elektrode aus Lithium-Cobaltdioxid gefertigt. Diese Art des Lithium-Ionen-Akkus gibt es in diversen Bauformen. Im Modellbaubereich kommen hauptsächlich Flachzellen zum Einsatz, die aufgrund ihrer Form anstatt eines flüssigen Elektrolyts in der überwiegenden Mehrheit ein gelüstiges oder festes Elektrolyt verwendet. Der Lithium-Polymere-Akku ist dabei keine eigentliche Unterart des Lithium-Ionen-Akkus, er ist viel mehr als eine Bauart zu verstehen.ACHE 4S 1300 mAh 75 C - Front

Lithium-Mangan-Akkumulator

Ein weiterer bekannter Vertreter der LiIonen-Familie ist der Lithium-Mangan-Akku. Die positive Elektrode dieses Akkutyps besteht aus sogenanntem Lithiummanganoxid, was dem Akku auch seinen Namen gibt. Je nachdem, ob es sich bei dem Akku um eine Hochenergiezelle (hohe Energiedichte) oder um eine Hochleistungszelle (hohe Leistungsabgabe) handelt, kommt entweder herkömmliches Graphit oder amorpher Kohlenstoff für die negative Elektrode zum Einsatz. Im Marketing der Akkuhersteller werden Akkus mit Elektroden aus amorphen Kohlenstoff auch gerne mit dem Zusatz „Graphen“ beworben. Diese Akkus haben eine deutlich bessere Hochstromfähigkeit (bzw. einen niedrigeren Innenwiderstand), der es dem Akku erlaubt, mehr Leistung abzugeben, als ein einfacher Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator.Dinogy Ultra Graphene 2.0 4S 1300 mAh 80C - Old vs New Front

Lithiumtitanat-Akkumulator

Eine weitere Bauform ist der sogenannte Lithiumtitanat-Akkumulator (Li-Ti). Hier kommt als negative Elektrode sogenanntes Lithiumtitanat zum Einsatz. Dadurch ist diese Art von Lithium-Ionen-Akkus deutlich langlebiger, was in einer größerer Anzahl an Ladezyklen resultiert. Außerdem verhindert das Lithiumtitanat-Akkumulator eine Reaktion mit den Oxiden der Kathode, welche bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus zum sogenannten „Thermal Runaway“ führen kann. Lithiumtitanat-Akkumulator sind daher auch bei mechanischen Beschädigungen der Zellen in sofern sicher, dass der Akku nicht sofort in Flammen aufgeht. Im Modellbaubereich findet diese Lithium-Ionen-Akkugattung aktuell aber keinen Einsatz. Anwendungsbereiche sind Elektroautos, Elektrofahrräder und sogar Fähren. Bis zu 20.000 Ladezyklen geben einige Hersteller dafür bei ihren Li-Ti-Zellen an.

Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator

Der Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator ist hingegen durchaus im Modellbaubereich anzutreffen. Diese Art des Lithium-Ionen-Akkus trägt auch die Abkürzung LiFePo (oder genauer gesagt LiFePO4-Akku). Anstelle des Lithium-Cobaltdioxid wird hier sogenanntes Lithium-Eisenphosphat für die Kathode eingesetzt. Das macht die Zellen sehr langlebig und vor allem temperaturstabil. Bei Aufkommen dieser neuen Akkutechnologie waren vor allem Zellen des Herstellers A123 Systems im Munde aller Modellbauer. LiFePo-Akkus haben im Gegensatz zu Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator eine niedrigere Nennspannung von nur 3,2 bis 3,3 V (im Vergleich zu 3,7 V).  Die sehr hohen möglichen Ladeströme von bis zu 10C machen die Zellen vor allem für Anwendungen im RC-Bereich interessant, da sich Akkus extrem schnell wieder aufladen lassen. LiFePo stecken diese hohen Ladeströme dabei ohne große Einbußen in der Lebensdauer weg. Ein Nachteil des Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator ist hingegen ganz klar seine niedrige Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Cobaltdioxid-Akkumulator, sodass für die gleiche Kapazität (bzw. Energiemenge) in der Regel deutlich mehr Platz und Gewicht mit herumgetragen werden muss.

Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Akkumulator

Bei diesem noch recht jungen Akkutyp kommt an der Kathode sogenanntes Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid zum Einsatz. Diese Zellchemie hat eine sehr hohe Energiedichte und kann somit auf wenig Raum vergleichsweise viel Kapazität bereitstellen. Im Modellbau spielen diese Zellen (noch) keine große Rolle. Sie werden vor allem von Panasonic und Tesla für den Antrieb von Elektrofahrzeugen verwendet und werden zumeist als Rundzelle gefertigt.

Schlusswort

Wir hoffen, euch hat dieser kleine Exkurs in die Welt der Lithium-Ionen-Akkutechnolgie geholfen zu verstehen, dass Lithium-Akku nicht gleich Lithium-Akku ist. Im Modellbau treffen wir in der Regel Lithium-Cobaltdioxid- oder Lithium-Mangan-Akkumulatoren an, die in Form eines Lithium-Polyemere-Akkus ausgeführt sind. Die LiPo-Fertigung hat den großen Vorteil, dass sie in der Form praktisch nicht begrenzt ist. So werden bei gleicher Kapazität die unterschiedlichsten Akkuformen möglich. Viele Hersteller von FPV-Flugbatterien haben das bereits für sich genutzt, in dem beispielsweise 1300-mAh-Akkus als Short Pack oder in normaler, eher länglicher Bauform angeboten werden.

 

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Nils Waldmann

Nils Waldmann

...studierter Wirtschaftsingenieur und Wirtschaftsinformatiker, leidenschaftlicher Modellbauer, Hobby-Fotograf, Akku-Liebhaber und freier Redakteur bei dem Computer-Onlinemagazin Allround-PC.com.

3 Gedanken zu „Neue Lipo Akkus eingewöhnen

  • 8. August 2013 um 17:25
    Permalink

    Hallo,
    habe deinen Beitrag neugierig gelesen, nun meine Frage:

    Kann ich meinen neuen 5000mAh Lipo auch mit 1A entladen?
    Das Gerät kann max. 1A entladen und schaltet dann nach 120min ab.
    Ich starte den Vorgang dann noch mehrmals bis der Lader fertig meldet.
    Dann wird mit 4A geladen.

    Diese Prozedur dann 5x

    Danke für eine Antwort
    Frank

    Antwort
    • Nils Waldmann
      8. August 2013 um 17:29
      Permalink

      Hallo,
      die Angabe ist ja nur eine grobe Richtlinie. Weniger Entladestrom ist kein Problem. Man sollte die Akkus am Anfang bloß nicht überstrapazieren. Greift der Safteytimer auch beim Entladen ein und ist nicht verstellbar?

      Beste Grüsse

      Antwort
      • 8. August 2013 um 17:31
        Permalink

        Der Lader schaltet ab bei 3V pro Zelle.

        Antwort

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