Akku

Das Thema Akkus ist eines der umfangreichsten Themen bei den Elektro-RC-Cars. Ich werde mich aber hier nur auf das Wesentliche beschränken. Grundsätzlich unterscheidet man NiCd (Nickel-Cadmium) und NiMH (Nickel-Metall-Hydrid). Sie unterscheiden sich nicht nur durch die Leistungsdaten, sondern auch in der Pflege der Akkus und in der Art der Lademethoden. NiCd haben üblicherweise Kapazitäten zwischen 1200mAh und 2400mAh, NiMH hingegen zwischen 2300mAh und 3600mAh. Auf die Ladeverfahren und Einstellparameter gehe ich im Abschnitt Ladetechnik genauer ein.

Selektion von Akkus

Bei der Selektion von Akkus wird jede Zelle einzeln messtechnisch getestet. Dies geschieht durch einen hohen Entlade-Strom von ungefähr 20 bis 30A. Aus der Entlade-Zeit kann nun die Kapazität der Einzelzelle ermittelt werden. Nun werden sämtliche Zellen mit sehr ähnlichen Entlade-Kurven und ähnlichen Kapazitäts- und Spannungswerten zu einem Akkupack zusammengelötet. Auch der Innenwiderstand der Zelle ist ein wichtiger Selektionspunkt. Dadurch erhält man Akkupacks, die mit höheren Lade- und Entlade-Strömen belastet werden können. Handelsübliche, unselektierte Akkus sollten höchstens mit 4A geladen werden, selektierte kann man je nach Hersteller und Typ mit bis zu 5 oder 5,5A laden. Eine Nachselektion von Akkupacks ist ebenfalls möglich. Dazu benötigt man jedoch ein Ladegerät mit dem man Einzelzellen laden und entladen kann (wie z.B. der GMVIS-Commander) und natürlich viele Zellen gleichen Typs.

Pushen von Akkus

Beim so genannten pushen werden große Elektrolyt-Kondensatoren (mehrere 10000µF) mit geringem Innenwiderstand über eine Einzelzelle entladen. Dabei fließen Ströme von mehreren hundert Ampere (bei einer Spannung von etwa 60V bis 70V) welcher den Übergangskontakt zwischen den gewickelten Elektroden und der Kathode bzw. Anode besser verschweißt. Dabei vergrößert sich diese Kontaktfläche und der Innenwiderstand der Zelle wird kleiner. Ein kleinerer Innenwiderstand führt zu einer Zelle, die beim Entlade-Vorgang mit hohen Strömen nicht so heiß wird und eine höhere Spannung halten kann.

Dieser Vorgang ergibt also letztendlich Akkus, die über die Fahrzeit gesehen mehr Druck (höhere Spannungslage) aufbringen können als nicht behandelte. Als Anmerkung sei noch gesagt, dass ein solcher Push-Vorgang in der Regel zweimal pro Zelle vorgenommen wird. Ein weiteres Wiederholen bringt nur noch eine geringe bzw. keine Verbesserung mehr mit sich. Außerdem stellt ein solcher Vorgang eine hohe Beanspruchung dar, was man auch daran sieht, dass beim pushen die eine oder andere Zelle zerstört wird (etwa 2% Ausfallquote).

Verlöten eines Akkus

Akkus gibt es als Stick-Packs und als Saddle-Packs. Sticks sind nicht ganz so einfach zu verlöten und werden daher von den meisten Herstellern fertig verlötet angeboten. Saddles gibt es meist als 3-3-Packs, d.h. es werden immer jeweils 3-Zellen mit einem versilberten, hochflexiblem Kabel verbunden. Werden alle Zellen miteinander verbunden (wie im Bild rechts gezeigt) spricht man oft auch von Side-Packs. Beim verlöten ist unbedingt darauf zu achten, dass die Zellen nicht zu heiß werden. Je schneller der Lötvorgang vonstatten geht, desto kälter bleibt der Akku. Zum verlöten empfehle ich so genannte Akku-Bars. Das sind im Prinzip nichts anderes als Kupferplättchen mit geringem Übergangswiderstand. Um die Akkus nicht schon beim Zusammenlöten zu zerstören, sollte man einen geeigneten Lötkolben (mindestens 60W, besser 80W) verwenden und erst beide Seiten verzinnen (Akkufläche und Akku-Bars) und anschließend kurz erhitzen. Ein zu heiß gewordener Akku kann durchaus beim Lötvorgang beschädigt werden. Das Bild zeigt einen fertig verlöteten GP 3300 NiMH Akku mit 4mm Goldkontaktbuchsen.

Um die Zellen zu fixieren, kann man in die Rille der Zellen einen Tropfen Sekundenkleber hineinlaufen lassen. Das macht den Akku steifer und stabiler.

Behandlung von Akkus

Es gibt ein paar einfache aber wichtige Regeln zur Behandlung von Akkus:

* NiMH Akkus sollten niemals komplett entladen gelagert werden. Bei NiMH-Akkus erhöht sich der Innenwiderstand, wodurch sich die zur Verfügung stehende Kapazität deutlich verringert. Also wenn der Akku mal längere Zeit herumliegt, sollte man ihn bis auf etwa 50% seiner Kapazität aufladen (z.B. 1500mAh bei einem 3000er). NiCd-Akkus sollten hingegen sogar tief entladen gelagert werden.

* Der Akku sollte im warmen Zustand gefahren werden. Und zwar möglichst direkt nach erfolgter Ladung. Dies gilt für NiMH als auch für NiCd-Akkus. Der Grund ist folgender: Die Zellen haben mit steigender Temperatur einen erheblich geringeren Innenwiderstand, was sich vor allem in der Fahrzeit und im Druck des Akkus widerspiegelt.

* Sobald das Auto nachlässt, sollte die Fahrt beendet werden. Den Rest sollte man mit einem Einzelzellen-Entlader entladen. Und zwar nicht zu weit. Nur bis zu einer Spannung von etwa 0,8 bis 0,9V pro Zelle (NiMH). Besonders empfehlen kann ich den RealTime-Discharger von Trinity (siehe auch im Abschnitt Ladetechnik). Der ist zwar mit seinen knapp 50EUR nicht gerade der billigste, aber dafür mit Abstand das Beste auf dem Markt. Bei NiCd-Akkus gilt prinzipiell das gleiche, mit dem Unterschied, dass diese nach dem Fahren tief entladen werden sollten (0V). NiCd-Akkus können also ruhig über Nacht in der Entladevorrichtung verbleiben, wobei die Zellenspannung auf 0V sinkt (Tiefentladung). Bei einer Entladung mit nur einem Widerstand über alle Zellen, kann es passieren, dass sich einzelne Zellen umpolen. Dies sollte dringend vermieden werden. Daher immer die Zellen einzeln entladen.

* Der Akku sollte erst nach möglichst einer Pause von 24h wieder verwendet werden. Falls das zeitlich nicht möglich ist, muss er zumindest gut abgekühlt sein (ca. 1h).

* Hin und wieder sollte auch mal eine Normalladung (Formierungsladung) erfolgen. Darunter versteht man eine Ladung des Akkus mit einem Strom, der ca. 1/10 seiner Kapazität entspricht. Will man einen 3000er Akku laden, verwendet man also einen Ladestrom von etwa 300mA und lässt den Akku dann ungefähr 10 bis 12h angeschlossen. Bei einer Normalladung werden die einzelnen Zellen wieder untereinander angeglichen, was sich bei regelmäßiger Anwendung (etwa jede 5.Ladung) in der Kapazität des Akkus und somit in der Fahrzeit bemerkbar macht (siehe auch im Abschnitt Ladetechnik).

* Letzten Endes ist die Temperatur noch ein weiterer Punkt. Der Akku sollte niemals wärmer als 60°C werden. Temperaturabschaltungen bei Ladegeräten sollten nicht höher als 45°C bis max. 50°C gewählt werden. Da sich der Akku ja noch während der Fahrt erhitzt, kann die Akkutemperatur im Sommer ohne weiteres über seine maximal zulässige Temperatur ansteigen. Dies sollte man jedoch durch entsprechende Maßnahmen (Luftzufuhr z.B. durch Schlitze in der Karosserie, Kühlkörper oder ähnliches) möglichst vermeiden.

Immer der gleiche Ablauf (NiMH)

Die Akkupflege entspricht eigentlich immer dem gleichen Ablauf. Hat man sich einmal daran gewöhnt, hat man sicherlich lange Zeit Spaß an seinen Akkus (denn jeder weiß, das ein guter Akku mit ca. 50-120 EUR nicht gerade billig ist).

Hier also nochmals die Reihenfolge:

- einen 50% gefüllten Akku lagern

- Akku entladen (am Besten mit Einzelzellenentladung) und anschließend mit der entsprechenden Lademethode (siehe Abschnitt Ladetechnik) laden

- den Akku gleich nach erfolgter Ladung (ungefähr 45-50°C) fahren

- anschließend die Restkapazität per Einzelzellenentladung herausziehen und abkühlen lassen

- kalten Akku wieder auf 50% aufladen

Fährt man jedoch am Folgetag, kann der Schritt mit dem 50%-Laden natürlich weggelassen werden, da dies natürlich nur bei längeren Pausen (> 7 Tage) gemacht werden sollte.