Das Mysterium mit den Akkus – Ein physikalisch / elektrotechnischer Aufklärungsversuch
Hallo,
Immer wieder ist hier einiges zu Lesen und zu frage über die Akkus und deren Parameter. Ich möchte mich vor allem mal über die Elektrotechnischen, klar definierten Parameter etwas auslassen. Teilweise geht es hier doch ein wenig durcheinander, da fließen schonmal Volt oder miliAmperestd.
Das wichtigste ist aus meiner Sicht korrekt mit den Einheiten umzugehen, sie bewusst mitsagen und nicht durcheinander zu bringen. In der Schule wurde darauf vllt. nicht so drauf geachtet aber es ist meiner Meinung nach sehr wichtig immer die Einheiten genau zu nennen um nicht durcheinander zu kommen.
In der Schule werden im Physikunterricht auch teilweise weitere Märchen erzählt (Spannungen können nicht fließen, und Strom fließt von + nach - !!! Das die Elektronen was anderes machen ändert nix daran).. Vllt. Kann ich ja einige Dinge klarer machen.
Ich fange mal mit den, wie schon gesagt, sehr wichtigen Einheiten an.
Die Spannung U [gemessen in Volt – V]:
Die Spannung ist eine Einheit die man sich schwierig vorstellen kann, nützlich ist sie vor allem weil man damit gut rechnen kann
Zur Spannung wird auch Potential gesagt, was um es sich vorzustellen ein besserer Begriff ist. Bildlich gesprochen könnte man vllt. sagen, dass die Spannung angibt wie viel Kraft die Elektronen aufbringen können. Am liebsten hätten wir das unsere Akkupacks eine immer konstante Spannung liefern, doch das wäre dann ein Perpetuum Mobile. Im Verlaufe der Nutzung sinkt die Spannung unseres Akkus kontinuierlich, da er entladen wird. Die Entladeschlussspannung sollte möglichst nicht erreicht werden, sie liegt bei LiPos bei 3V / Zelle. Wird sie erreicht bzw. unterschritten laufen im inneren des Akkus chemische Prozesse ab, die den Akku zerstören.
Laden
Die Zahl der ZELLEN eines Akkus bestimmt seine Spannung. Eine LiPo-Zelle hat eine Nennspannung von 3,7V. Das ist die Spannung, die auch unter Belastung bei geladener Zelle gehalten wird. Die Ladeschlussspannung ist 4,2V je Zelle. Zum aufladen muss das Ladegerät also in der Lage sein Anzahl der Zellen * 4,2 V am Ausgang zu liefern. Dies ist zwingend notwendig, sonst kann man das Ladegerät nicht verwenden.
Der Strom I [gemessen in Ampere – A]:
Der Strom, endlich kann man sich etwas unter einer Einheit vorstellen
Der Strom gibt letztenendes an wie viele Elektronen durch das Kabel fließen. Ein Strom bildet sich nie von allein, sondern immer nur in einem geschlossenem Stromkreis (Anders als bei der Spannung, die ist immer da.)
Wenn wir unseren Heli betreiben, müssen also entsprechend viele Elektronen aus dem Akku raus in den Motor. Muss der Motor viel arbeiten (Hohes Moment aufbringen, sich schnell drehen) werden mehr Elektronen gebraucht um den Motor zu versorgen, der Strom steigt. Alternativ könnte man auch eine höhere Spannung nutzen um den Motor mit mehr Energie zu versorgen, doch die Spannung ist für uns leider konstant, da sie von der Anzahl der Zellen abhängt. Wir bestimmen wie viel Strom wir aus dem Akku fließen lassen, da der Akku jedoch leider irgendwann leer ist beginnt er die Spannung zu senken, denn am entnommenen Strom kann er nichts ändern, das kontrollieren wir bzw. der Regler.
Hohe Ströme werden kritisch in der Handhabung, Kabelquerschnitte müssen größer sein, die Elektronik ist schwerer zu bauen und muss mehr gekühlt werden, etc. Deshalb haben größere Hubschrauber mehr Zellen um den Strom zu senken und trotzdem mehr Leistung abgeben zu können (P=U*I – Leistung ist Spannung mal Strom).
Laden
Im Ladegerät wird eingestellt wie hoch der Strom ist den wir in den Akku schicken, damit er die Elektronen aufnimmt. Es gibt dabei keine untere Grenze (außer natürlich 0). Es ist egal wie viel Ampere ein Ladegerät liefern kann. Bringt es die entsprechende Spannung auf (s.o.) kann man den Akku auf jeden Fall laden.
Es dauert nur länger.
Im Normalfall sollte man mit der Kapazität des Akkus laden. Hat der Akku also 2100mAh sollte man nicht mit mehr als 2100mA = 2,1A laden. Weniger ist immer erlaubt, es dauert nur länger und ist im Zweifel schonender für den Akku. Wenn es MAL schnell gehen soll sind auch 1,5 – 2 * die Kapazität (im Bsp. Also bis zu 4,2A) erlaubt. Es muss allerdings dann auch besonders aufgepasst werden. Der Akku darf sich beim Laden nicht erwärmen! Außerdem wird er an Zyklen verlieren wenn man mit höheren Strömen lädt.
Die Kapazität [mAh / Ah]
Die Kapazität des Akkus gibt an „wie viele Elektronen er aufnehmen kann“. 2100mAh bedeutet das der Akku eine Stunde lang 2100mA bzw. 2,1 A abgeben kann bis er leer ist. Wir entnehmen in aller Regel allerdings wesentlich höhere Ströme z.B. 21A, da der Strom 10x so hoch ist wie die mAh Angabe, können wir auch nur noch 1/10 von einer Std. Strom entnehmen (=fliegen); sind also 6min.
Laden
Das Ladegerät schickt so lange Elektronen in den Akku bis er seine Leerlaufspannung erreicht. Es „zählt dabei die Elektronen“ und zeigt uns an wie viele es waren. Wir sollten nur so lange fliegen das diese Angabe ca. 20% unter den Nennkapazität des Akkus liegt (bei 2100mAh sollten also 1600mAh nachgeladen werden). Die nachgeladene Kapazität ist die einzige zuverlässige Prüfgröße die wir haben! Nur sie zeigt uns wirklich zuverlässig ob wir zu lange geflogen sind oder ob es noch etwas mehr sein darf. Und man kann es im Normalfall erst beim Laden herausfinden. Man muss sich also herantasten (immer beim Laden schauen wie viel nachgeladen wurde).
C-Rating
Das Capacity Rating ist keine genau definierte Sache. Unterschiedliche Hersteller werden hier unterschiedliche Testweisen haben. Für die Praxis kommt für uns in etwa das folgende heraus: Das C-Rating gibt an, wie hoch der maximale Strom, der aus dem Akku entnommen wird, sein darf ohne das er sich stark aufheizt und dadurch Schaden nimmt. Bei einem Akku mit 20C darf max. 20* die Kapazität an Strom entnommen werden. Bei einer Kapazität von 2100mAh=2,1Ah also ein max. Strom von 42A. Höhere C-Ratings als beim letzten Akku darf man immer verwenden, sind aber nicht nötig wenn der aktuelle Akku sich nicht zu sehr erwärmt.
Die Akkukonfiguration
Die Akkukonfig gibt an wie viele und wie die Akkus verschaltet sind. Eine einzelne Zelle hat eine Nennspannung von 3,7 V, schaltet man sie in Serie (=Reihe) erhöht sich die Spannung. 3S heißt also 3*3,7V=11,1V. Schaltet man sie Parallel erhöht sich die Kapazität und das C-Rating. Schaltet man Zellen parallel addiert sich ihre Strombelastbarkeit (C-Rating) und die Kapazität.
Die Anzahl der Einzelzellen ergibt sich aus der Multiplikation von S und P. 6S3p heißt also 18 Zellen.
Ich hoffe das ich hiermit etwas aufklären konnte und bitte die Teilweise, aus wissenschaftlicher Sicht gesehen, dürftigen Formulierungen zu entschuldigen. Ich hoffe ich habe keine groben Unwahrheiten erzählt und es recht verständlich gehalten.
(Eigentlich ist das für mich schon alles viel zu viel Strom
)
Bitte auf Fehler höflich aufmerksam machen, ich habe mir wirklich Mühe gegeben und 1 Std. geschrieben also seit nachsichtig.
Hallo,
Immer wieder ist hier einiges zu Lesen und zu frage über die Akkus und deren Parameter. Ich möchte mich vor allem mal über die Elektrotechnischen, klar definierten Parameter etwas auslassen. Teilweise geht es hier doch ein wenig durcheinander, da fließen schonmal Volt oder miliAmperestd.
Das wichtigste ist aus meiner Sicht korrekt mit den Einheiten umzugehen, sie bewusst mitsagen und nicht durcheinander zu bringen. In der Schule wurde darauf vllt. nicht so drauf geachtet aber es ist meiner Meinung nach sehr wichtig immer die Einheiten genau zu nennen um nicht durcheinander zu kommen.
In der Schule werden im Physikunterricht auch teilweise weitere Märchen erzählt (Spannungen können nicht fließen, und Strom fließt von + nach - !!! Das die Elektronen was anderes machen ändert nix daran).. Vllt. Kann ich ja einige Dinge klarer machen.
Ich fange mal mit den, wie schon gesagt, sehr wichtigen Einheiten an.
Die Spannung U [gemessen in Volt – V]:
Die Spannung ist eine Einheit die man sich schwierig vorstellen kann, nützlich ist sie vor allem weil man damit gut rechnen kann
Zur Spannung wird auch Potential gesagt, was um es sich vorzustellen ein besserer Begriff ist. Bildlich gesprochen könnte man vllt. sagen, dass die Spannung angibt wie viel Kraft die Elektronen aufbringen können. Am liebsten hätten wir das unsere Akkupacks eine immer konstante Spannung liefern, doch das wäre dann ein Perpetuum Mobile. Im Verlaufe der Nutzung sinkt die Spannung unseres Akkus kontinuierlich, da er entladen wird. Die Entladeschlussspannung sollte möglichst nicht erreicht werden, sie liegt bei LiPos bei 3V / Zelle. Wird sie erreicht bzw. unterschritten laufen im inneren des Akkus chemische Prozesse ab, die den Akku zerstören.
Laden
Die Zahl der ZELLEN eines Akkus bestimmt seine Spannung. Eine LiPo-Zelle hat eine Nennspannung von 3,7V. Das ist die Spannung, die auch unter Belastung bei geladener Zelle gehalten wird. Die Ladeschlussspannung ist 4,2V je Zelle. Zum aufladen muss das Ladegerät also in der Lage sein Anzahl der Zellen * 4,2 V am Ausgang zu liefern. Dies ist zwingend notwendig, sonst kann man das Ladegerät nicht verwenden.
Der Strom I [gemessen in Ampere – A]:
Der Strom, endlich kann man sich etwas unter einer Einheit vorstellen
Der Strom gibt letztenendes an wie viele Elektronen durch das Kabel fließen. Ein Strom bildet sich nie von allein, sondern immer nur in einem geschlossenem Stromkreis (Anders als bei der Spannung, die ist immer da.)
Wenn wir unseren Heli betreiben, müssen also entsprechend viele Elektronen aus dem Akku raus in den Motor. Muss der Motor viel arbeiten (Hohes Moment aufbringen, sich schnell drehen) werden mehr Elektronen gebraucht um den Motor zu versorgen, der Strom steigt. Alternativ könnte man auch eine höhere Spannung nutzen um den Motor mit mehr Energie zu versorgen, doch die Spannung ist für uns leider konstant, da sie von der Anzahl der Zellen abhängt. Wir bestimmen wie viel Strom wir aus dem Akku fließen lassen, da der Akku jedoch leider irgendwann leer ist beginnt er die Spannung zu senken, denn am entnommenen Strom kann er nichts ändern, das kontrollieren wir bzw. der Regler.
Hohe Ströme werden kritisch in der Handhabung, Kabelquerschnitte müssen größer sein, die Elektronik ist schwerer zu bauen und muss mehr gekühlt werden, etc. Deshalb haben größere Hubschrauber mehr Zellen um den Strom zu senken und trotzdem mehr Leistung abgeben zu können (P=U*I – Leistung ist Spannung mal Strom).
Laden
Im Ladegerät wird eingestellt wie hoch der Strom ist den wir in den Akku schicken, damit er die Elektronen aufnimmt. Es gibt dabei keine untere Grenze (außer natürlich 0). Es ist egal wie viel Ampere ein Ladegerät liefern kann. Bringt es die entsprechende Spannung auf (s.o.) kann man den Akku auf jeden Fall laden.
Es dauert nur länger.
Im Normalfall sollte man mit der Kapazität des Akkus laden. Hat der Akku also 2100mAh sollte man nicht mit mehr als 2100mA = 2,1A laden. Weniger ist immer erlaubt, es dauert nur länger und ist im Zweifel schonender für den Akku. Wenn es MAL schnell gehen soll sind auch 1,5 – 2 * die Kapazität (im Bsp. Also bis zu 4,2A) erlaubt. Es muss allerdings dann auch besonders aufgepasst werden. Der Akku darf sich beim Laden nicht erwärmen! Außerdem wird er an Zyklen verlieren wenn man mit höheren Strömen lädt.
Die Kapazität [mAh / Ah]
Die Kapazität des Akkus gibt an „wie viele Elektronen er aufnehmen kann“. 2100mAh bedeutet das der Akku eine Stunde lang 2100mA bzw. 2,1 A abgeben kann bis er leer ist. Wir entnehmen in aller Regel allerdings wesentlich höhere Ströme z.B. 21A, da der Strom 10x so hoch ist wie die mAh Angabe, können wir auch nur noch 1/10 von einer Std. Strom entnehmen (=fliegen); sind also 6min.
Laden
Das Ladegerät schickt so lange Elektronen in den Akku bis er seine Leerlaufspannung erreicht. Es „zählt dabei die Elektronen“ und zeigt uns an wie viele es waren. Wir sollten nur so lange fliegen das diese Angabe ca. 20% unter den Nennkapazität des Akkus liegt (bei 2100mAh sollten also 1600mAh nachgeladen werden). Die nachgeladene Kapazität ist die einzige zuverlässige Prüfgröße die wir haben! Nur sie zeigt uns wirklich zuverlässig ob wir zu lange geflogen sind oder ob es noch etwas mehr sein darf. Und man kann es im Normalfall erst beim Laden herausfinden. Man muss sich also herantasten (immer beim Laden schauen wie viel nachgeladen wurde).
C-Rating
Das Capacity Rating ist keine genau definierte Sache. Unterschiedliche Hersteller werden hier unterschiedliche Testweisen haben. Für die Praxis kommt für uns in etwa das folgende heraus: Das C-Rating gibt an, wie hoch der maximale Strom, der aus dem Akku entnommen wird, sein darf ohne das er sich stark aufheizt und dadurch Schaden nimmt. Bei einem Akku mit 20C darf max. 20* die Kapazität an Strom entnommen werden. Bei einer Kapazität von 2100mAh=2,1Ah also ein max. Strom von 42A. Höhere C-Ratings als beim letzten Akku darf man immer verwenden, sind aber nicht nötig wenn der aktuelle Akku sich nicht zu sehr erwärmt.
Die Akkukonfiguration
Die Akkukonfig gibt an wie viele und wie die Akkus verschaltet sind. Eine einzelne Zelle hat eine Nennspannung von 3,7 V, schaltet man sie in Serie (=Reihe) erhöht sich die Spannung. 3S heißt also 3*3,7V=11,1V. Schaltet man sie Parallel erhöht sich die Kapazität und das C-Rating. Schaltet man Zellen parallel addiert sich ihre Strombelastbarkeit (C-Rating) und die Kapazität.
Die Anzahl der Einzelzellen ergibt sich aus der Multiplikation von S und P. 6S3p heißt also 18 Zellen.
Ich hoffe das ich hiermit etwas aufklären konnte und bitte die Teilweise, aus wissenschaftlicher Sicht gesehen, dürftigen Formulierungen zu entschuldigen. Ich hoffe ich habe keine groben Unwahrheiten erzählt und es recht verständlich gehalten.
(Eigentlich ist das für mich schon alles viel zu viel Strom
)Bitte auf Fehler höflich aufmerksam machen, ich habe mir wirklich Mühe gegeben und 1 Std. geschrieben also seit nachsichtig.
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