Ratgeber
Die technische Entwicklung bei elektrischen Modellantrieben hat in den letzten Jahren gigantische Sprünge vollzogen. Das wird deutlich sichtbar, wenn an einem sonnigen Wochenende ein Modellflugplatz besucht wird.
Flugmodelle in den unterschiedlichsten Größen werden mittlerweile fast nur noch elektrisch in die Luft befördert. Dabei sind die Modelle nicht nur richtig schnell unterwegs, sie steigen stellenweise auch senkrecht in den Himmel.
Der Grund dafür sind einerseits extrem leistungsstarke Elektromotoren und auf der anderen Seite energiereiche und leichte Akkupacks, die scheinbar endlos Strom liefern können.
Diese leistungsstarken Akku-Packs bringen Energie und Leben in fast alle Bereiche des Modellbaus. Wir zeigen Ihnen, welche unterschiedlichen Möglichkeiten es zur Stromversorgung gibt, wie Sie die richtige Energiequelle für Ihr Modell online im Shop finden und worauf Sie beim Umgang mit Akkupacks achten müssen.
Mit Sicherheit hat jeder schon einmal einen AA-Mignon- oder AAA-Micro-Akku z.B. aus einem schnurlosen Telefon, einer Digitalkamera, einem Blitzgerät oder einem tragbaren CD-Player in den Händen gehalten. Diese Akkus, die gerne auch als Ersatz für Batterien genutzt werden, bezeichnen Fachleute als Rundzellen oder auch als Einzelzellen.
Im Regelfall handelt es sich bei diesen handelsüblichen Akkus um Nickel-Metallhydrid-Zellen (Ni-MH), die eine Nennspannung von 1,2 Volt (V) pro Zelle aufweisen. Da diese Spannung nicht besonders hoch ist, werden für die jeweiligen Verbraucher meistens mehrere Akkus benötigt.
Die einzelnen Akkus (meist der Größe AA oder AAA) werden dann in ein Batteriefach eingelegt, wo sie platzbedingt nebeneinander liegen können, elektrisch aber hintereinander (in Serie) geschaltet sind.
Wenn zwei Akkus eingelegt wurden, dann wird die Gesamtspannung auf 2 x 1,2 V = 2,4 V erhöht. Bei vier Akkus steigt die Spannung auf 4,8 V.
Im RC-Modellbau werden ebenfalls mehrere Einzelzellen genutzt, um z.B. im Einsteigerberich einen Fernsteuersender zu betreiben. Das funktioniert problemlos, da ein Fernsteuersender keinen hohen Strombedarf hat.
Wenn allerdings leistungsstarke Elektromotoren mit viel Strom versorgt werden müssen, kommen die kleinen Federkontakte in Batteriefächern aufgrund der nur sehr geringen Kontaktflächen sehr schnell an ihre Leistungsgrenze.
Aus diesem Grund haben Hersteller fertig konfektionierte Modellbau-Akkus als Packs entwickelt. Dazu werden mehrere Einzelzellen in den unterschiedlichsten Konstellationen mechanisch zusammengefügt und industriell miteinander verbunden.
An die erste und letzte Zelle werden Anschlusskabel angebracht und die gesamte Einheit in einen Schrumpfschlauch oder in ein Kunststoffgehäuse gepackt – fertig ist der RC-Pack, der bei Bedarf problemlos auch hohe Ströme abgeben kann.
Unser Praxistipp: Akkupack statt Einzelzellen
Wenn es möglich ist, sollten auch in der Fernsteuerung industriell gefertigte Akkupacks verwendet werden, da die Federkontakte im Batteriefach mit der Zeit ermüden können und so unter ungünstigen Bedingungen Kontaktfehler entstehen. Mit einem Akkupack in der erforderlichen Größe lässt sich diese Gefahr vermeiden.
Mittlerweile setzen Modellbaufans die unterschiedlichsten Akkupacks ein. Dabei unterscheiden sich die Packs nicht nur in Form und Größe. Der wesentliche Unterschied liegt in der Akkutechnologie, also in der internen Chemie, mit deren Hilfe die Akkus Strom erzeugen. Dabei finden folgende Akkutechnologien im Modellbaubereich Verwendung:
Blei-Akkupacks
Der wohl älteste bis heute genutzte Akkupack ist der Blei-Akku.
Ähnlich wie bei einer Autobatterie, die letztendlich auch einen Blei-Akkupack darstellt, sind die einzelnen Zellen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht und nur die Anschlusskontakte werden nach außen geführt.
Im Gegensatz zur Autobatterie, die mit verdünnter Schwefelsäure in flüssiger Form befüllt ist, sind Modellbau-Bleiakkus fest geschlossen und das Elektrolyt ist gelförmig.
Damit sind die Akkus lageunabhängig und unkompliziert in der Handhabung, weil sie nach dem Kauf nicht erst befüllt werden müssen.
NiMH-Akkupacks
Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) haben die vormals weitverbreiteten, aber mit giftigem Schwermetall behafteten Nickel-Cadmium-Akkus (NiCd) fast komplett verdrängt. Lediglich in Spezialanwendungen wie z.B. in der Medizintechnik und in der Notbeleuchtung sind NiCd-Akkus heute noch erlaubt.
Die NiMH-Akkus gibt es ähnlich wie Batterien in den verschiedensten Rundzellen-Bauformen, wie Micro, Mignon, Baby oder Mono, wobei diese Rundzellen auch zu Akkupacks verarbeitet werden.
Als Antriebsakku hat sich die Zellengröße Sub-C (Ø x H = 23 x 43 mm) herauskristallisiert, die in den verschiedensten Kombinationen als Sub-C Akkupack passend konfektioniert wurde.
Lithium-Akkupacks
Einen weiteren Quantensprung in der Akku-Technologie stellt die Entwicklung von Lithium-Akkus dar. Dank ihrer hohen Kapazität bei kompakter Bauform setzen Lithium-Akkus in Smartphones und Tablets ihre Leistungsfähigkeit bereits seit Jahren unter Beweis.
Die Hersteller haben die Zellen aber immer weiterentwickelt, sodass sie mit der Zeit auch hochstromfähig wurden und nun für den Modellantrieb ausgesprochen interessant geworden sind.
In Verbindung mit drehmomentstarken Brushless-Motoren lassen sich mit Lithium-Akkus Antriebskonzepte verwirklichen, von denen Modellbaubegeisterte vor Jahren nur träumen konnten und die leistungsmäßig selbst hubraumstarke Verbrennungsmotoren problemlos überflügeln.
Die Chemie muss stimmen
Modellbau-Akkupacks unterscheiden sich nicht nur in Form und Größe. Aufgrund der unterschiedlichen Technologien, die in den jeweiligen Akkus/Akkupacks zum Einsatz kommen, haben die Akkus auch unterschiedliche Spannungen, wie die nachfolgende Tabelle zeigt.
Akkutechnologie und Spannungen
| Nennspannung (Volt pro Zelle) | Entladeschluss-Spannung (Volt pro Zelle) | Ladeschluss-Spannung (Volt pro Zelle) | |
|---|---|---|---|
| Blei-Akku | 2,0 | 1,75 | 2,35 |
| NiMH-Akku | 1,2 | 0,9 | 1,45 |
| Lithium-Polymer-Akku (LiPo) | 3,7 | 3,0 | 4,2 |
| Lithium-Polymer-HV-Akku (LiHV) | 3,8 | 3,3 | 4,35 |
| Lithium-Ionen-Akku (LiIon) | 3,6 | 2,5 | 4,1 |
| Lithium-Eisenphosphat-Akku (LiFe) | 3,3 | 2,0 | 3,6 |
Jeder Akku benötigt ein eigenes Ladeverfahren
Aufgrund der verwendeten Akku-Chemie benötigen die jeweiligen Akkus auch unterschiedliche Parameter wie Ladespannung, Ladestrom und Abschaltkriterien, die genau auf den Akkutyp abgestimmt sind. Modellbaufans haben es da verhältnismäßig einfach. Denn es gibt mittlerweile intelligente Multifunktions-Ladegeräte, bei denen der Akkutyp (Akkutechnologie) und die Zellenzahl des Akkupacks eingestellt werden kann. Bei der Eingabe des Kapazitätswertes schlagen die cleveren Lader teilweise oft auch gleich noch den idealen Ladestrom vor. Alle restlichen Parameter wie Strom- oder Spannungsregelung während des Ladevorgangs bzw. die korrekte Akkuvoll-Erkennung übernimmt die Elektronik der Ladegeräte dann im vollen Umfang automatisch.
Besonderheit LiPo-Akkus
Da LiPo-Akkus sehr empfindlich gegen Überladung reagieren, haben diese Akkupacks einen Balancer-Anschluss. Über diesen Anschluss kann die Spannung jeder Zelle im Akkupack gemessen werden. Sollte eine Zelle einen höheren Spannungswert aufweisen, wird diese Zelle durch gezieltes Entladen an das Spannungsniveau der restlichen Zellen im Akkupack angepasst. Im Idealfall haben dann alle Zellen des Akkupacks immer die gleiche Spannung.
Blei-Akkus
Auch wenn die Energiedichte von Blei-Akkus mit 30 – 40 Wh/kg nicht ansatzweise an die Energiedichte von Lithium-Akkus mit 120 – 180 Wh/kg heranreicht, können sich Blei-Akkus bis heute im Modellbaubereich behaupten. Blei-Akkus werden als Glühkerzen-Akkus für Methanolmotoren, zur Stromversorgung von Startboxen bzw. Elektrostartern und als Antriebs-Akkus in Schiffsmodellen benutzt.
Speziell im Schiffsmodellbau nutzen Fachleute den Nachteil der Blei-Akkus, nämlich das relativ hohe Gewicht, zu ihrem Vorteil. Denn wenn ein vorbildgetreues Modell reichlich Trimmgewichte für eine perfekte Wasserlage benötigt, dann können anstelle der Trimmgewichte idealerweise Stromspender im Rumpf verteilt werden.
Somit sind besonders lange Fahrzeiten möglich, ohne ständig den Akku wechseln oder nachladen zu müssen.
NiMH-Akkus
Als Antriebs-Akkus haben NiMH-Akkus größtenteils ausgedient. Vereinzelt finden sich noch NiMH-Racing-Packs in kostengünstigen Automodellen, die fahrfertig angeboten werden. Aber auch in älteren Automodellen, bei denen die Fahrregler keinen Tiefentladeschutz für LiPo-Akkus haben, werden zwangsläufig noch NiMH-Racingpacks gefahren.
Als Stromversorgung für Fernsteuersender oder Fernsteuerempfänger sind NiMH-Akkupacks noch häufiger anzutreffen. Und das hat seinen Grund! Denn aufgrund der Erschütterungen und Vibrationen hat in einem Verbrenner-Automodell eine Batteriebox mit Mignon-Rundzellen nichts verloren.
Ähnlich wie Schiffsmodellfachleute greifen die Fans von Segelflugmodellen noch gerne auf die nicht gerade leichten NiMH-Akkus zurück. Was ja auch Sinn macht. Denn lieber montieren sie große Akkupacks in die Rumpfspitze anstatt umweltschädliches Blei spazieren zu fliegen.
Lithium-Akkus
Eine extrem hohe Energiedichte bei minimalem Gewicht und reichlich Strom machen Lithium-Akkus zum idealen Energiespender für ganz kleine und ganz große Elektromodelle.
Besonders der Lithium-Polymer-Akku (LiPo-Akku), bei dem der Elektrolyt nicht flüssig sondern gelförmig ist, hat sich als Antriebs-Akku für Rennboote, Automodelle, Hubschrauber, Copter oder auch Flugmodelle bestens bewährt.
Je nach Modelltyp gibt es diese Akkus im Kunststoffgehäuse (Hard Case) z.B. für Auto-Modelle oder gewichtsoptimiert in Schrumpfschlauch-Umhüllung für Flugmodelle.
Speziell für den Automodellrennsport wurden noch leistungsstärkere LiPo-Akkus (HV-Akkus) mit einer höheren Spannungslage und geringerem Innenwiderstand entwickelt, die dem ambitionierten Modellsportler ein deutliches Plus an Geschwindigkeit bieten.
Um einem Akku ein langes Leben zu bescheren und viele Entladezyklen nutzen zu können, sollte er richtig behandelt und auch vorschriftsmäßig gelagert werden.
Sicherheitsbestimmungen beachten
Für den gefahrlosen Einsatz von Akkus gibt es wichtige Sicherheitsbestimmungen, die unbedingt zu beachten sind. Die wesentlichsten Punkte haben wir hier noch einmal aufgelistet:
- Akkus gehören nicht in Kinderhände.
- Akkus dürfen nicht kurzgeschlossen, zerlegt und ins Feuer geworfen werden.
- Beschädigte oder ausgelaufene Akkus dürfen nur mit Schutzhandschuhen angefasst werden.
- Beim Anschließen eines Akkupacks ist auf die korrekte Polung zu achten.
- Wenn ein Akkupack nicht benötigt wird, ist er vom Verbraucher zu trennen.
- Nach dem Gebrauch müssen Akkupacks abkühlen, bevor sie wieder geladen werden.
- Es dürfen nur unbeschädigte Akkupacks geladen werden.
- Akkupacks dürfen niemals unbeaufsichtigt geladen werden.
- Wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist, muss der Akkupack vom Ladegerät getrennt werden.
Richtig laden
Modellbau-Ladegerät mit LiPo-Akku (1) und Balanceranschluss (2).
Wie bereits angesprochen, benötigt jeder Akkupack ein für seine Technologie optimiertes Ladeverfahren. Bei Multifunktions-Ladegeräten, die zudem noch mit hohen Ladeströmen arbeiten, ist die korrekte Eingabe des Akkutyps, der Zellenzahl und des Ladestromes von absoluter Wichtigkeit. Speziell bei der Eingabe des Ladestromes muss sich unbedingt an die technischen Daten des Akkus bzw. die Herstellerangaben gehalten werden. Das Ladegerät wird dann in Abhängigkeit vom Akkutyp das richtige Ladeverfahren wählen und auch zuverlässig erkennen, wann der Akku voll ist und der Ladevorgang abgeschlossen werden kann.
Da Lithium-Akkus sehr empfindlich gegen Überladung reagieren, haben diese Akkupacks einen Balancer-Anschluss. Über diesen Anschluss kann die Spannung jeder einzelnen Zelle im Akkupack gemessen werden. Bei Bedarf kann eine Zelle mit einem höheren Spannungswert durch gezieltes Entladen über den Balancer-Anschluss den restlichen Zellen im Akkupack angepasst werden.
Achtung wichtig!
Das Schlimmste, was einem Akku angetan werden kann, ist ihn nicht vorschriftsmäßig zu laden. Dadurch kann der Akku nicht nur Schaden im Inneren nehmen. Im schlimmsten Fall kann ein Akku abrauchen, mit offener Flamme abbrennen oder sogar explodieren. Deshalb dürfen Akkus niemals unbeaufsichtigt geladen werden.
Auf gute Verbindungen achten
Viele Modellfans setzen hochwertige Akkus ein und nutzen technisch ausgereifte Ladegeräte, die am neuesten Stand der Technik sind. Die Ladekabel jedoch werden sehr oft unglaublich vernachlässigt. Ein gutes Ladekabel hat extrem flexible Ader-Leitungen mit einem hohen Querschnitt und hochwertige Steckverbinder.
Je nach Strombelastbarkeit haben sich in der Praxis unterschiedliche Stecker bestens bewährt. Zu den verbeitesten Steckverbindern zählen zum Beispiel Tamiya oder AMP Stecker, T-Stecker (T-Plug), XT60, XT90, EC3, EC5 und andere diverse Rundsteckverbinder mit 2 bis 8 mm Durchmesser. Vergoldete Stecker minimieren zudem den Übergangswiderstand der Steckverbindung.
Nur so sind die Ladekabel den täglichen mechanischen Belastungen gewachsen und stellen dauerhaft eine niederohmige Verbindung zwischen Ladegerät und Akku her.
Einsatz im Rahmen der technischen Spezifikationen
Es ist absolut unerheblich, in welchem Modell oder zu welchem Zweck ein Akkupack eingesetzt wird. Bei der Anwendung muss immer darauf geachtet werden, dass der dem Akku abverlangte Strom nicht den max. zulässigen Akkustrom übersteigt. Die jeweiligen Daten sind in den technischen Unterlagen des Akkus zu finden.
Zudem müssen Lithium-Akkus wirkungsvoll vor Tiefentladung geschützt werden. Die im Modell eingesetzten Motorregler müssen in diesem Fall die Motorleistung reduzieren oder den Motor komplett abschalten.
Lagerung
Blei-Akkus können problemlos im vollgeladenen Zustand gelagert werden. NiMH-Akkus und auch Lithium-Akkus sollten lediglich 50% bis max. 70% geladen sein, wenn sie für mehrere Monate, z.B. über die Winterpause, eingelagert werden.
Der Lagerort sollte trocken sein und Zimmertemperatur aufweisen. Die eingelagerten Akkus sind unbedingt vor Frost zu schützen.
Besonders Lithium-Akkus haben ein erhöhtes Sicherheitsrisiko, da Lithium in Verbindung mit dem Sauerstoff aus der Luft leicht entflammbar ist. Aus diesem Grund sollten Lithium-Akkus immer in feuerfesten Taschen (Safety-bags) gelagert und auch geladen werden.
Grundsätzlich muss bei der Auswahl eines passenden Akkus entschieden werden, ob der Akku zu meiner Anwendung passt. Besonders dann, wenn bestehende Akkus durch andere Typen mit abweichender Akku-Technologie ersetzt werden sollen.
Sicher ist es verlockend, in einem Modellauto den 7,2 V NiMH-Racingpack gegen einen 7,4 V LiPo-Racingpack zu tauschen. Die höhere Spannungslage und eine höhere Kapazität des LiPos wären die Investition schon wert. Wenn aber dann auch noch ein LiPo-Ladegerät und ein neuer Fahrregler benötigt werden, weil das vorhandene Ladegerät nur NiMH-Akkus laden kann und der Fahrregler keine LiPo-Abschaltung besitzt, wäre ein hochwertiger NiMH-Racingpack eventuell doch die bessere Lösung.
Aber es gibt noch weitere Dinge, die bei der Auswahl von Akkupacks zu beachten sind.
Akku ist nicht gleich Akku
Auch wenn auf zwei Akkus genau das Gleiche draufsteht, ist noch lange nicht genau das Gleiche drin. Neben dem Akkutyp, der Kapazität und der Zellenzahl ist auch der Innenwiderstand ein entscheidender Qualitätsfaktor eines Akkuspacks.
Während das bei NiMH-Akkus immer ein „versteckter“ Wert war, ist das bei LiPo-Akkus ganz anders. Bei diesen Akkus wird der maximale Entladestrom auf dem Etikett des Akkus mit angegeben. Dabei bezieht sich der Strom immer auf den Kapazitätswert (C) des Akkus.
Ein Akku mit 3700 mAh und 20C hat einen maximalen Entladestrom von (20 x 3700 mA = 74 A). Der gleiche Akku mit 3700 mAh und 40 C hat einen deutlich geringeren Innenwiderstand und ist in der Lage bis zu 148 A abzugeben.
Kapazität ist nicht gleich Kapazität
Der Kapazitätswert eines Akkus entspricht einer Entladung, die über mehrere Stunden andauert. Wenn z.B. ein Akku mit 2400 mAh mit 240 mA belastet wird, würde die Entladung rechnerisch 10 Stunden dauern. Wenn der Akku mit 2400 mA belastet wird, würde die Entladung demzufolge 1 Stunde dauern. Was rechnerisch absolut logisch ist, funktioniert in der Praxis aber leider nicht.
Denn mit zunehmendem Lade/Entlade-Strom sinkt die nutzbare Kapazität. Zudem dürfen Lithium-Akkus nicht tiefentladen werden und Hersteller geben bei den Kapazitätswerten immer gerne Werte an, die im Labor unter optimalen Bedingungen erreicht werden.
Dies sollte beachtet werden, wenn über die Stromaufnahme eines Elektroantriebes und die gewünschte Motorlaufzeit auf den Kapazitätswert eine Akkus hochgerechnet wird oder in einem entladenen Akku mit 2400 mAh „nur“ 1900 mAh nachgeladen werden können.
Mein Ladegerät hat nur ein Anschlusskabel mit Tamiya-Stecker, kann ich damit einen LiPo-Racingpack laden?
Nein, bitte nicht! Ein Lipo-Racingpack hat zwei Zellen in Serie geschaltet und benötigt deshalb unbedingt ein LiPo-Ladegerät mit Balanceranschluss.
Was bedeutet die Beschriftung 3S1P auf meinem Akku?
Der erste Teil der Beschriftung bedeutet, dass bei diesem Akku 3 Zellen hintereinander (in Serie = 3S) geschaltet sind. Der zweite Teil der Beschriftung sagt, dass zu den Akkuzellen keine weiteren Zellen parallel verschaltet sind (1P). Der Akkupack besteht also aus drei Zellen. Ein Akku mit 3S2P würde demzufolge aus 6 physikalischen Zellen bestehen, von denen immer zwei parallel und die drei Zweierpacks in Serie verschaltet sind.
Wie soll ich meinen LiPo-Sender-Akku mit 3,7 V und 6000 mAh richtig laden und wieso hat er keinen Balanceranschluss?
Da bei diesem Akku keine Zellen in Serie geschaltet sind, braucht er auch keinen Balancer-Anschluss. Allerdings muss der Akku an einem geeigneten Ladegerät geladen werden, an dem der Akkutyp LiPo und die Anzahl der Zellen auf 1 eingestellt werden kann. Der max. zulässige Ladestrom ist der Beschriftung des Akkus oder den technischen Datenblättern zu entnehmen.
Mein LiPo-Akku hat sich aufgebläht, was ist passiert?
Im Gegensatz zu einer Autobatterie, bei der in den Zellenverschraubungen kleine Entlüftungsbohrungen angebracht sind, ist ein LiPo-Akku luftdicht verschweißt. Durch Bedienungsfehler wie zu tiefes Entladen, falsches Laden oder Lagerung im vollgeladenen Zustand werden im Akku Gase freigesetzt, welche die Folienummantelung aufblähen. In diesem Fall ist der Akku vorschriftsmäßig zu entsorgen. Wichtig! Bitte nicht den Akku anstechen, um den Druck entweichen zu lassen. In diesem Fall besteht akute Brandgefahr.
Zu LiPo-Akkus wird oft ein Akku-Checker als Zubehör angeboten. Macht das Sinn?
Ja, definitiv ist ein Akku-Checker ein unverzichtbares Zubehör. Damit lässt sich der momentane Ladezustand eines Lithium-Akkus messen. Ebenso zählen auch Entlader mit zum sinnvollen Zubehör, um den Akku mit dem erforderlichen Ladezustand auch längere Zeit lagern zu können.