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Jun
30

Ladekurven von LiPo- und NiMH-Akkus

Mich hat der Unterschied der Ladeverfahren von NiMH- und LiPo-Akkus interessiert. NiMH-Akkus kann fast jedes Ladegerät laden und für LiPo-Akkus sind spezielle, moderne Ladegeräte erforderlich. Wieso?
Schauen wir uns einmal 2 Ladekurven meiner Akkus an, die ich mit meinem Ladegerät aufgezeichnet habe.

NiMH-Senderakku der Graupner MC-22
Nennspannung: 9,6 V (8 Zellen)
Nennkapazität: 3000 mAh
Gewählter Ladestrom: 450 mA

NiMH-Akkus werden mit einem konstanten Strom geladen (rote Kurve), daher nimmt die hinein geladene Kapazität (gelbe Kurve) linear zu. Der Ladevorgang wird auch als Konstantstromladung bezeichnet. Das Ladegerät beendet den Ladevorgang, wenn die Spannung des Akkus einen Maximalwert erreicht hat. Ich vermute, dieser wird ermittelt, indem das Ladegerät prüft, wann sich die Spannung wieder etwas verringert (blaue Kurve).
Für diesen Ladevorgang reicht ein kostengünstiges Ladegerät aus.

In den leeren Senderakku (Spannung 8,7 V) konnten rund 1500 mAh nachgeladen werden. Bei einem neuen Akku ist das deutlich mehr, wenn man bedenkt, dass die Nennkapazität 3000 mAh beträgt. Das zeigt schön, dass NiMH-Akkus mit der Zeit deutlich an Kapazität verlieren und mein Akku vermutlich nicht mehr allzu lange mitmacht.
Wenn schlechtes Wetter vorhergesagt ist, werde ich ein Formierungsprogramm am Ladegerät testen. Das lädt und entlädt den Akku zyklisch mit verschieden hohen Strömen und soll den Akku wieder etwas aufpeppeln. Der Vorgang kann jedoch mehrere Tage in Anspruch nehmen.

LiPo-Flugakku von Saehan
Nennspannung: 11,1 V (3 Zellen)
Nennkapazität: 2100 mAh
Gewählter Ladestrom: 2.0 A

Hier ist sofort zu sehen, dass die Ladekurven komplett anders verlaufen als die eines NiMH-Akkus.
Zu Beginn wird der Strom (rote Kurve) relativ zügig auf einen eingestellten Wert gesteigert und konstant gehalten. Ähnlich wie bei den NiMH-Akkus. Das geht so lange bis die Spannung des Akkus (blaue Kurve) den Maximalwert erreicht hat, den der LiPo verträgt (hier: 12,60 V - 12,70 V, das geben die Hersteller selbst nicht genau an). Und da kommt es auf hundertstel Volt (0,01 V) an.
Liegt die Spannung um 2 hunderstel Volt zu hoch ist der Akku relativ schnell hinüber. Liegt sie 2 hunderstel Volt zu niedrig, sinkt die Kapazität deutlich unter den maximal möglichen Wert (die Flugzeit des Helis sinkt)
Ist die Spannung erreicht, geht das Ladegerät von der Konstantstromladung in die Konstantspannungsladung über. Der Strom wird folglich so verringert, dass die Akkuspannung möglichst konstant bleibt. Ist der Strom bei 0 A angelangt, ist der LiPo-Akku geladen. Der Verlauf der eingeladenen Kapazität (gelbe Kurve) ist aufgrund der Stromänderungen in der Phase der Konstantsspannungsladung nicht linear.
Aufgrund der komplexen Ladevorgänge ist es verständlich, dass ein computer- bzw. mikrocontrollergesteuertes Ladegerät erforderlich ist.

Das war nun etwas theoretisch (wobei man viel tiefer ins Detail gehen könnte), dennoch ist das eine ganz interessante Sache. Ändern sich die Ladekurven mit der Zeit, kann u.U. auf die Alterung des Akkus geschlossen werden.
Dafür sind Entladekurven jedoch auch interessant. Diese zeigen, wie sich Spannung und Strom im Lastfall (hier: im Heli) verhalten.

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Kommentare

  • Schorsch
    14.02.2010, 22:47
  • Hi Matze,

    bei deinen Diagramme geht der Strom zu 100% in den Akku, wenn ich die gelbe Kurve richtig interpretiere.
    Meines Wissens wird aber je nach Akku nur ein bestimmter Prozentsatz auch wirklich gespeichert. Dein NiMh-Akku hat also eher noch weniger Kapazität nach dem Laden, als dein Diagramm zeigt. Hast du da nähere Informationen?

    Gruß

    Schorsch
  • Matze
    (registriert)
    21.02.2010, 13:22
  • Hallo Schorsch,

    das ist richtig. Die Kurven geben an, welcher Strom in den Akku fließt. Allerdings ist es - zumindest bei NiMH-Akkus - so, dass diese beim Überladen leicht warm werden und somit die Energie nicht im Akku gespeichert wird.

    Ich wüsste nicht, wie man das ermitteln kann, was tatsächlich auch gespeichert wird. Würde man den Akku entladen, kann man die reale Kapazität messen, beim Laden selbst meines Wissens nicht.

    Grüße, Matze
  • Chris
    16.01.2011, 12:27
  • Zum Thema Temperatur könnte ich noch einen Vorschlag geben. Bei meinem Ultra Space Charger 2.0 von CS - Electronics besteht die Möglichkeit zusätzlich die Temperatur mittels einem Anlegefühlers zu messen, je kälter ein NiMh Akku bei der Ladung bleibt, desto weniger Verluste sprich desto mehr hat er speichern können.

    Gruß , Chris
  • Matze
    (registriert)
    28.01.2011, 23:11
  • Hallo Chris,

    vielen Dank für den Hinweis. Einen Temperaturfühler habe ich auch für mein Ladegerät. Allerdings habe ich ihn bisher nicht verwendet.
    Lädst du deine Akkus dann im Keller oder wie hältst du diese während des Ladevorgangs kühl?

    Grüße
    Matze
  • Christian
    23.07.2015, 14:34
  • Hallo Matthias,

    eine Frage dazu: wäre es denkbar mit einem LiPo-Lader trotzdem an einen NiMH-Akku ranzugehen? So wie ich das sehe, gibt es ja ebenfalls eine Konstantstromphase, die dann (langsam) abgebrochen wird. Oder kommt es dann noch zu anderen unschönen Effekten?

    Z.B. dieses LiPo-Lademodul hier:
    > http://www.pollin.de/shop/dt/Mjc1ODQ2OTk-/Bausaetze_Module/Module/Lademodul_fuer_Lithium_Akkus_DAYPOWER_M_LL_TP4056.html

    Vielen Dank!
    Christian
  • Matze
    (registriert)
    24.07.2015, 21:08
  • Hallo Christian,

    ich rate dir dringend davon ab, mit einem Lader nicht-kompatible Akku-Typen zu laden.
    Die Ladeschlussspannung von 4,2 V ist für NiMH-Akkus viel zu hoch! Diese können daher sehr heiß werden oder anfangen zu brennen, weil die "überflüssige" Ladung in Wärme umgewandelt wird.
    Auch wird ein LiPo-Lader nicht nach der Konstantstromphase abbrechen.

    Bei dem von dir genannten Lademodul musst du auch mit Angaben wie "Ladestrom 1000 mA" vorsichtig sein. An einem Netzstecker kannst du das erreichen. Am USB-2.0-Port bekommst du max. einen Ladestrom von 500 mA hin, bei USB 3.0 immerhin ca. 900 mA.

    Mein Rat:
    Lass die Finger von solchen Experimenten.

    Anmerkung:
    Ich würde meine LiPos übrigens nicht einem Lademodul für 2,45€ anvertrauen. Wird die Ladeschlussspannung auch nur minimal überschritten, kann das den Akku dauerhaft beschädigen oder sogar entzünden. Und eine so genaue Messung bzw. Regelung der Spannung und des Stroms sind bei dem Preis meiner Meinung nach unmöglich.

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