Hallo an die Community,
Ich hoffe, ich darf hier einfach posten.
Es wurde von einem Mitglied hier einst ein Akku bei mir gekauft. Bei Fragen zur Schutzschaltung schickte mir besagtes Mitglied einen Link des Forums, in dessen Threat ich mich erst einmal einlesen musste, um die Frage beantworten zu können.
Da bin ich immer wieder auf das Thema Energieversorgung mit Powerbank / Selbstabschaltung / Laden während der Benutzung (also praktisch USV Betrieb) und ähnliches gestoßen.
Ich würde gerne ein paar allgemeine Dinge zum Thema Lithium Akku abgeben, da dieses Thema anscheinend alle betrifft.
Dabei würde ich mich auf die Akkus beziehen, mit denen ich am meisten praktische Erfahrungen hatte und den aktuellen Entwicklungsstand kenne. Natürlich auch nicht ohne die negativen Seiten dieser Akkus aufzuzeigen.
Lithium Polymer.
Hierbei geht es um die Eigenschaften und Sicherheiten der Zellen.
Es werden auch ein paar schöne Fotos von eigenen Versuchen an Zellen folgen, um dem Threat etwas „substanz“ zu geben, aber vorerst würde ich gerne grundlegende Dinge erörtern.
Lithium-Polymer
Vorteile:
- Lithium Polymer Akkus sind die Akkus mit der höchsten Leistungsdichte am Markt. Obgleich die Akkus nur eine „minderwertigere“ Form der Lithium Ionen Akkus sind. Dazu kommen wir aber noch. Die Leistung liegt hierbei bei bis zu 180W/h und übertrifft seit einiger Zeit auch den Lithium Ionen Akku in der Leistung.
- Weiterhin besitzt dieser Akku ein gelartiges nicht flüssiges Elektrolyt. Dadurch kann der Akku in nahezu jeder Bauform produziert werden, eine vollkommene Abriegelung ist nicht notwendig.
Auch die Reaktionsfreudigkeit bei Lithium Polymer ist "geringer" als bei Lithium Ionen Akkus, da diese nur durch eine Folierung geschützt sind, und so Spielraum zum Ausdehnen haben. Ein beschädigter Lithium Akku kann meist auch frühzeitig an leichten „Blähungen“ erkannt und ausgetauscht oder „repariert“ werden, aber dazu später mehr.Bei Lithium Ionen Akkus befindet sich die Zelle in einem vollmetall Gehäuse, welches meist größeren Schaden durch den Druckstau bei Zellschäden verursacht.
Nachteile:
Natürlich gibt es auch Nachteile gegenüber Lithium Ionen Akkus.
Hierbei muss man bedenken, dass Lithium Polymer nur eine Unterklasse von Lithium Ionen Akkus sind und somit nicht an die „Qualität des Originals“ ran kommt.
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Wer einen Lithium Polymer Akku kauft, sollte besonders auf das Alter schauen. Akkus oder Lithium Polymer basierte Powerbanks ohne Produktionsdatum am Besten nicht anfassen. Gegenüber Lithium Ionen Akkus haben Lithium Polymer nämlich eine sehr begrenzte Lebensdauer. Diese liegt zwischen 4-7 Jahren und hängt sehr damit ab, bei welcher Temperatur die Zellen benutzt werden. Sind Akkus älter als 1 Jahr, sollte man einen Kauf eventuell überdenken.
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Auch die Anzahl der Zyklen ist sehr begrenzt. Kommt ein Lithium Iionen Akku auf ca. 1.000 Zyklen, ist man bei Lithium Polymer bei max. 700 Zyklen bei einer guten Qualität angekommen.
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Und ja, Lithium Ionen Akkus halten auch hohe Temperaturen besser aus. Die Zellchemie bei Polymer Akkus zersetzt sich sehr viel schneller als die von Lithium Ionen. Temperaturen über 50 Grad beeinträchtigen die Lebensdauer, ab 60 Grad baut sich die Zellchemie rapide ab.
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Und natürlich sind Lithium Ionen Akkus entsprechend günstiger. INR18650 Zellen von Samsung mit 3,6V 3.500mAh (Physikalische Leistungsgrenze ist 3.600mAh – also sollte jemand einen 18650 Akku mit einer höheren Kapazität finden, ist er garantiert gefälscht) gibt es auf Ebay schon für 5€ pro Zelle – die gleiche Kapazität bei Lithium Polymer kostet ca. 10€. Wobei dies von der Entladerate abhängt.
Zusammenfassend kann man sagen:
Ein LiPo ist sicherer und hat gleichzeitig eine höhere Kapazität.
Ein LiIon ist dafür um einiges haltbarer und resistenter.
Die Entladerate
Standart werden Lithium Polymer Akkus mit einer Entladerate verkauft.
Diese zeichnet sich in Coloumb © ab.
Ein Akku mit 2.000mAh und 2C Entladerate hat
2.000mAh x 2 © = 4.000mA = 4A Entladestrom. je höher die C-Rate ist, desto niedriger ist natürlich die Energiedichte
Leider muss man das immer sagen. Wir haben viele Kunden, die darauf brennen unsere Akkus zu kaufen, weil sie so viel Kapazität haben – und bekommen dann enttäuschte Gesichter, weil die Drohne nich fliegen will oder das RPI USV Board 1,8A in einen 600mAh Akku zu drücken (Laden) versucht und die Schutzschaltung sagt: Nicht mit mir.
Ein weiterer Vorteil durch Low Rate Akkus (Akkus unter 2C Entladerate) ist der hohe Innenwiderstand. High Rate Akkus haben einen Innenwiderstand von 5mOhm, welcher niedriger ist als der der meisten Anschlussleitungen eures Mikrocontrollers. Bei Kurzschluss können Ströme von mehreren 100 Ampere fließen und Akku wie auch Elektronik dahinter binnen Augenblicken zerstören.
Low Rate Akkus haben einen Innenwiderstand von >80mOhm, welcher bei Kurzschluss reaktionsträger ist. In unseren Versuchen hatten wir bisher keinen Akku dabei, der bei Kurzschluss direkt explodiert ist. Dauert der Kurzschluss jedoch längere Zeit an, würde auch der Akku thermisch aktiv werden (hier kommen bald Kurzschluss Bilder von low rate rein)
Das Laden des Akkus:
Standart Lithium Polymer Akkus haben eine Ladeschluss Spannung von 4,2V. Neuerdings gibt es auch HV Akkus mit 4,35V, aber um die kümmern wir uns vorerst nicht.
Lithium Polymer Akkus sind sehr empfindlich. Schon geringe Abweichungen von der Norm können irreversible Schäden mit sich ziehen.
Daher kurz die wichtigsten Angaben:
Ladeschlussspannung: 4,2V
Nennspannung: 3,6-3,7V
Entladeschluss:
3,0V im belasteten Zustand
3,3V im unbelasteten Zustand
Max. Ladestrom: 1C (bei einem 1.000mAh Akku sind das also 1A).
Der max. Ladestrom von 1C ist eine Standart Angabe bei LiPo Akkus. 0,2C ist der erwünschte Ladestrom für optimale Lebensdauer, 0,5C der Standart Ladestrom und 1C der Max.
Kann man sich so merken:
Wer 700 Zyklen haben will benutzt 0,2C
Bei 400 Zyklen 0,5C
Und wer nicht mehr als 200x laden will benutzt 1C.
Dabei gilt - industriell gesehen - ein Akku als “tot”, wenn er weniger als 70% seiner Ursprungskapazität besitzt.
Dabei hängt die Laderate natürlich stark von der Zellchemie ab, die vorher geschriebenen Werte sind jedoch die, die von fast jedem produzierenden Unternehmen vorgeschrieben sind. Für jeden LiPo Akku.
Die ideale Ladetemperatur liegt bei Raumtepmeratur (19-22°C)
Wie lädt man Akkus?
Der einfachste Weg ist: mit einem Ladegerät. Ich habe mir selbst mal vor ewigen Zeiten ein 10er Pack kleine 1A Lithium USB Lader (einfach bei google eingeben) bestellt, die reichen für meine Projekte. An jedem Akku ein Lader geklebt und bei bedarf den Mikro USB Stöpsel dran.
Kleiner Tip: Akkus nie voll laden. Wenn ihr sie nie voll laded oder nie leer macht, halten die Akkus trotz dauernder Benutzung Jahre durch. Um das zu erreichen könnt ihr bspw. Die Ladespannung vom Laderegler von 4,2 auf 4,1V senken, indem ihr eine Diode davor klemmt.
Achtung, eigene Meinung:
Ich weiß, ich ernte viel Häme, wenn ich das zugebe, aber: Ich mach einfach einen großen tropfen Heißkleber auf den akku und drücke die vorgelöteten Lader mit dem 5V USB Ausgang (Suchbegriff Google 5V USB Stepup) direkt auf den Akku, kauf mir polymorphes plastik, wickel den Akku darin ein und hab ne fertige Powerbank im Hardcase, die ich laden und entladen zugleich kann. Ich habe daran nie Sicherheitsprobleme gesehen oder Leistungseinbußen bemerkt, wenn die mal kurzfristig mehr als 100 Grad haben.
Das Bild (hoffentlich wird’s hochgeladen) zeigt oben beschriebenes mit 2x 3.400mAh Akkus parallel, die seit ca. 1 Jahr und 100 Ladezyklen laufen… Sieht man ihr auch an. Hat bisher immernoch 95% der Ursprungskapazität.
Bitte entschuldigt die Hässlichkeit, sie musste einiges mitmachen, und ich habe ihr das meiste vom Gehäuse für andere Reparaturen “geklaut”.
Die Schutzschaltung:
Zuguterletzt (vorerst) noch etwas zur Schutzschaltung:
Lithium Akkus – besonders Lithium Polymer Akkus für Endgeräte – kommen immer häufiger mit Schutzschaltung.
Diese Schutzschaltung ist jedoch nur auf maximal Werte ausgelegt.
Ich kann nur von unseren standart Akkus reden, aber wir haben beispielsweise bei allen Akkus die Werte:
Schutzabschaltung ab 4,275V
Schutzabschaltung bei Entladung bei 3,0V (unter Last)
Schutzabschaltung bei Kurzschluss (Alles größer 1C sorgt dafür, dasss der Akku sich abschaltet)
Die Abschaltungen werden nur unterbrochen, wenn die Fehlerquelle unterbrochen wird. Heißt: Macht der Tüftler nix, macht der Akku auch nix. Bei Kurzschluss muss er einen Reset bekommen (von Stromquelle trennen) wie auch bei einer Unterladung. Andere Händler sollten aber auch diese Schaltungen anbieten, es ist praktisch ein Standart bei Low Rate Akkus geworden.
Achtung: High Rate Akkus sind etwas Anderes. Diese besitzen von vornherein keine Schutzschaltung, da sie meist im RC/Modellbau angewendet werden.
Das war´s vorerst. Es gibt noch eine ganze Menge mehr über LiPo Akkus, das kommt jedoch schrittweise. Viel Zeit zum schreiben habe ich nicht.
Gerne können auch ein paar weitere Mitglieder spezifischer werden oder besagtes kommentieren 
Ich lerne selbst gerne dazu.
Edit:
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Viele Grüße
Daniel Beck
).
