Ausarbeitung von Sledgehammer (danke dafür!):
NiCd (Nickel-Cadmium) und NiMH (Nickel-Metallhydrid) Akkus
NiCd und NiMH-Akkus mögen in chemischer Hinsicht verschieden sein, für den Modellbauer sind sie jedoch ähnlich. Auf Grund von Umweltschutzbestimmungen (Reduzierung des Einsatzes von Cadmium) und der besseren Energiedichte (von NiMH-Akkus) werden ohnehin immer weniger NiCd-Akkus verkauft und verwendet.
Eckdaten:
- Beide Zellentypen haben eine Nennspannung von 1,2V.
- Die Ladeschlussspannung beträgt bei beiden Typen etwa 1,4V.
- NiCd und NiMH-Akkus weisen außerdem ähnliche Verhaltensweisen beim Laden auf.
- NiCd-Zellen sollten nicht unter 0,8 bis 0,9V entladen werden.
- NiMH-Zellen sollten nicht unter 0,9 bis 1,0V entladen werden.
- Bei den handelsüblichen Stick- und Saddlepacks werden 6 dieser Zellen (in der Größe Sub-C) in Reihe geschalten, wodurch sich eine Akku-Nennspannung von UP = 6 * 1,2 = 7,2V ergibt.
NiCd und NiMH Akkus neigen zur
Selbstentladung. Um eine
Tiefentladung zu vermeiden, sollten NiMH-Zellen etwa alle 2 bis 3 Wochen (NiCds alle 4 bis 6 Wochen) nachgeladen werden.
Memoryeffekt: Speziell NiCd-Akkus sollten unmittelbar vor einer Ladung immer "leer" (also bis zur Entladeschlussspannung entladen) sein. Andernfalls "merkt" sich der Akku die geringere Kapazität die von ihm gefordert wurde (daher die Bezeichnung Memoryeffekt). Wie stark dieser Effekt tatsächlich ausgeprägt ist, hängt natürlich auch von der Qualität der Zellen ab.
Auch wenn es bei NiMH-Akkus den Memoryeffekt nicht gibt (denn das Wort ist ausschließlich für NiCd "reserviert") - gibt es dennoch auch bei den NiMH-Zellen ähnliche Effekte. Auch hier empfiehlt sich (nach der Benutzung im RC-Modell) mit dem Ladegerät zunächst auf die Entladeschlussspannnung zu entladen und erst danach zu laden.
Ladeverfahren:
Geladen werden NiCd und NiMH-Akkus im Allgemeinen mit konstanter Stromstärke. Man unterscheidet folgende Ladungsarten:
- Formierungsladung
- beschleunigte Ladung
- Schnellladung
Als
Formierungsladung bezeichnet man die Ladung des Akkupacks mit 1/10C. Hat also der Akkupack eine Kapazität von 3.500mAh, so wird beim Formieren mit 350mA (= 0,35A) geladen. Der Vorgang dauert demnach theoretisch 10 Stunden lang. Praktisch ergibt sich jedoch auf Grund des Ladewirkungsgrades eine längere Ladedauer von etwa 12 bis 16 Stunden.
t = C / I * f
t ... Ladezeit (in Stunden, h)
C ... Akkukapazität (in Milliamperestunden, mAh), z.B. 3.500mAh
I ... Ladestrom (in Milliampere, mA), z.B. 0,35A = 350mA
f ... Faktor zur Berücksichtigung des Ladewirkungsgrades - etwa 1,4
Wichtig ist das Formieren (d.h. die Formierungsladung) zur Pflege der Akkus: Im Lauf der Zeit entsteht ein sogenannter „Zellendrift“, wodurch die einzelnen Zellen des Akkus unterschiedliche „Verhaltensweisen“ annehmen. Dies ist insbesondere bei der Schnellladung der Packs schädlich. Nach etwa jeder 10. Schnellladung sollte deshalb ein NiCd bzw. NiMH-Pack formiert werden. Das Formieren ist ein gezieltes „Überladen“ der Zellen, wodurch die Zellen wieder an einander angeglichen werden. Die Ladestromstärke ist jedoch so klein, dass die Zellen keinen Schaden nehmen.
Als
beschleunigtes Laden (bis etwa 1/2C) und
schnelles Laden (ab 1C) bezeichnet man Ladevorgänge mit höherer Stromstärke als beim Formieren.
Hier ist nun eine zuverlässige Abschaltung des Laders wichtig.
Die Stromstärke, die von NiMH und NiCd-Akkus abgegeben werden kann, ist auch von der Stromstärke des Ladevorganges abhängig: Akkus, die mit 1C geladen wurden sind wesentlich "druckvoller" als Akkus die zuletzt formiert wurden.
(Minus-)Delta-U-Abschaltung / Delta-Peak-Erkennung:
Wie an der nebenstehenden Grafik erkennbar, steigt mit zunehmendem Ladestand die Spannung zunächst rasch an. Anschließend verläuft die Spannung annähernd konstant. Ist die Zelle nahezu komplett geladen (Ladestand kurz vor 100%) steigt die Spannung nochmals ein wenig an. Anschließend fällt die Spannung wieder ab. Dieser Spannungsabfall nach dem Maximum kann von Ladegeräten mit „Delta-U-Abschaltung“ erkannt werden und das Gerät schaltet ab.
Wichtig ist:
- Der Spannungsabfall ist bei NiCd-Zellen deutlicher ausgeprägt als bei NiMH-Zellen.
- Der Spannungsabfall ist (speziell bei NiMH-Zellen) umso größer, je größer die Stromstärke des Ladevorganges ist. Bei Ladungen mit zu geringer Stromstärke (z.B. Formierungsladung) wird dieser Abfall vom Ladegerät unter Umständen gar nicht erkannt. Man sollte daher für moderne NiMH-Zellen einen möglichst geringen Delta-Peak einstellen (etwa 3 bis 5mV je Zelle).
- Bei einer Formierungsladung ist dieser Effekt erwünscht (der Lader soll gar nicht abschalten), problematisch ist das jedoch bei „mittleren und hohen“ Stromstärken: Schaltet das Ladegerät nicht ab, so erwärmt sich die Akkuzelle stark und nimmt Schaden.
- Sind die Zellen (eines Akkupacks) schon stark „gedriftet“ so erreichen die Zellen den vollen Ladestand nicht gleichzeitig. Damit entsteht aber auch der Spannungsabfall der Zellen nicht gleichzeitig und der Lader kann (in Summe) keinen Spannungsabfall des Akkupacks feststellen. Aus diesem Grund sollte man NiCd und NiMH-Akkus regelmäßig formieren.
Da es hier also Probleme mit der Erkennung des optimalen Endzeitpunkts des Ladevorganges geben kann, verfügen gute Ladegeräte über einen Temperatursensor, der am Akkupack während des Ladens befestigt werden kann: Erwärmt sich der Akkupack zu stark, so schaltet der Lader ab.
Daher:
- Neue Akkus zunächst formieren.
- Spätere Ladungen mit eher höheren Stromstärken (entsprechend den Herstellerangaben des Akkus).
- Für die Schnellladungen eher geringe Delta-Peaks wählen.
- Alle 10 Ladungen erneut formieren.
- Nach Möglichkeit den Temperatursensor des Laders verwenden.
