Laden und Ladegeräte


Ladegeräte - wichtiger Bestandteil unserer Hobbys




Modellautos mit elektrischem Antrieb benötigen einen "gefüllten" Akku, damit wir diese auf die Piste losschicken können. Dieser Saft füllen wir mit einem Ladegerät in die Akkus. Ladegeräte gibt es viele, Funktionsumfang und Vielfalt dieser Geräte sind sehr umfangreich. Wenn sie dieses Stichwort angeklickt haben, hoffen sie vielleicht darauf, dass ihre Frage - was soll ich kaufen? - beantwortet wird - aber da ich ja von keiner Firma bezahlt bin "Schade...." kann ich ihnen hier nicht weiterhelfen. Zu gross ist die Auswahl. Aber mit einem kleinen Leitfaden, kommen wir vielleicht ans Ziel ihrer Wünsche!

Eines aber vorneweg - kaufen sie sich von Anfang an ein gutes, vernünftiges Gerät. Machen sie es nicht wie ich, einfach mal eines kaufen, möglichst günstig und später nochmals der Griff in Richtung Geldbörse. Es macht einfach keinen Spass, Akkus zu laden, mit einem schlechten Gerät. Apropos Stichwort Gerät, was gibt es da für unterschiede:

Steckerladegeräte: Diese Geräte haben meist einen Anschluss für einen Akku - sie können das mit dem "Ladegerät" ihres Handys vergleichen. Einstecken - laden. Entlade und/oder Abschaltfunktionen werden sie vermutlich vergebens suchen. Gerade hier werden sie bald in den Prospekten, Fachzeitschriften oder im Internet sehnsüchtig nach anderen Angeboten suchen ........... und dann kommt wieder das Problem, wie sag ichs meinem Weibe oder Geldbeutel, dass eine neue Anschaffung bevorsteht ......!!

Multilader: Hier steht schon eine etwas grössere Gerät auf ihrer "Werkbank", meistens mit mehreren Ausgängen, welche parallel verwendet werden können. Eine Entlade und/oder Abschaltfunktion werden sie auch hier vermutlich vergebens suchen.


Automatikladegerät: Bei einem solchen Gerät bricht der Ladevorgang nach einer gewissen Zeit "einfach" ab, da diese mit einem einfachen Sicherheitstimer ausgerüstet sind. Diese Geräte arbeiten mit einem konstanten Ladestrom, von der Akkukapazität - also wieviel Strom geht überhaupt in dieses Gefäss - absolut unabhängig - er füllt einfach auf. Dies hat zur Folge, dass ihr Akku entweder voll ist (wunderbar) nicht ganz voll (sie werden also nicht lange mit dem Car unterwegs sein) oder gar überladen ist (sie werden also mit ihrem Car bald nicht mehr unterwegs sein .....) - nee, so einen Lader wollen wir lieber nicht, verzichten sie darauf!

Schnellladegeräte: Hier kommen wir unserem Kanditaten vielleicht schon ein bisschen näher. Wie das Wort sagt, geht es um die Geschwindigkeit. Sie werden bei der Durchsicht der Prospekte und des Werbematerials auf diversen Fachausdrücken stossen (erkundigen sie sich hier im Lexikon, was was ist ...) Wichtig sind aber folgende Funktionen:

Maximaler Ladestrom - ca. 5 - 6 Ampere
Manuelle Regelung des Ladestromes
Thema Delta-Peak
Sie haben sogenannte NiMH-Akku, dann sollte das Gerät fähig sein, mit solchen Akkus umzugehen, denn diese Akkus benötigen eine feinere Delta-Peak-Abschaltung - es droht sonst eine Ueberladung
Kommen wir zum Schluss zu den High-Tech-Geräten, den Computerlader:

Frei einstellbar, verschiedene Ladeprogramme - diese Geräte bringen ihr Akku so richtig in Gang (unter uns gesagt, hier sollten sie ihren Favoriten aussuchen :-))


Achten sie aber bei diesen Geräten (wie übrigens auch bei den Schnell-Ladegeräte) auf die Spannung, mit welchem sie betrieben werden. Sie werden 230V-Steckdosen-betriebene oder 12 V Autobatterie-oder-Netzteilbetriebene finden. Haben sie ein Netzteil ausgesucht, dann achten sie darauf, dass dieses 7-10 Ampere Strom liefern kann. Es gibt Geräte, welche beides anbieten - 230 und 12 V Betrieb ...! 12V Geräte bieten für den fast gleichen Preis eine professionellere Ausstattung (also die 230V Kollegen), aber sie werden bald nochmals Geld ausgeben, nämlich für ein Netzteil, denn es ist nicht immer ganz einfach, ihren PW ins "Bastelzimmer" zu bringen, denn die Akkus werden ja auch dort aufgeladen ..!


Was sie nehmen (sollen) ist ihren Bedürfnissen und Vorlieben überlassen - hier lasse ich sie einfach so alleine im Regen stehen ....! Wenn sie in den einzelnen Foren nachlesen, wird ihnen vielleicht geholfen, eher aber nochmehr Wind in den Kopf geblasen - es ist fast wie eine Religion ...........




Uebrigens, all diese Angaben gelten für die Elektro- wie auch Nitrofahrer! Laden von Akkus


Ein Thema, dass sie immer wieder und immer öfters beschäftigen wird ...


Akkus richtig aufladen - eine einfache Sache. Man nehme ein Ladegerät, hänge die Energieriegel daran und schon geht es los, der Ladevorgang. Schön wäre es. Für das einfache Laden von Akkus trifft diese Aussage sicherlich zu, aber je länger sie sich mit einem Elektrofahrzeug beschäftigen, desto mehr wollen sie aus den Akkus herausholen. Akkus akzeptieren nicht jede Nahrungsaufnahme die sie ihnen vorsetzen. Im Gegenteil, wenn sie nicht aufpassen wird es ihren teuren Akkus bald ziemlich übel und wollen danach nichts mehr von ihnen vorgesetzt bekommen. Die Illusion, dass es ein Ladeverfahren für alle Akkus gibt muss ich ihnen hier leider wieder wegnehmen ...! Dafür gebe ich ihnen hier aber Infos, die sie zu einem Akku-Meisterkoch machen werden.


Beginnen wir zuerst mit der grauen Theorie ...

Ich möchte sie ja nicht "Schulmeistern", wenn sie aber mit ihren Akkus richtig arbeiten und "diese verstehen wollen", müssen sie diese Infos über sich ergehen lassen ....

Wenn sie Akku der Nickelfamilie - also NiCD und NiMH - laden bilden sich im Innern Kristalle aus. Zum Thema Kristalle sollten sie folgendes wissen: Wenn sie einen niedrigen Ladestrom verwenden, bilden sich im Akku, grosse, reaktionsträge Kristalle - im Gegenteil zu einem hohen Ladestrom - dort werden kleine, "flinke" - reaktionsschnelle Kristalle abgegeben. Diese kleinen flinken Dinger haben die Angewohnheit, im Gegenteil zu den grossen trägen, dass sie die Ladung - also die Energie - wieder gerne abgeben. Was merken wir uns - wollen sie aus ihrem Nickelakku viel Leistung holen, müssen sie diesen mit hohen Strömen aufladen. Toll werden sie sich jetzt denken, dann schliesse ich mal meinen Nickelakku ans Ladegerät und gib dem so richtig Dampf - Halt Stop - hier gibt es doch noch einiges zu beachten, den hohe Ladeströme stellen hohe Anforderungen an alle benutzten Komponenten!


Ihr Akku muss auf die Hochstromladung vorbereitet sein

Die Zellen in ihrem Akku müssen miteinander funktionieren, harmonieren
Der Akku muss Hochstromfest sein
Die Steckverbindungen müssen darauf vorbereitet sein, d.h. sie müssen vergoldet sein und sich für solche hohen Ströme eignen
Sie brauchen ein Ladegerät mit entsprechenden Qualitäten
Die verwendeten Ladekabel müssen einen geeigneten Querschnitt vorweisen
Sie müssen ihr Akku immer wieder auf die Hochstromladung vorbereiten. Arbeiten sie hier nicht sauber, riskieren sie die Beschädigung oder Teilbeschädigung ihres Akkus - eine oder mehrere Zellen fallen aus. Wenn sie bedenken, wie teuer ein richtig guter Akku ist, dann muss ich ihnen nicht schreiben, dass das ganz schön an den Geldbeutel gehen kann.

Bereiten wir also untere Energieriegel entsprechend auf ihre Arbeit vor:

Ein neuer Nickelakku müssen sie in jedem Fall formieren, diese Formierung sollten sie alle 10 bis 20 Ladezyklen wiederholen. Dieses Vorgehen sorgt auch für eine Synchronisation der einzelnen Zellen.
Achten sie darauf, dass die Akkus nicht zu heiss werden - handwarm ist in Ordnung so um die 40 Grad Celsius
Der Akku sollte eigentlich leer sein
Dies ist vorerst alles zur Vorbereitung auf das eigentliche Thema. Sie werden sehen, die Begriffe schnelle, kleine, grosse Kristalle werden sie in den untenstehenden Zeilen noch oft zu lesen bekommen ....





Kümmern wir uns jetzt um die einzelnen Ladeverfahren:

1: Konstantspannung (Gehört zur Rubrik Risikoloses Laden)

Die oben rot eingekreisten Batterientypen können mit diesem Verfahren geladen werden. Wie es das Wort "Konstant" eigentlich selber aussagt, wir bei diesem Ladeverfahren vom Ladegerät eine fest definierte Spannung eingehalten. Dies geht automatisch nach einer bestimmten Formel.

Zu Beginn des Ladevorganges fliesst bei der Konstanzspannung ein relativ hoher Ladestrom, dies deshalb, weil die fast leeren Akkus eine niedrige Ruhespannung aufweisen. Je mehr sie den Akku mit Strom versorgen, je höher wird auch seine Ruhespannung, entsprechend nimmt auch der Ladestrom ab. Wurde der Akku voll aufgeladen, ist seine Ruhespannung gleich wie die im Ladegerät eingestellte Festspannung. Das Ladegerät senkt seine Stromzufuhr auf null.

Vorteil dieses Ladungsverfahren: Lithium- und Bleibatterien können nicht überladen werden. Die Akkus können einfach an den Ladegeräten belassen werden - können müssen aber nicht - bzw. die Lithium-Fraktion sollten sie auch mit diesem Ladeverfahren immer unter Kontrolle aufladen - mehr zu diesem Thema lesen sie hier.

Ladegeräte mit einer solchen Funktion sind relativ einfach aufgebaut und kosten deshalb nicht allzu viel.

Moderne Geräte haben einen zusätzlichen Strombegrenzer eingebaut. Der Grund ist folgender: Akkus der neueren Generation verfügen über einen besonders geringen Innenwiderstand - was würde das bedeuten? Richtig - zu Beginn des Ladeverfahrens würde ein sehr hoher Ladestrom fliessen - der Strombegrenzer hat hier die Aufgabe, den Akku vor Ueberlastung zu schützen.

Eigentlich ist dieses Ladeverfahren absolut sicher, dennoch gibt es einen kleinen Hacken an der Sache. Sie müssen ihr Ladegerät genau auf den Akku-Typ und auf die Zellenzahl einstellen. Stimmen diese Daten nicht, kann der Akku überladen werden - und bei Litihum-Akkus ist das nicht zu empfehlen - ausser sie wollen den Bastelraum renovieren - oder die Kollegen der Feuerwehr wieder einmal persönlich zu Hause begrüssen. Diese Dinger können explodieren und das wollen wir nicht - sie brauchen jetzt aber auch keine schlaflosen Nächte zu haben - klicken sie sich einfach durch die entsprechenden Kapitel zu diesem Thema hier auf dieser WebSeite.

Irgendwann werden wir nicht mehr neidisch auf die Handy oder Laptop-Fraktion schielen, denn dort werden auch Lithium-Akkus eingesetzt, welche einfach an das Ladegerät angeschlossen werden können, fertig. Sicherlich wird dies auch irgendwann mal bei unserem Hobby der Fall sein.



2: Konstantstrom (der eigentliche Standard)

So quasi als Standard beim "beladen" von NiCd und NiMH-Akkus hat sich das Konstantstromverfahren eingebürgert. Dabei wird der Akku von Anfang bis zum Schluss mit der gleichen Stromstärke geladen. Vorteil daran, eine zeitabhängige Abschaltung wird dadurch möglich - laden sie ihren Akku mit 1 C Ladestrom auf, ist dieser nach einer Stunde voll - rein theoretisch gesehen! Weiterer toller Effekt - es bildet sich eine typische Ladespannungskennlinie, dies ermöglicht die Abschaltung mittels Delta-Peak. Das Konstantstrom-Verfahren hat weiters die tolle Angewohnheit, für eine homogene innere Kristallkultur zu sorgen. Gleichmässiger Strom bewirkt das Wachstum von gleichmässigen Kristallen.

Ein Nachteil sei aber auch erwähnt: Erhöhtes Risiko bei der Abschaltung. Beendet das Ladegerät nicht rechtszeitig seine Arbeit, dann wird der Akku ziemlich schnell überlastet, es bilden sich Gase und er bläht sich auf.


3: C-Ladung (sie gehen auf absolut sicher)

Batterie aus der Nickelfamilie - also die beiden oben eingerahmten Vertreter - haben eine sogenannte Ladereserve eingebaut. Diese Reserve schützt den Akku vor der Ueberladung oder Tiefenentladung. Sie haben hier also eine sehr hohe Sicherheit, moderne Akkutypen haben eine Automatik bis 0.2 C eingebaut. Das heisst, dass diese Akkus bei Strömen bis 0.2 C NIE überladen werden. Ladegeräte dieser Kategorie laden einen Akku in rund 12 - 14 Stunden auf - vergessen sie nach dieser langen Zeit den Akku vom Geräte wegzunehmen macht das nichts. Diese Ladegeräte werden 0.1 C-Ladegeräte bezeichnet. Weil es doch relativ lange geht, bis der Akku voll ist werden auch 0.2-C-Geräte angeboten, hier ist ein Akku in der Häflte der Zeit aufgeladen.

Was "bringt" mir ein solches Ladegerät sonst noch für Vorteile? Diese Geräte werden sehr billig angeboten, weil keine Abschaltautomatik eingebaut werden muss.

Bedenken sie aber bitte, dass bei diesem Ladeverfahren träge Akkus "gemacht" werden. So niedrige Ströme erzeugen grosse und reaktionsschwache (träge) Kristalle. Verwenden sie dieses Verfahren also nicht für Antriebsakku, die eigentlich in kurzer Zeit hohe Ströme bereitstellen sollten.

Zur einfacheren Handhabung dieser C-Ladung hier noch ein Rechenbeispiel: Unser 2400 mAh Akku wird mit einem Stromfluss vom 240 mA geladen - die Ladedauer ist einem solchen Falle 14 - 15 Stunden


4: Pulsladung

Mit diesem Verfahren stellt man sich der grössten Herausforderung bei der Ladung von Nickelakkus - der sich bildenden Kristallstruktur. Ziel dieses Ladeverfahrens: Die Bildung möglichst kleiner Kristalle, denn diese sind agil und reaktionsfreudig, das bewirkt, dass der Akku seine Energie besser und "lieber" abgibt als Akkus mit grosser Kristallbildung - Ziel ist es, möglichst keine Kristalle zu bilden. Ein solcher Akku hat "richtig Dampf". Akkus der Nickelfamile vertragen aber von ihrer Konstruktion her nur mässig hohe Ströme - das bedeutet, dass es gar nicht so einfach ist, den Akku so zu laden, dass sich kleine Kristalle bilden.

Wie lösen wir dieses Problem? Der Akku wird mit einzelnen Ladungspäckchen versorgt. In der Fachsprache heisst das: Der Akku wird mit gepulstem Ladestrom versorgt. Diese Impulse sind für den Akku eigentlich "zu hoch", weil man ihm aber immer wieder eine kleine "Verschnaufpause" gibt, kann er diese Nahrungsaufnahme verdauen. Ich möchte ihnen das noch ein bisschen genauer erklären - ein Akku kann in begrenztem Umfang wie ein Kondensator arbeiten, d.h. sie können eine bestimmte Ladungsmenge zwischenspeichern und anschliessend in chemische Molekülketten umwandeln. Dank diesem Wissen kamen die Techniker während ihrer Forschungsarbeit auf die Pulsladung. Diese hat an und für sich nur Vorteile. Die Kristalle sind klein, die Kristallkultur im Akku ist homogen und man kann den Akku zum Ende des Ladevorganges ganz sanft an seinen Anschlag bringen.

Nachteil? Es braucht ein tolles Ladegerät, eine gute Elektronik mit entsprechender "Intelligenz". 




5: Widerstandsabhängige Beladung

Eine weitere Art der intelligenten Anpassung des Ladezustandes von Nickelakkumulatoren (Akkus). Die deutsche Firma Schulze Elektronik hält das Patent für dieses Verfahren.

Bei diesem Ladeverfahren ermittelt das Ladegerät in regelmässigen Abständen den Innenwiderstand des angeschlossenen Akkus. So wird der Ladestrom errechnet. Wenn der Akku voll ist, steigt der innenwiderstand. Dies macht sich das Ladegerät dieser Firma zunutze und verzichtet auf eine separates Abschaltverfahren, denn das Gerät ermittelt das Ladeende anhand der Widerstandskurve die sich "bildet". Was macht das Gerät konkret? Es ermittelt das Ladeende anhand des Verlaufes dieser Widerstandskurve - der Ladestrom verringert sich parallel mit Anstieg des Ladewiderstandes, führt den Akku auf ganz sanfte Art und Weise an seine Kapazitätsgrenze heran. Der Akku wird so sehr schonend geladen und an seine optimale Füllgrenze geführt.

Wie misst das Gerät den Innenwiderstand? Indem es in regelmässigen Abständen die Stromzufuhr abstellt und sich in diesen Pausen nach der Ruhespannung des Engerieriegels "erkundigt" - oder sachlich ausgedrückt - es misst die Ruhespannung in diesen Pausen. Was jetzt kommt ist wirkliche Ladekunst: Anhand der Ruhespannung und der bei eingeschaltetem Ladestrom anstehender Klemmenspannung wird der Innenwiderstand des Akkus berechnet. Fragen sie mich bitte hier nicht nach dieser Formel, das sprengt mein Wissen um ein tausendfaches ..!

In diesem Zusammenhang sollten sie aber trotzdem eine Erkenntnis mit auf den Weg nehmen: Der Innenwiderstand eines Akku liegt auch von den verwendeten Steckern und Kabel ab, weil das Ladegerät den Akku ja nur über diese Verbindung erfühlen kann. Also nochmals kurz und verständlich: Wenn sie sich für diesen Ladevorgang entschieden haben müssen sie wissen, dass das von ihnen verwendete Ladekabel ein relativ wichtige Rolle spielt. Auf was müssen sie achten?

Verwenden sie ein möglichst kurzes Kabel
Verwenden sie einen grossen Kabeldurchschnitt
Verwenden sie einen Akku, mit kurzen und dicken Anschlusskabel
Verwenden sie beidseitig vergoldete Anschlusstecker

Ein weiterer toller Vorteil, bei der Ermittlung des Innenwiderstandes: Das Gerät kann den Akkutyp selber herausfinden und kann sich somit automatisch darauf einstellen und somit den optimalen Ladestrom verwenden. Ladegeräte der Firma Schulze haben deshalb einen grossen Vorteil gegenüber allen anderen Geräten: Die Vollautomatik. Sie können ihre NiMh und NiCd-Riegel aller Grössen an das Gerät anschliessen und der Akku wird optimal geladen.

Dieser Service hat aber seinen Preis - das haben sie sich sicherlich schon gedacht ...! Bedenken sie bitte auch, dass moderne Akkus einen sehr geringen Innenwiderstand haben umso schwieriger ist die Aufgabe des Ladegerätes und diese Technik will und muss bezahlt werden. Bei alten Akkus sollten sie mit dieser Methode aufpassen, das Gerät nimmt gerne untypische Werte an - Augen auf und kontrollieren. Genau für dieses Problem besitzen die Schulze-Geräte auch die normale Kontstantstrommethode und somit eine Delta Peak Abschaltetechnik.



6: Reflexladung

Wir wechseln von Deutschland in die USA - denn dieses Ladeverfahren stammt aus dem Land der unbegrenzten Möglichkeiten. Die Firma Christie Electric besitzt hier das Patent. Jahrelang wurde von dieser Firma geforscht (und gepröbelt) bis die Erkenntnise reichten um diese Reflexladung für das Patent anzumelden.

Bei der Reflexladung hält das Gerät immer wieder ein bisschen die Luft an - wird pro Sekunde für 17 Milisekunden der Ladestrom abgeschaltet. Das Geräte ruht sich aber während dieser Pause nicht einfach aus, nein, es schaltet fünf Milisekunden lang einen Entladeimpuls mit der 2.5fachen Ladestromstärke ein. Dadurch sinkt der Druck im Akku, dieser heizt sich nicht so sehr auf und kann besser gefüllt werden. Die Stärken dieser Reflexladung ist also, dass die Akkus mit maximaler Schonung möglichst optimal "aufgefüllt" werden können

Vielleicht runzeln sie bei diesen Zeilen ein bisschen die Stirn, denn die Reflexladung ist innerhalb der Modellbaukreisen in die Kritik geraten. Das geht sogar soweit, dass diverse Ladegeräte-Hersteller von dieser Art Ladevorgang abraten. Grund dafür ist die Tatsache, dass die Reflexladung auf die richtige Gestaltung des Entladeimpulses angewiesen ist. Ist dieser Impuls zu lang, verringert sich die Lebenserwartung ihres Energiespenders, weil er während des Ladevorganges immer auch ein bisschen entladen wird. Will man es richtig machen, muss der Entladeimpuls an den zu ladenden Akku und seinen Ladezustand angepasst werden und das erfordert ein absolutes Top Ladegerät mit einer hochintelligenten Elektronik. Ich gehe davon aus, dass die Techniker der Firma Christie Electric - und eben nur die - solche Geräte bauen können. 




7: Trickle-Ladung (Sehr wichtig!!!)

Eine (schlechte) Eigenschaft der Nickelfamilie - vorallem die NiHM-Fraktion - ist die Angewohnheit der verstärkten Selbstentladung. Schon bald kam man auf die Idee, durch ständiges Nachladen diese Akkus wieder aufzuladen. Keine schlechte Idee und so wird es in der Praxis auch gemacht - der Akku ist immer voll und bereit wenn man ihn braucht. Dieses Nachladen erfolgt mit sehr kleinen Strömen, unterhalb 0.1 C. Sollten sie die Zeilen oben gelesen haben, könnte es sein, dass sie jetzt wissen, was das - mit kleinen Strömen arbeiten - (schlechtes) bedeutet ... kleine Ströme "züchten" viele, kleine, träge Kristalle im Akku!. Erkenntnis daraus, ein solches Nachladen macht aus unseren Akkus langsame Energieriegelchen. Als interessierter Leser denken sie jetzt vielleicht an kürzere Nachladeperioden - lassen sie diesen Gedanken wieder los. Der Akku verliert dabei schnell seine ganze Kraft und wird so richtig faul und träge - bekannt unter dem Begriff Lazy-Battery-Effekt auf deutsch - Faule-Batterie-Effekt (kein Witz).

Nun gibt es halt eben Leute, die irgendwo immer ein bisschen intelligenter sind (auf bestimmten Bereichen) als andere Leute. Diese Ingenieure erinnerten sich an die Pulsladung. Sie hatten folgende Gedanken - was ist, wenn ich die Pulsladung auseinander ziehe, bis sich im mathematischen Mittel der Nachladestrom ergibt. Also nochmals auf deutsch - eine abgeändert Pulsladung kann zum Nachladen von Nickelakkus verwendet werden - Tickle-Ladung genannt - oder auf englisch Trickle-Charge.

Was macht das Ladegerät? Es gibt einen Ladeimpuls meistens in der Höhe von 1 C auf einer Sekunde Länge, der einmal pro Minute geschaltet wird, ab.

Sie können zwar mit der Trickle-Ladung den Ladungsverlust aufheben, sie sollten aber trotzdem die Akkus in regelmässigen Abständen neu laden und entladen. Die Kristallbildung wird sich auch mit der Trickle-Ladung zu grösseren "Kulturen" zusammenschliessen.



8: Tech-Info:


Ladearten

Es wird unter 4 verschiedenen Ladearten unterschieden:

Schnellladung - 0,5 - 2 C
beschleunigte Ladung - 0,2 - 05 C
Normalladung - 0,1 C
Erhaltungsladung - 0,03 - 0,05 C