Ladegerät

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Ein Ladegerät hat die Aufgaben, möglichst viele verschiedene Akkus möglichst schnell und möglichst schonend zu laden.

Wie gut ein Ladegerät diese verschiedenen Aufgaben unter einen Hut bringt, ergibt sich anhand seiner Merkmale. Kein Ladegerät ist gleichzeitig billig, leistungsfähig und auch noch Akku-schonend. Jedes Gerät muss seine Ansprüche also irgendwo zwischen diesen Anforderungen einordnen. Dabei ist es nicht unwahrscheinlich, dass zwei Ladegeräte zusammen die Ansprüche besser erfüllen als ein Einzelnes, und dabei zusammen auch noch billiger sind. Immerhin gibt es schon für unter hundert Euro Lader, die für die meisten Anwendungen alle wesentlichen Funktionen erfüllen, wenn auch vielleicht nicht so komfortabel wie die 'Luxusklasse'.


Akkutyp

Natürlich muß ein Ladegerät die Akkutypen laden können, die man verwendet. Die meisten am Markt angebotenen Ladegeräte können Lixx und Nixx-Akkus laden, manche auch noch Bleiakkus, Tadiran- oder RAM-Akkus.


Zellenzahl

Die Zellenzahl ist eine andere Bezeichnung für die maximale Ladespannung des Geräts. Der Preis eines Laders steigt etwa proportional zur möglichen Ladespannung. Da nicht immer eindeutig ist, auf welchen Akkutyp sich die Angabe bezieht, ist die Spannungsangabe das verläßlichere Maß. Es gibt eine wichtige Schwelle bei 12V-Ladern, die bei der Versorgungsspannung von meist 13,5V liegt. Oberhalb dieser Zahl benötigen diese Ladegeräte einen Wandler, um höhere Spannungen erzeugen zu können, als die Autobatterie sie liefert. Die 12V-Schwelle erklärt, warum es viele preiswerte Ladegeräte für bis zu 3 Zellen LI /7 Zellen Ni gibt. Für den Car-Bereich oder den Indoor-Flug ist das auch völlig ausreichend; größere Elektroflieger kommen jedoch mit 7 Zellen über einen gemütlichen Flugstil kaum hinaus.

Auch nicht ganz unwichtig ist die geringste Zellenzahl, die geladen werden kann. Die Eigenschaft, Einzelzellen zu laden und zu entladen ist unentbehrlich bei der Konfektionierung eigener Akkupacks.

Ladestrom

Auch hohe Ladeströme wirken sich auf den Preis eines Laders aus, allerdings nicht ganz so, wie man vielleicht denkt. Der Lader muss die Differenz zwischen der Akkuspannung und seiner Versorgungsspannung vernichten. Sprich: sie wird in Wärme umgesetzt. Bei hohen Strömen kann das sehr viel Wärme sein. Ist die Akkuspannung jedoch nur wenig geringer als die Versorgungsspannung, lassen sich mit geringem Aufwand hohe Ladeströme realisieren. Darum gibt es preiswerte 3/7 Zellen-Lader für 12V, die enorme Ladeströme abgeben! Mit denen kann man aber keinen Vierzeller laden, oder wenn, dann nur mit erheblich reduziertem Strom. Je weiter die mögliche Zellenzahl variiert, desto größer das Problem. Manche Hersteller treiben einen enormen technischen Aufwand mit step-up- und step-down-Wandlern, um über einen großen Spannungsbereich konstante Ströme liefern zu können, was sich natürlich auch im Preis niederschlägt. Andere geben einfach nur den "maximalen" Ladestrom an und überlassen es dem Anwender, zu testen, was das für seinen speziellen Akku bedeutet. Um aktuelle Akkus schnell laden zu können, sollte ein Lader 5-6 Ampere liefert. Ob darüber hinaus (preistreibende) 8 oder 10 Ampere notwendig oder auch nur im Sinne der Akkus sind, mag jeder für sich entscheiden.


Ausgänge

Es ist natürlich praktisch, wenn ein Ladegerät über mehrere Ausgänge verfügt. Man sollte aber nicht denken, dass ein Lader mit vier Ausgängen vier Lader mit je einem Ausgang ersetzt - das ist nur selten der Fall. Viele Lader haben zusätzliche "Ausgänge" zur Ladung von Sender- und Empfängerakkus. Solche Hilfsausgänge sind zweifellos nützlich, aber im Gegensatz zu 'richtigen' Ausgängen handelt es sich nur um auf kleinen Strom begrenzte Abgriffe der Quellspannung. "Richtige" weitere Ladeausgänge sind etwas anderes. Man sollte jedoch nicht unbedingt davon ausgehen, dass die Ladeausgänge tatsächlich gleichwertig sind und gleichzeitig betrieben werden können: Oft weicht die Zellenzahl oder der Ladestrom zusätzlicher Ausgänge vom ersten Ausgang ab. Auch macht es einen großen Unterschied, ob die Ausgängen gleichzeitig arbeiten können, oder ob sie nur wahlweise oder nacheinander aktiv sind. Und dann gibt es Geräte, bei denen der angegebene Lade- und Entladestrom pro Ausgang nur solange gilt, wie man nur einen Ausgang benutzt. Bei zwei oder mehr Ausgängen teilen sich die Ströme und Leistungen auf. Leider neigen Hersteller nicht immer dazu, solche technischen Details zu betonen. Wer Wert auf mehrere Ausgänge legt, muss sich also genau informieren.


Automatikladung

Auch "Plug and Forget" genannt. Diese Eigenschaft ist sehr angenehm, vor allem unterwegs. Man klemmt nur den Akku an und bekommt ihn so schnell wie möglich geladen zurück. Der Lader misst die Akkuparameter während des Ladevorgangs und teilt ihm so viel Strom zu, wie er verträgt. Einstellungen und die damit verbundenen möglichen Fehler entfallen. Soweit die Theorie. Wie überall im Leben gilt aber auch hier: nichts ist beliebig zuverlässig. Nicht alle Automatikladefunktionen werden mit allen Akkus bzw. Akkutypen gleich gut fertig. Da hilft nur: Ausprobieren oder jemanden fragen, der sich damit auskennt, zum Beispiel im Forum von RC-Network. Natürlich darf eine Automatikladung nur ergänzend zur manuellen Stromwahl vorhanden sein. Andernfalls ist sie kein Komfortmerkmal, sondern ein Ärgernis. Tatsächlich bezeichnen manche Hersteller ihre Produkte sogar als 'Automatiklader', weil sie nur einen festen Ladestrom haben und über keinerlei Einstellmöglichkeiten verfügen!

Entladefunktion

Die Entladefunktion hat in Zeiten der Li-Akkus ihre Bedeutung weitgehend verloren, mit Ausnahme der Kapazitätsmessung, siehe unten.

Ni-Akkus benötigen die Entladefunktion zur Akkupflege. Jeder Ni-Akku muss ab und an entladen werden, sonst lässt seine Spannung nach (Großkristalleffekt, manchmal auch VD oder 'Memory' genannt). Das Flug- Schiffs- oder Automodell ist zum Entladen von Akkus überhaupt nicht geeignet; obwohl man solche 'Entladevorgänge' immer wieder sieht. Eine Entladefunktion ist dadurch gekennzeichnet, dass sie beendet wird, wenn die Akkuspannung unter einen bestimmten Wert sinkt, denn andernfalls muss mit Folgeschäden gerechnet werden. Für hohe Entladeströmen gilt das gleiche wie bei den Ladeströmen, nur etwas einfacher. Hier muss die gesamte Leistung des Akkus vernichtet werden. Natürlich ist es leicht, eine Zelle mit 5A zu entladen. Bei 30 Zellen sieht das ganz anders aus. Es ist seriös, wenn der Hersteller die maximale Entladeleistung in Watt angibt, dann weiß man, woran man ist. Ist nur der 'maximale' Strom angegeben, sollte man diesen besser hinterfragen.


Kapazitätsmessung

Es ist aus zwei Gründen praktisch, die Kapazität eines Akkus messen zu können. Notiert man sie über einen längeren Zeitraum, merkt man es rechtzeitig, wenn etwas mit dem Akku nicht stimmt und kann sich um das Sorgenkind kümmern, bevor man es versehentlich ruiniert. Bei Einzelzellen ist es eine wichtige Angabe, um diese zu einem Akkupack zu selektieren. Notwendige Voraussetzungen zum Messen von Kapazitäten sind also eine Entladefunktion, und natürlich ein Display, um die Kapazität ablesen zu können.


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Merkmale von Li-Ladern

Das Ladeverfahren von Li-Ladern ist im Prinzip sehr einfach. Eine Strombegrenzung sorgt dafür, dass der Akku beim Laden nicht überlastet wird, und eine Spannungsbegrenzung verhindert die Überladung. Allerdings sind Li-Akkus sehr empfindlich gegen Überladung. Daher haben gute Li-Lader einige Merkmale, die dafür sorgen, dass eine Überladung auch einzelner Zellen verhindert wird.

Spannungsüberwachung

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Ein Li-Lader muss in der Lage sein, Spannungen sehr genau zu messen. Eine um 0,1V zu hoch eingestellte Spannungsbegrenzung kann den Akku auf Dauer zerstören. Dazu gehört auch, dass der Akkutyp (LiIo, LiFePo, LiPo) einstellbar ist, denn die Ladeendspannungen dieser Typen variieren um einige zehntel Volt.

Balancer

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Da Li-Akkus nicht formiert werden können, müssen Balancer dafür sorgen, dass die Spannungen bzw. Ladezustände einzelner Zellen im Pack einander angeglichen werden. Bei manchen Ladegeräten übernehmen interne Balancer diese Aufgabe.


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Merkmale von Ni-Ladern

Die Schnelladung von Ni-Akkus ist komplizierter als die von Li-Akkus. Ni-Schnellader verfügen daher über eine Reihe weiterer Merkmale, die ein Li-Lader nicht benötigt.


Endabschaltung

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Die Ladeendabschaltung des Ladegeräts wird umso wichtiger, je höher der Ladestrom ist. Daraus folgt zunächst, dass einfache, preiswerte Konstantstromlader mit Ladeströmen von 300mA oder weniger, gar keine Ladeendabschaltung benötigen. Aktuelle NC-Akkus vertragen die Überladung mit C/5 über mehrere Stunden, ohne Schaden zu nehmen (bei NiMH eher C/10 und weniger). Bei Schnellladung sieht das aber ganz anders aus. Der Akku kann hohe Ladeleistungen nicht absorbieren; schaltet das Gerät nicht rechtzeitig ab, überhitzt er und 'gast ab', mit der Folge dauerhafter Schädigung. Die Ladeendeerkennung spielt also nur bei Schnellladern eine Rolle. Hier ist sie aber eminent wichtig, denn ein Schnelllader mit schlechter Ladeendeerkennung kann reihenweise Akkus ruinieren.

delta-Peak (dP)

Hierbei handelt es sich um eine Sammelbezeichnung für Methoden, das Absinken der Akkuspannung bei Erreichen des Ladeendes auszuwerten. Das dP-Verfahren ist in seiner Grundform einfach zu realisieren und daher sehr verbreitet. Im Prinzip ist es recht zuverlässig. Einschränkungen gibt es bei disformierten Akkus, und bei NiMH-Zellen, bei denen der ausgewertete Spannungsabfall weniger deutlich ist. Dazu kommt, dass eine Ladung mit hohem Strom und plötzliche Abschaltung den Akku nicht ganz voll bekommt. Manche einfachere Lader mit dP-Abschaltung gehen daher recht aggressiv zu Werke und nehmen eine Überladung in Kauf, um den Akku voll zu bekommen. Dies ist der Lebensdauer des Akkus nicht eben zuträglich. Es ist also immer von Vorteil, wenn bei einem Lader die dP-Ansprechschwelle einstellbar ist.

Curve Processing

Unter diesem Begriff kann man Ladeendeerkennungsverfahren zusammenfassen, die zusätzlich zu dP weitere Merkmale der Ladekurve auswerten. Wirklich gut geht das nur mit einer prozessorgesteuerten Elektronik, weshalb diese Verfahren eher den Komfortladern zuzuordnen sind. So steigt z.B. die Ladekurve bei 80% der Ladung deutlich an, um bei 90% in eine Sättigung überzugehen. Manche Lader nutzen diese Information, um den Ladestrom zu reduzieren und können so den Akku bei gleichzeitiger Schonung voll laden. Die Gefahr der Überladung disformierter Akkus ist ebenfalls gegenüber einfachem dP deutlich reduziert.

Weitere

Zeitkontrolle, Temperaturkontrolle und U/C-Überwachung sind heute mehr oder weniger bedeutungslos.

Programmsteuerung

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Es ist durchaus nützlich, wenn man die Abfolge mehrerer Lade- und Entladevorgänge vorgeben kann, so dass man sich nicht zwischendurch um den Akku kümmern muss. Das nennt man "Programmsteuerung". Im Grunde sind die meisten dieser Programme Zyklenprogramme, bei denen der Akku einen oder mehrere Lade- und Entladevorgänge durchläuft. Manchmal wird dies auch als "Formierungsprogramm" bezeichnet, obwohl diese Funktion nur bedingt zur Formierung geeignet ist.

Refresh-Funktion

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Ältere Ni-Akkus, die leer gelagert werden, neigen zur sogenannten 'Brückenbildung' zwischen Anode und Kathode, d.h. sie haben einen Kurzschluss. Diese Brücken lassen sich mit hohen Strömen zerstören. Lader mit dieser Funktion können an Akkus Hochstromimpulse abgeben. Dieser Begriff ist nicht geschützt, und so verkaufen manche Herstelle ihre Zyklenfunktion auch unter dieser Bezeichnung. Es gibt nicht viele Lader, die über eine echte Refresh-Funktion verfügen, allerdings ist sie auch nicht unbedingt notwendig, denn es gibt andere Methoden, hohe Stromimpulse zu erzeugen. Und: braucht ein Akku regelmäßig diese Behandlung, sollte man ihn besser gleich aus dem Verkehr ziehen.

Formierung

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Ni-Akkupacks haben keine Balancer-Anschlüsse und müssen daher formiert werden. Hier finden wir eine etwas merkwürdige Situation. Gerade die einfachsten Ladegeräte, die ohne Abschaltung mit kleinen, konstanten Strömen laden, eignen sich hervorragend zur Formierung, ohne dass das irgendwo angegeben ist. Bei aufwändigeren Ladern (Entladefunktion ist Voraussetzung) werden einfache Zyklenprogramme oft als Formierungsprogramme angepriesen, obwohl das nur bedingt stimmt. Mit Zyklen kann man geringe Disformierungen bereinigen, erhebliche jedoch entweder gar nicht oder nur unter Schädigung des Akkus. Echte Formierung beherrschen nur Ni-fähige Ladegeräte, die ihre Ladeendeerkennung abschalten und mit vorgewähltem Strom dauerladen können. Aufgrund des Missbrauchs des Begriffs 'Formierung' weichen die Hersteller solcher Geräte oft auf andere Begriffe wie 'overcharge' aus. Tatsächlich gibt es Lader, die einen Akkupack in nur einem Ladevorgang formieren können.

Ladeverfahren

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Während alle Li-Lader nach dem gleichen Verfahren laden (Konstantstromladung mit Spannungsbegrenzung), gibt es bei den Ni-Ladern durchaus verschiedene Verfahren. Aber ob nun Konstantstrom-, Puls- oder Reflexladung, keine Methode erhöht wirklich in spürbarer Weise bei unseren Anwendungen die Lebensdauer der Akkus. Das liegt allerdings weniger am Ladeverfahren, als daran, dass Akkus bei unseren Anwendungen die theoretisch mögliche Zyklenzahl in den seltensten Fällen erreichen.

Weblinks