LiPo

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Verschiedene LiPo-Packs

Sign li.png Kurzbezeichnung für Lithium-Polymer-Akku, auch Li-Ion-Polymer-, Li-Polymer- oder Li-Poly-Akkus genannt. Ursprünglich für Kleingeräte wie Handys entwickelt, haben LiPo-Akkus für Antriebszwecke im Modellbau eine so erhebliche Bedeutung erlangt, dass einige Typen speziell für diesen Markt entwickelt werden.

Aufbau

Das chemische Prinzip des Lithium-Polymer-Akkus ist sehr ähnlich dem des Lithium-Ionen-Akkus. Die Anode besteht aus Graphit (bzw. einer Kohlenstoffmatrix), die Kathode aus oxidiertem Lithium-Metall, z.B. Lithium-Cobaltoxid oder Lithium-Manganoxid, die beide auf eine elastischen Kunststoffschicht aufgebracht werden. Als Separator wirkt eine mit flüssigem Elektrolyt getränkte Schicht aus Ionen-durchlässigem Kunststoff.

Zusammen ergibt das ein elastisches, verformbares Kunststofflaminat, das ohne starre Hülle (Becher) auskommt. Als Ummantelung wird stattdessen eine kunststoffummantelte Aluminiumfolie verwendet.

Die Nennspannung der verschiedenen Typen liegt zwischen 3,6 V und 3,9 V.

LiPo-Akkus können in praktisch jeder Form und Größe gefertigt werden. Standards für die Größe haben sich bisher nicht gebildet.

Ihre elektrischen Eigenschaften entsprechen denen von LiIo-Akkus. Auch die übrigen Eigenschaften wie Selbstentladung, Lebensdauer, Lade-, Entlade- und Lagerverhalten sind vergleichbar.

Ladeverfahren

Der Ladestrom kann bei vielen LiPo Akkus mehr als 1C betragen. Der Lebensdauer der Zellen zuliebe, sollte der Ladestrom aber auf 1C begrenzt werden.

Entladung

Auf keinen Fall darf die Zellspannung unter 2,8 V fallen, da sich die Zellchemie sonst verändert. Es kommt, insbesondere wenn die niedrige Zellspannung über längere Zeit vorliegt, zur Ausbildung von Kupferdentriden durch den Separator. Diese sorgen für interne Kurzschlüsse, welche dann bei Wiederaufladen zu Problemen (Erwärmung, Instabilitäten des Elektrolyten und Gasbildung, bis zur Zerstörung) führt oder die Zelle über die Zeit vollständig entläd. Eine nur kurzzeitig unter 2.8V entladene Zelle sollte so schnell als möglich wieder auf >3.0 V gebracht werden, damit dieser Prozess gestoppt wird.

Um die Lebensdauer zu erhöhen, wird empfohlen den Akku nur zu etwa 80% zu entladen. So werden in der Regel mehr Lade- und Entlade Zyklen erreicht als bei vollständiger Entladung des Akkus.

Lagerung

Zur längeren Lagerung der LiPo Akkus sollte/n

  • die Lagerspannung einer Zelle 3,8 -3,9 V betragen
  • die Raumtemperatur zwischen 15 und 20°C betragen
  • sie nicht direkter Sonneneinstrahlung ausgesetzt sein
  • sie in einem feuerfesten Gefäß oder Behälter aufbewahrt werden.

Die maximale Lagertemperatur sollte 40°C niemals überschreiten. Die minimale Lagertemperatur liegt bei - 20°C. Bei noch niedrigeren Temperaturen besteht die Gefahr das der Elektrolyt einfriert und dabei den Separator beschädigt.

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120px-Achtung svg.png Durch ihr "weiches" Gehäuse sind LiPo-Akkus empfindlich gegen mechanische Beschädigung.

Eine beschädigte Lipozelle, deren Hülle defekt ist, zeigt einen charakteristisch süßlich fruchtigen Geruch. Dieser Geruch stammt vom austretenden Elektrolyt. Ein solcher Akku sollte nicht mehr verwendet und so schnell als möglich entsorgt werden. Haut- oder Schleimhautkontakt mit den austretenden Substanzen ist zu vermeiden. Die Bestandteile sind ätzend.

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Auch wenn die Hülle noch unbeschädigt ist, kann ein gestauchter Lipo innen am Separator beschädigt sein. Ein solcher Schaden kann auch später - auch nach Tagen oder Wochen - noch interne Kurzschlüsse mit der Folge Totalausfall/Brand auslösen. Gestauchte/geknickte Lipos sollten nicht mehr verwendet und sobald als möglich entsorgt werden.

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Gefahren durch
  • Überladung,
  • Überlastung (insbesondere damit einhergehende hohe Temperaturen),
  • Überhitzung,
  • Kurzschluss,
  • mechanische Beschädigung

Lipos haben eine Grenztemperatur ab der sie sich im vollgeladenen Zustand von selbst bis zur Zerstörung weitererhitzen. Diese Temperatur wird Thermal Runaway Temperatur (TRT) genannt und beginnt, je nach Ladezustand und Details der verwendeten Chemie, bereits bei 75°C. Beim Thermal Runaway kommt es zu einer Kettenreaktion, der interne Zerfall erzeugt Wärme, diese beschleunigt den Zerfall weiter, etc. Der Lipo erhitzt sich von selbst immer weiter bis zur vollständigen Zerstörung. Andere Akkutypen zeigen dieses Verhalten nicht oder nur bei wesentlich höheren Temperaturen.

Kommt es zum Platzen und Brand kann es zu einer starken Rauchentwicklung und einer Verpuffung und Stichflammen kommen, dadurch Brandgefahr im direkten Umfeld. Gefahr durch starke Rußentwicklung. Das Platzen der Tüte beim Versagen ist meist asymmetrisch und dadurch kann der Lipo bis zu einige Meter weit geschleudert werden. Eine Lagermethode muss den Lipo daher mechanisch fixieren oder einschliessen, jedoch nicht völlig da die starke Rauchentwicklung sonst das Behältnis sprengen könnte. Die Temperatur der Flammen liegt im Bereich normaler Lösungsmittelbrände (700°C) . In keinem Fall sollte mit Wasser gelöscht werden, da sich in dessen Beisein Flusssäure (HF) bildet. Da auch die Umgebungsluft Wasser enthält sind immer Spuren von Flusssäure in den Verbrennungsprodukten zu finden. Ein Einatmen des Verbrennungsrauches sollte unbedingt vermieden werden.
Vermeidung dieser Gefahren durch
  • sachgemässen Umgang
  • Verwendung verpolsicherer Anschlüsse
  • Lagerung in unbrennbareren, geschlossen Gefässen (mit Entlüftungsöffnungen) oder Umgebung
  • Lagerung mit reduzierter Spannung: 3,7 - 3,8 V
  • Niemals über 4.2 V laden
  • Akkus zum Laden und Lagern nicht im Modell eingebaut lassen
  • Kontrolle des Ladegeräts vor dem Start des Ladevorgangs
  • Akkus beim Erkennen äusserer Beschädigung entsorgen
  • Feuermelder/ Rauchmelder im Raum, für ausreichende Lüftung sorgen



Weblinks