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Ratgeber

LiPo Akkus » Lithium-Polymer Akkumulatoren

Lithium-Polymer-Akkumulatoren – andere Bezeichnungen sind LiPo-Akkus oder kurz LiPos – sind die Turbomotoren unter den wiederaufladbaren Stromspeichern. Keine andere marktgängige Akku-Technologie bietet bisher so viel gespeicherte elektrische Leistung auf so kleinem Raum. Kein Wunder also, dass sie bei besonders energiehungrigen Anwendungen, bei denen es zudem auf das Gewicht ankommt, so beliebt sind. Bei Elektrofahrzeugen, Elektrowerkzeugen, Drohnen und im RC-Modellbau beispielsweise.

In unserem Ratgeber informieren wir Sie über die wesentlichen Fakten dieser Akkumulatoren und geben Tipps für den Umgang und fürs Laden.



Was ist ein LiPo Akku?

LiPo-Akkus funktionieren nach der Lithium-Ionen-Technologie. Bei ihnen ersetzt allerdings ein halbfestes und hochleitfähiges Gel-Polymer den flüssigen Elektrolyten. LiPo-Akkus bieten eine höhere spezifische Energie als andere Lithium-Batterien und sind häufig in elektrischen Systemen zu finden, bei denen das Verhältnis von Gewicht und Leistung entscheidend ist.



Die Struktur von LiPo-Akkus

Lithium-Polymer-Akkus enthalten wie alle Lithium-Batterien eine Barriere, die Anode und Kathode voneinander trennt und gleichzeitig die Bewegung von Ionen zwischen den Elektroden ermöglicht. In einem LiPo enthält der Polymerseparator allerdings auch den Elektrolyten. Der kann eine zusätzliche Abschaltfunktion erfüllen, wenn der Akku während des Ladens oder Entladens zu heiß wird.

Solche Shutdown-Separatoren sind mehrschichtige Strukturen mit mindestens einer Polyethylenschicht, die den Stromfluss unterbrechen kann, wenn die Temperatur zu hoch ansteigt, und mindestens einer Polypropylenschicht, die als eine Art mechanische Stütze für den Separator dient.

Mit Ausnahme des Polymerseparators funktionieren LiPo-Akkus nach demselben Prinzip wie Li-Ionen-Akkus. Sie werden jedoch auf unterschiedliche Weise verpackt. Li-Ionen-Modelle befinden sich normalerweise in einem Gehäuse aus Edelstahl oder Aluminium. Das Gehäuse ist meist zylindrisch, kann aber auch knopfförmig oder rechteckig beziehungsweise prismatisch sein. Die Herstellung eines solchen Gehäuses ist relativ kostspielig und schränkt die verfügbaren Größen und Formen tendenziell ein. Es ist aber auch robust und schützt die Stromspeicher vor Beschädigungen

Die Konstruktion von Lithium-Ionen-Akkus ist dagegen relativ kompliziert und besteht aus einer großen Anzahl von Komponenten. LiPos sind in einer Art Beutel aus Aluminiumfolie verpackt und werden als Soft- oder Pouch-Zellen bezeichnet. Sie sind meist prismatisch, einfacher herzustellen und preiswerter als die Edelstahl- oder Aluminiumgehäuse von Li-Ionen-Akkus. Der Ersatz des Metalls durch die Folienhülle kann zu einer hohen Energiedichte bei gleichzeitig geringem Gewicht des Energiespeichers führen. Dies gilt insbesondere für den Einsatz des LiPos im Modellbau.



Elektrische Eigenschaften von LiPo-Akkus

Eine einzelne LiPo-Zelle besitzt eine Nennspannung von 3,7 Volt. Werden mehrere dieser Zellen in Reihe geschaltet, steigt die Spannung bei einem 2-Zellen-Akkupack auf 7,4 V, bei einem 4-Zellen-Akkupack auf 14,8 Volt und so weiter. Mit einer Parallelschaltung lässt sich dagegen die Kapazität erhöhen.

Die Anzahl der Zellen bestimmt die Gesamtspannung des Akkupacks, was bedeutet, dass der LiPo mehr Leistung bereitstellen kann. Mehr Leistung bedeutet jedoch nicht unbedingt, dass der Akku auch länger Energie liefert, dies wird durch die Akku-Kapazität bestimmt.

Ein wichtiger Unterscheidungsfaktor für LiPos ist das sogenannte C-Rating. Es bezeichnet die Lade- und Entladekapazität, zusammengefasst als Belastbarkeit. Normalerweise liegt sie bei 1 C, sie kann aber je nach Hersteller und Produktspezifikation variieren. Die Werte reichen bei Hochleistungszellen bis weit über 100 C. Sind die C-Einstufung und die Kapazität des Akkus bekannt, lässt sich der maximale sichere Dauerentladestrom berechnen.

Die Formel lautet: Maximale Entladerate in Milliampere = C-Wert * Kapazität in Milliamperestunden.

Ein 50 C-Akku mit einer Kapazität von 1300 Milliamperestunden verfügt zum Beispiel über einen geschätzten maximalen Dauerentladestrom von 65.000 Milliampere oder 65 Ampere.

Einige Akkus verfügen sogar über zwei C-Ratings: kontinuierlich und Burst. Der Burst-Wert gilt nur für eine kurze Zeitspanne, zum Beispiel 10 Sekunden. Ist der C-Wert zu niedrig, hat der Akku Schwierigkeiten, Strom beispielsweise an starke Motoren zu liefern. Bei einem höheren als dem nötigen C-Wert wird die Leistung aber nicht wesentlich verbessert. Stattdessen ist der Akku schwerer, was die Gesamteffizienz und Effektivität der Anwendung verringert.



Umgang mit LiPo-Akkus und Tipps zum Laden

Die Verwendung von LiPos unterliegt den gleichen Herausforderungen, mit denen auch die Nutzer von Li-Ionen-Akkus zu kämpfen haben. Dazu zählen in erster Linie Überladung, Tiefentladung, Übertemperaturbetrieb und interne Kurzschlüsse. Außerdem können Quetschungen oder das Eindringen von spitzen Gegenständen in die LiPo-Beutel zu katastrophalen Ausfällen führen, die von Rissen in den Beuteln bis zu Elektrolytlecks und Bränden reichen

Die Ladung erfordert eine konstante Spannungsquelle von 4,20 Volt pro Zelle und eine Strombegrenzung von 1 C. Der Ladevorgang gilt als abgeschlossen, wenn der Strom auf 0,1 bis 0,2 C abfällt. Nach einem Stromabfall von 1 C beträgt die Kapazität des Akkus etwa 70 bis 80 Prozent. Es dauert etwa 2 Stunden, um den Akku vollständig aufzuladen. Die Anforderungen an das Ladegerät sind relativ hoch, was die genaue Aufrechterhaltung der Spannung am Ende des Ladevorgangs betrifft – sie darf nicht weniger als 0,01 Volt pro Zelle betragen. Deshalb ist es keine gute Idee, bei der Anschaffung eines LiPo-Ladegeräts zu sehr zu sparen.

Speziell für das Laden von LiPo-Akkus ausgelegte Ladegeräte zeigen in der Regel die Spannungs-, Strom- und Kapazitätswerte an, die der Akku während des Ladevorgangs aufgenommen hat. Hilfreich sind hier sogenannte Balancer. Sie sind entweder schon im Akku eingebaut oder werden über eine spezielle, vom LiPo ausgehende Steuerleitung am Ladegerät angeschlossen. Balancer sorgen dafür, dass bei mehrzelligen Akkus die einzelnen Zellen gleichmäßig geladen werden.

Man sollte nie vergessen: LiPo-Akkus sind die heikelsten Akkus, die es gibt, da sie bestimmte Umgangs- und Laderegeln erfordern, deren Missachtung zu einem Brand oder zumindest zum Versagen des LiPos führen kann.

Zu beachten ist vor allem:

Zu beachten ist vor allem:

  • Lagern Sie Lithium-Polymer-Akkus nicht im entladenen Zustand, eine Kapazität zwischen 40 und 60 Prozent ist optimal.

  • LiPos sollte nicht über 60 Grad Celsius erhitzt werden.

  • Entladungen unter einer Spannung von 3 Volt pro Zelle sind ebenso zu vermeiden wie Entladungen oberhalb der Ladekapazität.

  • Vermeiden Sie unbedingt einen Kurzschluss oder eine Überladung mit mehr als 4,2 Volt pro Zelle, es besteht Brandgefahr!