Dank des extrem hohen Leistungsgewichts moderner Lithium-Polymer-Akkus (kurz „LiPos“) ist der sinnvolle Einsatz von Drohnen wie wir ihn heute kennen erst möglich geworden. Prinzipiell handelt es sich bei einem LiPo-Akku um die Weiterentwicklung des Lithium-Ionen-Akkus, bei welchem eine festere Polymerbasis statt eines flüssigen Elektrolyten verwendet wird. Die große Energiedichte dieser Akkus bringt jedoch auch einige Gefahren mit sich, welche durch korrekte Handhabung jedoch minimiert werden können.
Grundlagen von Lithium-Polymer-Akkus
Eine LiPo-Zelle hat, bis auf wenige Ausnahmen, eine durch ihre Zellchemie bedingte Nennspannung von 3,7V. Um auf die für die Drohne benötigte Betriebsspannung zu kommen, werden mehrere dieser Zellen in einem Akkupack in Serie geschaltet. Wie viele Zellen intern in Serie geschaltet sind lässt sich an dem durch „S“ gekennzeichneten Faktor ablesen. Ein 6S LiPo hätte somit intern 6 Zellen mit je 3,7V in Serie geschaltet, was insgesamt eine Nennspannung von 22,2V ergeben würde.
Ein weiterer wichtiger Parameter bei der Auswahl eines LiPo-Akkus ist selbstverständlich seine Nennkapazität, da von dieser letztlich die maximal mögliche Flugdauer abhängt. Dieser wird für gewöhnlich in mAh angegeben, d. h. aus dem Produkt aus Strom und Zeit, und gibt die Dauer an, für die man einen bestimmten Strom entnehmen kann. Um vorzeitiges Altern oder gar eine permanente Schädigung des Akkus auszuschließen, sollte man nicht mehr als 80% dieser Nennkapazität entnehmen.
Der letzte für die Anwendung relevante Faktor ist die Strombelastbarkeit eines Akkupacks, die „C-Rate“. Diese gibt an, bei welchem Strom man den Akku maximal entladen kann, ohne dass dieser Schaden nimmt. Sie ist der Faktor, welcher multipliziert mit der Kapazität, den Maximalstrom ergibt. 30C bedeutet bei einem Akku mit einer Kapazität von 5000mAh somit einen maximalen Entladestrom von 150A (30 x 5000mA = 150A).
Einfluss von Temperatur
Die Leistungsfähigkeit von LiPo-Akkus ist stark von der Umgebungstemperatur abhängig. Da die optimale Betriebstemperatur bei ca. 40°C liegt, kann eine Vorwärmung der Akkus sinnvoll sein. Bei einer Umgebungstemperatur von unter 10° Celsius ist diese, aufgrund des ausgeprägten Leistungseinbruchs bei Kälte, unumgänglich. Zu diesem Zweck gibt es spezielle Wärmeboxen um die Akkus auf Betriebstemperatur zu bringen. Oft reicht es allerdings auch aus, die Akkus bis zum Einsatz im geheizten Auto aufzubewahren. Der Einsatz von zu kalten Akkus kann diese permanent schädigen oder sogar einen Absturz der Drohne verursachen.
Besonderheiten beim Laden
Da ein LiPo-Pack fast immer aus mehreren Zellen besteht und diese sehr empfindlich auf Über- sowie Tiefentladung reagieren, sollte immer ein spezielles LiPo-Ladegerät verwendet werden, welches die einzelnen Zellen in ihrer Spannung während des Ladevorgangs angleicht. Diesen Vorgang nennt man „balancen“. Benutzt man ein Ladegerät mit Balancer, kann man sicher sein, dass alle Zellen des Packs auf ihre maximale Ladeschlussspannung von ca. 4.2V geladen werden. Man sollte darauf achten, dass die Balancefunktion des Ladegerätes eine Genauigkeit von 15-20mV hat. Nur so ist sicher gestellt, das die Akkus bei maximaler Lebensdauer optimal genutzt werden können.
Bei manchen Akkupacks ist ein Batteriemanagementsystem eingebaut. Dies trifft besonders oft auf große und teure Akkupacks zu. Es stellt sicher, dass der betreffende Akkupack immer optimal ge- und entladen wird. Diese dürfen ausschließlich mit dem dazugehörigen Ladegerät geladen werden.
Damit die teuren LiPo-Akkus eine möglichst lange Lebensdauer haben, sollten diese vor dem Lagern auf 3,85V geladen bzw. bis 3,80V entladen werden und dann kühl und trocken aufbewahrt werden. Ein leerer Akku würde sich durch seine Selbstentladung schnell, mit einhergehender Schädigung der Zellen, tief entladen. Ist der Akku vor dem Einlagern voll geladen, weist er zum einen durch die große enthaltene Energiemenge ein deutlich höheres Gefahrenpotential auf, zum anderen wird er durch die in der Zelle ablaufenden Reaktionen spürbar schneller altern. Viele Ladegeräte besitzen aus diesem Grund ein spezielles „Storage“-Programm, mit welchem der Akku auf die korrekte Lagerspannung ge- bzw. entladen werden kann.
Bei grober Fehlbehandlung können sich LiPo-Akkus selbst entzünden und sogar explodieren. Sobald sich ein Akku stark erwärmt oder gar aufbläht, ist daher besondere Vorsicht angeraten.
Damit es gar nicht erst so weit kommt, sollte man folgende Grundregeln beachten:
- Nur mit geeignetem Ladegerät laden und Zellen möglichst immer balancen
- Maximalstrom keinesfalls überschreiten und nur auf 80% der Nennkapazität entladen
- Maximalen Ladestrom keinesfalls überschreiten (optimal <= 1C)
- Temperaturabhängigkeit der Akkus beachten
- Akkus vor dem Lagern auf die richtige Lagerspannung bringen
- Warme Akkus vor dem Laden abkühlen lassen
- LiPos nie großer Hitze aussetzen
- Mechanisch beschädigte Akkus nicht weiter benutzen
- Aufgeblähte Akkus sicher entsorgen
Aufgrund der möglichen schwerwiegenden Folgen im Fehlerfall sollten die Akkus auch in jedem Fall in einem geeigneten Container oder einem LiPo-Sack möglichst weit entfernt von brennbaren Gegenständen gelagert werden.
