Pimp up my Balancer

Ich habe noch zwei RobiTronic Ladegeräte von denen ich mich einfach nicht trennen möchte. Damit diese Lipos laden können und dürfen, braucht man einen externen Balancer. Ich habe deren zwei von Graupner und einen von LRP. Mir ist dann aufgefallen, dass der Balancer von LRP extrem viel schneller zu einem vollen Akku führte wie mit den Graupner Balancern. Warum dies so ist und was man tun kann um auch den Graupner Balancer etwas mehr Dampf zu geben wird in diesem Artikel beschrieben.

Vorab ein paar Worte der Mahnung:

  • Das Öffnen und Verändern eines Geräts läßt dessen Garantie erlöschen
  • Es ist zwar keine Hochspannung im Spiel aber starke Ströme. Diese können im Extremfall  zu Bränden führen.
  • Der Umgang mit Lipo Akkus sollte immer vorsichtig geschehen!

So, das musste sein, sonst heisst es wieder:
Toller Tipp aber wer hilft mir nun mein Hütte zu löschen…

Balancer, was ist das denn…?

In letzter Zeit wird die Lipo-Akku Technik immer beliebter. Die Akkus haben bei geringem Gewicht eine hohe Kapazität,  sind sehr haltbar (bei gutem Umgang) und lassen hohe Ströme zu. Mehr zu diesem Thema (und da gäbe es einiges zu sagen) wäre ein eigener Artikel wert, gibt es aber im Internet schon zig gute dazu!
Was hier wichtig ist, ist die Tatsache, dass beim Laden von Lipos peinlichst darauf geachtet werden muss, dass die Einzelzellenspannung niemals über 4,20V geht! Bei 4,20V ist eine Lipo-Zelle voll und wie bei jeden Akku kommt nach voll puff, da die zugeführte Energie nicht mehr in die chemischen Umbauprozesse gesteckt wird, sondern in Wärme ( bei einem 2S Lipos wären das dann bei einem Ladestrom von 8A ca. 67Watt!!)
Bei unseren R/C-Car Akkus kommen in der Regel 2S Typen zum Einsatz, sie haben also zwei Einzelzellen. Da die Zellen mit der Zeit dazu neigen unterschiedliche chemische Zustände zu erlangen (hängt natürlich auch von der Qualität ab) kann es dazu kommen, dass beim Laden die eine Zelle schon längst voll ist während die andere Zelle noch etwas braucht. Sprich:  in der Summe sind bei einem 2S Akku die 8,4Volt nocht nicht erreicht, aber die eine Zelle hat 4,1Volt und die andere bereits 4,2Volt (Summe 8,3V). Das Ladegerät schaltet aber erst bei 8,4V ab, damit ist Zelle 2 kurz vorm platzen.

Genau dieses Verhalten versucht der Balancer in den Griff zu bekommen. Dazu misst der Balancer permanent die Spannung der einzelnen Zellen. Ist die Spannung einer der Zellen höher wie die Spannung der andere Zellen wird diese mit einem Widerstand leicht belastet. Damit wird erreicht, dass diese Zelle etwas weniger geladen wird als die anderen Zellen. Auf diese Weise werden die Zellen ausbalanciert. Ein Balancer kann auch vor dem Laden angesteckt werden. In diesem Fall wird die Zellen mit der höheren Spannung durch den Widerstand im Balancer leicht entladen. Auch so kommt man wieder auf ein gleiches Niveau. Ein Ausbalancieren vor dem Laden ist zu empfehlen, da man gleiche Verhältnisse auf allen Zellen schafft. Für ganz Genaue: Theoretisch sollte das Belasten der Zellen beim Laden den Wert der gemessenen Kapazität leicht verfälschen. Wie groß der Fehler ist müßte man mal messen, aber ich denke er ist zu vernachlässigen.

Jetzt muss zu guter Letzt noch zwischen externen und internen Balancer unterschieden werden. Wohl dem, der ein Ladegerät besitzt welches den Balancer intern hat. Er kann nun aufhören zu lesen, da das beschriebene Problem und dessen Abhilfe eigentlich nur bei externen Balancern auftreten kann (sofern man davon ausgeht, dass der interne Aufbau im Ladegerät entsprechend optimal ist).

Jedes Millivolt zählt!

So, genug gelabert, jetzt wollen wir doch mal wissen wo denn nun genau das Problem liegt.
Mir ist aufgefallen, dass ein reiner Ansteck Balancer, wie ihn z.B. die Firma LRP im Programm hat, extrem viel schneller die Akkus lud als der Graupner Balancer. Der Unterschied ist dabei recht schnell zu sehen: Beim LRP-Balancer geht das Ladegerät direkt an den Akku, da sind nur die Kabel dazwischen sonst nix. Beim Graupner hängt der komplette Balancer dazwischen. Hier liegt der Verdacht nahe, dass im Graupner-Balancer einige Millivolt verloren gehen. Flux nachgemessen war das Ergebnis auch schon schnell da: Bei einem Ladestrom von 8A fallen über dem Balancer auf dem Hin und Rückweg satte 400mV ab! Aber was ist daran so schlimm?

Das Problem ist, dass die Ladegeräte peinlichst darauf achten, dass ihre Ausgangs-spannung im LiPo Modus niemals über 8,4Volt (bei 2-Zellen) hinaus geht! Das ist auch gut so und sollte niemals geändert werden (sonst wieder Puff). Fallen bei einem Ladestrom von 8A aber 400mV am Balancer ab, fehlen diese am Akku. Da die Akkuspannung im Zuge der Ladung steigt, müsste z.B. bei 8,1V Akku Spannung das Ladegerät auf 8,5V Ladespannung gehen um den Ladestrom von 8A aufrecht zu erhalten. Das macht es aber nicht, sondern regelt den Strom runter. Das ist der Grund warum die letzten X-mAh oftmals so quälend lange dauern bis diese im Akku drinnen sind

Würden z.B. nur 200mV über dem Balancer abfallen, könnte der Ladstrom von 8A viel länger aufrecht gehalten werden, und zwar so lange bis der Akku 8,2V erreicht hat und das ist eine ganze Menge! (100mV sind grob 10% der Nennkapazität)

Da Spannung immer nur an einem Widerstand abfallen kann, müssen wir also den Widerstand des Balancers und seiner Kabel verringern.
Ein genauere Untersuchung des Balancer ergab:

  1. Die Leitung aus dem Balancer erinnert eher an eine Klingelleitung. Da sollen bis zu 10A drüber gehen?!
  2. Das Gerät hat eine Sicherung. Gut so, aber liegt in der Natur einer Sicherung einen gewissen Widerstand zu besitzen.
  3. Es hängen noch div. Anschlussleitungen für Kleinakkus dran. Also ich hab die noch nie gebraucht -> Also ab damit!
  4. Die Ladegerät Anschlussleitungen sehen schon besser aus. Aber 8 bis 10A verlangen nach etwas dickerem
  5. Der Balancer muss immer per Tastendruck aktiviert werden. Erst danach wird Ladegerät mit dem Akku verbunden. Macht Sinn, wenn man den Balancer nur zum Balancieren nutzt und dabei verhindern möchte, dass sich die Kontakte der Ladegerät Stecker berühren. Setzt aber voraus, dass im Balancer ein elektronischer Schalter vorhanden ist (meist ein FET ). Aber auch dieser hat leider immer einen kleinen Widerstand.

Wo genau angesetzt wird sieht man hier ganz gut:

Bis auf Punkt 5. habe ich alles so gemacht. Punkt 5. macht schon Sinn, da dies der eigentliche Vorteil gegenüber einem passivem Balancer wie den von LRP darstellt. Der Graupner Balancer kann nämlich feststellen, dass die Zellenspannung zu hoch oder auch mit einer zu großen Spannungsdifferenz zwischen den Zelllen behaftet ist. In beiden Fällen ist es ratsam, den Ladevorgang abzubrechen. Ein passiver Balancer kann das nicht, der hängt ja nur an den Balancerleitungen des Akkus rum. Der Graupner kann das und genau dazu brauch er aber den Schalter (FET). Diese Sicherheit gönne ich mir gerne, da ich die einzige offen Flamme lieber in meinem Kaminofen statt in meinem Hobbyraum sehen möchte.

Fortsetzung folgt……..

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