4er-Lithium-Ionen-Akkupack

Hallo Peter,

dokumentiere Dir den Aufbau, wo ist welche Leitung angeschlossen. Entferne die Isolierpappe und messe mal die einzelnen Zellen. Eine Lithiumzelle, die unter 3,3V Spannung ohne Belastung

hat, sollte nicht einfach geladen werden. Du entfernst alle Anschlüsse am Akkupack, die Reihenschaltung kannst du bestehen lassen. Dann Ladegerät oder regelbares Netzgerät , Vorwiderstand

Strommesser und Verbindungsleitungen. Du musst die Zellen mit etwa 10mA ganz langsam wieder auf Spannung bringen bis mindestens je Zelle 3,3V erreicht werden ( messen im Leerlauf) .

Du kontrollierst jede einzelne Zelle auf die richtige Spannung. Diejenige die noch die 3,3V nicht erreicht haben, kannst du einzeln laden. Die 10mA hat sich bei mir seit Jahren bestens bewährt.

Wenn die 3,3V erreicht sind , dann nehme ich eine Konstantspannungsquelle , stelle 4,1V je Zelle ein , schalte noch einen Strombegrenzungswiderstand mit in Reihe und lade dann die Zellen, bis

so gut wie kein Ladestrom mehr fließt. Dabei die Symmetrie über den Zellen kontrollieren, also schönes gleichmäßiges Laden. Wenn die Zellen geladen sind könnte die Elektronik wieder angelötet

werden. Das in deinem Bild eingekreiste dürfte das IC zur Steuerung sein, die 2 anderen 8poligen Bausteine könnten P-Channel oder N-Channel MOS Typen sein , die se mal vorher mit einem

Ohmmeter prüfen , wegen Kurzschluss. Normal sorgt die Steuerelektronik dafür , man nur bis zu einem bestimmten Entladezustand Strom entnehmen kann, danach trennen die MOS-Typen

die Leitung auf. Ist die Gesamtspannung zu niedrig , funktioniert auch kein Laden. Bei dir kann auch die Elektronik defekt sein und hat deswegen einzelne Zellen unterentladen. Also erst messen.

73 de

Ja bei 0V sind die alle defekt und müssen richtig Entsorgt werden.

Hallo Peter,

Wenn die Elektronik ab ist und du keinen Strom, also auch nicht die besagten 10mA rein bekommst , sind die Zellen im Inneren zerfallen.

So etwas machen Lithiumzellen wenn sie keine oder nur sehr geringe Spannung haben. Aus der Praxis heraus hat es sich gezeigt, dass

Zellen mit mindestens 0,8V noch einmal langsam mit den 10mA "formatiert" werden können. Je länger Zellen Unterspannung haben, um so

schneller gehen sie defekt. Zellen gehen auch kaputt, wenn sie ständig etwas Überspannung bekommen- Unterspannung und Wärme / Hitze

ist schädlich für Lithiumzellen. Am längsten leben Lithiumzellen, wenn sie nicht ständig voll geladen werden und die Entladung nur bis zu

etwa 30% erfolgt. Lithiumzellen nie ungeladen liegen lassen und 1x im Jahr kontrollieren und nachladen. Lithiumzellen mit Elektronik dann

sogar 2x im Jahr kontrollieren. Die Elektronik braucht ständig Strom auch wenn es nur wenig Strom sein sollte. Akkus von Laptops, die angeblich

defekt sein sollen, werden sofort geöffnet und von der Elektronik getrennt. Oft sind nur ein oder zwei Zellen defekt, der Rest ist noch verwertbar.

Laden und aufheben.

73 de

Zitat von DL3ARW

Aus der Praxis heraus hat es sich gezeigt, dass Zellen mit mindestens 0,8V noch einmal langsam mit den 10mA "formatiert" werden können. Je länger Zellen Unterspannung haben, um so schneller gehen sie defekt. Zellen gehen auch kaputt, wenn sie ständig etwas Überspannung bekommen- Unterspannung und Wärme / Hitze ist schädlich für Lithiumzellen.

Hallo Manfred,

das ist nach meiner Information ein sehr gefährlicher Tipp.

Ich kenne folgende Regeln:

- Bis >3V (Grenze variiert etwas mit der jeweiligen Chemie) : Kann normal geladen werden.

- Wenn 2V<Cellspannung<3V : darf nur sehr wenige mal passieren und unter Temperaturkontrolle mit kleien Strom (~10mA )
wieder in die Region >3V bringen. Danach aber immer nur unter Temperaturkontrolle und möglichst brand-gesichert laden.

- <2V gleich entsorgen.

Begründung: bei Unterspannung können Dendriten in der Chemie wachsen, die dann bei weitern Ladevorgängen weiter wachsen können. Durchstoßen diese die interne Membran, dann wird die gespeicherte chemische Energie (>>elektrische Energie) exotherm freigesetzt , d.h. ein nicht löschbarer Brand mit schön giftigen Gasen. Deswegen haben alle in Geräten eingesetzte Zellen einen Überwacher-IC der Laden mit Unterspannung (jede Zelle geprüft) verhindert und bei Ladeendspannung das Laden abschaltet.

Überspannung: Wenn diese (>20mV) für längere Zeit angelegen hat (Wert je nach Chemie) sind die Zellen auch als gefährlich einzustufen.

Wer trotzdem mit Lithiumzellen (LiFePo sind unkritischer) außerhalb der zugelassenen Spannungen experimentieren möchte, sollte das an der frischen Luft auf brandfester Unterlage machen (Die brennenden Zellen explodieren und können somit auch springen).

Nur die Informationen, die ich mal aus Expertenkreisen gehört habe. Ich kann jetzt keine Quellen zitieren. Aber im Bereich der Modellbauflieger hat es schon etliche Brände gegeben. Leider auch schon (aber selten) bei E-Fahrrädern.

Bei den abgebrannten Teslas haben die bis jetzt immer behauptet, dass die Zellen mechanisch beschädigt wurden.

Vy 73 de Karsten

Peter,

ich bin mit LiFePO4 4S Akkus sehr zufrieden.

Im Dezember hatte ich mir noch einen 12V Akku als Fahrradbeleuchtung aufgebaut:

4x LiFePO4 Akku Type 26650 3,3Ah

Händler: i-tecc GmbH

Da es jetzt LED Lampen mit Zulassung für 6V- und 12V- in einem gibt, war das sehr einfach.

Für den Funkbetrieb habe ich seit ein paar Jahren eine 4S LiFePO4 WINA 13,3V Akku.

Hallo Peter,

mal eine etwas komische Frage: Ist Dein Messgerät in Ordnung? Wieso komme ich drauf?

In Deinem ersten Beitrag schriebst Du "... es fließt auch kein messbarer Ladestrom." und "Warum messe ich keinen Ladestrom wenn der Controller trotzdem heiß wird?" Irgendwoher muss die Energie kommen, die den Controller heizt. Wenn von außen kein Strom in die Schaltung fließt, könnte die Energie durch einen Fehler von den Akkus kommen. Da Zellen samt Elektronik schon lange lagen, wäre deren Energie vermutlich schon länger aufgebraucht.

Später schriebst Du "Die Spannung aller Zellen war 0V ..." Nach meiner Erfahrung passiert das nicht dadurch, dass die Zellen nach dem Laden ein Jahr rumliegen. Da müsste die Elektronik die Zellen aktiv nennenswert entladen haben. Bei diversen Packs, die ich habe, entlädt die integrierte Elektronik die Zellen nicht annähernd innerhalb eines Jahres.

Die Messwerte 'kein Ladestrom' und trotzdem Hitzeentwicklung sowie '0 Volt' an allen Zellen sind zusammengenommen merkwürdig. Nicht, dass Dich Dein Messgerät veralbert.

73 Ludwig, DH8WN

Hallo Peter,

das ist schon bemerkenswert, dass die Zellen alle völlig platt sind. Mir ist mal ein USB-Akku bei einer Regen-Sturm-"Wanderung" im Rucksack abgesoffen. Irgendwoher kamen noch Salze, die ich nach zwei Wochen beim Öffnen des Gehäuses als weiße Ablagerungen auf der Leiterplatte fand. Im Endeffekt hatte sich der Spannungswandler eingeschaltet und den Akku leergesaugt. Einiger Strom ist wohl auch direkt über die Feuchtigkeit geflossen.

Beim Öffnen hatte der LiPo-Akku noch knapp 2 Volt. Ich habe ihn dann spaßeshalber liegen lassen und er hat jetzt, rund zwei Jahre später, immer noch knapp 2 Volt Spannung.

Vielleicht war bei Deinem Akkupack von Anfang an die Elektronik defekt und hat die Zellen entladen?

73 von Ludwig, DH8WN

Zitat von DK7IH

Hallo Karsten,

wie hoch ist eigentlich die Ausfallwahrscheinlichkeit bei diesen Controllern? Könnte mir vorstellen, dass hier, weil Elektronik eben auch der bekannten "Badewannenkurve" folgt, was die Ausfallrate als Funktion der Zeit betrifft, diese nicht vernachlässigt werden kann. Gehen die Chips dann in einen "Notfallmodus" oder schalten komplett ab oder laden den Akku im ungünstigsten Falle mit zu hoher Spannung?

Na ja, egal, das nächste Akkupack wird dann doch wieder in NiMH-Akku. Die Energiedichte ist zwar deutlich geringer aber dafür sind sie unkritisch in der Handhabung.

Ach ja, wenn man die Zahlen hochrechnet, wird es in den nächsten Jahren wohl noch einige E-Autobesitzer geben, die ein sehr "heißes" Auto besitzen werden. Zumindest kurzzeitig.

vy 73 de Peter

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Hallo Peter,

mit dem Beitrag wollte ich nicht generell LiPo oder Li-Ionen Akkus verteufeln. Mein Ziel war nur darauf aufmerksam zumachen, dass man bei den Akkus mit einer erhöhten Vorsicht handeln sollte.

Zu den Chips: Es wird schwer zu sagen, wie solche Chips bei Defekt reagieren werden. Da gibt es unterschiedliche Sicherheitslevel (zumindest bei kommerziellen Produkten) .

Manche Packs, die man so bei diversen Anbietern einzeln kaufen kann haben fast keine eingebauten Sicherheiten, da muss dann das Ladegerät die Kontrolle übernehmen. Viele Schaltungen sorgen dann nur für das Abschalten des Packs bei Unterspannung, wobei ich nicht sicher bin, ob jede einzelne Zelle betrachtet wird, oder nur die Pack-Spannung. Andere sorgen zusätzlich dafür, dass bei Erreichen der maximalen Zellspannung die Zelle überbrückt wird, d.h. dass der Ladestrom bis zu einer festgelegten Grenze (also nur bei langsamen Laden) an der Zelle vorbeigeht. Somit werden dann unterschiedliche Ladezustände der Zellen ausgeglichen.

Dieser Ausgleich ist gilt dann bei geladenen Zellen, wenn eine Zelle weniger Kapazität hat, wird sie im fast entladendem Pack, die mit der geringsten Spannung sein. Hier sollte man schon genauer in die Beschreibung der Packs und der "Sicherheitsschaltung" schauen. Manche solche "Balancer-Schutzschaltungen" haben auch einen konstanten Betriebsstrom. Bei typisch 20µA, welche ich zum Beispiel mal gefunden hatte, wäre ein 1,2Ah 18650 LiPo Akku erst in >6 Jahren entladen. Da ist die Selbstenladung mit ~4-5% /Monat (20°C) schon höher.

Schaltungen, die mit einem µC kontrolliert werden, können manchmal die Ladung auf den Zellen auch außerhalb des Ladevorganges ausgleichen, indem den Zellen mit zuviel Ladung Widerstände zur Entladung parallel geschaltet werden.

In kommerziellen Geräten, also da, wo der Akku-Pack eine Ergänzung zum Gerät ist, z.B. im Laptop oder Handy wird meist das Mess-IC zusammen mit einem µ-Controller betrieben, der natürlich auch Sicherheits-Abfragen machen kann und Notfalls das Pack sperrt. Wenn sich ein Mobiltelefon oder ein anderes Akku-Betriebenes Gerät "tod" ist und sich nicht mehr laden lässt, ist es meist die Unterspannungs-Erkennung. Findige Tüftler laden dann den Akku wieder mit kleinen Stömen (10-20mA) auf eigenes Risko manuell auf, um das Gerät wieder zu "retten".

Es gibt eine ISO26262, die festlegt, wie eine Gefährdung durch Elektronik festgelegt werden soll und dann einen Sicherheitslevel bestimmt, mit der die Elektronik mögliche Ausfälle erkennen muss. Ich kenne jetzt nicht die einzelnen Sicherheitslevel, aber damit wird dann sichergestellt, das die meisten möglichen Ausfälle der Elektronik erfasst werden und dann in einem Pack zu einer sicheren Trennung des Akkus von der Umgebung führt.

Bei im Hobby-Bereich verkauften einzelnen Akku-Packs wird der Käufer nachfragen müssen, welche Sicherheiten am Pack verbaut sind und dann darauf achten, dass beim Laden (das ist der kritische Betriebszustand) die Sicherheit eingehalten wird. Viele LiPo Ladegeräte überwachen die einzelnen Zellspannungen während des Ladevorganges. Dazu gibt es unterschiedliche Standards für Steckverbinder mit denen die Packs an das Ladegerät angeschlossen werden.

Hier kann man nur dazu raten, sich über die Packs, die verbauten Elektroniken und die empfohlenen Ladegeräte zu informieren. Es ist schwer zu beurteilen, wie eine Pack-Elektronik ausfallen kann, wenn man die Schaltung nicht genau kennt. Ich hatte mich mal mit ICs genauer beschäftigt, die über einen µC angesteuert wurden. Da ist es dann eine Frage der eingebauten Prüf-Möglichkeiten und Programmierung, wie sicher die Schaltung bei einem möglichen Ausfall ist.

Vy 73 de Karsten

Hach, wie einfach ist es da doch auf die gute alte NiMH- oder Bleitechnik zurückzugreifen. Die mag zwar mehr Gewicht haben, aber dafür ist die Lade- und Betriebstechnik um vieles einfacher und sicherer. Für mich persönlich wird jedenfalls Lithium-Ionen-Technik, egal in welcher Spielart das notwendige Übel da bleiben, wo mir die Industrie (die ja mal meinte, der Kunde will nicht schwer und/oder voluminös schleppen) keine Alternative lässt (Laptop, Smartfone) und im Hobbybereich die anderen Akkus gute Dienste leisten.

Just my 2 x 1 Cent, ganz ohne Balancer...

Na ja, die Verteufelung der Lithium Akkus setzt sich fort. Ich hingegen möchte diese Akkus nie mehr missen!

Ob das jetzt mein Portabel TRCX ist oder eines der Meßgeräte, ist egal. Sogar alle 4 Akkuschrauber habe ich

mit Li-Ion bestückt. Jetzt sind sie nach einiger Zeit nicht unbrauchbar, sondern funktionieren auch nach 1 Jahr

wenn ich sie brauche. Ni-MH sind da längst leer.

Ein gutes Beispiel ist auch mein Radioaktivitätsmesser. Jedesmal wennn ich ihn gebraucht habe(also selten),

war die Batterie leer. Eine Li-Ion Zelle eingebaut, mit Wandler auf Ub bestückt. Jetzt kann ich das Gerät

hernehmen und einschalten und.... es funktioniert. Also nie mehr Ni Zeugs und Trockenbatterien.

Das Beispiel von DK7IH ist sicher eine Ausnahme. Im Normalfall hätten die Akkus sofort funktioniert. 1 Jahr ist ein Klacks!

Grüße, gonde

Zitat von DG4SFS

Hach, wie einfach ist es da doch auf die gute alte NiMH- oder Bleitechnik zurückzugreifen. Die mag zwar mehr Gewicht haben, aber dafür ist die Lade- und Betriebstechnik um vieles einfacher und sicherer

Man sollte sich da nicht durch Vorurteile leiten lassen.

Die Praxis zeigt: LiFePo4 Akkus sind mit der richtigen Ladetechnik geladen sehr pflegeleicht und sicher und unterliegen im Gegensatz zu Bleiakkus oder NiCad bzw. NiMH keiner nennenswerten Alterung.

Ein gutes und intelligentes Ladegerät für alle gebräuchlichen Akku-Technologien zum kleinen Preis gibts hier:

https://www.d-edition.de/RC-Mo…-6s-10A-100W-12-220V.html

73

Günter

Zitat von DL4ZAO

Man sollte sich da nicht durch Vorurteile leiten lassen.

Die Praxis zeigt: LiFePo4 Akkus sind mit der richtigen Ladetechnik geladen sehr pflegeleicht und sicher und unterliegen im Gegensatz zu Bleiakkus oder NiCad bzw. NiMH keiner nennenswerten Alterung.

Wie vorher schon gesagt: mein Ziel war nicht die Li-Technologie zu verunglimpfen. Ich wollte nur auf die möglichen Probleme aufmerksam machen.

Ich kenne mehrere Leute die erfolgreich ihre Geräte mit LiPo Akkus betreiben (mit 3s Zellen und ~9-12V) und denen aber auch bewusst ist, auf welche Parameter sie achten müssen. Ich kenne aber auch einen, der nach Bedienfehler seinen Akku abgebrannt hat und Glück hatte, dass er ihn noch rechtzeitig in den Garten werfen konnte, bevor er mehr Schaden angerichtet hat.

LiFePo4 Akkus sind auch mein persönlicher Favorit. Mit 4s liegen sie genau in der 12V Spannungslage für fast alle Geräte (>=12V bis 20% Restladung) und sind wesentlich toleranter gegen Missbrauch, den man aber zur Verlängerung der Lebensdauer vermeiden sollte.

Der einzige Nachteil ist, dass sie, verglichen mit LiPo, eine geringere Speicherdichte haben, d.h. ein Akkupack gleicher Kapazität wird größer und schwerer. Ab immer noch wesentlich besser als Blei oder NiMH. NiCad setzt vermutlich keiner mehr ein.

vy 73 de Karsten

Das Brennbare ist das Lithium! Das reagiert mit Luft schon heftig und wehe, man kippt Wasser drauf!!

Gefährliche Lipos? Ich mache Modellbau und habe seit locker 10 Jahren schon viele Lipos in Benutzung. Aktuell liegen 5 Stück in Gebrauch herum. Was halt diese Zellen nicht mögen:

* Überladen werden. Kann mit einem guten Ladegerät aber vermieden werden

* Unterladen: Hat man selber im Griff, es gibt jede Menge Lipowächter, die an den Balanceranschluß angesteckt werden.

* Höhere Ströme entnehmen als angegeben. Hier muss man schon vor dem Kauf darauf achten. Der max. zulässige Strom wird als Faktor zur Kapazität genannt. Steht da also 35C drauf, ist 35xKapazität der Maxstrom. Ich bleibe bei all meinen Anwendungen mindestens 25% darunter, daher habe ich keinen einzigen aufgeblähten Akku.

* Mechanische Beschädigung: Die Akkus sind sehr oft nur von einer dünnen Alufolie geschützt. Ein Crash mit dem Modellflieger kann also den Akku beschädigen. Es gibt aber mittlerweile auch Hersteller, die bauen die Akkus in stabile Kunststoffkästchen.

Ist halt nicht ganz so trivial mit den Dingern, achtloses herumliegen lassen sollte man auch vermeiden. Ich lade meine Akkus sogar hier im Shak ohne übertriebene Maßnahmen. Wenn, dann nur mit max. 1C, nie Schnellladung. Meine Akkus werden auch nicht warm bei laden und ich balance die Teile regelmäßig.

Gelagert wird mit 80% Ladung, manchmal auch nur 70 %, das ist optimal.

Gruß Stefan

Zitat von DL8SFZ

Das Brennbare ist das Lithium!

Metallisches Lithium reagiert zwar heftig mit Wasser in einer exothermen Reaktion, an der Luft überzieht es sich bei Zimmertemperatur nur mit einer Oxidschicht.

Lithium Polymer Akkus sind nicht alle gleichermaßen empfindlich oder gar gefährlich. Es kommt auf die jeweilige Akku-Chemie an. Li-PO Akkus mit Lithium-Kobaltoxid oder -Manganoxid Kathoden können thermisch durchgehen. Dabei wird beim Durchbruch im Akku Sauerstoff freigesetzt, der mit dem Lithium unter Hitzeentwicklung reagiert.

Die neuen LiFePO4 -Zellen (Lithium-Eisenphosphat als Kathodenmaterial) gelten als eigensicher, thermisches Durchgehen und eine Membranschmelze gelten als ausgeschlossen.

Wer sich für die Vorgänge im Akku und die zugrunde liegende Zellchemie interessiert, wird hier fündig:

"Lithium Akku Technik - Einführung" (pdf)

Kompendium Lithium Ionen Batterien

73

Günter