Wissenswertes über LiPo Akkus und Balancer (Pflege, Entladung, Ladung,..)

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    • Wissenswertes über LiPo Akkus und Balancer (Pflege, Entladung, Ladung,..)

      Hier mal einige Infos zu den LiPos /LiPo-Akkus (= Lithium-Polymer-Akkumulator), die in der Regel in Drohnen (Quadrocopter, Multicopter) verwendet werden.

      Details zum Dji Phantom 2 und Phantom 2 VISION "intelligenten Akku" gibt es hier: Anleitung: Dji Intelligent Flight Battery (Intelligenter Akku) für Dji Phantom 2 & VISION

      Der Vorteil der LiPos und damit auch der Hauptgrund für die Verwendung: geringeres Gewicht und höhere Kapazität gegenüber anderer Akkus wie NiMh- oder NiCd- oder gar Li-Ionen Akkus.

      Der Nachteil: die Akkus sind nicht Tiefentladefest (dazu später mehr).

      Allgemeines zu LiPo Akkus:

      Ein Akku besteht dabei in der Regel aus mehreren Zellen, die seriell (nicht parallel) zueinander geschaltet sind. Im Falle des Dji Phantom, Dji Phantom 2 oder Phantom 2 VISION sind es z.B. 3-Zellen Akkus. Die Bezeichnung hier: 3S (3 Zellen, seriell geschaltet). Serielle Schaltung bedeutet: die Stromstärke der einzelnen
      Zellen im Vergleich zum Gesamtakku ändert sich nicht, die Spannung hingegen addiert sich. Jede LiPo Zelle hat immer eine Nennspannung von 3,7 Volt (maximal geladen 4,2 Volt). Bei einem 3S Akku wie im Phantom hat man somit eine Nenn-Spannung von 11,1 Volt (= 3 x 3,7 V)

      Warum ist das so wichtig? Nun: die einzelnen Zellen dürfen nicht überladen aber auch nicht tiefentladen werden. Was wir am Haupt-Akkustecker aber nur messen können, ist die Gesamtspannung über alle 3 Zellen. Es kann aber sein (oder ist viel mehr oft so), daß die einzelnen Zellen sich unterschiedlich schnell aufladen und auch entladen.. obwohl beispielsweise ein 3S Gesamtakku z.B. noch 10,2 V Restspannung hat, müssen die einzelnen Zellen nicht zwingend alle 3 Stück noch jeweils 3,4V Restspannung haben. Es kann auch sein, daß eine Zelle 3,4 V hat, eine sogar noch 3,6 V - die dritte aber nur 3,2 V.

      Kritisch ist eine Grenze (mit etwas Puffer) von ca. 3,2V je Zelle (absoluter Tot bei 3,0 V). Sollte diese einmal unterschritten werden, ist der Akku kaputt. Dies äußert sich oft in einem leichten oder gar starken "Aufquellen" des Akkus und kann bis hin zur Explosion führen. Daher ist es sehr wichtig, die Spannung der LiPo Akkus genau im Auge zu behalten und rechtzeitig den Flug zu beenden / den Akku zu trennen. In der Dji Phantom hilft einem dabei im Naza die Spannungswarnung (Level 1 Protection: rotes Blinken der LED am Quadrocopter - Level 2 Protection: Landung des Quadrocopter). Der Tot eines Phantom-Akkus (der ja 3 Zellen hat) wäre also bei 9,6 Volt - spätestens bei 9,0 Volt - dies sollte man bei den Einstellungen in der Naza Assistent Software für die Level1Warnung (First Level Protection) und Level2 Warnung (Second Level Protection) unbedingt beachten und genügend Puffer einbplanen!

      Betreibt man z.B. einen FPV Monitor an so einem Akku, so hat man diese Rückmeldung nicht und muss regelmäßig die Spannung z.B. mit einem Voltmeter prüfen. Oder man klemmt an den Balancer-Port des LiPos einen Spannungs-Alarm-Piepser (geht natürlich nicht nur beim FPV Equipment, sondern kann man auch in der Drohne selbst verbauen als zusätzliche akustische Meldung).
      In der Drohne selbst - wenn man sowieso FPV nutzt - ist natürlich ein OSD das effektivste, welches einem die aktuelle Spannung live im FPV-Bild anzeigt (Infos zum OSD hier).

      Einige besondere LiPo Akkus haben sogar eine eingebaute Schutzelektronik, die den Akku noch rechtzeitig vor der Tiefentladung abschaltet. Z.B. besitzen alle FatShark LiPos (in der Regel 2S LiPos) diese Funktion (von den FatShark FPV Videobrillen - z.B. Dominator, Predator (und v2), Attitude). Warum dies nicht alle Akkus haben? Ganz einfach: beim Quadrocopter oder Multicopter ist euch in Notsituationen sicherlich lieber, der Akku bricht zusammen und ihr habt aber noch bis zum Schluss ein bisschen Spannung, um die Drohne evtl irgendwie sicher vom Himmel zu bekommen (auch wenn der Akku danach Schrott ist), als wenn der Akku bei 75 Metern Höhe sich sicherheitshalber und zum Selbstschutz einfach komplett ausschaltet und die Drohne damit in ein Luft-Boden-Rakete verwandelt ;o)
      Bei den Videobrillen hingegen ist dies nicht so kritisch - zumal diese rechtzeitig vorher auch noch zusätzlich akustisch warnen, daß die Batterie langsam an ihre Notabschaltungs-Grenze kommt (mit genügend Puffer-Zeit).

      Wichtiger Tipp: ist ein FatShark Akku übrigens einmal in der Notabschaltung, so kommt er da allein erst einmal nicht wieder heraus und verhält sich wie ein kaputter Akku (mit einem Voltmeter messt ihr 0 V (null Volt) Gesamtspannung - beim Messen der einzelnen Zellen messt ihr, daß eine Zelle 0 V hat, die andere aber noch Spannung - da die Sicherheitselektronik nur die Zelle abgeschaltet hat, die zuerst zu sehr entladen war). Wie ihr den Akku wieder freischaltet, beschreibe ich Euch in einem separaten Beitrag hier: Akku Reset nach Tiefentladung und 0 Volt.
      Aber deswegen (und weil es viele nicht wissen), werden glaube ich täglich hunderte bis tausende FatShark Akkus weltweit weggeworfen und entsorgt - obwohl diese nicht kaputt sind sondern einfach nur in der Notabschaltung ;o)

      So - nun noch zum Thema "LiPo Laden" - und was ist eigentlich ein Balancer?

      Gleiches Spiel wie beim Entladen.. keine Zelle darf überladen werden - aber es laden nicht alle gleichmäßig. Daher werden alle Zellen in der Regel bis auf ein sicheres Maß gleichzeitig und normal geladen (über den Haupt-Akku-Anschluss, der seriell über alle Zellen läuft). Das ist beim
      Dji Phantom Balancer auch die Phase, in der der Balancer rot blinkt.
      Nach Abschluss dieses Vorganges ist der Akku zu ca. 80% geladen. Um nun jede Zelle einzeln bis zum Maximum zu laden, muss man jede Zelle einzeln beobachten und langsam bis an die Grenze laden - dafür hat jeder LiPo einen "Balancer"-Anschluss, der die Ladung dann quasi balanciert. Dabei sind über dünnere Kabel dann Kontakte zu jeder einzelnen Zelle herausgeführt. Darüber können die Zellen also einzeln gemessen und geladen werden. Dies ist beim Dji Phantom Balancer dann der Prozess, wenn der Balancer rot und grün blinkt. Am Ende hat der 3S Phantom Akku ca. 12.45-12,5 Volt.

      Eckdaten eines LiPo Akkus:

      dort haben wir wie gesagt erst einmal die Gesamtspannung (Dji Phantom 11,1V Nennspannung). Diese darf man auch nicht verändern - also keine 16V LiPos etc nehmen, da alle Bauteile auf diese Spannung ausgelegt sind und sonst zerstört werden würden.

      Dann haben wir die Kapazität. Beim Dji Phantom Akku ist das 2200mAh - das ist ein Indiz dafür, wie lange der Akku "durchhält" - hier gilt prinzipiell: je höher desto besser - jedoch wird die Kapazität durch die Größe des Akkus begrenzt - daher sind in der Dji Phantom bauartbedingt keine Akkus über 2200mAh unterzubringen

      Dann gibt es noch den C-Wert. Dieser steht verwirrender weise auch für Kapazität - bedeutet aber, wie viel Leistung der Akku auf einmal abgeben kann (Discharge = Entladung) - das ist wichtig dafür, wie viel Equipment er z.B. gleichzeitig speisen kann. So hat der original Dji Akko 20C - wenn man aber FPV Equipment und vieles mehr betreibt, so sollte man einen Akku mit 35C verwenden.

      Der S-Wert gibt wie gesagt die Anzahl der Zellen an - beim Dji Phantom bedeutet 3S also 3 Zellen. Der Buchstabe (hier das "S") gibt an, daß die Zellen seriell (also in Reihe) geschaltet sind. Ein "P" würde bedeuten, die Zellen sind parallel geschalten.

      weitere interessante Theman:
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    • Hi Jogi,

      ich konnte das für's erste nur überfliegen bzw. teilweise verstehen. Ich werde mir das aber morgen nochmal in Ruhe durchlesen. Habe ich das bis hier richtig verstanden? :

      Ich habe einen Akku für die Versorgung meines FPV-Empfang-Systems dabei. Dieser zeigt mir z.B. über ein Meßgerät nach einem Flug eine Spannung an, die über einer kritischen Marke liegt. Trotzdem kann eine Zelle des Akkus die für sie relevante kritische Marke unterschritten haben. Somit geht der Akku kaputt. Kann ich denn trotzdem irgendwie mit "Standardakkus" arbeiten bzw erkennen, dass ich bei mindestens einem Drittel (also einer Zelle) über's Ziel hinaus bin oder sollte ich meine Akkus dafür gar nicht erst einsetzen? Für was anderes kann ich die 1300 mAh - Akkus allerdings kaum gebrauchen. Vielleicht ebay. Teuer waren sie allerdings auch nicht. Lehrgeld?

      Gruß
      Steve

      Noch ein Nachtrag: Obwohl ich jetzt schon viel recherchiert habe bezüglich FPV usw. - diese Problematik ist mir bis jetzt noch nicht begegnet bzw. bekannt gewesen. Ich denke, das geht vielen so. Deswegen zunächst Danke für die ausführliche Beschreibung. Und hey: Ich bin Kind der 80er ;)


      ;)
      DJI F450, H3 2D Zenmuse Gimbal, GoPro 3 Hero Black, ImmersionRC 25mW Sender, ImmersionRC DUO5800 V3 Empfänger, 4,3" Monitor
      DJI Phantom, der mal alles getragen hat, was jetzt der F450 trägt.

      Dieser Beitrag wurde bereits 10 mal editiert, zuletzt von onlyforfun ()

    • Hi,

      also die Zellen liegen nie sehr weit auseinander mit ihrer Spannung. Nur etwas. Meine persönlichen Richtwerte für die 11,1 Volt Phantom Akkus sind:

      Nicht unter 10,9 Volt - minimal 10,8 Volt. Bei meinem 2,5 km Reichweitenflug hat es den Akku beispielsweise bei 10,6 Volt komplett gegrillt (ich hatte die Alarmspannung im Naza zum testen weiter herunter gesetzt).
      Einfach 2-3 mal messen, für wie viel FPV Zeit Dein Akku reicht, und dann einfach grob danach richten. Schreib doch hier dann auch mal, wie viel Dein FPV Monitor z.B. Pro 10 Minuten verbraucht (Spannungsabfall -also wie viel Volt). Das interessiert sicherlich auch viele.

      Wichtig noch zu wissen: die Spannung fällt nicht gleichmäßig ab, sondern gegen Ende hin noch viel schneller!
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    • Notabschaltung- Lipo retten?

      Hallo!

      Bin genau durch eine in deinem Text beschriebenen Problematik auf dieses Forum gestossen. Durch einen FPV Ausfall, einer anschließenden Rückholaktion mittels Home Lock, aber leider zu geringer Flughöhe ist mir der DJI in einem Baum hängengeblieben. Bergung war erst am nächsten Tag möglich. Der Copter hat bis auf ein paar minimale Blessuren nichts abbekommen, wohl aber der Lipo. Ich habe kein Voltmeter zuhause, aber der Lipotester zeigt 0,0 Volt sowie klarerweise 0% Kapazität.

      In deinem Beitrag ist eben genau dieser Fall beschrieben sowie die Tatsache, dass genau deshalb 1000e Lipos in den Müll geworfen werden- was nicht sein müsste. Ich habe leider (noch) keinen Beitrag gefunden, wie man den Lipo vielleicht doch noch retten könnte. Vielleicht hättest du ein paar Infos für mich- und wahrscheinlich für viele andere auch ;)

      lg PT
    • @peettriple :

      ich hab grad mal eine Anleitung geschrieben, wie das Reaktivieren / Resetten funktioniert, sollte der tiefentladene LiPo-Akku eine Schutzschaltung / Sicherheitsabschaltung besitzen.

      Schau mal ob es klappt und gib nochmal bescheid!

      Anleitung zum Reset eines tiefentladenen LiPo Akkus
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    • Hallo, danke für die rasche Antwort. Bei mir geht es um den Dji-Akku selbst. Im Prinzip haben ihn die LEDs des Phantom selbst leergesaugt, da ich es über einen Zeitraum von etwa 24 Stunden nicht geschafft habe, den Copter vom Baum zu kriegen :/

      Würdest du mir raten zu versuchen, ihn mit einem baugleichen, geladenen Dji-Lipo (3S 2.200 mAh) kurzzuschließen? Wenn ja, werd ich das am Wochenende gleich mal probieren. Jedenfalls nochmal herzlichen Dank für die ausführliche Antwort.

      Wen's interessiert: so ist die Misere passiert ;)

    • Hi Leute ... Bin neu bei den Drohnen habe mir eine Phantom 4 zugelegt und mich angefangen hier über alles mögliche zu belesen.
      Aber ich glaub kein Thema verwirrt mich so sehr wie das mit den Akkus... Habe hier verschiedene Aussagen und Meinungen bezüglich der Akkus gelesen und weiß jetzt nicht wie ich vorgehen soll.

      Meine Drohne kommt heute o. Morgen und würde sie dann gerne richtig in Betrieb nehmen bzw. die Akkus. Dachte es ist wie mit nem Handy (einfach voll machen und wenn leer wieder voll machen usw. Ohne was zu beachten bzw. dachte die Intelligente Battery macht alles von selbst)

      Also... Soll ich bei 20-30% landen?
      Und dann ? Direkt laden ? Aber nicht voll?
      Könntet ihr vill. Schritt für schritt durchspielen wie das sein soll?
      Was ist wenn ich nicht fliege? Akkus einfach in den Schrank?
    • Das ist natürlich keine Pflicht und wie bereits erwähnt handhabt das jeder anders.

      Es gibt zwei Streitpunkte: Wie halten die Akkus am längsten und wie lagere ich sie am sichersten.

      Jeder hat ein anderes Sicherheitsbedürfnis und eine andere Sichtweise darauf, wie wichtig es ihm ist, das die Akkus lange halten.

      Für mich gilt:

      1. Ich glaube nicht, dass sich ein Akku bei mir in der Wohnung von selbst entzündet, möchte mir aber durch die LiPo Bags eine vermeintliche Sicherheitssteigerung schaffen (etwas schizophren, ich weiß).

      2. Ich leiste mir den "Luxus" und kümmere mich nicht um Ladezyklen und dergleichen. Dafür wird mein Akku vermutlich eher den Geist aufgeben und ich muss mir einen neuen kaufen.
    • Aso, danke dafür!
      Nun Ladezyklen meinst du das direkte, laden nach dem Flug?

      Also würde selbst denn Akku bis 30% fliegen und ihn dann einfach stehen lassen und bei Bedarf wider voll laden.
      Geht das mit der intelligenten Batterie auch easy? Hab hier gelesen das man die einzelnen Zellen nochmal auf 100% geladen werden muss?
      Sry wenn ich Zuviel rumfrage aber möchte lange genug fliegen am besten ohne Explosion ;)
    • Grundsätzlich gilt bei LiPos: Je geringer die Entladetiefge ist, um so länger hält er. Auf 70% afladen und auf 50% leer fliegen sind 20%. Wenn du das 5 mal machst, sind das effektiv ein voller Zyklus. Das ist für den Akku schonender, als auf 100% laden und bis zum Ende leer fliegen. Eine P3 fliegt bis zu 30 Minuten. Wer nun Spaß daran hat, nach 6 Minuten Flugzeit zu landen und den Akku zu wechseln, kann dann so besonders akkuschonend fliegen.