Wetenswaardigheden over batterijpakketten voor modelbouw

De technische ontwikkeling van elektrische modelaandrijvingen heeft de afgelopen jaren gigantische sprongen gemaakt. Dat wordt heel duidelijk wanneer je in een zonnig weekend een bezoek brengt aan een modelvliegveld.

Vliegtuigmodellen in de meest uiteenlopende maten worden nu bijna uitsluitend elektrisch de lucht in getransporteerd. De modellen zijn niet alleen supersnel, ze stijgen op sommige plekken ook verticaal de lucht in. De reden hiervoor zijn enerzijds extreem krachtige elektromotoren en anderzijds hoogenergetische en lichtgewicht accupacks die schijnbaar oneindig veel elektriciteit kunnen leveren.

Krachtige borstelloze elektromotoren en hoogenergetische accu's zorgen ervoor dat elektrische zweefvliegtuigen verticaal de lucht in vliegen.

Wat is een batterijpakket?

Iedereen heeft zeker een mignon of microbatterij in handen, bijvoorbeeld van een draadloze telefoon, een digitale camera, een flitser of een draagbare cd-speler. Deze oplaadbare batterijen, die ook vaak worden gebruikt ter vervanging van batterijen, staan bij experts bekend als ronde cellen of als enkele cellen.

Deze in de handel verkrijgbare oplaadbare batterijen zijn in de regel nikkel-metaalhydride-cellen (NiMH) met een nominale spanning van 1,2 V per cel. Omdat deze spanning niet bijzonder hoog is, zijn meestal meerdere batterijen per verbruiker nodig.

De individuele oplaadbare batterijen worden vervolgens in een batterijvak geplaatst, waar ze vanwege de benodigde ruimte naast elkaar kunnen worden geplaatst, maar elektrisch achter elkaar (in serie) worden geschakeld. Als er twee batterijen worden geplaatst, wordt de totale spanning verhoogd tot 2 x 1,2 V = 2,4 V. Met vier batterijen loopt de spanning op tot 4,8 V.

In de modelbouw worden ook meerdere individuele cellen gebruikt, bijvoorbeeld om een afstandsbedieningszender te bedienen. Dit werkt zonder problemen omdat een afstandsbedieningszender geen hoog vermogen vereist. Als krachtige elektromotoren echter van veel elektriciteit moeten worden voorzien, bereiken de kleine veercontacten in de batterijcompartimenten door de kleine contactvlakken zeer snel hun prestatielimieten.

Om deze reden hebben de fabrikanten voorgemonteerde accupacks ontwikkeld. Hiervoor worden in de meest uiteenlopende constellaties meerdere afzonderlijke cellen mechanisch met elkaar verbonden en industrieel met elkaar verbonden.

Verbindingskabels worden aan de eerste en laatste cel bevestigd en de hele unit is verpakt in een krimpkous of in een plastic behuizing - het batterijpakket is klaar en kan ook zonder problemen hoge stromen leveren.

Onze praktische tip:

Indien mogelijk moeten ook industrieel vervaardigde batterijpakketten worden gebruikt in de afstandsbediening, aangezien de veercontacten in het batterijcompartiment na verloop van tijd vermoeid kunnen raken en contactfouten kunnen optreden onder ongunstige omstandigheden. Dit gevaar kan op elegante wijze worden vermeden met een batterijpakket van de vereiste grootte.
 

  

Welke soorten accupacks zijn er?

Modelbouwers gebruiken nu een breed scala aan accupacks. De pakketten verschillen niet alleen in vorm en grootte. Het belangrijkste verschil zit in de batterijtechnologie, d.w.z. in de interne chemie waarmee de batterijen elektriciteit opwekken. De volgende batterijtechnologieën worden gebruikt in de modelbouwsector:

Loodaccu's

Waarschijnlijk de oudste accu die tot op de dag van vandaag in gebruik is, is de loodaccu. Net als bij een auto-accu, die uiteindelijk ook een loodaccu is, zijn de individuele cellen in een gemeenschappelijke behuizing ondergebracht en worden alleen de aansluitcontacten naar buiten geleid.

In tegenstelling tot autoaccu's, die gevuld zijn met verdund zwavelzuur in vloeibare vorm, zijn de modelbouw loodzuuraccu's goed gesloten en is het elektrolyt gelachtig.

Dit betekent dat de batterijen in elke positie kunnen worden gebruikt en ongecompliceerd zijn omdat ze na aankoop niet gevuld hoeven te worden.

 

NiMH-accupacks;

Nikkel-metaalhydride-batterijen (NiMH) hebben de voorheen wijdverspreide nikkel-cadmium-batterijen (NiCd), die waren verontreinigd met giftige zware metalen, bijna volledig vervangen. Alleen in speciale toepassingen zoals medische technologie en noodverlichting zijn NiCd-batterijen vandaag nog toegestaan.

Net als batterijen zijn NiMH-oplaadbare batterijen verkrijgbaar in een grote verscheidenheid aan ronde celontwerpen zoals micro, mignon, baby of mono, waarbij deze ronde cellen ook worden verwerkt tot batterijpakketten.

De celgrootte Sub-C (Ø x H = 23 x 43 mm) is naar voren gekomen als de aandrijfbatterij, die in verschillende combinaties werd geassembleerd als een batterijpakket.

 

Lithiumbatterijen

Een andere grote sprong voorwaarts in batterijtechnologie is de ontwikkeling van lithiumbatterijen. Dankzij hun hoge capaciteit en compacte ontwerp hebben lithiumbatterijen in smartphones en tablets hun capaciteiten al jaren bewezen.

De fabrikanten bleven de cellen echter doorontwikkelen zodat ze in de loop van de tijd ook geschikt werden voor hoge stromen en nu buitengewoon interessant zijn geworden voor modelaandrijvingen.

In combinatie met borstelloze motoren met een hoog koppel kunnen lithiumbatterijen worden gebruikt om aandrijfconcepten te implementeren waar modelbouwers jaren geleden alleen maar van konden dromen en die zelfs qua prestaties gemakkelijk beter presteren dan verbrandingsmotoren met een hoog slagvolume.

Hoe verschillen accu-packs?

De chemie moet kloppen

Modelbouwaccu's verschillen niet alleen in vorm en grootte. Door de verschillende technologieën die in de respectievelijke accu's / accupacks worden gebruikt, hebben de accu's ook verschillende voltages, zoals blijkt uit onderstaande tabel.

	Nominale spanning V / cel	Einde ontladingsspanning V / cel	Einde-laadspanning V / cel
Loodaccu	2,0	1,75	2,35
NiMH accu	1,2	0,9	1,45
Lithium-polymeerbatterij (LiPo)	3,7	3,0	4,2
Lithium-polymeer HV-batterij (LiHV)	3,8	3,3	4,35
Lithium-ionbatterij (LiIon)	3,6	2,5	4,1
Lithium-ijzerfosfaatbatterij (LiFe)	3,3	2,0	3,6

Elke batterij heeft zijn eigen oplaadproces nodig

Vanwege de gebruikte batterijchemie hebben de respectieve batterijen ook verschillende parameters nodig, zoals laadspanning, laadstroom en uitschakelcriteria, die precies zijn afgestemd op het batterijtype.

Modelbouwers hebben het relatief eenvoudig, want er zijn inmiddels intelligente multifunctionele laders waarbij je alleen het accutype (accutechnologie) en het aantal cellen in het accupakket hoeft in te stellen. Bij het invoeren van de capaciteitswaarde suggereren de slimme laders vaak de ideale laadstroom.

Alle andere parameters zoals stroom- of spanningsregeling tijdens het laadproces of de juiste accu vol detectie worden dan volledig automatisch overgenomen door de laders.

Naar de multifunctionele laders

Waar gebruik ik welke accu?

Loodaccu's

Ook al komt de energiedichtheid van loodbatterijen met 30 - 40 Wh / kg niet in de buurt van de energiedichtheid van lithiumbatterijen met 120 - 180 Wh / kg, toch kunnen loodbatterijen hun mannetje staan in de modelbouwsector. Loodaccu's worden gebruikt als gloeibougie-accu's voor methanolmotoren, voor het voeden van startboxen of elektrische starters en als aandrijfaccu's in scheepsmodellen.

Vooral bij het maken van scheepsmodellen gebruiken modelbouwers het nadeel van loodbatterijen, namelijk hun relatief hoge gewicht, in hun voordeel. Want als een prototypisch model veel trimgewichten nodig heeft voor een perfecte positie in het water, dan kunt u de trimgewichten in de vorm van elektriciteitsdonors in de romp verdelen.

Dit maakt bijzonder lange rijtijden mogelijk zonder dat de accu constant moet worden vervangen of opgeladen.

 

NiMH-batterijen

NiMH-batterijen hebben grotendeels hun functie als aandrijfbatterijen gediend. Af en toe kunt u nog steeds NiMH-racepakketten vinden in goedkope automodellen die rijklaar worden aangeboden. Maar zelfs bij oudere automodellen, waarin de snelheidsregelaars geen diepontladingsbeveiliging voor LiPo-accu's hebben, worden NiMH-racepacks onvermijdelijk nog steeds gebruikt.

NiMH-accupacks komen nog vaker voor als voeding voor afstandsbedieningen of ontvangers voor afstandsbedieningen. En dat heeft zo zijn reden! Vanwege de schokken en trillingen past een accubak met Mignon-ronde cellen niet in een model met verbrandingsmotor.

Net als bij scheepsmodelbouwers, vallen de eigenaren van zweefvliegtuigmodellen nog steeds graag terug op de niet bepaald lichte NiMH-batterijen. Wat ook logisch is. Omdat ze er de voorkeur aan geven om grote batterijpakketten in de punt van de romp te monteren in plaats van met een vervelende lijn te vliegen voor een wandeling.

 

Lithium batterijen

Een extreem hoge energiedichtheid met een minimaal gewicht en veel vermogen maken lithiumbatterijen de ideale energiebron voor hele kleine en hele grote elektrische modellen.

Vooral de lithium-polymeer-accu (LiPo-accu), waarin de elektrolyt niet vloeibaar maar gelachtig is, heeft zich bewezen als aandrijfaccu voor raceboten, automodellen, helikopters, helikopters of zelfs modelvliegtuigen.

Afhankelijk van het modeltype zijn deze accu's verkrijgbaar in een kunststof behuizing (hardcase), bijv. Voor automodellen, of in gewicht geoptimaliseerd voor vliegmodellen in krimpkous.

Speciaal voor autoraces zijn nog krachtigere LiPo-batterijen (HV-batterijen) met een hoger spanningsniveau en een lagere interne weerstand ontwikkeld, die ambitieuze modelsporters een aanzienlijke snelheidsverhoging bieden.

Waar moet ik op letten bij het gebruik van accu's?

Om een batterij een lange levensduur te geven en veel ontlaadcycli te kunnen gebruiken, moet deze correct worden gehanteerd en volgens de voorschriften worden opgeslagen.

Neem de veiligheidsvoorschriften in acht

Voor een veilig gebruik van oplaadbare batterijen zijn er belangrijke veiligheidsvoorschriften die in acht moeten worden genomen. We hebben de belangrijkste punten hier weer op een rijtje gezet:

• Houd accu's buiten het bereik van kinderen.
• Batterijen mogen niet worden kortgesloten, gedemonteerd of in vuur geworpen.
• Raak beschadigde of lekkende batterijen alleen aan met veiligheidshandschoenen.
• Let er bij het aansluiten van een accu op dat de polariteit correct is.
• Als er geen accupack nodig is, moet deze worden losgekoppeld van de verbruiker.
• Na gebruik moeten accupacks afkoelen voordat ze kunnen worden opgeladen.
• Er mogen alleen onbeschadigde accu-packs worden opgeladen.
• Accupacks mogen nooit zonder toezicht worden opgeladen.
• Als het laadproces is voltooid, moet de accu worden losgekoppeld van de oplader.

Laad correct

Zoals eerder vermeld, heeft elk accupakket een laadproces nodig dat is geoptimaliseerd voor zijn technologie. Voor multifunctionele laders die ook met hoge laadstromen werken, is de juiste invoer van het accutype, het aantal cellen en de laadstroom van absoluut belang. Vooral bij het invoeren van de laadstroom is het belangrijk om de technische gegevens van de accu of de informatie van de fabrikant in acht te nemen.

De oplader zal dan de juiste oplaadmethode selecteren, afhankelijk van het batterijtype en zal ook betrouwbaar detecteren wanneer de batterij vol is en het oplaadproces kan worden voltooid.

Omdat lithiumbatterijen erg gevoelig zijn voor overladen, hebben deze batterijpakketten een balancer-aansluiting. Via deze aansluiting kan de spanning van elke cel in het accupakket worden gemeten. Indien nodig kan elke cel met een hogere spanningswaarde worden aangepast aan de resterende cellen in het accupakket door gerichte ontlading via de balancer-aansluiting.

Opgelet! Belangrijk!
Het ergste dat u met een batterij kunt doen, is deze niet goed opladen. Dit kan de batterij niet alleen binnenin beschadigen. In het ergste geval kan een batterij exploderen, roken of zelfs branden met open vuur. Batterijen mogen daarom nooit zonder toezicht worden opgeladen.

Modelbouwlader met LiPo-batterij (1) en balancer-aansluiting (2).

Let op goede verbindingen

Veel modelbouwers gebruiken hoogwaardige accu's en state-of-the-art laders. De laadkabels worden echter vaak zwaar verwaarloosd. Een goede laadkabel heeft extreem flexibele lijnen met een grote doorsnede en hoogwaardige connectoren. Dit is de enige manier waarop ze de dagelijkse mechanische belasting aankunnen en een permanente verbinding met lage weerstand tot stand brengen tussen de oplader en de batterij.

Naar de laadkabels

Gebruik binnen de technische specificaties

Ongeacht het model of het doel waarvoor een accupack wordt gebruikt, moet er altijd voor worden gezorgd dat de benodigde stroom van de accu de max. toelaatbare accustroom gespecificeerd in de technische documentatie van de accu.

Bovendien moeten lithiumbatterijen effectief worden beschermd tegen volledige ontlading. In dit geval moeten de in het model gebruikte motorregelaars het motorvermogen verminderen of de motor volledig uitschakelen.

Opslag

Veiligheidstassen zijn geschikt voor opslag en opladen

Hoewel loodaccu's zonder problemen volledig opgeladen kunnen worden opgeslagen, mogen NiMH-accu's en lithiumaccu's pas tot 70% worden opgeladen als ze meerdere maanden worden opgeslagen, bijvoorbeeld tijdens de winterstop.

De opslaglocatie moet droog en op kamertemperatuur zijn. De opgeslagen accu's moeten worden beschermd tegen vorst.

Vooral lithiumbatterijen hebben een verhoogd veiligheidsrisico, omdat lithium in combinatie met de zuurstof in de lucht gemakkelijk brandbaar is. Daarom moeten lithiumbatterijen altijd in brandveilige tassen (safety bags) worden bewaard en opgeladen.

Naar de LiPo-veiligheidstassen

Waar moet ik op letten bij het kopen van accu's?

Bij het kiezen van een geschikte accu moet worden besloten of de accu geschikt is voor mijn toepassing. Zeker als bestaande batterijen vervangen moeten worden door andere typen.

Het is zeker verleidelijk om in een modelauto het 7,2 V NiMH-racepakket te ruilen voor een 7,4 V LiPo-racepakket. Een hoger spanningsniveau en een hoger vermogen zouden de investering waard zijn. Maar als er een LiPo-oplader en een nieuwe snelheidsregelaar nodig zijn omdat de bestaande oplader alleen NiMH-batterijen kan opladen en de snelheidsregelaar geen LiPo-uitschakeling heeft, is een hoogwaardig NiMH-racepakket wellicht de betere oplossing.

Maar er zijn nog andere dingen waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van een batterijpakket.

Niet alle batterijen zijn hetzelfde

Zelfs als precies hetzelfde op twee batterijen is geschreven, zijn ze nog lang niet precies hetzelfde. Naast het batterijtype, de capaciteit en het aantal cellen is ook de interne weerstand een doorslaggevende kwaliteitsfactor van een batterijpakket. Hoewel dit bij NiMH-batterijen altijd een "verborgen" waarde was, is het bij LiPo-batterijen totaal anders. Bij deze accu's staat de maximale ontlaadstroom aangegeven op het label van de accu. De stroom verwijst altijd naar de capaciteitswaarde (C) van de batterij.

Een accu met 3700 mAh en 20C heeft een maximale ontlaadstroom van (20 x 3700 mA = 74 A). Dezelfde batterij met 3700 mAh en 40 C heeft een beduidend lagere interne weerstand en kan tot 148 A leveren.

Niet alle capaciteit is hetzelfde

De capaciteitswaarde van een accu komt overeen met een ontlading die meerdere uren duurt. Als bijvoorbeeld een accu met 2400 mAh wordt geladen met 240 mA, zou de ontlading 10 uur duren. Als je hem met 2400 mA zou belasten, zou de ontlading 1 uur duren. Wat rekenkundig logisch is, werkt in de praktijk helaas niet.

Omdat met toenemende laad / ontlaadstroom de bruikbare capaciteit afneemt. Daarnaast mogen lithiumbatterijen niet diep worden ontladen en geven fabrikanten altijd graag waarden aan in de capaciteitswaarden die in het laboratorium onder optimale omstandigheden worden behaald.

Hiermee moet rekening worden gehouden als het stroomverbruik van een elektrische aandrijving en de gewenste motorlooptijd worden geëxtrapoleerd naar de capaciteitswaarde van een accu of als er “slechts” 1900 mAh kan worden opgeladen in een lege accu met 2400 mAh.

Veelgestelde vragen over accu's

Mijn oplader heeft alleen een aansluitkabel met een Tamiya-stekker, kan ik deze gebruiken om een LiPo-racepakket op te laden?

Nee alsjeblieft niet! Een Lipo-racepakket heeft twee in serie geschakelde cellen en vereist daarom absoluut een LiPo-oplader met een balancer-aansluiting.

Wat betekent het 3S1P-label op mijn batterij?

Het eerste deel van het label betekent dat deze batterij 3 cellen heeft die in serie zijn geschakeld (in serie = 3S). Het tweede deel van het label zegt dat er geen andere cellen parallel aan de batterijcellen (1P) zijn aangesloten. Het accupakket bestaat dus uit drie cellen. Een batterij met 3S2P zou dus bestaan uit 6 fysieke cellen, waarvan er altijd twee parallel zijn geschakeld en de drie pakketten van twee in serie.

Hoe moet ik mijn LiPo-zenderbatterij goed opladen met 3,7 V en 6000 mAh en waarom heeft deze geen balancer-aansluiting?

Aangezien deze batterij geen cellen heeft die in serie zijn geschakeld, heeft deze geen balancer-aansluiting nodig. De batterij moet echter worden opgeladen met een geschikte lader waarop het batterijtype LiPo en het aantal cellen kan worden ingesteld op 1. De max. toegestane laadstroom vindt u op het label op de accu of in de technische gegevensbladen.

Mijn LiPo-batterij is opgeblazen, wat is er gebeurd?

In tegenstelling tot een auto-accu, waarbij in de celschroefverbindingen kleine ventilatiegaatjes worden gemaakt, wordt een LiPo-accu luchtdicht gelast. Door bedieningsfouten zoals te veel ontladen, onjuist opladen of opslag in volledig opgeladen toestand komen er gassen vrij in de accu, die de folielaag opblazen. In dat geval moet de batterij worden afgevoerd in overeenstemming met de voorschriften. Belangrijk! Doorboor de batterij niet om de druk te laten ontsnappen. In dit geval is er een acuut brandgevaar.