Schifflesfahrer's Akku
Schifflesfahrer's Kapazitätsprobleme: Schriftliche Fassung meines Vortrags am
SMC-Clubabend vom 02.11.1990 zum Thema: Der Akku im Schiffsmodellbau.
Anwendung und Erfahrungen bleiben jedem selbst überlassen; andere Meinungengelten ebenso. Geschrieben für das SMC-Blättle aus der Sicht eines Galvaniseurs.
Überarbeitet mit einigen Ergänzungen.

"authentische" Anwendung von galvanischen Elementen(vorne)galvanischen Bad (mitte) und
zwei Galvaniseuren bei ihrem Handwerk (hinten)
bei der Regeneration eines Silberbades(von Werner Bissinger gezeichnet)

Schema eines galvanischen Elementes(Bleiakku)
Der Strom der Elektronen fließt außerhalb derZelle beim Laden von + nach -, beim Entladenvon - nach +In der Zelle wird zwischen Anoden- und
Kathodenstrom unterschieden. Siehe auch
Spannungslage eines Blei-Akkumulators weiterunten.
Daß Strom von + nach - fließt ist Konvention!

Was ein Akku ist, weiß jeder. Was er tut (oder auch nicht), ebenfalls. Deshalb
schreib ich - auf besonderen Wunsch - alles noch einmal auf.
Oder wenigstens nur meinen Teil zur Theorie.
Zur Geschichte des Akkus:
Durch Zufall entdeckte Professor Galvani am 6. November 1780 den nach ihm
benannten "Galvanismus". Enthäutete Froschschenkel begannen lebhaft zu zucken,
wenn in ihrer Nähe Funken aus dem Konduktor einer Elektrisiermaschine gezogen
wurden. So kann man es jedenfalls in den meisten Lehrbüchern und Enzyklopädien
nachlesen.
Die Geschichte seiner für den Frosch so verhängnisvollen, für die Wissenschaft
aber so folgenschweren Entdeckung war aber folgende:
Seiner erkrankten Frau Gemahlin waren zur Stärkung die Brühen von
Froschschenkeln verordnet worden. Eines Tages lag nun eine Anzahl zu diesem

Zweck abgehäuteter Frösche auf dem Küchentisch. Galvani arbeitete nicht weit
entfernt von der Küche mit Kleistscher Flasche und Elektrisiermaschine und wurde
durch einen fürchterlichen Schrei seiner Gemahlin unterbrochen. Sie hatte sich von
ihm zum Enthäuten der Frösche ein Skalpell ausgeborgt, dieses fiel ihr aus derHand und spießte den Schenkel eines Frosches auf. Der Schenkel begann so kräftig
zu zucken, als wäre er lebendig (aus 70 Jahre Fachschule für Galvanotechnik).
Folgendes war passiert: Der Frosch lag auf der Zinkplatte des damals üblichen
Spültisches und das stählerne Skalpell berührte die Platte und Nerven des Frosches
zugleich. Der Stromschluß war über die Leitfähigkeit des Blutes und sonstiger
Säfte geschlossen. Brauchte nur noch ein Nerv berührt werden und schon zuckten
die Schenkel des toten Frosches: Das danach benannte "galvanische Element" warentdeckt.
Man muß dazu wissen: Zu dieser Zeit war man u.a. auf der Suche nach dem
Lebenselixier des Lebens und Professor Galvani wurde u.a. dadurch berühmt.
rechts ein Daniell-Element mit Kupfer und Zink als Elektroden

Alessandro Volta entwickelte 1799 ein Primärelement mit dem
höhereSpannungen erzeugt werden konnten: Volta´sche Säule.
Johann Wilhem Ritter erarbeitet 1802 die wiederaufladbare Ritter´sche Säule. Dererste Akku war entstanden.
Moritz Hermann von Jacobi beschreibt in seinem 1840 in Rußland erschienen Buch
die Anfertigung von galvanischen Elementen die halbwegs vernünftig größere
Strommengen lieferten. Dies war das erste Fachbuch der Galvanotechnik, selbst als
Faksimile-Nachdruck heute viel wert.
Thomas Alva Edison in den USA und Waldemar Jungner aus Schweden
entwickelten 1890 einen Akku mit Kalilauge als Elektrolyt.
1912 befaßte sich Edison mit der Konstruktion eines gasdichten Stahlakkus.

oben der zerlegte Vorgänger aller Batterien heute

Zweipolige Gleichstrommaschine
von Siemans und Halske für galvanische Zwecke (1880)

Etwa 1866 entdeckte Wernher von Siemens das dynamoelektrische Prinzip.
Bis dahin war die Gewinnung von elektrischen Strom zwar schon bekannt, aberdiese " Elektrisiermaschinen" konnten recht hohe Spannungen aber kaum
nennenswerte Mengen Strom erzeugten. Zum Betrieb seiner Galvanik aberbrauchte er niedrige Spannungen mit genügend hohem Strommengen.
Mit der Dynamomaschine von Wasserkraft, Dampfmaschinen oder später
Verbrennungsmotoren angetrieben verschwanden die umständlich zu
handhabenden galvanischen Elemente. Strom konnte elektromechnisch gewonnen
werden und nicht mehr mit einer umständlichen, wenig umweltfreundlichen
Elektrochemie.
Damit waren wiederaufladbare Sekundärelemente interessant geworden. Der uns
heute so geläufige Akku war zur Zwischenspeicherung elektrischer Energieökonomisch geworden.
Umfangreiche Arbeiten zum Bleiakku von Georg Neumann führten zu einer für die
industrielle Fertigung brauchbare Lösung.
1951 wurden die ersten prismatischen Zellen hergestellt.
Die Großfertigung von Knopfzellen erfolgte 1954.
Die ersten gasdichten Nickel-Cadmium-Zellen mit zylindrischen Sinterelektroden
gibt es seit 1958.
Zwischenzeitlich kommt der Strom bei uns aus der Steckdose und Akkuladen geht
vollelektronisch geregelt fast wie von selbst.

Aufbau einer modernen SinterzelleTypische Entladungskurve

Begriffe, Grundsätzliches zum Thema Akku, dessen Gebrauch und Ladung:
Primärelement: gibt nur Ladung ab wie Leistung, Strom = handelsübliche Batterie
Sekundärelement: Umkehrbarer Ladungsaustausch = wiederaufladbarer
Akkumulator
Batterie = Zusammenschluß mehrerer Primär- Sekundärelemente.
Dipolwirkung des Wassers:
ist nur eine Eigenschaften von vielen. Sie entsteht dadurch, daß die beiden
Wasserstoffatome des Wassermoleküls sich nicht genau gegenüber stehen jeweils
vom Sauerstoffatom, (H2O, H-O-H, Hydrogenium-Oxygenium-Hydrogenium),
sondern in einem Winkel von 119o Grad.

Ganze Bücher und sind darüber schon geschrieben worden, denn diese Eigenschaft
des Wassermoleküles ist es übrigens, was alles Leben auf unserer Erde ermöglicht.
(was wir so meinen)
Kapazität C:
Die Definition C ist die Strommenge (Ampére * Zeit in Stunden, Ah), die ein
Akkumulator in einer Zeit von 20 Stunden abgeben kann:z.B. 0,06 Ampére * 20 Stunden: C = 1,2 Ampérestunden (Ah).
Bei anderen Entladeströmen ergeben sich neue Werte; bei hohen Entladeströmen
verringert sich grundsätzlich die zu entnehmende Strommenge!
(Kapazitätsverringerung durch unvollständige Ausnutzung). Oft wird die Kapazität
in mAh (milli-Ampérestunden) angegeben, 1000 mAh entsprechen dann 1 Ah
(Ampérestunde).
Entladungszeit:
z.B. Entladung einer Batterie mit 1,2 Ah Kapazität:
20 Std. 0,06 A = 100 % Kapazität bei 1,2 Ah
10 Std. 0,12 A = 94 % ""5 Std. 0,24 A= 84 % ""1 Std. 1,20 A= 63 % ""5 Min. 12,00 A = 50 % ""Allgemeines zu Akkumulatoren (Sekundär-Elementen)
In einem Blei-Akkumulator wird elektrische Energie in Form einer elektrolytischen
Umwandlung von Blei in Bleioxyd oder Bleisulfat gesammelt und kann wieder
abgegeben werden (reversibel).
Zwei Bleiplatten in destilliertes Wasser gestellt - man schließt eine Gleichspannung
an - und nichts passiert. Das Wasser hat einen so hohen elektrischen Widerstand,
daß gar kein Strom fließen konnte, und den beiden Bleiplatten passierte dabei auchnichts. Erst durch Zusetzen eines geeigneten Salzes, Säure oder Lauge wird ein
Elektrolyt gebildet. Das Wasser wird dabei chemisch aufgespalten (Hydrolyse desWassers, Bildung von An- und Kat-Ionen, Dissoziation) und ein elektrischen Stromkann durch die so gewonnene Leitfähigkeit des Wassers fließen.
Theorie des Blei-Akkus
Beim Bleiakku wird die Leitfähigkeit durch eine etwa 30%ige Schwefelsäureerreicht. Bei dieser Konzentration hat diese die höchste Leitfähigkeit (Aktivität,übrigens konzentrierte Schwefelsäure (Vitriolöl) leitet kaum noch Strom. Sie hat
auch eine so geringe Azidität, daß sie in blanken Stahlbehältern ohne jeglichen
Schutz des Materiales transportiert werden kann).
Wenn man jetzt eine Spannung anschließt, fließt ein Strom, dabei wird an derAnode (+Pol) Sauerstoff frei und an der Kathode (-Pol) entwickelt sich
Wasserstoffgas. Jedoch wird zu Beginn der Elektrolyse vorwiegend die gewünschte
Arbeit geleistet. An der Anode (+Pol) wird Sauerstoff aus dem Wasser mit Blei infestes Bleioxyd umgewandelt

(Pb + O = PbO, Plumbum + Oxygenium).
An der Kathode wird gleichzeitig der Sulfatanteil der Schwefelsäure mit Blei infestes Bleisulfat umgesetzt. Pb + SO 2- = PbSO . Ein Voltmeter an die beiden
Platten angeschlossen und man kann jetzt ein unterschiedliches Potential(Spannung) messen. Positiv (Plus-Pol) an der Bleioxyd-Platte, negativ (Minus-Pol)an der Bleisulfat-Platte.
Ein Akkumulator (Sammler, Sekundär-Element) ist geboren, denn dieser Vorgang
ist umkehrbar (reversibel). Ein Verbraucher (kleine Lampe oder so) angeschlossen
und schon fließt ein Strom solange bis alles Bleioxyd und Bleisulfat in Blei wieder
rückumgewandelt ist. Die Ladung ist verbraucht und es muß neu aufgeladen
werden. Es gibt eigentlich viele solcher galvanischer Elemente - nur wirtschaftlich
sinnvoll müssen sie auch anwendbar sein.
2+

2-

2+

4

4

Bei der Entladung wird alles Bleioxyd zu Blei umgewandelt bis der Akku leer ist.
Parallel dazu wird beim Entladen festes Bleisulfat an der Kathode gebildet. Das
Ende ist nun daran zu erkennen, daß die Dichte der Schwefelsäure geringer
geworden ist.
Beim Ladevorgang wird dann wieder Bleioxyd aus Sauerstoff gebildet und das
Bleisulfat der Kathode löst sich auf und geht als Schwefelsäure in Lösung. Dies
kann an der zunehmenden Dichte verfolgt werden.
Diese Vorgänge laufen allerdings nicht ganz optimal. Nicht aller Strom wird zur
Bildung des gewünschten Bleioxydes und Auflösung des Bleisulfates verbraucht.
Es findet daneben vor allem zum jeweiligen Ende des Lade- und EntladeVorganges noch eine oben erwähnte Gasentwicklung (Wasserelektrolyse) statt, weil einfach nicht genügend umsetzbares Material mehr vorhanden ist(Massenwirkungs-Gesetz). Dies muß dann beim Laden durch einen Ladefaktor von
1,4 mit berücksichtigt werden. Die Oberflächen der Bleiplatten sind stark
perforiert, und mit Auflagen versehen um eine Fläche so groß wie möglich bilden.
Spannungslage eines Blei-Akkumulators
theoretisch:Pb + SO <===> Pb SO + 2e+
Pb O + 4 H + SO4 + 2e <===> Pb SO + 2 H O
+-0

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2-

2-

2

2+
2+

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4

2

Eo - 0,355 V
Eo + 1,685 V

Pb + PbO + 2 H SO <===> 2 PbSO + 2 H O + Energie: Eo = 2,040 V
Ladung <===> Entladung
2

2

4

4

2

Diese Spannungen werden gemessen bei 1-normalen Konzentrationen,(Normalelement);
Raumtemperatur 25 °C; - stromlos mit Wheatston'scher Meßbrücke;Elektrodenpotential Eo = elektromotorische Kraft eines Elements;
alles bezogen auf die Normal-Wasserstoffelektrode mit Potential Eo +- 0 Volt,daher auch die + und - Werte des Bleiakku-Potentiales Eo, zusammen 2,040 Volt,- Pol bedeutet dabei Elektronenüberschuß e-;+ Pol Elektronenunterschuß e- (Konvention)

Ladekurve eines Bleiakkus

Ladekurve einer NiCd-Akkus (Sinterzelle)

In der Praxis
wird so verfahren, daß neue (Auto-Starter-Batterie-) Bleiplatten vorgeladen sind,d.h. mit Bleisulfat und Bleioxyd in jeweils einer speziellen Modifikation
beschichtet sind (Verfahrensgeheimnis der Hersteller). Die Schwefelsäure wird erst
unmittelbar vor dem tatsächlichen Gebrauch eingefüllt. Diese löst zunächst dievorgeladenen Bleiplatten an, was etwa 24 Stunden dauert (sollte). Danach wird der
Akku vorsichtig (langsam) geladen werden. Dabei wird die an den Bleiplatten
gebundene Schwefelsäure frei. Dies führt so zu einem Anstieg der
Schwefelsäurekonzentration (Dichte) des Elektrolyten, und kann zur Messung desLadezustandes herangezogen werden.
Moderne geschlossene Autobatterien (Blei-Gel-Akkumulatoren) sind allerdings
sofort voll einsatzfähig - auch zum Starten. Allerdings es sollte auch hier dann eine
längere Auflade-Fahrt stattfinden. Diese Gel-Bleiakkumulatoren (in kleinerer
Ausführung), und in jüngerer Zeit schwarzfarben, robust und leistungsfähig, sindes, die denn Schifflesfahrer interessieren. Sie sind lageunabhängig, gasdicht,
wasserdicht und vertragen auch schon mal eine nicht immer ganz optimale
pflegliche Behandlung.
Nickel-Kadmium-Akkumulator
Spannungslage theoretisch:
Anode: Ni(OH) + 2(OH)<===>2 NiOOH + 2 H2O + 2 e- .
Kathode: Cd(OH) + 2 e<===>Cd + 2(OH).
Akku: Ni(OH) + Cd(OH) + 2e <===>NiOOH + Cd + 2 H O .
Entadung<===>Ladung
.
2

2

2

2

2

Theorie des NiCd-Akkus:
Der Elektrolyt bei diesem Akkutyp besteht aus Kalilauge (KOH) mit einer Dichtevon ca. 1,30 g/cm3. Diese Kalilauge hat eine große Leitfähigkeit, welche die relativ
hohen Ströme erst möglich macht. Zur Vereinfachung der obenstehenden
Summenformel ist allerdings die Kalilauge (KOH) weggelassen worden, da sie
eigentlich nur die benötigte Leitfähigkeit liefert und die elektrochemische Reaktion
des Nickels und Kadmium ermöglicht.
Bei aufgeladenen Akku besteht die Anode aus Nickel(III)-Hydroxyd (NiOOH,
rechts). Die Kathode ist dann nur Kadmium (Cd, rechts).
Die Ladung erfolgt nach rechts, Entladung nach links.
Nach der elektrochemischen Spannungsreihe, erstmals aufgestellt von dem
Physikers Volta (1827), hat ein solches Element eine Grundspannung von 1,24 Volt
(Normalelement).
Entladen:Kathode: Bei der Entladung verbindet sich das Kadmium der Kathode (Cd +2(OH)-, rechts) mit dem negativen Laugenrest zu Kadmiumhydroxyd (Cd(OH) + 2
e-, links). Dabei werden zwei Bindungselektronen frei. Auf der Kathode entsteht so
ein Elektronenüberschuß, sie ist negativ geladen.
2

Anode: Das Nickel(III)-Hydroxyd der geladenen Anode verbindet sich mit einem
positiven Wasserstoffion (NiOOH + H+ + 2e-, rechts) zu Nickel(II)-Hydroxyd(Ni(OH) , links). Bei diesem Vorgang werden zwei Elektronen benötigt, die vonder Kathode aus - über einen angeschlossenen Verbraucher - zur Anode gelangen.
2

Reaktion:
Man erkennt, daß bei jeder Molekularumwandlung an der Kathode zwei Elektronen
entstehen, die an der Anode gebraucht werden. Durch einen elektrischen Stromgleichen sich der Elektronenmangel (+Ladung) und der -überschuß (-Ladung) aus.
Diese Entladung hält so lange an, bis die gesamte Elektrodenmasse umgewandelt
ist.
Aufladung:
Kathode: Bei der Aufladung kehren sich die oben dargestellten Vorgänge um.
Vom Ladegerät werden der Kathode Elektronen zugeführt. (Einfach durch Anlagen
einer höheren Spannung!) Ein Kadmiumhydroxyd-Molekül (Cd(OH) + 2 e-, links)
nimmt zwei Elektronen auf, es wird dadurch wieder zu reinem Kadmium (Cd +2(OH)-, rechts). Man sieht, daß dabei zwei Hydroxydionen (OH)- frei werden.
2

Anode: Diese Hydroxydionen (OH)- wandern durch den Scheider zur Anode undreagieren dort mit dem Nickel(II)-Hydroxyd (2 Ni(OH) + 2(OH)-, links). Dabei
entsteht wieder Nickel(III)Hydroxyd (2 NiOOH + 2 H O + 2 e-, rechts). Es werden
zwei Elektronen frei, die zum Ladegerät fließen. Außerdem entsteht Wasser, dasdurch seine Dipolwirkung (Dissoziation) die Kalilauge spaltet und dadurch den fürdie Entladung notwendigen Laugenrest bildet.
22

Reaktion: Der Ladevorgang dauert so lange, bis die gesamte Elektrodenmasse
wieder voll umgewandelt ist. Ein Vorteil des NiCd-Akkus besteht darin, daß derElektrolyt nicht direkt am chemischen Umsetzungsprozeß teilnimmt. Er Verändert
sich daher nicht, er leitet nur den Ionenstrom zwischen der Anode und der Kathode.
Die elektrische Leitfähigkeit der Kalilauge bleibt aus diesem Grund relativ
konstant. Bei einer normalen Stromabgabe steigt der Innenwiderstand daher nur
unbedeutend an. Dies ist der Grund, warum die Spannung eines NiCd-Akkus
während der Stromentnahme und Aufladung ziemlich konstant bleibt. In der Praxis
folgt daraus, daß eine solche Zelle bis zum Kapazitätsende hoch belastet werdenkann.
Überladung, Wasserelektrolyse: Für einen Schiffsmodellbauer der diese Zellen
einsetzt, ist es noch von großer Wichtigkeit zu wissen, was bei einer Überladung im
Akku vor sich geht.
Die Kathode ist bei einem NiCd-Akku größer als die positive Elektrode. Eine Zelle
ist aufgeladen, wenn die kleinere Anode vollständig in Nickel(III)-Hydroydumgewandelt ist. Fließt dann noch weiter Ladestrom, so läuft an der Kathodeweiter der oben beschriebene chemische Vorgang ab. Es entstehen weiterhin
Hydroxydionen, die zwar zur Anode gelangen, dort aber nicht mehr wie gewollt
reagieren kann. Es bildet sich nach der untenstehenden Reaktionsgleichung
Sauerstoff, Wasser und zwei Elektronen. die den Ladestromfluß aufrecht halten.
2(OH)- = H O + 1/2 O + 2 e-.
2

2

Das Wasser und der Sauerstoff treten durch den porösen Scheider hindurch zur
Kathode. Dort reagieren beide Substanzen zu Hydroxyd-Ionen, dazu werden zwei
Elektronen benötigt, die vom Ladegerät geliefert werden. H O + 1/2 O + 2 e- = 2(OH)-.
2

2

Es ist deutlich zu erkennen, daß dies ein chemischer Reaktionskreislauf ist. Der an
der Anode entstehende Sauerstoff wird an der Kathode benötigt, es findet ein
Ausgleich statt. Allerdings läuft diese Rekombination nur problemlos bei kleinenLadeströmen ab. Ein NiCd-Akku nimmt keinen Schaden, wenn eine Normalladung(mit einer Laderate von 0,1 - 0,3 C) über einen langen Zeitraum erfolgt.
Anders bei einer Schnelladung: wegen des hohen Ladestromes entsteht an derAnode wesentlich mehr Sauerstoff, als an der Kathode rekombinieren kann. Dies
führt zu einer Temperaturerhöhung, denn bei einem Gas stehen nach einer
physikalischen Gesetzmäßigkeit Druck und Temperatur in einem direkten
Zusammenhang. Diese Gasentwicklung durch Wasserelektrolyse führt zu einemÜberdruck im Akku. Bevor dieser explodiert öffnet ein Sicherheitsventil (bei ca. 15bar). Dabei entweicht neben dem Gas auch ein Teil des Elektrolyts; und somit
verliert die Zelle an Kapazität! Es kommt bei einer Schnelladung darauf an, daß derLadestrom vor Erreichen der Volladung unterbrochen wird, um Beschädigungender Zellen zu vermeiden.

Bedingungen im Modell
Von großer Bedeutung für den Einsatz von NiCd-Akkus als Energiequelle imModellschiff ist das Wissen um die negativen Einflüsse des Innenwiderstandes
einer Zelle. Er setzt sich aus dem ohmschen Widerstand des Elektrolyten und dengalvanischen Übergansgspotentialen der Elektroden zusammen. Durch die
Sintertechnik ist es den Konstrukteuren gelungen, den Widerstand der Elektroden
relativ gering zu halten. Der Elektrolyt leitet den Ionenstrom während derEntladung gut, nähert sich der Akku aber dem Kapazitätsende, so steigt sein
Widerstand an. Es ist nicht mehr genügend freie Elektrodenmasse mehr vorhanden.
An diesem Innenwiderstand fällt ein Teil der erzeugten Spannung ab, wenn die
Zelle belastet wird, es entsteht Wärme.
Bei hohen Entladeströmen wird so die Zelle unerwünscht zum zusätzliche
Verbraucher der aufgeladenen Energie! Aus diesem Grunde sollte man einenhochbelasteten Antriebsakku während der Entladung kühlen. Zumindest nicht mit
einer wärmeisolierenden Hülle umgeben.
Der Innenwiderstand und die galvanischen Potentiale sind auch dafürverantwortlich, daß beim Laden eine wesentlich höhere Spannung als die NormalZellenspannung vom Ladegerät geliefert werden muß, denn der Ladestrom erzeugt
am Innenwiderstand Ri einen Spannungsabfall. Bei einer Sinterzelle bricht die
Spannung kurz bevor der Akku leer ist, schnell zusammen. Dies ist auf den
drastischen Anstieg des Innenwiderstandes zurückzuführen. Eine weitere
Stromentnahme sollte vermieden werden. Sie führt zu einer unnötigen Erwärmung
der Zelle, denn am höheren Innenwiderstand entsteht mehr Wärme. Reduziert man
den Entladestrom, so verringert sich der Widerstand des Elektrolyten wieder, so
daß für eventuelle notwendige Rettungs-Fahrmanöver wieder Reserven vorhandensind. Direkt nach einer Schnelladung ist der Innenwiderstand eine NiCd-Akkus am
geringsten, daher sollte man die Zellen erst kurz vor dem Gebrauch Schnelladen,
wenn man ein Optimum an Leistungsausbeute erreichen will.
Jeder wird nun vielleicht einsehen, warum die Hersteller bemüht sind, den
Innenwiderstand der Zellen möglichst gering zu halten. Der Anwender sollte nicht
unnötig durch Überladung mit großen Strömen und durch den daraus resultierenden
Austritt von Elektrolytflüssigkeit (Abblasen durch das Sicherheitsventil) dieseWerte verschlechtern.
Durch die Sintertechnologie
ist der Innenwiderstand relativ klein (große Oberflächen in kleinem Raum).
Allerdings kann man mit dieser Methode weniger aktive chemische Substanz ineiner Zelle unterbringen als bei Massezellen. Außerdem ist das Gewicht höher. Der
Kapazität einer Sinterzelle sind bei gegebenen Abmessungen Grenzen gesetzt. Die
Industrie hat daher die sogenannte Mischzelle entwickelt. Bei diesem Typ ist nur
die Anode nach dem Sinterverfahren hergestellt. Dies Zellen haben bei geringerem
Gewicht und gleichen Abmessungen eine höhere Kapazität als eine reine
Sinterzelle. Allerdings muß man bei diesem Typ einen höheren Innenwiderstand inKauf nehmen.
Der Anwender sollte sich Gedanken machen, für welchen Zweck er die Akkus
einsetzen will. Die Mischzellen werden nach einem einfacheren
Herstellungsverfahren gefertigt. Sie sind daher etwas preiswerter und bringen dannVorteile, wenn keine extremen Hochstrombelastungen durchgeführt werden.
Mischzellen:
Zu diesen Mischzellen gehört z.B. die "HIGH AMP-PLUS" von Panasonic. Sie hat
etwa 10 % weniger Masse als eine gleich große reine Sinterzelle. Ihre
Energiedichte ist dadurch größer. Der Entladestrom sollte daher nicht über 25 A bei
einer 1,5 AH-Zelle ansteigen, sonst macht sich der bauartbedingte höhere
Innenwiderstand negativ bemerkbar. Für einen Sender- oder Empfängerakkus sinddiese Zellen jedoch ideal: schnelle Ladung bei genügend Stabilität gegenüber dem
Pulsbetrieb.
Hochstromzellen:
Wer aber für seinen Antriebsmotor größere Ströme benötigt, dem bringt die höhereKapazität nichts, denn der Akku hält bei diesen Belastungen die Spannung nicht.
Für diese Anwendungsfälle sind reine Sinterzellen, z.B. die Sanyo-cut-off-Typen,
die bessere Alternative.
Die bekannten Anbieter von Modellbauartikeln haben fertig konfektionierte
Akkupacks mit unterschiedlichen Zellenzahl für die verschiedenen
Anwendungszwecke im Programm. Dabei sind natürlich auch Produkte weiterer
Hersteller, wie die der Firmen Varta und Saft etc. im Angebot.
Spannung, praktisch:
Die in unseren Akkus abweichenden Spannungen ergeben sich durch
anwendungsspezifische Änderungen der Arbeitsparameter: der verwendete
Elektrolyt Schwefelsäure hat etwa 4-normale Konzentration (etwa 25%), um diehöchstmögliche Leitfähigkeit (Aktivität) zu erreichen. Die eingesetztenBleielektroden sind mit Antimon, Quecksilber und anderem legiert, um höhere
Standfestigkeiten zu erreichen. Zusätzlich werden die Elektroden aufgerauht
hergestellt, um eine größtmögliche Oberfläche zu erlangen. Bei NiCd/Akkus wird
Nickelsulfat aufgetrocknet, mit Kalilauge umgefällt und zu Nickeloxyd eingebrannt= Sintern. Die einzelnen Elektroden müssen elektrisch getrennt stoßfest gehalten
werden. Zwischenlagen (Spacer) dienen als Stützen, speichern den Elektrolyt undsollen trotzdem keinen nennenswerten Widerstand haben. Bei den im
Normalbetrieb auftretenden Strömen ist nie mit einer 100 %igen Stromausbeute zu
rechnen. Teile des fließenden Stroms (bis zu 40 %) werden zur Erzeugung vonSauerstoff an der Anode oder Wasserstoff an der Kathode verbraucht(Wasserelektrolyse). In raffiniert angeordneten Polypropylengeweben kann derWasserstoff zur Anode diffundieren um hier entladen zu werden. Der Sauerstoff
wird entsprechend an der Kathode rekombiniert. Das entstandene Knallgas wird so
wieder zu Wasser zurückverwandelt.

Bei diesen Vorgängen wird immer Bindungsenergie in Form von Wärme frei, diezusammen mit den durch Elektrolyse des Wassers entstehenden Gasen zu einer
Druckerhöhung im Akku führt. Dieser Gasdruck muß abgefangen werden. In einer
offenen Autobatterie älterer Bauart vergast das Wasser und muß deswegenregelmäßig nachgefüllt werden.
Die Innen- und Außentemperaturen spielen mit: niedrige Temperatur ergibt einen
höheren inneren Widerstand des Elektrolyten = weniger Strom; höhere
Temperaturen dagegen führen zu einer vorzeitigen Selbstentladung. Dies sind nur
einige wichtige Faktoren in der Praxis. Interessant vielleicht: es werden in Wasser
nur sehr schwer lösliche Systeme eingesetzt; es gibt Elektrolyte mit wesentlich
besseren Leitfähigkeiten. Nur diese eignen sich leider nicht zum Bau preiswerter
reversibler Stromsammler (Akkumulatoren). Weißes, unlösliches Bleisulfat wassich auf der Kathode bildet z.B. macht die Dispersionsfarbe zum Wändestreichen
erst richtig schwer und abwaschbar.
Primärelemente,welche konstruktionsbedingt Strom nur abgeben können, gibt es seit mindestens
4.000 Jahren. Dazu gehören alle Taschenlampenbatterien (Kohle-Zink-System).
Batterien mit extrem hohen Leistungen für einmaligen, kurzzeitigen Einsatz sindleider sehr teuer (Silber-Zink-Elemente, Goldclips), und alle nur einmal benutzbar!
Erst durch die Erfindung des Dynamos (heute noch an fast jedem Fahrrad), welcher
nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitet, konnten größere Strommengen aus
Wasser- und Dampfkraft erzeugt werden. Dies führte auch ganz schnell zur
Entwicklung von Stromsammlern (den ersten Bleiakkumulatoren) und löste die bis
dahin umständlich zu handhabenden galvanischen Elemente ab (Siemens war
Chemiker und Betreiber einer Galvanik).
Zu entnehmender Strom:
Bleibatterien können, bedingt durch den höheren Widerstand der eingesetzten
Schwefelsäure (H2SO4), gegenüber der besseren Leitfähigkeit von Kalilauge(KOH) in NiCd-Batterien grundsätzlich immer nur einen kleineren Strom abgeben.
Der NiCd-Akku ist deshalb bei hohen geforderten Stromleistungen vorzuziehen.
Rennboote wären mit noch so teuren Bleiakkus eine lausige Sache! Der Bleiakku
hat dagegen ein etwas günstigeres Gewicht/Speicherungs/Verhältnis. Auch wenn
Blei ein hohes spezifisches Gewicht hat, ist es beim NiCd-Akku eine große Menge
vernickelten Stahlbleches, die das Verhältnis bestimmen. Als Sender- undEmpfängerakku ist nur ein NiCd-Akku einzusetzen da dieser, bedingt durch den
geringeren Innenwiderstand, den Pulsbetrieb besser verträgt. Nur relativ kleine
Spannungssprünge entstehen, vorausgesetzt, Zuleitungen und Stecker sind i.O. Bei
einem kleineren Bleiakku wäre die Spannung sehr unruhig, was besonders dem
Empfänger, vor allem bei sonstigen möglichen Störern am See zusätzlich zu
schaffen macht. Nicht immer nur lustige Manöver sind die allbekannten Folgen.
Frequenzüberlagerungen sind meist die Ursache, teils eigene, und andere nochdazu, die einem geplagten Empfänger durcheinander bringen können.

Einfluß der Arbeitstemperatur auf die Leistung:
Normal: 20 - 30 'C = 100 % C, Kapazität + - 0 'C = ca. 80 % C - 20 'C = ca. 60 % C
Ausnahme: + 40 'C = ca: 105 % C Zyklenzahl, Lebensdauer: Bleiakku: 1500 - 2000
Zyklen 5 - 8 Jahre NiCd-Akku ca. 1000 Zyklen 5 - 8 Jahre.
Die Lebensdauer
wird durch die Bildung von immer größer werdenden Kristallen (Sulfatierung)
begrenzt. Festgewordene Kristalle können auch immer nur ein Äquivalent Stromtransportieren; binden aber andererseits vom Hersteller eingesetztes
Arbeitsmaterial. Dies bedeutet eine allmähliche Kapazitätsverringerung! Hohe
Zyklenzahlen werden immer nur dann erreicht, wenn die verwendeten Batterien soeingesetzt werden, wie es sich der Konstrukteur gedacht hatte. Also bitte: schonend
damit umgehen; Batteriedaten beachten; jede Batterie dankt es seinem Betreiber
mit langer Lebensdauer. Auch so ein verschlossener Kerl wie ein Akku hat ein
Eigenleben. Es geht dauernd auf und ab mit ihm; er kann mal müde sein; auch mal
richtig explodieren; aber auch vorzeitig ruhig dahinsiechen, oder aber ein guter
alter Freund seines Besitzers sein! Diesbezügliche Erfahrungen (auch eigene)führen immer wieder zu ausführlichen Gesprächen am See.
Entlade-Endspannung:Blei-Akku 1,7 Volt / Zelle (immer!) bei einem 6-Volt-Akku (3 Zellen) ist bei 3 *
1,7 = 5,1 Volt Schluß. Bei einer weiteren Entladung siehe Tiefentladung. NiCdAkku 0,9 Volt / Zelle, (normal) andere niedrigere Spannungen je nach Typmöglich. Moderne Cut-Off-Zellen unkritisch.
Tiefentladung:
Beim Tiefentladen werden die Elektroden teilweise angelöst (Blei-Akku). Die
Formierung wird zerstört. Es bilden sich unlösliche zusammenhängende
Metallsalze (große Kristalle), die zum Teil nicht mehr oder nur in geringerem
Umfang am Strom-Ladungstransport teilnehmen. Der Akku verliert an Kapazität,und zwar (oft langsam), aber sicher auch wenn neuere Konstruktionen nicht mehrso empfindlich sind wie früher.
Bei Standby-Akkus älteren Jahrganges führt dies zur sofortigen Zerstörung!
Ausnahme: Bestimmte moderne NiCd-Akkus (Cutoff-Typen). Diese sind sogar
nach Gebrauch mit mittlerem Strom tief zu entladen (Autolampe anhängen) und
mit einem Widerstand oder Lampe auf 0-Volt-Pegel zu halten. Diese Typen werden
erst unmittelbar vor Gebrauch mit hohem Strom aufgeladen und sofort eingesetzt.
Sie verlieren ihre Ladung dafür schon nach kurzer Zeit. Diese für Videokameras,
Akkuschrauber und andere Handwerkszeuge entwickelten Akkus sind für unsere
Rennbootfahrer ein wirklicher Segen. Können sie doch endlich mit selektierten
Akkusätzen und teuren Elektromotoren sogar den Verbrennern das Fürchten
lehren!
Ladefaktor F:
Der Faktor F ist 1,4. 100 % Ladung + 40 % Gasentwicklung: Berechnung: C =Kapazität, z.B. 1,2 Ah (0,06 A/20h) C/10 = Ladestrom, errechnet aus Kapazität
1,2/10 = 0,12 A, (120mA) F = 1,4 * 10 h * 120 mA Ladung: = 14 Stunden * 120
mA bei einem Akku mit 1,2 Ah (Ampérest.) Sowohl beim Entladen als auch beim
Laden entstehen immer Verluste durch nicht 100 %ige Stromausbeuten. Eine
zusätzliche Gasentwicklung neben der eigentlichen Ladung führt zu diesem
höheren Stromverbrauch. Merke: Diese schonende Normalladung ergibt,
konstruktionsbedingt, die meisten Ladezyklen.
Selbstentladung:"Normale" Selbstentladung eines Bleiakku's Nach 3 Monaten = 9 % Verlust C 6 " =18 % " 12 " = 36 % "Standby-Akkus (Alarmanlagen)haben nur eine geringe Selbstentladung, welche kleiner als 5 % pro Jahr sein kann.
Nachteil: nur geringe Stromentnahmen möglich. Die Selbstentladung entsteht durch
Kriechströme innerhalb eines Akkus. Diese sind immer vorhanden. Allerdings
unterschiedlich stark, je nach Konstruktion.
Vorteilhafte Lagertemperatur eines Akkus ist 10 bis 20ø C. Ein Bleiakku sollte
grundsätzlich im aufgeladen gelagert werden: stabiler, nicht kritischer Zustand;kaum Sulfatierung möglich. Gegebenenfalls alle 2 Monate nachladen. Die
schnellere Selbstentladung bei NiCd- Akkus ist ungefährlich. Nach einem Monaten
ist meistens nur noch die Normalspannung des NiCd-Elementes zu messen; bei
einer Stromentnahme ist nach kurzer Zeit Schluß. Deshalb vor erneutem Gebrauch
unbedingt normal laden.
Ladung von Bleiakkumulatoren:Über Ladung mit preiswerten Mehrfachladern will ich hier nicht weiter schreiben,
außer vielleicht, daß diese Geräte, gemessen an ruinierten Akkus, am Schluß die
teuerste Lösung sind.
Ladung eines Bleiakkus mit Konstantspannung:
Die Ladeendspannung eines Bleiakkus beträgt 2,30 Volt pro Zelle. Nach Erreichen
dieser Spannung wird der Ladestrom gleich oder fast Null, da keine weitere
elektrochemische Reaktion mehr stattfindet. Der Akku ist so wirklich voll geladen.
Alles mögliche kapazitätsbestimmende Material ist umgeformt! Aller darüber
hinaus gehender Strom bedingt durch eine höhere Spannung am Netz- oder
Ladegerät haben nur noch eine Gasentwicklung im Inneren des Akkus zur Folge.
Sollte ein Bleiakku merklich warm werden, ist mit Sicherheit zu viel des Guten(Bösen) getan.
Zum Laden:
ist grundsätzlich jedes brauchbare Netzgerät mit Konstantspannungs-Regelung undStrombegrenzung geeignet. Zum Bleiakku-Laden konzipierte Geräte sind jedoch
preiswerter. Diese kann man meist entweder auf 6 oder 12 Volt einstellen. Der
maximale Strom C/10 wird zu Ladebeginn eingestellt und wird zum Ladeende hinlangsam geringer bis fast oder ganz Null. Bei konstanter Spannung regelt sich derStrom von selbst herunter. s.O.
Den Ladestrom C/10 berechnet man:angegebene Kapazität / 10, z.B. 6,5 AH (6.500 mAh) / 10 = 650 mA (0,65 Ampére)Ladestrom eines Akkus mit 1,2 Ah = 120 mA (0,12 Ampére) Ein Akku mit 6 Volt
hat 3 Zellen mit je 2 Volt also 3 * 2,30 V = 6,90 Volt Ladeendspannung. Ein 12Volt-Akku hat dementsprechend 6 Zellen und so 6 * 2,30 V = 13,80 Volt
Ladeendspannung. Darüber hinaus gehende Ladespannungen über 2,4 Volt/Zelle
erzeugen nur noch eine Gasentwicklung, der Akku wird durch die
Wasserelektrolyse nur noch warm. Das warme Gas entwickelt inneren Druck, derdie Trennwände deformieren kann, Kurzschlüsse mit starker Stromentladung undzusätzlicher Gasentwicklung können entstehen. Explosionsgefahr! Abblasen überein eingebautes Druckventil verhindert meistens Schlimmeres, aber jedes Abblasen
führt zu Elektrolytverlust und damit zu Kapazitätsverminderung.
Öffnung bei ca. 3 bis 15 bar Druck.
Ausnahme: Es gibt Bleiakkus, die können unter genau definierten Bedingungenschnellgeladen werden bei Spannungen um 2,4 - 2,5 Volt/Zelle.
Ansonsten gilt immer: C/10 Ladestrom. (Angegebene Kapazität / 10) Nach 10
Stunden sind 96 bis 100 % der möglichen Ladung erreicht. Der Ladestromverringert sich zusehends und wird meist nach 14 Stunden ganz auf Null Ampére
gefallen sein.
Bei einem Ladegerät mit Konstantspannung und Strombegrenzung kann so der
Akku eigentlich unbedenklich auch längere Zeit am Ladegerät angeschlossen
bleiben. Das Gerät muß nur eingeschaltet sein. Bei Netzausfall jedoch den Akku
unbedingt abhängen, da die Spannungsmessung des Ladegerätes den Akku
allmählich entladen würde. So ist es immer besser den Akku nach einer
vollständigen Ladung abzuhängen.
Zu kleine Ladeströme machen jeden Akku müde, es bilden sich sehr feine, fest
zusammenhängende Deckschichten, die sich nur langsam bei einer Belastung
wieder umformieren lassen.
Bei den im Modellbau eingesetzten Gelakkus (Blei) ist der Elektrolyt versteift oderin einem feinen, hochsaugfähigen Fiberglas-Separator festgehalten (NiCd). Sie
können so weitgehend lageunabhängig und auslaufsicher eingesetzt werden.
(Herstellerangaben bitte immer beachten). Bei besonders billigen Bleiakkus ist
auch meist etwas faul! Vor allem eine lange Lagerzeit kann den Akku schon
ruinieren.
Ein Bleiakku hat eine so schöne Ladespannungskurve,
die am Ende der Ladung richtig ansteigt und so vom Ladegerät einfach erkannt
werden kann. Bei Konstantspannung schaltet sich der Bleiakku notfalls auch selberab, er nimmt einfach nichts mehr auf. So gesehen, ist eigentlich ein Bleiakku recht
unproblematisch.

Auch mit Bleiakkus
kann man viele Modelle ganz schön zum laufen bringen. Man muß eben stattbilligen, stromfressenden Motoren mit nur 3-poliger Wicklung bessere Typeneinsetzen. Unterm Strich kommt mit preiswerten Bleiakkus und teureren
stromsparenden Motoren etwa der gleiche Geldsatz heraus wie bei billigen
Motoren und teuren NiCd-Sinterzellen (mehrfach nachkalkuliert).
Handhabungsregeln eines Bleiakkus:# Tiefentladen vermeiden, keinen Kurzschluß - Explosionsgefahr!
# Nicht zu hohe Entladeströme - normal bis 2 * C# Mit korrektem Strom C/10 und fester Ladeendspannung laden# Immer im geladenen Zustand bei Raumtemperatur lagern
Ladung von Nickel-Kadmium-Batterien: (oder Ladung von NiCd-Batterien mit
verschiedenen Problemen?)Es sind hier verschiedene Methoden möglich. Jeder hat so seine eigene, beste
Lademethode entwickelt. Man frage nur mal am See, wie richtig geladen wird.
Heftige Diskussionen sind dann bei den Akku-Lade-Spezialisten die Folge. Andere
machen nur große Augen. Ich auch - immer wieder! (zugegebenermaßen)
Ladeendspannung pro NC-Zelle:
1,35 V für normale Typen, 1,46 V für schnellladefähige Typen mit kleiner
Belastung 1,50 V für schnellladefähige Typen mit hoher Belastung. 1,74 V CutoffZellen. + ?? V Spannungsverluste im Ladekabel!!
Schon diese Sammlung läßt genügend Diskussions-Stoff ahnen!
Ladekurve eines NiCd-Akkus:
Die Ladekurve als Hilfe ist etwas kritisch. Beim Laden eines NiCd Akkus steigt die
Spannung ganz am Anfang recht schnell, danach während der eigentlichen
kapazitätbestimmenden Ladung nur noch langsam, um bei vollem Akku allmählich(meistens) wieder abzufallen. Und dies alles nicht gleichmäßig. Für jedes Ladegerät
und seinem Erfinder eine knifflige Aufgabe, diesen nur schlecht erkennbaren
Endpunkt zu treffen. Nachzumal es verschiedene Typen mit unterschiedlichen
Ladekurven gibt.
Laden mit Konstantstrom:Am einfachsten (und bei aufmerksamer Behandlung recht sicher) ist folgende
Methode:Entladenwird der Fahrakku z.B. wird wirklich, indem man so lange herum fährt, bis das
Modell-Schiff merklich langsamer wird. Oder alle Verbraucher wie Lampen
einschalten, bis das Licht allmählich ausgeht. Oder den Akku (wieder daheim) mit

einem Motor (Lampe) entladen. Eine beginnende Tiefentladung ist nicht allzu
kritisch.
Laden der Akkus
sofort danach mit konstantem Strom von C/10 mindestens 14 Stunden laden.
Konstant-Stromquellen dafür sind einfach und preiswert und ausreichend. Auch bei
einer eventuellen Überladung mit diesem Ladestrom C/10 passiert nicht allzuviel.
Der Akku wird zwar warm, aber solange er nicht anfängt abzublasen, ist alles o.k.
Mit einem einstellbaren Zeitwerk kann man nach Ablauf der Ladung
gegebenenfalls den Strom ganz abschalten oder aufwendigen mit einem geringerer
Haltestrom auf Erhaltung umgeschalten werden. Meine Akkus haben so etwa 6-8
Jahre überlebt bei vielleicht 150 bis 250 Ladezyklen. Mehr war allerdings auchnicht drin.
Dauerladung:
Eine Dauerladung über lange Zeit, auch bei kleinen Strömen, ist nicht sinnvoll undsollte vermieden werden. Die modernen NiCd-Akkus sind einfach nicht dafür
konzipiert. Mann kann sie auch längere Zeit einfach liegenlassen. Jedoch muß dannvor dem erneuten Gebrauch wieder geladen werden.
Ladekapazität-Erhaltung:Übrigens: Unsere NiCd-Akkus sind so richtige Arbeitspferde. Bei allzu schonender
Behandlung werden sie faul und halten auch die Ladung nicht allzu lange. Wenn
man also gleich nach Gebrauch den Akku so richtig eifrig geladen hat und nacheiner Woche am See ist, braucht man sich nicht zu wundern, wenn die Ladung
nicht bis zum Ende einer langen Schiffles-Fahrer-Wochen-End-Runde reicht.
Abhilfe: Da der Akku in einer Woche ca. 10 - 30 % seiner Ladung verloren hat,wird einfach noch einmal, bevor man zum See geht, noch einmal 1 - 3 Stunden
nachgeladen mit einem konstanten Ladestrom C/10.
Auf die gleiche Weise kann man ältere Kandidaten, die nicht mehr so richtig
wollen, manchmal wieder auf Vordermann bringen, indem die müde gewordenen
NiCd- Akkus mehrfach auf- und entladen werden. Dabei wird eventuell allmählich
Festgewordenes wieder gelöst, und kann so wieder an der Stromspeicherung
teilnehmen.
Gedächtnis-Effekt:
Genau so verwunderlich sind trotz relativ neuer Akkus nur kurze Senderzeiten. Der
Akku wurde doch nach jedem Gebrauch ordentlich aufgeladen und jedesmal
vielleicht nur etwa eine Stunde benutzt. Wichtige Vorgänge am See, wie Gesprächeüber Regattaerfolge, Kaffeetrinken, Eisessen, Sonnenbrand usw. bringen den Akku
zu der Meinung, auch nicht mehr als notwendig zu tun, als sein Betreiber. Der
Akku merkt sich das! Es wird ja auch nur ein Teil seiner möglichen Kapazität
benutzt. Man nennt dies, so richtig wissenschaftlich, Gedächtniseffekt. Was ist
passiert?
Durch mehrfache Teilent- und Aufladung wird der Rest der möglichen nicht
benutzten Ladung unseres Sender- oder Empfängerakkus fest kristallin. Und wenndann mal plötzlich ein längerer Arbeitstag auftreten sollte, geht der Akku regelrecht
in die Knie! Unsereins geht die Luft aus, dem Akku der Saft. Die Spannung bricht
zusammen, ein wildgewordenes Schiff auf dem Wasser sorgt für die allfällige
Abwechslung am See, weil der Empfänger endlich sein eigenes, vom Senderunkontrolliertes Leben verwirklichen kann.
Andere Sender, noch voller Saft (Akku) helfen dann gleich noch mit.
Abhilfe:
Sender- und Empfängerakku ab und zu richtig (tief)-entladen, z.B. während derSportschau einfach den Sender einfach eingeschalten lassen, öfters die Ladeanzeige
kontrollieren bis die Ladeanzeige im roten Feld ist. An manchen Sendern kann die
Spannung direkt abgelesen werden oder der Sender meldet sich mit einer
Blinklampe.
Das Gleiche gilt für den Empfängerakku. Einfach eingeschaltet lassen, bis
wenigstens ein angeschlossenes Servo in eine Endstellung läuft und zu nichts
weiteren zu bewegen ist. Danach 14 Stunden mit: Strom C/10 aufladen. s.O.
Kapazitätsschwund:
Formieren Batterien haben, herstellungsbedingt, Kapazitätsunterschiede von ca.
10% (meist mehr als angegeben). Ein voll geladener Akku wird im Modell
eingesetzt ganz normal leergefahren, und danach gleich wieder aufgeladen.
Dabei ergibt sich folgende Situation:
Eine oder mehrere Zellen mit geringerer herstellungsbedingter Kapazität werden
früher leer sein; die Spannung fällt schnell ab; der aufmerksame Kapitän merkt diesam langsamer werdenden Schiff und nimmt sein Modell aus dem Wasser, während
noch die restlichen Zellen eigentlich noch eine Teilladung haben. Wenn in diesem
Zustand dann aufgeladen wird, so werden die nur teilentladenen Zellen schneller
ihre Ladeendspannung und mehr erreichen und so einem Ladegerät mit
Spannungsregelung eine volle Batterie vortäuschen, während einigen Zellen (diemit der kleineren Kapazität) noch gar nicht voll sind. Nach mehrfachemLadezyklus wird so der mögliche Arbeitsbereich (Kapazität) immer enger (kleiner).
Es ist offensichtlich ein Schwund gegenüber dem theoretischen Wert eingetreten.
Abhilfe:
Formieren des Akkus. Dies geschieht, wie im Absatz vorher beschrieben. Den
Akku kontrolliert mit kleinem Strom (tief)-entladen. Dabei können bei
schnelladefähigen Zellen auch einzelne umgepolt werden. Danach allerdings sofort
mit Strom C/10 mindestens 14 Stunden lang aufladen. Teilentladene gute Zellen
werden dabei auch ganz entladen, andere mit geringerer Kapazität tiefentladen(auch mal umgepolt). Aufgeladen werden die guten dann ganz, während die
schwachen schon überladen werden.
Dieses Formieren ist nur bei etwa jedem 5. Ladezyklus zu empfehlen. Aber auchnotwendig.

Normalladung: mit Ladeendspannung
Laden mit dem Mikroprozessor N2400: Der Ladevorgang mit einem solchen Gerät,
welches diesen Prozessor verwendet, geschieht etwa so: Eine Batterie mit
entsprechender Zellenzahl wird an die Ladebuchse des Ladegerätes angeschlossen
und die Spannung wird mit einem eingestellten Wert verglichen.
Falls die Spannung hoch genug ist (Akku voll) passiert gar nichts. Ansonsten wird
auf Entladen umgeschalten und bis zur vorgegebenen Entladungs- Endspannung
mit mittlerem Strom entladen.
Dabei kann man bei teilentladenen Akkus richtig Entladestufen feststellen. Es wird
so nach und nach jede einzelne Zelle fast tiefentladen was bei einem geringeren
Entladestrom nicht weites schlimm ist.
Nach Erreichen dieser unteren Spannung von etwa
0,6 Volt/-Zelle wird auf Laden umgeschalten.
z.B. 4 Zellen * 0,6 V wären 2,4 Volt für den Empfängerakku.
Dabei wird mit fest einstellbarem Strom (C/10) aufgeladen. Nach Ablauf von 12
Stunden wird in jedem Fall abgeschalten. Wenn die vorgegeben Ladeendspannung
vorzeitig erreicht wurde, wird dies angezeigt.
Nach Erreichen der Endspannung wird zuerst abgeschalten um nach 2 Sekunden
nochmal nachzuladen. Wird dabei die Ladeendspannung wieder erreicht so wird
abgeschalten und alle Anzeigen sind aus. Fällt dann die Spannung allmählichwieder ab durch Selbstentladung wieder ab wird auf Erhaltung umgeschalten. Diesgeschieht dadurch, daß immer nach 17 Sekunden ein kurzer Ladestrom-Impuls eine
Sekunde lang abgegeben wird. Bei neuen Batterien wird abgeschalten, da diese die
erreichte Spannung längere Zeit halten. Normal ist jedoch die Lade- ErhaltungsRoutine.
Bei älter und weich gewordenen Akkus geschieht dies fast sofort. Auf diese Art
wacht das IC und der Akku wird immer aufgeladen gehalten. Dies muß allerdings
bei jedem Akkusatz ausgemessen werden um so eine annähernd volle Ladung zu
erhalten.
Nebenher kann die Temperatur des Akkus überwacht werden.
Schnelle Ladung mit diesem IC ist auch möglich.
Schaltungen mit Fenster-Diskriminatoren funktionieren ähnlich. Es wird meist
nicht entladen vorher. Dafür ist eine solche Schaltung preiswerter zu erstellen.
Nachteil: Mit beiden Techniken kann man einen Akku nur schwer erkennbar ganz
voll laden. Aber sichere 80% - 90% einer möglichen Ladung sind immer besser alsunangenehmen Überraschungen. Handladung von schnelladefähigen NickelKadmium- Batterien:ist meiner Meinung nach eine sichere Methode: Man muß sichintensiv mit seinen Akkus befassen. Und die Biester sind letztlich dankbar dafür.
Rennbootfahrer, bei denen die im Boot mitgeführte Energie entscheidend ist, haben
folgende Methode entwickelt:
Mehrere Akkusätze, sofern vorhanden, werden leergefahren, liegen gelassen, bis
sie sich wieder abgekühlt haben, um danach pauschal ca. 1/2 Stunde(Küchenmesser) mit C/2 vorgeladen zu werden. Bei 6 oder 7 Zellen einfach Lampe

12 Volt 60 Watt zwischen Autokauf und schnelladefähigen Batterien. Ein 1,7 Ah
Akku wird mit ca. 2 - 3 Ampere vorgeladen und wenn dann der Wecker geklingelt
hat, wird von Hand weiter laufend die Temperatur kontrolliert bis es dem einzelnen
Satz zu warm wird, gut handwarm (35 - 45 °C). Dieser Akku wird abgenommen.
Der Akku ist zu diesem Zeitpunkt etwa zu 80 % voll. Nach einer Abkühl- undBeruhigungsphase werden von Hand bei über 2 Ampere der letzte Rest in den
geplagten Akku gepumpt, bis dies relativ schnell heiß wird (ca. 40 °C), und auchschon mal sein Notventil öffnet um Überdruck (bis zu 15 bar) abzulassen, dannwird kurz im See abgekühlt, ins richtige Boot eingebaut, und los geht die wilde
Hatz!
Diese aufwendig geladenen Akku wird in kürzester Zeit wieder entladen. Es soll
Akkusätze geben, - Geheimtips beachten - die haben diese Tortur schon 100 mal
und mehr ausgehalten.
Diese radikale Methode kann man perfektionieren (elektronisch automatisieren)
durch nachfolgend beschriebene
Delta-Peak Ladetechnik: Jeder Akku wird beim Laden warm. Bei einem Strom vonmehr als C/3 geht diese Erwärmung schneller voran, weil in der kurzen Ladezeit
der Akku nicht mehr schnell genug abkühlen kann.
Der Spannungsanstieg während eines Ladevorgangs ist darauf zurückzuführen, daßes den ungeladenen Kristallen allmählich schwieriger wird, einen freien Platz auf
den Elektroden zu finden (höhere Bindungsenergie wird notwendig). Die Elektrodewird immer dichter belegt und der eigentliche Ladevorgang hört auf. Der Akku ist
voll! Nichts geht mehr??
Danach wird der Ladestrom nur noch zu Gasentwicklung verbraucht.
Wobei bei vollem Akku die Ladespannung durch den geringer werdenden
Widerstand des warm gewordenen Elektrolyten wieder abfällt.
Bei Cutoff-Zellen ist dies besonders deutlich: Delta-Peak ist erreicht! Doch
Vorsicht! Nur solche Zellen vertragen dies. Andere könnten vorzeitig schon mal ihr
Innenleben zeigen.
Ladung nach Temperatur:
Eine einfache Ladetechnik verwendet die ansteigende Temperatur als Endpunkt.
Mit einem Fühler wird laufend die Temperatur gemessen. Nach Erreichen eines
eingestellten Wertes (bis zu 46 °C, je nach Akkutyp verschieden), wird vom
Ladegerät der Strom einfach abgeschaltet.
Das setzt aber voraus, daß man diese Endtemperatur kennt. Für jeden Akkusatz
muß die ihm eigene Ladespannungskurve aufgenommen werden. Dabei wird bei
wieder abfallender Spannung die Temperatur gemessen und auf dem Akkusatz
vermerkt.
Ladung nach Spannung, Probleme:Eine elegantere Methode nutzt den Spannungsabfall bei vollem Abfall aus. Diesen
Spannungsabfall dabei zu erkennen, ist gar nicht so einfach, wie sich das zunächst
anhört. Die Messung muß sicher auf kleine Spannungsänderungen des vollen Akku

im Millivoltbereich reagieren. Wobei zu Beginn der Ladung große Sprünge
auftreten, die Spannung steigt zuerst mit Störungen steil an, danach wir die
Ladekurve immer flacher, und bei vollem Akku fällt die Spannung erst wieder
langsam ab, aber all dies nicht gleichmäßig.
Die Zellen gasen dabei intern bei Schnellladen stark. Durch dieses Zellenrauschensind immer kleine Spannungsänderungen auf und ab die Folge, denn die nicht
gleichmäßig entstehenden Gasblasen behindern den Strom.
Ladung nach Delta Peak:Bei einem tiefentladenen Akku steigt die Spannung zuerst sehr steil an, um vor
dem eigentlichen Ladung wieder kurz abzufallen. Diese erste Phase wird dann mit
einer Zeit von ca. 2 Minuten oder bei teilentladenen Akkus von Hand überbrückt.
Danach kann so verfahren werden, daß in Intervallen von ca. 10 bis 20 Sekunden
gefragt wird, ob die Spannung noch steigt oder fällt. Ein Fallen wird dann mit
einem Zähler vermerkt. Wenn mehrere Zählimpulse hintereinander positiv erfolgen(Spannung fällt), wird als Akku voll erkannt und abgeschaltet.
Sollte ein Impuls zwischendurch negativ sein (Spannung steigt), wird der Zähler
zurückgesetzt und von neuem vorwärts gezählt.
Auf diese Weise können Unregelmäßigkeiten während des Ladevorgangs
ausgeklammert werden.
Solche Ladegeräte sind wegen den Extremen hoher Strom bei Messung von kleinen
Spannungs-Differenzen bei hoher Reproduzierbarkeit noch immer recht teuer. Das
Netzteil von geeigneten Ladegeräten muß sehr stabil sein (großzügige
Dimensionierung), um einen gleichmäßigen Strom zu liefern. Aus gutem Grundwerden, neben anderen, dazu gern Autobatterien als Stromgeber verwendet. Bei
höheren Zellenzahlen (ab 8) müssen dann aber Spannungswandler (nicht ganz
billig) eingesetzt werden.
Mit viel Aufwand soll man mit solchen Ladetechniken geeignete Akkus bis zu
100% vollpumpen, um dann im Rennboot alles in kurzer Zeit wieder zu verheizen.
Es gibt immer wieder Behauptungen, daß die so geplagten Akkus sogar über 100 %der Leistung abgeben können. Das hängt jedoch einfach damit zusammen daß derHersteller eines Akku's ein Mindestkapazität garantieren muß. Und so wird, um
sicher zu sein (Garantie), ein Akku immer mehr als die aufgedruckte Kapazität
liefern, solange er 'werksneu' ist.
Meines Wissens sind Batterie-Hersteller sehr vorsichtig mit Aussagen zu ihren
Akkus bei dieser Ladetechnik.
Selektierung von Akkusätzen:Es wurden richtig aufwendige Computerprogramme
entwickelt: jede neue fabrikneue Zelle wird kontrolliert, mehrmals ge- undentladen, gute Zellen mit gleichen Daten zu einem Pack zusammengestellt. Die
weniger guten preiswert verkauft.
Die so selektierten sind dann entsprechend teuer.
Mit viel Aufwand soll man mit solchen Ladetechniken geeignete NiCd-Akkus bis
zu 98% vollpumpen können. Wobei anzumerken ist: nicht nur die Ladetechnik,
sondern vor allem die Entladetechnik ist von entscheidender Bedeutung. Auf dem
beigelegten Blatt sind verschiedene Entladekurven dargestellt.

Zur Energie unseres Schifflesfahrer-Akku noch einige Anmerkungen:
Bitte nicht ganz ernst nehmen; alles nur Theorie!
Für eine Null mehr oder weniger - keine absolute Garantie!
Strömendes: Bei einem Strom von 1 Ampére sind in 1 qmm Kupferdraht - das ist
etwa ein 1 cm langes Stück mitteldickes Dünnkabel (Telefondraht), sind zu
gleicher Zeit 1,602 * 1019 Elektronen unterwegs. In Zahlen ausgedrückt: genau
16.020.000.000.000.000.000 fleißige Elektronen.
Gewichtiges: dabei werden 6.022 * 10-23 Gramm transportiert:
0,000.000.000.000.000.000.000.060.22 Gramm Materie.
Einsteiniges: E = m * C2; 1 Gramm Materie entsprechen etwa 25 Megawatt Strom.
Energie, um eine Stadt wie Hamburg einen Tag damit zu versorgen. Unsere Sonne
wird so jede Sekunde um 4.000.000 Tonnen leichter und - unser Akku mit 1 Ah
beim Laden um 0,000.000.000.04 Gramm schwerer. Nur - einen Akku nach solch
einem Gewichtsunterschied zu laden ist mit Sicherheit noch schwieriger als
elektronisch oder von Hand.
Geschwindiges: dabei kommen die Elektronen bei den in Modellschiffen üblichen
Spannungen nur etwa 1 Millimeter in einer Sekunde voran. Ca. 30 cm/Stunde/Volt.
Ein Rennbootfahrer-Elektron schafft so nicht mal eine Runde im 5-minütigem
Rennen.
Kürzeres: Ein Kurzschluß (Stromschluß) ist dagegen bedeutend schneller, dergeschieht mit fast 300.000 km/sek (beinahe Lichtgeschwindigkeit). Also in einer
Sekunde etwa 8 mal um unsere Erde herum.
Verwirrendes: Daß der Strom in Leitungen von plus nach minus fließt ist
Konvention (positiver Stromfluß). Denn die Elektronen als negativer Ladungsträger
fließen tatsächlich von minus nach plus. Das sieht man gut am galvanischen
Element.
Umwelt existiert auch am Schifflesfahrer-Goldbachsee:
Batterien und Akkus sind nicht nur teuer in der Anschaffung, sondern auch imausgedienten Zustand noch Wertstoff. Neue Bleibatterien enthalten so etwa 40 %Blei aus alten aufgearbeiteten. Diese Wertstoffrückgewinnung aus Kostengründen
gibt es schon seit Jahrzehnten, zu einer Zeit also, als es den Begriff Recycling nochgar nicht gab, und Umweltpolitik noch ein Fremdwort war. Das in unseren NiCdAkkus eingesetzte Nickel und Kadmium sind nicht nur giftig, sondern genauso
Wertstoff und teuer. Nickel kostet zur Zeit etwa DM 25,-- pro kg, Kadmium etwa
das doppelte. Ab 1. März 1993 sollen Handel und Industrie verpflichtet werden,
Batterien und Akkumulatoren zurückzunehmen und einer Verwertung oder
Entsorgung zuzuführen. Diese vom Umweltminister vorgelegte Batterieverordnung
schließt sich nicht nur der EG-Richtlinie über gefährliche Stoffe enthaltendeBatterien und Akkumulatoren vom 18. März 1991 an, sondern erweitert diese um

die Rücknahme und Beseitigung für die Zink-Kohle-Batterien und diequecksilberarmen Alkali-Mangan-Batterien. Hoffen wir daß dies in Zukunft
klappen wird, denn manche Händler wissen von der derzeitigen Freiwilligkeit
nichts.
Persönliches:
Toxizität (Giftigkeit): Nickel wirkt stark allergisch und in bestimmter Formkrebserregend.
Kadmium blockiert Enzyme in der Niere und führt zu schmerzhaften
Knochenerkrankungen (vor allem bei Zinkmangel, den wir alle durch unsere Art
der Ernährung haben).
Blei führt zu Übelkeit, Verdauungsstörungen bis zur Erblindung.
Säuren, Alkali und sonstige Chemikalien von Akkumulatoren und Batterien wirken
zumindest ätzend.
Also bei einem Unfall - sofort mit möglichst viel Wasser waschen. Eventuell einen
Arzt aufsuchen und zwar immer dann wenn etwas ins Auge ging!