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40 Jahre Akku- und Ladetechnik: Ein nostalgisch-anekdotischer Rückblick

Flummi

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26 Oktober 2015
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Wenn wir heute moderne LiIon-Technik nutzen, uns über bestgeeignete Ladeparameter der computergesteuerten Ladegeräte austauschen oder eine Taschenlampe mit 80Wh Energieinhalt in der Hand halten, dann tun wir dies ganz selbstverständlich. Wer mit dieser Technik aufwächst, kennt nicht die Fallstricke und technischen Begrenzungen, denen man vor einigen Jahren noch ausgesetzt war.

Wer mag, kann also im Folgendem einem kleinen Rückblick auf vergangene Lade- und Akkutechnik folgen. Anekdotenhaft - dies wird keine wissenschaftliche Abhandlung. Das ganze aus der praktischen Anwendung eines (Schiffs-)Modellbauers, denn damit habe ich meinen Einstieg in die Akkutechnik vollzogen.

Ende der 1970er Jahre erwarb ich mein erstes RC-Schiffsmodell. Ein Fertigmodell, ca. 40cm lang, betrieben mit zwei 9V-Blockbatterien für Sender und Empfänger sowie 5 C (Baby) Batterien für den Antrieb. Die 9V-Batterien hielten die ganze Saison, die Baby-Batterien mehrere Ausfahrten. Der Leidensdruck hielt sich demnach in Grenzen. (Rundzellen-)Akkus existierten zwar schon, waren aber noch sehr exotisch. Das änderte sich dann aber recht schnell, denn 1979 brachte Sony seinen batteriefressenden "Walkman" heraus und alsbald fanden sich AA-Akkuzellen und Ladegeräte in den Supermärkten.

Anfang der 1980er Jahre lag dann der sehnlich gewünschte RC-Jeep unter dem Weihnachtsbaum. Der wurde bereits mit 4 NiCd Baby-Akkus (1600mAh) und Stecker-Ladegerät geliefert. Nach dem Auspacken kam dann die erste Ernüchterung bzgl. Akkutechnik. Ein Blick in die Anleitung offenbarte: "Vor dem ersten Gebrauch Akkus 16 Stunden laden!" 8|. Das war neu. Batterien waren sofort einsatzbereit. Wer kindliche Aufregung bzgl. Weihnachtsgeschenke kennt, der kann nachvollziehen, was es für mich bedeutete nun auf den Folgetag zu warten, bevor ich mit dem Jeep auch nur einen Meter fahren konnte. So etwas vergisst man nicht, das brennt sich ein :).

Die Ladetechnik war simpel: Das Steckernetzteil lieferte einen (halbwegs) konstanten Strom von 160mA. Zum Vollladen mussten die Akkus für 14h (Ladefaktor 1,4) ans Ladegerät. Eine automatische Abschaltung gab es nicht, auf die Minute kam es dabei aber auch nicht an. +/- 1h waren kein Problem. Auch die doppelte Ladezeit steckten die Akkus ohne erkennbaren Schaden weg, dennoch brachte von nun an eine Zeitschaltuhr etwas mehr Sicherheit in den Ladevorgang.

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Auch eine weitere Erkenntnis setze ein: Akkus waren in diesem Hobby von nun an unabdingbar, denn die brachiale Power des Mabuchi 380 Motors (max. 18 Watt) leerte die Akkus bei gemütlicher Fahrt in weniger als einer Stunde. Und auch die 6 AA-Batterien der Fernbedienung mussten alle 10-15 Fahrten ausgetauscht werden. Also Umstieg auf AA-NiCd-Akkus. Das Elektronikgeschäft in meiner kleinen Stadt bot die Auswahl zwischen den Varta Standard mit 450mAh und den teuren Varta Professional mit sage und schreibe 500mAh. Auch die Auswahl bei den Ladegeräten war beeindruckend: Man konnte das eine Ladegerät kaufen oder es bleiben lassen. Dieses Universal-Ladegerät lädt die Akkus mit konstantem, nicht veränderbarem Strom. Auf der Rückseite war eine Tabelle, welche Akkus man wie lange laden musste.

Wenige Jahre später schlachtete ich mein Sparschwein und kaufte mir das erste "echte" Schiffsmodell, einen Bausatz von Robbe (PT15), gut 87cm lang, mit Motor der Mabuchi 550-Klasse (max. 70 Watt). Der benötigte bei Vollgas schon 7-8A und somit waren Baby-Akkus in Akkuhaltern nicht mehr geeignet. Die Akkus der Wahl waren die damals unter Modellbauern weit verbreiteten Varta RSH Sub-C NiCd-Zellen, 1200mAh mit "Sinterelektroden" - also schnellladefähig (!!):

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Die Kosten von rund 80 DM für 8 Zellen sollte man in Relation zu den 10 DM/Monat Taschengeld sehen, die ich damals bekam - das war eine echte Investition.
Also blieb kaum noch Geld für das notwendige Übel - einem Ladegerät. Es wurde dann ein Schnellladekabel. Ja, es war wirklich nur ein Kabel ohne jegliche Elektronik. Genauer ein Widerstandskabel, dessen Widerstand auf den jeweiligen Akku abgestimmt wurde. An der einen Seite ein Kfz-Zigarettenanzünder-Stecker, an der anderen die Stecker für die Akkus. Ein (hoffentlich!) leerer Akku wurde binnen 20 Minuten vollgeladen. Das war kein Bastelwerk, diese Kabel wurden vom Modellbau-Anbieter Graupner so im Katalog geführt.

Nun kam es wirklich auf das minutengenaue Einhalten der Ladezeit an, aber hey - das war Anfang der 80er und jeder hatte eine Casio-LCD-Uhr mit Timer, Wecker, Stoppuhr und sonstigem Gepiepe am Handgelenk. Das funktionierte ein gutes Jahr einwandfrei, dann passierte, was passieren musste: Akkus 6h am Ladekabel. Sie wurden so heiß, dass der Schrumpfschlauch aller Zellen abplatzte. Das Malheur behielt ich tunlichst für mich, denn die Episode hätte definitiv das Ende des Auto-Zugangs und somit zu meiner Stromquelle bedeutet.
Aber, was soll ich sagen, abgekühlt und mit Gewebeband frisch isoliert taten die Akkus noch mehrere Jahre ihren Dienst...

Es wuchs allerdings die Einsicht, dass zur guten Ladetechnik neben guten Akkus auch ein gutes Ladegerät gehört. Gut im Rahmen des Budgets. So fand der Titan 333 Modellbaulader den Weg ins Haus. Das größere Modell hätte noch eine eingebaute Zeitschaltuhr besessen, aber es musste zunächst noch ohne gehen.

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Auch dieses Nebenprodukt der Raumfahrttechnik kommt (bis auf einen Gleichrichter) komplett ohne Halbleitertechnik aus. Austauschbare Glühlämpchen begrenzen den Strom :pinch:. Die erforderliche Ladezeit darf der Nutzer ausrechnen und einhalten, automatisch abgeschaltet wird da nichts.


Ende der 1980er Jahre hatte ich mein zweites Baukastenmodell (Graupner Pegasus III) fertiggestellt. Das immerhin 1,2 Meter große Modell mit zwei Motoren der Mabuchi 550er-Klasse verlangte nach mehr Kapazität der Akkus. Die war mit NiCd-Sub-C Zellen nur sehr teuer zu erzielen. Aufgrund der Modellgröße wurden Blei-Gel-Akkus eingesetzt (2x 6V; 7,4Ah), wie sie auch heute noch in Alarmanlagen und PC-Notstromversorgungen Verwendung finden.
Diese werden nicht mit Konstantstrom geladen, sondern mit einer CCCV-Kennlinie. Ein Labornetzteil mit einstellbarer Strom- und Spannungsbegrenzung erfüllt den Job perfekt. +/- 0,4V der Ladeendspannung sind kein großes Thema. Kein Blick auf die Uhr mehr nötig, der Akku kann beliebig lange am Netzteil hängen. Das war herrlich einfach. Aber: Es ist keine Schnellladung möglich und die Bleiakkus mögen es nicht wirklich, leer gefahren zu werden. Nach jeder Saison waren die Bleiakkus verschlissen...


In den 1990er Jahren war eher Evolution als Revolution angesagt. NiCd-Sub-C-Zellen mit 1500, 1800 und 1900mAh und besserer Hochstromfestigkeit kamen u.A. von Sanyo auf den Markt. Bei den AA-Akkus tat sich nicht viel, 600-700mAh waren Standard, darüber ging es kaum heraus.

In der Ladetechnik gab es langsame Fortschritte. Universal- (Becherzellen-) Ladegeräte wurden zunächst mit Timern und einstellbarem Strom ausgestattet. Zur Vermeidung des berüchtigten "Memory-Effektes" konnten bessere Ladegeräte die Akkus auch vorab entladen. Das waren die ersten Ladegeräte, bei denen man nicht mehr allzu sehr aufpassen musste.
Später folgten intelligentere Geräte, die mittels "Delta-Peak-Abschaltung" die Ladung bei vollem Akku beendete - sofern man schnellladefähige Zellen einsetzte. Standard-Zellen wurden oft gnadenlos gebraten.

Gegen Ende des Jahrzehnts kamen dann die ersten "Computer"-Ladegeräte auf, in unseren Breiten vornehmlich von ELV und Conrad vertrieben. Mein "Charge Manager 2000" mit 4 Schächten konnte verschiedene Programme wie "Refresh", "Cycle" und "Formieren". Er konnte entladen und die Kapazität ermitteln. Da setzte ein Wandel ein vom "Nur-Laden" zum "Laden-und-analysieren". Obwohl der "CM2000" ein Schnellladegerät war, musste man etwas Geduld mitbringen. Nicht nur bei der Konfiguration mittels 1-Knopf-Bedienung, sondern auch beim Laden, denn die Schächte wurden nacheinander bedient :rolleyes:.

Bei den Modellbauladern wurde mit verschiedenen Ladeverfahren experimentiert: Delta-Peak, 0dU, Reflex-Ladeverfahren. Und natürlich zogen auch hier Mikrocontroller und Firmwares ein. Mein Computerlader ELV ALM7004 findet sich nun im "Radiomuseum". Er hatte als Besonderheit eine serielle Schnittstelle, über die man via PC den Lader konfigurieren und Ladekurven auf den Monitor zaubern konnte. Entsprechendes Interesse vorausgesetzt, konnte man nun Ladeparameter individuell für die Akkutypen optimieren. Es begann die Zeit der Akkupflege.


Die 2000er Jahre markieren in der Akkutechnik einen Umbruch: NiMH-Zellen kommen auf den Markt mit gegenüber NiCd-Zellen viel höherer Energiedichte. Bei Sub-C-Zellen werden weit über 3000mAh erreicht, in der Baugröße AA bis über 2400mAh. NiMH-Zellen zeigen keinen Memory-Effekt, können also auch im halb vollen Zustand nachgeladen werden.
Aber sie erweisen sich auch als echte Mimosen. Der Spannungsrückgang beim Laden der vollen Zelle ist weit geringer als noch bei NiCd - ältere Ladegeräte mit Delta-Peak-Abschaltung erkennen das oft nicht - und laden den Akku kaputt. Überladen und Tiefentladen nehmen sie sehr übel. Schnelladen gefällt ihnen bis maximal C/3 (die oben erwähnten Varta Zellen wurden am Ladekabel mit über 3C geladen!). Und: sie zeigen eine sehr hohe Selbstentladung. Wenn man sie braucht, sind sie leer. Im Modellbau wird Nachladen vor dem Einsatz obligat.

2004 kommt schließlich seitens des Gesetzgebers das offizielle Aus für (Consumer-)NiCd-Zellen. Nicht wenige Modellbauer trauern um die robuste Zelle.

2005 versöhnt uns Sanyo zumindest im Bereich AA-Zelle mit der NiMH-Technik: Die Eneloop kommt auf den Markt.


Anfang der 2010er Jahre erfolgt dann der nächste, fundamentale Umbruch: Der Lithium-Polymer Akku findet Einzug im Modellbau. Zuerst sind die Modellflieger schwer begeistert: Leistung satt auf minimalem Raum und bei geringem Gewicht. Die schippernde Zunft ist da traditionell etwas langsamer. Aber mit dem Einzug bürstenloser Motoren können auch hier nur wenige dem Reiz der überbordenden Leistung widerstehen.

Wieder einmal gilt es, neue Ladetechnik anzuschaffen. Ist das grundlegende Ladeverfahren CCCV mit der Ladekennlinie von Bleiakkus identisch, so will die volle LiPO-Zelle nicht länger am Ladegerät verbleiben. Entladespannungen sind sehr genau einzuhalten, 50mV Abweichung sind plötzlich viel. Akkupacks können "driften" - Balancer sind notwendig und sind komplett neues Terrain. Eine Tiefentladung ist nun nicht mehr nur unschön - sie zerstört den Akku. Eine Spannungsüberwachung während des Betriebs ist erforderlich. Und wo viel Energie umgesetzt wird, muss auch viel Energie nachgeladen werden. Waren NiMH-Lader mit rund 30 Watt Ladeleistung gut bemessen, dürfen es heute schon einige hundert bis über tausend Watt sein.

Hochleistungs-LiPO-Zellen können aktuell mit bis zu 5C geladen werden. Das bedeutet Vollladung in rund 20 Minuten (waren wir da schon einmal?).
Was aber noch viel wichtiger ist: Hochleistungs-LiPOs können ihre Energie innerhalb 2 Minuten auch wieder abgeben.

Viele neue Anschaffungen, viel Einlesen in die Thematik, viele neue Erfahrungen sammeln. Aber das gehört für mich zum Hobby dazu.
Wer dann eine 1m Yacht mit nicht ganz maßstabsgetreuen 60km/h und rund 1500W Leistung über den Teich gescheucht hat, möchte die "alte" Technik nicht mehr nutzen.

Für den Wertstoffhof:
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Ich bin gespannt auf den nächsten "Umbruch". Ich muss nämlich für mich feststellen, dass sich die Akkutechnik vom Mittel zum Zweck zum eigenständigen Hobby entwickelt hat. Warum sonst sollte man sich Akkus kaufen, die man aktuell gar nicht braucht, nur um zu testen, was die denn so können?

Ich hoffe der kleine Exkurs fern der Taschenlampen ist mir genehmigt.
Mit besten Grüßen,
Flummi
 

kirschm

Flashaholic***
13 April 2017
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Acebeam
Das ganze erinnert mich an meine Diplomarbeit. Die war etwa 100 Seiten lang und zum Ausdrucken habe ich vier Monate gebraucht. Das ganze ist mit einer elektronischen Thermo Casio Schreibmaschine passiert, in der sich nickel-cadmium Zellen befunden haben. Ich glaube es waren acht Stück Monozellen. Die Akkuladung reichte für etwa eine Seite, Netzbetrieb nicht möglich, das Laden dauerte einen Tag, also hat das ganze Ausdrucken ein paar Monate gedauert.
 

angerdan

Flashaholic**
30 Dezember 2011
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Die war etwa 100 Seiten lang und zum Ausdrucken habe ich vier Monate gebraucht. Das ganze ist mit einer elektronischen Thermo Casio Schreibmaschine passiert, in der sich nickel-cadmium Zellen befunden haben. Ich glaube es waren acht Stück Monozellen. Die Akkuladung reichte für etwa eine Seite, Netzbetrieb nicht möglich, das Laden dauerte einen Tag, also hat das ganze Ausdrucken ein paar Monate gedauert.
Klingt abenteuerlich. Auch wenn die Akkuladung kurzlebig war, ein Seitensaudruck scheint wohl sehr schnell erstellt gewesen zu sein:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schreibmaschine#Thermoschreibmaschine
 
  • Danke
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Banane

Flashaholic**
3 August 2016
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Stuttgart
Toller Rückblick!

Meinen ersten RC-Buggy bekam ca. 1984, und um 1986 kamen dann welche auf den Markt mit Mabuchi RS540 (nicht Modellbau, sondern fertig aus dem Karton von "Tronico" (vorher "Technotoy"). Der lief schon ganz gut, aber die 8Stk. AA-NiCd mit ca. 900mAh vom Typ "Emmerich" mit ca. 900mAh waren halt schnell leer, und aufladen dauerte eine Nacht:eek:
Hätte es damals schon Eneloop pro gegeben...
 
  • Danke
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Flummi

Moderator
Teammitglied
26 Oktober 2015
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Nähe Hannover
Oh ja Emmerich AA...
An die habe ich auch noch Erinnerungen. Ich meine, das waren (bei mir) aber schon NiMH. Mit denen kam kein Ladegerät mit Delta-Peak-Abschaltung klar. Da waren bei gleichem Ladestand Ladezeiten zwischen 3min und 6h drin - quasi Monte-Carlo-Ladung. Zusammen mit Ansmann NiMH AA haben die mich fast wieder zu Alkaline getrieben. Mit dem ersten Satz Eneloop habe ich die alle entsorgt und war glücklich darüber.

Was ich oben vergessen hatte zu erwähnen: Ein für mich ganz elementarer Vorteil der LiIon-Akkutechnik ist die vergleichsweise zuverlässige Zuordnung von Spannung zu Ladestand. Das ist bei NiCd und NiMH nicht so ohne weiteres möglich.
 
  • Danke
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