Stromversorgung

Ein wichtiger Punkt bei der Konzeption eines Roboters ist auch dessen Stromversorgung. Da Roboter meist autonom agieren und nicht über eine Kabelverbindung mit elektrischer Energie versorgt werden können, erfolgt die Stromversorgung meist mit Akkumulatoren.

Kapazität eines Akkumulators

Wie lange ein Roboter mit einem Akkumulator betrieben werden kann, hängt von dessen Kapazität ab. Diese wird in mAh (MilliAmpereStunden) oder in Ah (AmpereStunden) angegeben. Die Kapazität eines Akkumulators gibt an, wie lange ein Akkumulator eine bestimmte Stromstärke liefern kann.

Hat ein Akku eine Kapazität von 900 mAh, so kann dieser eine Stunde lang einen Strom von 900 mA, zwei Stunden einen Strom von 450 mA, drei Stunden einen Strom von 300 mA, usw. liefern.

Für die Auswahl der richtigen Kapazität ist es also notwendig, die Größe des Stroms zu kennen, den der Roboter im Betrieb benötigt. Diese kann mit einem Amperemeter bestimmt werden.

Übersicht verschiedener Akkumulator-Typen

Bei Robotern, wie auch bei Anwendungen im Konsumer-Bereich kommen derzeit hauptsächlich NiMH, LiIon- und LiPo-Akkumulatoren zum Einsatz.

NiMH – Akkumulatoren

Nickel Metallhydrid Akkus sind zur Zeit die verbreitesten Akkus im Bereich Spielzeug und Elektronikartikel.

Vorteile

• gleiche Bauform wie herkömmliche Batterien
• ähnliche Spannung (1,2V) wie bei herkömmlichen Batterien (1,5V)
• kein Memory Effekt

Nachteile

• sehr empfindlich auf falsche Polung, Tiefentladung und Überladung
• empfindlich gegenüber Temperaturen unter dem Gefrierpunkt

Laden

• nur mit Ladegeräten mit intelligenter Steuerung für NiMH-Akkus um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten

NiMH Akkus mit einer Kapazität von 2700mAh und einer Spannung von 1,2V

Li Ionen Akkus

Ein Li Ionen Akku liefert immer eine Spannung von 3,7V. Aufgrund ihrer starken Empfindlichkeit gegen Tiefentladung und Überladung ist in diese meist eine entsprechende Elektronik integriert bzw. sind diese Akkus direkt in Geräten verbaut.

Vorteile

• kein Memory Effekt
• geringe Selbstentladung, lange Lagerfähigkeit
• hohe Energiedichte, gleiche Kapazität bei nur halber Baugröße im Vergleich zu einem NiMH Akku

Nachteile

• kein Ersatz für herkömmliche Batterien aufgrund der Spannung
• sehr starke Empfindlichkeit gegenüber Tiefentladung, Überladung und zu hohen Temperaturen
• außerhalb des Temperaturbereichs zwischen +5°C und + 35°C starker Leistungsabfall

Laden

• nur mit speziellen Ladegeräten für Li Ionen Akkus, die eine Überladung verhindern

Ein Li Ionen Akku mit einer Kapazität von 2800mAh und einer Spannung von 3,7V

LiPo – Akkumulatoren

Diese Akkus stellen eine Weiterentwicklung des Li Ionen Akkus dar und eigenen sich aufgrund ihrer hohen Kapazität bei gleichzeitig geringer Baugröße besonders für die Verwendung in Robotern. Ein Pol besteht aus einer gelartigen Folie, die einen sehr dünnen Schichtenaufbau und eine hohe Flexibilität bei der Bauform ermöglicht.

Vorteile

• hohe Kapazität bei geringem Gewicht und geringer Baugröße
• geringer Ladungsverlust bei längerer Lagerung
• hohe Anzahl von Lade- / Entladezyklen
• kurze Ladezeiten
• behält Kapazität über die gesamte Lebensdauer
• kein Memory Effekt

Nachteile

• starke Empfindlichkeit gegenüber Tiefentladung und Überladung
• kein Einsatz unter 0°C und über 60°C

Ladung

• nur mit speziellen Ladegeräten für LiPo-Akkus, die eine Überladung verhindern und bei Akkus, die aus mehreren Zellen bestehen die gleichmäßige Ladung aller Zellen gewährleisten

Ein LiPo Akku mit einer Kapazität von 2700mAh und einer Spannung von 11,1V und ein LiPo Akkumessgerät

Sicherheitshinweise im Umgang mit LiPo Akkus

LiPo Akkus sind grundsätzlich sicher, bei bewusstem Verstoß gegen ein paar Grundregeln besteht Brand- und Explosionsgefahr!

• LiPo Akkus enthalten giftige Stoffe, die auch auf der Haut Verätzungen verursachen können!
• Bei LiPo Akkus ist IMMER auf die richtige Polung (Plus und Minus) zu achten!
• LiPo Akkus dürfen niemals tief entladen werden!
• LiPo Akkus nach dem Gebrauch abklemmen und sicher lagern!
• LiPo Akkus dürfen nicht kurzgeschlossen werden!
• LiPo Akkus immer auf mechanische Beschädigung prüfen! Bei einer mechanischen Beschädigung besteht unter Umständen Brand- und Explosionsgefahr!
• LiPo Akkus müssen vor Feuchtigkeit und Hitze geschützt werden!
• Nur intakte und unbeschädigte LiPo Akkus dürfen geladen werden!
• Aufgeblähte und beschädigte LiPo Akkus müssen fachgerecht entsorgt werden!
• LiPo Akkus dürfen nur mit geeigneten Ladegeräten mit integrierten Balancern geladen werden!
• Der maximalen Lade- und Entladestrom darf niemals überschreiten werden!
• Beim Laden und beim Lagern(!) Abstand zu brennbaren Gegenständen halten und den Lipo Akku auf eine feuerfeste Unterlage legen!
• Niemals unbeaufsichtigt laden!

Hinweise für den praktischen Einsatz eines LiPo Akkus

Ein LiPo Akku, wie er im Modellbau und bei Robotern zum Einsatz kommt, hat zwei Anschlüsse und keine eingebaute Elektronik, die den Akku gegen Überladung und Tiefentladung schützt - darauf ist bei der Verwendung des Akkus zu achten!

Was bedeuten die aufgedruckten Werte auf einem LiPo Akku?

S-Wert
Hier wird angezeigt, wie viele Zellen in Serie geschaltet sind (3S bedeutet, dass 3 Zellen in Reihe geschaltet sind).

P-Wert
Dieser Wert zeigt an, wie viele Zellen parallel geschaltet sind. (1P bedeutet, dass keine anderen Zellen parallel geschaltet sind.)

V (Volt)
Spannung des LiPo Akkus. Da jede Zelle eine Nennspannung von 3,7V hat, besitzt ein LiPo Akku mit 3 Zellen eine Spannung von 11,1V (3 x 3,7V = 11,1V).

mAh
Damit wird die Kapazität des Akkus in mAh angegeben.

C-Wert
Dieser Wert zeigt an, wie viel Strom der LiPo Akku maximal liefern kann. Der Wert C bezieht sich auf die LiPo-Kapazität.

Maximaler Entladestrom

Auf einem LiPo Akku befinden sich die Angaben 2700mAh und 25C. Die maximale Stromstärke wird wie folgt berechnet:

2700mAh / 1000 x 25C = 67,5 Ampere

Aus diesem Akku darf ein maximaler Strom von 67,5A entnommen werden.

Minimale Entladespannung

Beim Entladen des Akkus darf die Spannung keiner Zelle unter 3V sinken. Andernfalls wird der Akku dauerhaft beschädigt. Die Spannung der Zellen muss mit einem entsprechenden Messgerät überwacht werden.

Maximaler Ladestrom

Beim Laden muss ein spezielles Ladegerät mit Balancer verwendet werden, damit die gleichmäßige Ladung aller Zellen gewährleistet ist. Der maximale Ladestrom darf 1C nicht übersteigen.

Das bedeutet, wenn auf einem Akku eine Kapazität von 2700mAh angegeben ist, darf der Ladestrom maximal 2,7A betragen.