Sinterzellen für den Modellbau

Es handelt sich um eine Weiterentwicklung der gasdichten Nickel-Cadmium-Zelle RS 1,2 mit der neuen Typenbezeichnung RSH 1,2. Der Aufbau zylindrischer Nickel-Cadmium-Akkumulatoren, die unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften der beiden Zellentypen und der Vollständigkeit halber die Möglichkeiten der Aufladung werden im folgenden beschrieben.

Gasdichte Nickel-Cadmium-Akkumulatoren in zylindrischer Bauform mit Sinterelektroden werden mit Kapazitäten von 100 mAh bis 7 Ah von der VARTA gefertigt. Sie haben mit ca. 78 Wh/l und ca. 27 Wh/g das günstigste Leistungsvolumen bzw. Leistungsgewicht aller Typenreihen.

Zur optimalen Ausnutzung des Zellenvolumens sind die Elektroden in Form eines Wickels, hergestellt aus hochporösem Sinterband, in einem gezogenen, vernickelten Stahlbecher untergebracht. In dieses hochporöse Sintergerüst wird die aktive Masse, als positive Nickelhydroxid, als negative Cadmiumhydroxid, eingetränkt. Die Isolierung der Elektroden voneinander erfolgt durch Kunststoffvlies-Separatoren. Die Ableitung der negativen Elektrode erfolgt über den vernickelten Stahlbecher, die positive Elektrode ist mit dem Zelliendeckel, welcher ebenfalls aus Stahlblech besteht, verbunden. Die Isolierung zwischen Zellenbecher und Zelliendeckel erfolgt durch einen Kunststoffring, der gleichzeitig zur Abdichtung der Zelle dient. Als Elektrolyt, als Stromleiter zwischen den Elektroden, dient Kalilauge, die in den Elektroden und im Separator festgelegt ist.

Für den Elektroflug werden bevorzugt Zellen des Typs RS 1,2 eingesetzt; in einem 7-zelligen Batterieverband, oder als 8-zellige Batterien aufgeteilt in 2 Einheiten zu je 4 Zellen. Dabei werden die mit Schrumpfschlauch isolierten Zellen aneinander gereiht und mittels stabiler Streifenverbinder, punktgeschweisst, verbunden.

Das auf diese Weise hergestellte Batteriepaket wird mit Kunststoffhalbschalen versehen, die zur Befestigung aufgeklebt oder mit Bandagen umwickelt werden. Die Stromableitung erfolgt über flexible Kabel.

Zylindrische Sinterzellen wurden ursprünglich für eine Dauerlast von $20 \times I_{10}$ (2 CA) konstruiert, wobei kurzzeitig die doppelte Belastung und nur im Sekundenbereich höhere Stromspitzen zugelassen werden. Damit ergibt sich für die Zelle RS 1,2 folgende Spezifikation:

Dabei ist zu beachten, dass mit wachsendem Entladestrom die entnehmbare Kapazität zurückgeht, bei Belastung mit $20 \times I_{10}$ z. B. um ca. 20%.

Da bei dem Elektroflug aber für die Batterie Strombelastungen zwischen 8 A und 12 A auftreten, d. h. Belastungen zwischen $60 \times I_{10}$ (6 CA) und $100 \times I_{10}$ (10 CA) registriert man bei Benutzung des Zellentyps RS 1,2 zwangsläufig eine sehr schlechte Spannungslage. Dabei geht die entnehmbare Kapazität wesentlich zurück.

Für hochstrombelastbare Zellen müssen also diese beiden Eigenschaften verbessert werden, und dieses ist der VARTA im erstaunlichen Masse durch die Konstruktion des Zellentyps RSH 1,2 gelungen.

Dieser Zellentyp, der die gleichen Abmessungen und nahezu das gleiche Gewicht wie die Zelle RS 1,2 hat, ist ohne Einschränkung mit $100 \times I_{10}$ (10 CA) dauerbelastbar. Die Zelle RSH 1,2 hat darüberhinaus auch bei dieser Höchstbelastung noch eine mittlere Entladespannung von ca. 1,15 V und eine entnehmbare Kapazität von i. M. 90%.

Das unterschiedliche Verhalten der beiden Zellentypen geht sehr eindrucksvoll aus den Kurven gem. Abb. 4, Abb. 5 hervor. Es zeigt sich, dass der neue Zellentyp bei Hochstrombelastungen eine um ca. 0,2 V bessere mittlere Entladespannung und eine um im Mittel ca. 60% höhere entnehmbare Kapazität besitzt.

Auch der Anstieg der Zellentemperatur bei Entladung und Ladung ist wesentlich geringer, wie aus Abb. 6 hervorgeht.

Gasdichte Nickel-Cadmium-Akkumulatoren haben einen Ladefaktor von 1,4, d. h. es muss das 1,4-fache dessen aufgeladen werden, was aus der Batterie entnommen wurde. Grundsätzlich ist mit konstantem Strom zu laden. Wird eine leicht fallende Kennlinie verwendet, so muss der vorgeschriebene Konstantstrom als Mittelwert eingehalten werden. Folgende Lademethoden werden angewendet:

Dabei kann die Ladung manuell oder mittels einer Zeituhr abgeschaltet werden. Zylindrische Sinterzellen sind aus jedem Ladezustand heraus mit max. $3 \times I_{10}$ (0,3 CA) aufladbar, da eine Ueberladung mit diesem Strom noch zulässig ist.

Darüberhinaus können 2 verschiedene Schnellademethoden angewendet werden, spannungsabhängig oder zeitbegrenzt nach Vorentladung.

Bei der spannungsabhängigen Schnelladung wird mit einem Strom von $10 \times I_{10}$ (1 CA) bis 1,52 V/Zelle geladen, bei einer Temperatur von 20°C. Die Abschaltspannung ist mit einem Temperaturkoeffizienten von $-4 \text{ mV}/^\circ\text{C}$ höheren Temperaturen anzupassen, so dass z. B. das Ladegerät bei 30°C schon bei 1,48 V/Zelle abschaltet. Hierbei ist ein Füllungsgrad von 80—90% der Nennkapazität zu erreichen.

Einfacher durchführbar und deshalb besonders bei Modellbauern beliebter, ist die zeitbegrenzte Schnelladung. Vor Beginn der Ladung wird die Batterie bis 1,0 V/Zelle entladen, um eine wesentliche Ueberladung zu vermeiden. Dann kann mit einem Strom von $10 \times I_{10}$ (1 CA) insgesamt 60 min. lang, oder mit einem Strom von $20 \times I_{10}$ (2 CA) max. 30 min. lang, geladen werden. Batterien mit nicht mehr als 7 Zellen können nach dieser Methode auch aus einer 12-V-Autobatterie aufgeladen werden. Dabei ist ein Füllungsgrad von 90 bis 95% erreichbar. Als zusätzliche Sicherung kann bei allen Lademethoden, bevorzugt aber bei den Schnellademethoden, ein Temperaturschalter an das Gehäuse einer Zelle angebracht werden, welcher die Ladung bei Erreichen von 50°C unterbricht.

Neue Batterien sollten vor Inbetriebnahme gründlich aufgeladen werden, 14 h mit $I_{10}$ oder 7 h mit $2 \times I_{10}$ .

Batterien, die länger als 6 Monate lagerten, 24 h mit $I_{10}$ oder 12 h mit $2 \times I_{10}$ aufladen. Nach einer Tiefentladung, also einer wesentlichen Unterschreitung der zulässigen Entladeschlussspannung, sollte die nächste Ladung ebenfalls um einige Stunden verlängert werden, z. B. 18 h mit $I_{10}$ .

Gasdichte Nickel-Cadmium-Akkumulatoren sind aus jedem Ladezustand heraus über mehrere Jahre lagerfähig. Die Wiederaufladung ist wie die Inbetriebnahme neuer Batterien vorzunehmen. Die volle Kapazität erreicht die Batterie wieder nach 2 bis 3 Lade-/Entladespielen.

• Betrieb $-40^\circ\text{C}$ bis $+50^\circ\text{C}$ 
  max. 24 h bis $+60^\circ\text{C}$
• Ladung $0^\circ\text{C}$ bis $+45^\circ\text{C}$ 
  empfohlen $+10^\circ\text{C}$ bis $+35^\circ\text{C}$
• Lagerung $-40^\circ\text{C}$ bis $+50^\circ\text{C}$ 
  max. 24 h bis $+60^\circ\text{C}$ 
  empfohlen $0^\circ\text{C}$ bis $+45^\circ\text{C}$

Am Zellentyp RS 1,2 werden der Aufbau, die elektrischen Daten, das Verhalten und die Ladung von zylindrischen Sinterzellen beschrieben. Parallel dazu wird die besonders für Hochstrombelastung geeignete Neuentwicklung RSH 1,2 verglichen.

Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass die VARTA weitere Neuentwicklungen herausbringen wird, als nächstes voraussichtlich den Zellentyp mit 750 m Ah (750 RS) unter der neuen Typenbezeichnung 750 RSH. Am Ende der Ausführungen finden sich die für den Anwender wichtigsten Behandlungshinweise.