LiPo-Akkus verstehen: Zellen, C-Rating, Laden & Schutz in der Praxis

LiPo-Akkus (Lithium-Polymer) sind leicht, leistungsstark und ideal für mobile Maker-Projekte – von Sensor-Nodes bis Robotik. Dieser Leitfaden erklärt die wichtigsten Grundlagen (Zellen, Spannungen, C-Rating), sicheres Laden (CC/CV), Schutz (BMS/PCM) und zeigt, wie du Spannung misst und den Ladestand grob abschätzt.

Kurzübersicht

• Pro Zelle: Nennspannung ~3,7 V, voll ~4,20 V, leer ~3,0–3,3 V (unter Last); Lagerung ~3,7–3,85 V.
• Zellen in Serie: 1S (1 Zelle), 2S (2×), 3S (3×) … → Spannung multipliziert sich.
• C-Rating: Stromfähigkeit: Imax = C_Rating × Kapazität (in A). „Burst“ ist kurzzeitig.
• Laden: Konstantstrom/Konstantspannung (CC/CV) bis 4,2 V/Zelle; 1S-Lader-ICs, >1S nur mit Balancer.
• Schutz: BMS/PCM gegen Über-/Unterspannung, Überstrom, Kurzschluss; niemals tiefentladen.

Spannungen & Zellkonfigurationen

* unter Last; je nach Strom/Droop variiert der sinnvolle Abschaltpunkt.

C-Rating & Laufzeit

Beispiel: 2000 mAh, 20C → theoretisch 40 A Dauerstrom. Realistisch darunter bleiben (Erwärmung/Alterung). Laufzeit grob: t[h] ≈ (Kapazität[mAh]·η / Laststrom[mA]), mit η (z. B. 0,8–0,9) für Verluste.

Laden, Balancieren & Stecker

• 1S: Spezielle Lader-ICs (CC/CV auf 4,2 V). Beispiel-Stecker: JST-PH 2.0 (kleine Packs) → Polung prüfen!
• >1S: Immer Balancer-Lader verwenden (z. B. RC-Lader über Balancer-Port, oft JST-XH).
• Laststecker: Für höhere Ströme XT30/XT60 o. ä.; für kleine Ströme JST-PH.

Schutz & gute Praxis

• Nie unbeaufsichtigt laden; auf feuerfester Unterlage/LiPo-Bag.
• Keine mechanisch beschädigten oder aufgeblähten Packs nutzen/aufladen.
• Tiefentladung vermeiden: Abschaltgrenze einplanen, Unterspannungs-Latch oder BMS verwenden.
• Lagerung kühl/trocken bei ~30–60 % SoC (~3,7–3,85 V/Zelle).
• Bei Parallelschaltung nur mit geeigneter Schutz-/Balancerschaltung.

Arduino-Beispiel: 1S-LiPo über Spannungsteiler messen

Niemals direkt an den ADC! Spannungsteiler verwenden (z. B. 100 kΩ/100 kΩ → halbiert). GND des Akkus mit MCU-GND verbinden.

const int PIN_VBAT = A0;    // ADC-Eingang
const float VREF = 5.0;     // 3.3V-Boards anpassen
const float R1 = 100000.0, R2 = 100000.0; // oben/unten

float read_vbat() {
  int adc = analogRead(PIN_VBAT); // 10-bit: 0..1023
  float u_adc = adc * (VREF / 1023.0);
  float u_vbat = u_adc * (R1 + R2) / R2;
  return u_vbat;
}

void setup() { Serial.begin(115200); }

void loop() {
  float v = read_vbat();
  Serial.print("VBAT="); Serial.print(v, 2); Serial.println(" V");
  delay(500);
}
    

Arduino-Beispiel: Grobe SoC-Schätzung aus Leerlaufspannung

OCV→SoC ist nur eine Näherung (genau nur nach Ruhephase, abhängig von Chemie/Alter/Temperatur). Für eine robuste Lösung nutze einen Fuel-Gauge-IC.

float soc_from_v(float v) { // 1S, grob
  if(v >= 4.20) return 100;
  if(v >= 4.10) return 90 + (v-4.10)*1000;
  if(v >= 4.00) return 80 + (v-4.00)*1000;
  if(v >= 3.90) return 70 + (v-3.90)*1000;
  if(v >= 3.80) return 60 + (v-3.80)*1000;
  if(v >= 3.70) return 50 + (v-3.70)*1000;
  if(v >= 3.60) return 40 + (v-3.60)*1000;
  if(v >= 3.50) return 30 + (v-3.50)*1000;
  if(v >= 3.40) return 20 + (v-3.40)*1000;
  if(v >= 3.30) return 10 + (v-3.30)*1000;
  if(v >= 3.20) return 5  + (v-3.20)*500;
  return 0;
}

void loop() {
  float v = read_vbat();      // aus Beispiel oben
  float soc = soc_from_v(v);
  Serial.print("VBAT="); Serial.print(v, 2); Serial.print(" V  SoC≈");
  Serial.print(soc, 0); Serial.println(" %");
  delay(1000);
}
    

Python-Mini-Rechner: Laufzeit & Entladetiefe abschätzen

def runtime_hours(capacity_mAh, load_mA, dod=0.8, eta=0.85):
    """Kapazität, Laststrom → Laufzeit. dod: genutzte Entladetiefe (0..1), eta: Wirkungsgrad."""
    return (capacity_mAh*dod*eta) / load_mA

h = runtime_hours(2000, 250)  # 2000 mAh, 250 mA Last
print("≈", h, "h")
    

Typische Fehler & schnelle Checks

1. Polung verwechselt (v. a. JST-PH an Packs) → immer messen/prüfen.
2. Ohne Balancer >1S laden → Zellen laufen auseinander.
3. Tiefentladung durch fehlenden Cut-off → Akku dauerhaft geschädigt.
4. Zelltyp/Temperatur ignoriert → falscher Ladestrom; lieber 0,5–1C statt „Schnellladen“.
5. Ungeeignete Stecker/Querschnitt → Spannungsabfall/Erwärmung; XT-Stecker für hohe Ströme.

Checkliste

• Zellzahl & Spannungsbereich bekannt (1S/2S/3S…)
• Ladeverfahren: CC/CV + Balancer (bei >1S)
• Schutz: Unterspannungs-Cut-off/BMS vorhanden
• Stecker/Polung geprüft (JST-PH, XT30/XT60, XH-Balancer)
• Lagerung bei ~3,7–3,85 V/Zelle, kühl & trocken

Fazit

LiPo-Akkus liefern viel Energie bei geringem Gewicht – mit dem richtigen Lade-/Schutz-Setup sind sie zuverlässig und sicher. Plane Spannungsbereich, C-Rating, Stecker und Schutzschaltung von Anfang an ein – dann laufen deine mobilen Projekte stabil.

Sicherheitstipp: Lade niemals unbeaufsichtigt und nutze eine feuerfeste Unterlage oder einen LiPo-Bag – besonders bei neuen oder lange gelagerten Packs.