Mred
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Mit diesen Tests stelle ich Eckdaten zur Verfügung, die Euch eine schnelle Einschätzung ermöglichen, wie gut ein Akku für den vorgesehenen Einsatz geeignet ist. Die Berechnungen sind technisch nicht 100% genau, sollen aber auch nur zur Beurteilung von Akkus dienen. Die Tests erfolgen im "Labor" und über längere Zeit in der Praxis.
Ein Lipo-Test bezieht sich immer auf den gerade getesteten Akku. Die Werte können sich mit zunehmender Anzahl Zyklen verändern. Ein getestetes Akku Modell lässt nur Rückschlüsse auf die Qualität der gleichen Produktionsreihe zu. Ein Test kann also bei gleichen Akkus aus späterer Produktion durchaus anders ausfallen. Das ist stark abhängig von der Selektion bzw Qualitätskontrolle des Herstellers.
Testablauf
Testberichte
Entladekurve 5C
Zellendrift
Strombedarf
Nennwerte
Kapazität
Innenwiderstände
C-Rate
Zulässiger Innenwiderstand
Batterie-Innenwiderstand
Mögliche C-Rate
Testablauf
Die Tests sind einfach gehalten und sollen für jeden nachvollziehbar sein. Die Tests laufen nach folgendem Prozedere ab und sind so eine Art "First Shot". Es ist bekannt, dass sich die Zellchemie während der ersten 10 Lastzyklen verändert und dass es dadurch zu marginalen Änderungen der Innenwiderstände und der Kapazität kommen kann. Dieser Effekt findet in den Tests kaum Berücksichtigung da ja nur wenige Lastzyklen durchgeführt werden. Die Tests werden bei Raumtemperatur ausgeführt, welche im Testbericht genannt wird. Bei Tests von Akkus die nur für Hochstromanwendung gedacht sind, lasse ich den 0,5 C Test weg.
LiPo CNHL Racepack Racing High Power 2S2P 6600 mAh 120C
LiPo CNHL Kronos Pro 3S 3600 mAh 50C
LiPo CNHL Kronos Pro 3S 4300 mAh 50C
LiPo CNHL Racing 2S 5200 mAh 100C
LiPo SLS Xtron 2S 7000 mAh 35C
LiPo CNHL Racing 2S 6200 mAh 100C
LiHV IP Intellect 3S 4200 mAh 120C Shorty
LiPo Goldbat 2S 6200 mAh 80C
LiPo Brainergy + MLine 2S 5400 mAh 50C Jahresinspektion
Stecker Deans T-plug vs XT90 bei Hochstrom
Entladekurve 5C
Diese Kurve zeigt den Spannungsverlauf während des Entladevorgangs und er lässt sich in 3 Bereiche aufteilen.
Je besser Zellen selektiert sind, desto geringer ist die Abweichung ihrer Kapazität und somit auch des Zellendrifts (unterschiedliche Spannung beim Entladen). Beim Laden werden die Zellen über den Balancer des Ladegerätes angepasst, beim Entladen passiert dies nicht. In den Testberichten gebe ich den Drift bei Nennspannung und bei Cutoff an, der Drift steigt bei schlechter selektierten Zellen kurz vor Cutoff meistens stark an. Ist der Drift bis ca. 20 Sekunden vor Cutoff niedrig, kann man gut damit umgehen, indem man den Cutoff höher wählt. Ist der Drift hingegen schon Minuten vor dem Cutoff hoch, besteht eine ernste Gefahr der Tiefentladung einzelner Zellen. In den Testberichten weiße ich darauf hin oder zeige den Drift im Entladediagramm an.
Strombedarf
Für die Einschätzung wie gut ein Akku für eine bestimmte Anwendung geeignet ist, muss auch der Strombedarf dafür bekannt sein. Leider passiert es immer wieder, dass ungeeignete Akkus verwendet werden, die den benötigten Strom nicht liefern können. Die Leistung des Motors gibt nur den theoretischen Maximalwert vor, was in der Praxis gebraucht wird, hängt auch von äußeren Faktoren ab (Fahrbahn, Gelände, Geschwindigkeit etc).
Wer die Leistung seines Motors kennt, kann sich den Strombedarf errechnen.
P (Watt) / U (Volt) = I (Ampere)
Beispiel: 1200 Watt an 4S 16,8 V
1200 W / 16,8 V = 71,4 A
Einsteiger sollten die Empfehlungen erfahrener Hobbykollegen nutzen, um Anfängerfehler zu vermeiden.
Einige einfache Indikatoren für den Strombedarf:
Während ein 1/10 Crawler oder Scaler mit 10-40 A auskommt, benötigt ein 1/8 Truggy oder Monstertruck schon 30-100A auf einem Rundkurs und im offenem Gelände kurzzeitig auch bis 300 A.
Nennwerte
Die wichtigen Eckdaten für einen Akku sind: Kapazität, Innenwiderstand, C-Raten und Spannungslage.
Auf dem Akku findet man folgende Nennwerte:
Kapazität in mAh
Entlade C-Rate
Spannung in V
Anzahl der Zellen
Energie in Wh
Lade C-Rate
Leider kann man sich auf die aufgedruckten Nennwerte für die Entlade C-Rate selten und die Kapazität nicht immer verlassen.
Kapazität
Der Akku wird bis zur zulässigen Zellenspannung von 4,2 Volt voll geladen und danach mit 0,5C entladen. Dieser Test wird mit 1C und 5C wiederholt. Die entladene Kapazität sollte bis 1C dem Nennwert entsprechen, im Optimalfall auch bei 5C. Die mit 1C geladene Kapazität sollte danach etwa der entnommenen Kapazität plus ca. 5% entsprechen.
Innenwiderstände
Der Innenwiderstand Ri einer Zelle gibt vor, wie viel Strom ein Akku liefern kann. Je höher der Widerstand, desto höher der Spannungsabfall an der Zelle und desto geringer die Lastspannung. Der Batterie Ri ergibt sich aus der Summe der Zellen Ri, der Verbindung der Zellen, der Hochstromkabel und des Hochstromsteckers. Dieser Batterie Ri bestimmt, welche Spannung bei der Entnahme eines bestimmten Stromes anliegt.
Der Innenwiderstand der Zellen ist temperaturabhängig, je wärmer desto niedriger, daher gebe ich in den Testberichten die Raumtemperatur an, bei der getestet wird. Bei den Entladetests ab 1C erwärmt sich der Akku, daher werden keine Ri Werte angegeben. Die in den Berichten angegebenen Widerstände werden alle mit dem selben Lader ermittelt und können daher untereinander verglichen werden. Widerstände die mit unterschiedlichen Ladern oder Meßgeräten ermittelt werden, lassen sich nicht direkt vergleichen.
Sind Strom und Batterie Innenwiderstand bekannt, lässt sich der Spannungsabfall mit folgender Formel berechnen:
I (A) x Ri (Ohm) = U (V)
Beispiel: 10 mOhm Batterie Ri und 30 A Last
30 A x 0,010 Ohm = 0,3 V
Ein 2S Akku würde also statt 8,4 nur noch 8,1 V liefern.
C-Rate
Dieser Wert gibt an, in welcher Zeit ein Akku ge- oder entladen werden kann in Bezug auf den Kapazitätsnennwert und eine Stunde.
0,5C = 2 Std
1C = 1 Std
5C = 1/5 Std
Beispiel: 5400 mAh Kapazität entladen
mit 2,7 A in 2 Std oder
mit 5,4 A in einer Std oder
mit 27 A in einer fünftel Std (12 Min)
Ein Akku mit 100C müsste also in 1/100 Std entladen werden können, das wären 6 Sekunden.
Zulässiger Innenwiderstand
Die Grenze ist in der Praxis der niedrigste zulässige Wert für eine Zelle, was meistens 3,3 Volt ist.
Die voll geladene Zelle hat 4,2 Volt, die leere 3,3 Volt, bleiben also 0,9 Volt die genutzt werden können.
Wir haben die aufgedruckten Nennwerte für Kapazität und C-Rate und können den maximal zulässigen Innenwiderstand ausrechnen.
U / I = R
Beispiel: 5400 mAh und 50C
0,9 V / 270 A = 0,0033 Ohm
3,3 mOhm wäre für eine Zelle in dem Beispiel gerade noch zulässig, um die Zelle nutzen zu können müsste der Wert aber weit niedriger sein.
Batterie-Innenwiderstand
Die Innenwiderstände verändern sich je nach Stromstärke und Batterietemperatur. Anhand der Differenz zwischen Klemmenspannung und Lastspannung lässt sich der Batterie-Innenwiderstand mit folgender Formel ausrechnen.
U / I = R
Beispiel: 2S 5400 mAh Akku. Bei 27A Last sinkt die Spannung von 8,4 auf 8,1 V.
8,40 V - 8,10 V = 0,30 V
0,30 V / 27 A = 0,011 Ohm
Die Messung erfolgt nach 10 Sekunden, der geringe Verbrauch in der Zeit bleibt unberücksichtigt.
In der Praxis mögliche C-Rate
Um die tatsächlich mögliche C-Rate errechnen zu können, benötigen wir den Batterie-Innenwiderstand und den maximal zulässigen Spannungsabfall.
U / R = I
Beispiel: 2S 5400 mAh Akku mit 11 mOhm Ri. Der maximale Spannungsabfall bis 3,3 V Cutoff = 8,4 V - 6,6 V = 1,8 V.
1,8 V / 0,011 Ohm = 163,63 A
163,63 / 5,4 = 30,3 C
Ein Lipo-Test bezieht sich immer auf den gerade getesteten Akku. Die Werte können sich mit zunehmender Anzahl Zyklen verändern. Ein getestetes Akku Modell lässt nur Rückschlüsse auf die Qualität der gleichen Produktionsreihe zu. Ein Test kann also bei gleichen Akkus aus späterer Produktion durchaus anders ausfallen. Das ist stark abhängig von der Selektion bzw Qualitätskontrolle des Herstellers.
Testablauf
Testberichte
Entladekurve 5C
Zellendrift
Strombedarf
Nennwerte
Kapazität
Innenwiderstände
C-Rate
Zulässiger Innenwiderstand
Batterie-Innenwiderstand
Mögliche C-Rate
Testablauf
Die Tests sind einfach gehalten und sollen für jeden nachvollziehbar sein. Die Tests laufen nach folgendem Prozedere ab und sind so eine Art "First Shot". Es ist bekannt, dass sich die Zellchemie während der ersten 10 Lastzyklen verändert und dass es dadurch zu marginalen Änderungen der Innenwiderstände und der Kapazität kommen kann. Dieser Effekt findet in den Tests kaum Berücksichtigung da ja nur wenige Lastzyklen durchgeführt werden. Die Tests werden bei Raumtemperatur ausgeführt, welche im Testbericht genannt wird. Bei Tests von Akkus die nur für Hochstromanwendung gedacht sind, lasse ich den 0,5 C Test weg.
- Balanced voll laden aus Lagerzustand mit 1C - 3,80 auf 4,20 Volt / Zelle
- Unbalanced entladen mit 0,5 C - 4,20 auf 3,40 Volt / Zelle
- Balanced voll laden aus Leerzustand mit 1C - 3,40 auf 4,20 Volt / Zelle
- Unbalanced entladen mit 1 C - 4,20 auf 3, 40 Volt / Zelle
- Balanced voll laden aus Leerzustand mit 1C - 3,40 auf 4,20 Volt / Zelle
- Unbalanced entladen mit 5 C - 4,20 auf 3,40 Volt / Zelle
- Balanced laden auf Lagerzustand - 3,40 auf 3,80 Volt / Zelle
- 0,5 C - Zur Ermittlung der Kapazität
- 1 C - Für Anwendung mit wenig Strombedarf (Crawler, Scaler)
- 5 C - Für Hochstrom Anwendung (Buggy, Truggy, MT)
LiPo CNHL Racepack Racing High Power 2S2P 6600 mAh 120C
LiPo CNHL Kronos Pro 3S 3600 mAh 50C
LiPo CNHL Kronos Pro 3S 4300 mAh 50C
LiPo CNHL Racing 2S 5200 mAh 100C
LiPo SLS Xtron 2S 7000 mAh 35C
LiPo CNHL Racing 2S 6200 mAh 100C
LiHV IP Intellect 3S 4200 mAh 120C Shorty
LiPo Goldbat 2S 6200 mAh 80C
LiPo Brainergy + MLine 2S 5400 mAh 50C Jahresinspektion
Stecker Deans T-plug vs XT90 bei Hochstrom
Entladekurve 5C
Diese Kurve zeigt den Spannungsverlauf während des Entladevorgangs und er lässt sich in 3 Bereiche aufteilen.
- Bereich 1 - die Zeit in der die Last angelegt wird und die Spannung rasch einbricht, die Linie sinkt dabei von der Ladeschlussspannung auf die Lastspannung ab. Je geringer die Differenz der beiden Spannungen, desto performanter der Akku und desto kleiner der Batterie-Innenwiderstand.
- Bereich 2 - die Zeit in der die Spannung nahezu linear abnimmt
- Bereich 3 - die Zeit in der die Spannung schnell abfällt, kurz vor Cutoff. Je steiler der Abfall, desto performanter der Akku und desto höher sollte der Cutoff gewählt werden.
Je besser Zellen selektiert sind, desto geringer ist die Abweichung ihrer Kapazität und somit auch des Zellendrifts (unterschiedliche Spannung beim Entladen). Beim Laden werden die Zellen über den Balancer des Ladegerätes angepasst, beim Entladen passiert dies nicht. In den Testberichten gebe ich den Drift bei Nennspannung und bei Cutoff an, der Drift steigt bei schlechter selektierten Zellen kurz vor Cutoff meistens stark an. Ist der Drift bis ca. 20 Sekunden vor Cutoff niedrig, kann man gut damit umgehen, indem man den Cutoff höher wählt. Ist der Drift hingegen schon Minuten vor dem Cutoff hoch, besteht eine ernste Gefahr der Tiefentladung einzelner Zellen. In den Testberichten weiße ich darauf hin oder zeige den Drift im Entladediagramm an.
Strombedarf
Für die Einschätzung wie gut ein Akku für eine bestimmte Anwendung geeignet ist, muss auch der Strombedarf dafür bekannt sein. Leider passiert es immer wieder, dass ungeeignete Akkus verwendet werden, die den benötigten Strom nicht liefern können. Die Leistung des Motors gibt nur den theoretischen Maximalwert vor, was in der Praxis gebraucht wird, hängt auch von äußeren Faktoren ab (Fahrbahn, Gelände, Geschwindigkeit etc).
Wer die Leistung seines Motors kennt, kann sich den Strombedarf errechnen.
P (Watt) / U (Volt) = I (Ampere)
Beispiel: 1200 Watt an 4S 16,8 V
1200 W / 16,8 V = 71,4 A
Einsteiger sollten die Empfehlungen erfahrener Hobbykollegen nutzen, um Anfängerfehler zu vermeiden.
Einige einfache Indikatoren für den Strombedarf:
| Niedrig (ab 1C) | Mehr (ab 5C) |
|---|---|
| Motor klein | Motor groß |
| Modell klein/leicht | Modell groß/schwer |
| Getriebeübersetzung niedrig | Getriebeübersetzung hoch |
| Langsam | Schnell |
| ESC max Strom niedrig | ESC max Strom hoch |
| Dünne Kabel | Dicke Kabel |
| Kleiner Kühler | Grosser Kühler |
| Kein Lüfter | Schneller Lüfter |
| Ebene Strecke | Gelände |
Während ein 1/10 Crawler oder Scaler mit 10-40 A auskommt, benötigt ein 1/8 Truggy oder Monstertruck schon 30-100A auf einem Rundkurs und im offenem Gelände kurzzeitig auch bis 300 A.
Nennwerte
Die wichtigen Eckdaten für einen Akku sind: Kapazität, Innenwiderstand, C-Raten und Spannungslage.
Auf dem Akku findet man folgende Nennwerte:
Kapazität in mAh
Entlade C-Rate
Spannung in V
Anzahl der Zellen
Energie in Wh
Lade C-Rate
Leider kann man sich auf die aufgedruckten Nennwerte für die Entlade C-Rate selten und die Kapazität nicht immer verlassen.
Kapazität
Der Akku wird bis zur zulässigen Zellenspannung von 4,2 Volt voll geladen und danach mit 0,5C entladen. Dieser Test wird mit 1C und 5C wiederholt. Die entladene Kapazität sollte bis 1C dem Nennwert entsprechen, im Optimalfall auch bei 5C. Die mit 1C geladene Kapazität sollte danach etwa der entnommenen Kapazität plus ca. 5% entsprechen.
Innenwiderstände
Der Innenwiderstand Ri einer Zelle gibt vor, wie viel Strom ein Akku liefern kann. Je höher der Widerstand, desto höher der Spannungsabfall an der Zelle und desto geringer die Lastspannung. Der Batterie Ri ergibt sich aus der Summe der Zellen Ri, der Verbindung der Zellen, der Hochstromkabel und des Hochstromsteckers. Dieser Batterie Ri bestimmt, welche Spannung bei der Entnahme eines bestimmten Stromes anliegt.
Der Innenwiderstand der Zellen ist temperaturabhängig, je wärmer desto niedriger, daher gebe ich in den Testberichten die Raumtemperatur an, bei der getestet wird. Bei den Entladetests ab 1C erwärmt sich der Akku, daher werden keine Ri Werte angegeben. Die in den Berichten angegebenen Widerstände werden alle mit dem selben Lader ermittelt und können daher untereinander verglichen werden. Widerstände die mit unterschiedlichen Ladern oder Meßgeräten ermittelt werden, lassen sich nicht direkt vergleichen.
Sind Strom und Batterie Innenwiderstand bekannt, lässt sich der Spannungsabfall mit folgender Formel berechnen:
I (A) x Ri (Ohm) = U (V)
Beispiel: 10 mOhm Batterie Ri und 30 A Last
30 A x 0,010 Ohm = 0,3 V
Ein 2S Akku würde also statt 8,4 nur noch 8,1 V liefern.
C-Rate
Dieser Wert gibt an, in welcher Zeit ein Akku ge- oder entladen werden kann in Bezug auf den Kapazitätsnennwert und eine Stunde.
0,5C = 2 Std
1C = 1 Std
5C = 1/5 Std
Beispiel: 5400 mAh Kapazität entladen
mit 2,7 A in 2 Std oder
mit 5,4 A in einer Std oder
mit 27 A in einer fünftel Std (12 Min)
Ein Akku mit 100C müsste also in 1/100 Std entladen werden können, das wären 6 Sekunden.
Zulässiger Innenwiderstand
Die Grenze ist in der Praxis der niedrigste zulässige Wert für eine Zelle, was meistens 3,3 Volt ist.
Die voll geladene Zelle hat 4,2 Volt, die leere 3,3 Volt, bleiben also 0,9 Volt die genutzt werden können.
Wir haben die aufgedruckten Nennwerte für Kapazität und C-Rate und können den maximal zulässigen Innenwiderstand ausrechnen.
U / I = R
Beispiel: 5400 mAh und 50C
0,9 V / 270 A = 0,0033 Ohm
3,3 mOhm wäre für eine Zelle in dem Beispiel gerade noch zulässig, um die Zelle nutzen zu können müsste der Wert aber weit niedriger sein.
Batterie-Innenwiderstand
Die Innenwiderstände verändern sich je nach Stromstärke und Batterietemperatur. Anhand der Differenz zwischen Klemmenspannung und Lastspannung lässt sich der Batterie-Innenwiderstand mit folgender Formel ausrechnen.
U / I = R
Beispiel: 2S 5400 mAh Akku. Bei 27A Last sinkt die Spannung von 8,4 auf 8,1 V.
8,40 V - 8,10 V = 0,30 V
0,30 V / 27 A = 0,011 Ohm
Die Messung erfolgt nach 10 Sekunden, der geringe Verbrauch in der Zeit bleibt unberücksichtigt.
In der Praxis mögliche C-Rate
Um die tatsächlich mögliche C-Rate errechnen zu können, benötigen wir den Batterie-Innenwiderstand und den maximal zulässigen Spannungsabfall.
U / R = I
Beispiel: 2S 5400 mAh Akku mit 11 mOhm Ri. Der maximale Spannungsabfall bis 3,3 V Cutoff = 8,4 V - 6,6 V = 1,8 V.
1,8 V / 0,011 Ohm = 163,63 A
163,63 / 5,4 = 30,3 C
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