Mar 02 2014

Neue Akku Kurven und der Voltdrop

veröffentlicht in Kategorie Akku-Tests  

Kurven mit gepulster Last auf Dampfakkus: warum, wieso und was man da nebenher noch über den “VoltDrop” lernt..

 Eine klassische Entladekurve:

20A-to3V

Bild 1: Sony VTC4 in klassischer 20A Entladekurve..

Das Problem damit: nach wenigen Sekunden ist schon das Ende erreicht. Dem Sony konnten nur wenige hundert mAh entnommen werden. Problem: der Akku ist danach noch lange nicht leer, er ist nur einfach viel zu schnell unter die 3V Schlussspannung gefallen. Ich kann den Test jetzt ohne den Akku aufzuladen sogar 3-4 mal wiederholen und bekomme immer wieder um die 100mAh dabei raus – wohlgemerkt: ohne dazwischen neu zu laden. Da passt was ganz offensichtlich nimmer. Diese “alte” Entladekurve mag zwar für den Direktvergleich zweier Akkus ok sein (oder eben für Anwendungen, bei denen tatsächlich kontinuierlich entladen wird) aber für uns Dampfer gefällt mir das nicht mehr.

Ab einer gewissen Höhe der Last weicht die kontinuierliche Entladekurve zu sehr von der Dampfpraxis ab – da muss es doch was Besseres geben, oder?

Ja, gibt es (glaube ich): nämlich

eine neue, etwas andere Entladekurve:

vtc4

Bild 2: Der selbe Sony Konion 18650VTC4 unter 20A “gepulster” Last bis 2.5V

Was haben wir hier Schönes: wir haben in Bild 2 nun eine neue Entladekurve, die anders als meine normalen Kurven auf Dampfakkus nicht einfach kontinuierlich durchfeuert, sondern ein hoffentlich realistischeres Bild abgibt: es wird 10 Sekunden lang gefeuert (= wir nehmen einen sehr langen Zug an unserer Dampfe) – hier mit 20A – und dann gibts 30 Sekunden Ruhephase bevor wieder ein Zug mit 10 Sekunden Feuer kommt – immer so weiter, bis der Akku unter die Entladeschlussspannung hier 2,5V gerutscht ist.  (Die Software des Akkutestgerät nennt das eine 10Sec On/30sec Off Kurve.. )

 

dfd

Bild 3: Zoom auf die ersten 3 “Züge” aus Bild 2

10 Sekunden ist ja die übliche maximale Zugdauer bei geregelten Akkuträgern. Die 30 Sekunden hab ich einfach mal willkürlich gewählt, wäre ein anderer Wert realisitischer? In welchen Intervallen ziehen die Dampfer eigentlich an Ihren Dampfen? (auf meiner ToDo Liste steht übrigens noch: Was passiert bei 5 Zügen so wie hier beschrieben und dann 5 Minuten Pause dazwischen? Gibts da dann auch wieder merkliche Unterschiede?)

Egal, bleiben wir bei den Kurven hier mit 10sec On/30sec Off –  was springt uns da (Bild 2) direkt ins Auge: plötzlich erhalte ich als Ergebnis für mich realistische 1100mAh bis 3.0V (1800mAh bis 2.5V) wo ich in der klassischen kontinuierlichen Kurve nur 150mAh als Ergebnis erhielt. Ich weiß nicht, wie Ihr das seht, drum frag ich nach, aber mir gefällt diese neue Kurve viel besser. Auch weil man in der Kurve noch viel mehr ablesen kann.

Die Kurven geben z.B. auch Auskunft über den Spannungsabfall unter Last, über das Verhältnis Ruhespannung zu Ladezustand für diesen Akku, es bietet sich eine neue “Einheit für Vergleiche” an –  ich nenn Sie mal “simulierte Züge”…

Schauen wir uns mal im nächsten Schritt aber erst mal genauer an, was da in den Kurven passiert.. ich nenns mal “Phasen”

Bild 3: Phasen

Bild 4: Phasen (zu sehen ist der 2. und dritte Zug nochmals weiter gezoomed)

Ja, die Markierungen in Bild 4 sind ungenau, aber ich denke, das Prinzip wird klar genug.

In Phase 1 – rot – wir beginnen zu feuern und der Akku verliert sehr schnell an Spannung. Es ist ein physikalisches Gesetz: je höher die anliegende Last, umso tiefer sinkt die Akkuspannung. Aha.. der “Voltdrop”! In einem mechanischen Akkuträger ist dieser erste Abfall der Spannung mehr oder minder unmittelbar, bei meinem Messgerät und bei elektronischen Trägern wird die Last in der Regel etwas verzögert – durchschnittlich erst über 1-2 Sekunden aufgebaut. Phase 1 – rot ist also der Spannungsabfall aufgrund der Last..

In Phase 2  – rosa – bewirkt die fortschreitende Entladung des Akku während unseres “Zuges” ein langsames weiteres Absinken der Akkuspannung, bis wir den Feuerknopf loslassen und zu

Phase 3 – grün – kommen, durch den Wegfall der Last “schnellt” die Akkuspannung wieder ein gutes Stück hoch. In mechanischen Träger nahezu “sofort”, bei meinem Messgerät  und Akkuträger, die “nachfeuern” dann auch wieder etwas verzögert, weil die Last auch nicht Sofort auf 0 zurück geht.

In Phase 4 – orange – steht der Akku also nun ruhend rum und die Akkuspannung während unserer Ruhephase erhöht sich stetig verlangsamend weiter. Messbar Steigung kann es da selbst noch nach mehrere Minuten Ruhezeit geben, eventuell sind die 30 Sekunden doch nicht ausreichend lang..

Auch zum sogenannten “Voltdrop” (richtig eigentlich: der Spannungsabfall des Akkus unter Last) gibt die neue Kurve meiner Meinung interessante Einblicke..

Zum “VoltDrop”

Der sogenannte “Voltdrop des Akkus” wird ja definiert als die Differenz zwischen Akkuspannung im Ruhezustand und Akkuspannung unter Last. Ok, macht Sinn. Und wird gerne als Vergleichskriterium für Akkuträger herangezogen.. damit bewegen wir uns dann schon auf etwas dünneres Eis. Schauen wir mal:

Eine Efest IMR 18500-1100 bei 8A als Beispiel..

Bild 5: Eine Efest IMR 18500-1100 bei 8A als Beispiel..

  • Der Spannungsabfall unter Last (aka. VoltDrop) des jeweiligen Akkus ist nicht immer gleich groß. Er verändert sich im Laufe der Entladung.  Der grün markierte Spannungsabfall ist geringer als der Rot oder Hellblau markierte in Bild 5. Der Spannungsabfall des Akkus ist also klar abhängig vom Ladezustand. Ok, eigentlich ist er abhängig vom Innenwiderstand des Akkus, der wiederum ist Abhängig von Temperatur, Ladezustand – und generell gesagt auch wieder von der Beschaffenheit des Akkus und dessen Alter.
  • Dann haben wir noch ein Zeitproblem: die Spannung im Ruhezustand und die Spannung unter Last verändern sich ja beide ständig – siehe Bild 4 , um irgendwas halbwegs Vergleichbares zu bekommen, muss ich immer den exakt selben Zeitpunkt bei immer exakt selben Ladezustand erwischen – bei immer exakt selben Akku sowieso. Dummerweise wissen wir aber eigentlich so genau gar nicht,  wann exakt unser Akkuträger / das verwendete Messgerät die Spannung gemessen hat und wie und ob es eventuell gemittelt hat. Es macht ein riesen unterschied, wann exakt ich ich die 2 Spannungen messe!
  • Jetzt kommt der dickste Pferdefuß: Mein Tank-O-Meter z.B. aktualisiert den Messwert nur 1-2 mal in der Sekunde, auch mein Uni-T 71B ist eher schnarchig, die meisten geregelten Akkuträgern messen ich weiss nicht wie schnell oder ob gemittelt/gerundet oder wie. Wie soll ich damit sicherstellen, immer exakt zum selben Zeitpunkt zu messen und so überhaupt vergleichbare Ergebnisse zu bekommen? Da sind alleine schon 0,2 bis 0,4V Unterschied problemlos nur durch den Zeitpunkt der Messung drin.

Lustiges Phänomen: Ich fang an, meinen “Voltdrop” zu optimieren bei komplett vollgeladenem Akku, folgt man der Kurve in Bild 5, dann hab ich nach nem Dutzend Tests automatisch eine spürbare Verbesserung des Voltdrops, aber nicht, weil meine Optimierungen nun wahnsinnig viel gebracht haben – nein, ganz allein weil mein Akkuinnenwiderstand sich durch die Entladung verändert hatte. Wenn ich oft genug messe, wird mein “Voltdrop” meines Akkuträgers also automatisch besser.. aber nicht zulange rumprobieren, sonst wird er wieder ganz schlecht. Irgendwie taugt mir der Ansatz nicht wirklich zur Akkuträgerbeurteilung.

 

So.. und an der Stelle mach ich jetzt mal Pause und geh mal Meinungen einholen. Hab ich was Falsches im Tank und spinne mir hier abstruses Zeug zusammen, was meint Ihr? Meinungen erwünscht, je mehr umso besser..

Ihr könnt mir hier auch anonym nen Kommentar hinterlassen, oder nutzt das Kontaktformular oder schreibt mir im DTF oder ERF Forum unter sk4477 oder auf Facebook: https://www.facebook.com/pages/mountainprophetde/215346601838002

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7 responses so far

7 Responses to “Neue Akku Kurven und der Voltdrop”

  1. rxv-659on 02 Mar 2014 at 11:02

    Finde ich wirklich gut wie du dich in die ganze Akkugeschichte reinkniest.
    Auf jeden Fall kommt die Impuls Entladung unserer Anwendung beim dampfen näher als eine kontinuierliche entlade Phase.
    Mit denn Messzeitpunkten ist wirklich ein Problem da hilft mit hoher Wahrscheinlichkeit nur ein anderes Messgerät was seine Angezeigten Werte schneller Aktualisiert.
    20x die Sekunde sollte da reichen für eine ordentliche Genauigkeit.
    Schau vielleicht mal bei Fluke die sollten so etwas haben wenn auch nicht wirklich günstig.

    VoltDrop hin oder her hier liegen noch viel mehr Fallen vergraben.
    z.B.
    -Ist der Taster wirklich sauber mit all seinen Kontakten.
    -Verwendetes Material
    usw……….

    Von daher ist eh jeder VoltDrop Test anders deine genannten Faktoren kommen natürlich noch hinzu.

    Beispiel:

    Dampfer 1:
    Taster und alle Kontakte schön sauber und die ganze Dampfe besteht aus Kupfer.
    Niedriger VoltDrop ist die Folge.

    Dampfer 2:
    Er nutzt halt einfach sein Gerät. Dieses ist nun auch noch aus Edelstahl.
    Das ergibt bei ihm einen relativ hohen VoltDrop.

    Beide verwendeten die gleichen Akkus.
    Nun haben wir da schon wieder ein Problem…..
    Was entweder zu einer Lösung durch eine Diskussion in einem Forum führt.
    Oder zu einem Prima Bashing Thread Mutiert.
    Wer weiß……

    Meine Meinung mach weiter mich interessiert es brennend.

    mfg

  2. GeneralGummibaeron 03 Mar 2014 at 12:18

    Sehr schön gemacht :)

    Zum Thema VoltDrop, evtl. den Akku beim Messen einfach ausklammern?
    Also Akkudummy, und ab ans Netzteil. wird zwar nicht super genau aber immerhin besser.

  3. adminon 05 Mar 2014 at 12:15

    Fluke meide ich, wie der Teufel das Weihwasser.. aber es zeichnet sich immer mehr ab: wer billig kauft, kauft auch bei Multimetern zwei oder drei mal. Aber kann man letztendlich auch nicht genug von den Multimeter haben. Aber die Preise? Wenn ich mal schaue, welches der Flukes alle meine WÜnsche erfüllt, dann bin ich bei 700 Euronen inkl. PC Interface und Software. Mountainfrau erschlägt mich, wenn ich das mache..

    Ich denke, wir brauchen letztendlich eine andere Methode, um den vom Akkuträger verschuldeten “Voltdrop” reproduzierbar und vergleichbar zu ermitteln. Aber woher nehmen und nicht stehlen..

    Das mit dem Netzteil ist schonmal ne gute Idee, damit könnte das ne ganze Ecke genauer werden. Mal ein bissl testen damit..

  4. PowerDampferon 11 Mar 2014 at 21:20

    endlich mal Jemand, der die Mär vom Voltdrop auch für Laien verständlich widerlegt. Ich denke mal, dass der Voltdrop von Dampfern “erfunden” wurde, weil sie einen Wert haben wollten, der beschreibt wie effektiv ein Akkuträger ist. Leider waren aber so Dinge wie Innenwiderstand usw. nicht bekannt, weshalb man diesen ominösen Spannungsverlust als Vergleichsgröße genommen hat. Natürlich ist das totaler Nonsens und hat eigentlich keine vergleichende Aussagekraft.
    Deshalb mein Gedanke: Wenn man schon eine Messgröße sucht, welche die Effektivität eines Akkuträgers angibt, warum ermittelt man nicht einfach diesen Wert? Das müsste doch mit einem Labornetzteil/Akkudummy am Eingang und einer definierten und geeichten Last am Ausgang (natürlich wird dort auch Spannung und Strom gemessen) realisierbar sein. Zumindest bekäme man einen Vergleichswert, welcher nicht von den ganzen Akkuparametern beeinflusst wird und die Verlustleistung auf Grund des Aufbaus des Akkuträgers reproduzierbar wiedergibt.

  5. T-ampferon 13 Mar 2014 at 16:48

    Hm, irgendwie glaube ich das die meisten nicht verstanden haben worum es bei den vdrop Messungen im Praxisbereich überhaupt geht.

    Wenn ich eine solche Liste rausbringe,
    Bolt(verchromt): konion us18650vtc4, 4,2V, 0,7Ohm = 3,56V
    4nine Mod: konion us18650vtc4, 4,2V, 0,7Ohm = 3,91V
    Roller (Rhodiumfeder/-510eranschluß) : konion us18650vtc4, 4,2V, 0,7Ohm = 3,91V
    Paps V2,5: konion us18650vtc4, 4,2V, 0,7Ohm = 3,85V
    GUS Summer Kiss Edition(Papspluspol): konion us18650vtc4, 4,18V, 0,7Ohm = 3,86V
    Morph2 (LR-Feder + Clonepaste): konion us18650vtc4, 4,18V,0,7Ohm =3,64V

    geht es nicht darum das letzte Quentchen aufzuzeigen sondern darum um solche Nieten auszusortieren:
    Bolt(verchromt): konion us18650vtc4, 4,2V, 0,7Ohm = 3,56V
    Morph2 (LR-Feder + Clonepaste): konion us18650vtc4, 4,18V,0,7Ohm =3,64V

    Was bringt es mir wenn ich den Akku schon bei knapp 4V Leerlaufspannung wechseln muss während ich bei den anderen locker bis 3,7V dampfen kann? Dafür braucht es einfach keine wissenschaftlichen Tests. Wo bei einem persönlich die Nieten anfangen ist natürlich individuell.

    Ich habe hier 12 us18650vtc4, sie unterscheiden sich bei den vdrop Messungen gerade mal um 0,05V (bester zu schlechtester Akku). Bei den Panasonic CGR18650CH sah es ähnlich aus, bei 35 Akkus lag die Differenz gerade mal bei 0,07V. Nimmt man also einen vernünftigen Akku, sind die Ergebnisse durchaus vergleichbar. Wie gesagt, man braucht es nicht 100%ig.
    Nimmt man dagegen aber zB. 18350er IMR efest (rot), sieht die Sache schon wieder ganz anders aus, hier gibt es Unterschiede bis zu 0,25V in der selben Batch(10 Akkus, zwei Ausreißer), diese sind für Messungen, die man einzeln vergleichen möchte, einfach unbrauchbar. Auch meine ZWEI lila farbenen 18500er efest unterscheiden sich sich schon um 0,08V bis 0,12V… ( http://germanvapers.com/index.php?page=Thread&postID=75237#post75237 ) Allerdings erfolgte die Messung nach der ersten Ladung. Vertrauen erweckt das jedenfalls nicht.

    Zu den “Zugkurfen”:
    Nette Idee, dann würde ich aber auch die Anzahl der “Züge” jeweils angeben bis der Akku leer ist. :) Für Anfänger bestimmt eine tolle Möglichkeit sich zu informieren. Aber ich hoffe das du die normalen Kurfen auch weiterhin bringst, da kann man besser sehen in welchem Spannungsbereich sich der Akku lange hält. Es nutzt den mech mod usern ja nix wenn dieser Spannungsbereich zB. bei 3,6V liegt.
    Mir ist aber auch eine Unstimmigkeit aufgefallen( http://dampfakkus.de/akkutest.php?id=511 ). Während der AW 16 Züge braucht bis er leer ist, (16x10Sekunden =160Sekunden), zeigt die normale Entladekurfe über 250 Sekunden an bis der Akku die 3V erreicht hat.

    Grüße
    T-ampfer

  6. adminon 13 Mar 2014 at 18:18

    Die Voltdrop Liste.. Sind denn die Ergebnisse reproduzierbar? Da seh ich ja das größte Problem solcher Listen.. (Ich hab keine mechanischen Träger hier, ok, nen billigen Kamry Teleskop und nen defekten Bulli, die mechanischen sind so gar nicht mein Ding.) Lädst Du die dann immer direkt vor dem Voltdrop Test voll auf?

    Efest hatte mit den normalen roten schon ne recht große Streuung, ja. Bei den Konions bin ich erst bei 4 Kurvensätzen, das scheint in der Tat recht gleich zu sein. Bei den Purple Efest brauch ich auch erst mal mehr Akkus, aber wenn die bei Dir schon 0,12V auseinander sind, dann wird das wohl auch eher unfein werden.

    Es wird auch weiterhin die normalen Kurven geben, das sind viel zu viele Akkus als dass ich da nochmal irgendwas ändern wollte. Im Gegenteil, ich werde mir nochmal 1-2 der Junsi iCharger auf Halde legen, nur zur Sicherheit, dass wenn der hier mal alle Viere von sich streckt, ich noch ein Gerät hab, das die Daten genau gleich loggt.

    Für die 10, 15, 20A Kurven muss ich mir eh noch was einfallen lassen. Das Logformat des CBA IV ist nicht kompatibel mit dem Format des Junsi, und im Moment hab ich kein Kopf, da nen Konverter zu programmieren. Und dann ist so ne 20A Kurve so schnell rum, da siehst irgendwie fast kein Unterschied zwischen den Akkus. ;-)

    Das mit der Unstimmigkeit seh ich grad nicht, ich guck glaub falsch, oder? Die normalen Entladekurven sind maximal bis 5A, die “Zugkurve” ist jedoch ne 10A Kurve bei AkkuID 511 – Efest Purple… Wo steh ich aufm Schlauch?

  7. T-ampferon 14 Mar 2014 at 04:15

    Mit dem selben Equipment sind die Messungen ohne weiteres reproduzierbar. (Ausgenommen mechanisch instabile AT.) Bedenke auch das einige Tankometer sehr ungenau sind, in einem Video habe ich mal einen gesehen der 4,5V bei realen 3,9V ausgibt, andere lassen sich dafür wiederum “kalibrieren” ( http://www.stealthvape.co.uk/electronic-cigarette-mod-parts/voltage-meters/ORANGE-1S-VOLTMETER ).

    Ich habe aus meiner Clonezeit auch ein paar AT von Kamry gehabt (GG Style). Bei niederohmigen Wicklungen(~1,2Ohm) habe ich mir einigemale fast die Finger am Schalter verbrannt. :( Wenn du einen teleskopierbaren Akkuträger hast, dann denke daran wie man mit einem Teleskop umgeht (Zuschrauben und dann wieder ein winziges Stück öffnen). Besser wäre aber ein mechanisch stabiler Mod den man auch gut reinigen kann, kein Teleskop (Teleskope können tückisch sein bei Messungen)besitzt und trotzdem alle 18XXX Akkugrößen aufnimmt. Der Paps X ist zB. so ein Kandidat, bei 3,8A hat er gerade mal 0,05Vdrop. ( http://www.calivapers.com/showthread.php?5222-Mod-Voltage-Test-Setup ) Wenn dir die Seite eine Fehlermeldung präsentiert lösche einfach die cookies von calivapers. :-)

    Nein, ich habe etliche Akkus im Rundkurs, ich nutze meist Akkus die etwa schon seit ein bis vier Tagen aufgeladen sind für meine Vergleichsmessungen. Außerdem werden alle ungenutzten Akkus einmal pro Monat durch das Ladegerät gejagt(ja, ich lagere die Akkus voll geladen ) Okay, die lila efest sind natürlich eine Ausnahme, die habe ich natürlich gleich nach Ankunft testen müssen. *kicher*

    Ich bin wirklich froh das du die normalen Kurven bei behältst. Da ich (fast) nur mech mods nutze, bin ich eh ziemlich abhängig von deinen Messungen. Die verbliebenen ollen Lavatubes nutze ich nur um die Widerstände meiner Wicklungen zu prüfen. :)

    Würde eine bessere zeitlich Auflösung bei den 10, 15, 20A Kurven, visuell, etwas bringen?

    Vergiss es, ich habe falsch geguckt. Es steht ja sogar 10A auf der Bildbeschreibung. Sorry.

    Grüße
    T-ampfer

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