Aug 24 2016

Experimente mit unterschiedlichen 50A Pulslasten bei 18650er Akkus

veröffentlicht in Kategorie Akku-Tests  

Einfach mal ein bissl dokumentiert, was mir beim Experimentieren mit Pulslasten unterschiedlicher Dauer so in den Sinn gekommen ist.

Ja, wir Dampfer dampfen nicht Dauerlast. Damit ist das Ergebnis einer Dauerlast-Entladekurve nicht so ganz zutreffend für das, was wir Dampfer von unseren Akkus fordern. Wie man es besser simulieren könnte, nun, das war der eigentliche Sinn dieser Übung.

Unabhängig von dieser Tatsache empfehle ich Händlern weiterhin: Macht gar nicht lang mit den Pulslasten rum, haltet Euch an die CDR (“Continuous Discharge Rating”) – Dauerlastangaben aus den Datenblättern. Es ist Euer Hals und ich würde meinen nicht auf die noch viel schwammiger definierten Pulslasten verwetten wollen…

Gleichzeitig ist das Ganze auch nochmal dazu gedacht, mir einen Satz Benchmark Ergebnisse an die Hand zu geben, der für die spätere Suche eines echten Ersatzes für die Sony Konions hilfreich sein könnte. Falls der Verkauf an Murata durchgeht und Murata keine Zellen mehr für uns Dampfer raus geben mag, dann ist die Suche nach einer echten Alternative dann definitiv Prio 1.

Alle Tests mit dem selben Akku, alle bei 50A, immer bis 2,5 V bzw. 100 °C und 4 verschiedene Intervalle im Vergleich.

Versuch 1: 10 Sekunden Last, dann 30 Sekunden Pause

Das ist das Intervall, mit dem ich bisher Pulsbelastung getestet hatte. 10 s ist gewöhnlich die maximale Zugzeit, die 30 s waren komplett willkürlich gewählt.

10s On / 30s Off bei 50A: VTC4 = 1859 mAh

10s On / 30s Off bei 50A: VTC4 = 1.853 mAh, 5,061 Wh

Endergebnis: 1.853 mAh, 5,061 Wh mit 88 °C. 13 Pulse bis 2,5 V, 0 Pulse bis 3,2 V,

Ziehe ich mir gedanklich mal so im Kopf ne Kurve über die Endpunkte sehe ich zum einen einen Spannungsverlauf, den ich üblicherweise mit einer Zelle an der Lastgrenze assoziiere. Dazu kommt die hohe Temperatur nach Testende von 88 °C. Ich würde dieser VTC4 eine Impulsbelastbarkeit auf jeden Fall kleiner 50 A bei Impulsen von 10 s Dauer geben, denn > 80 °C ist nicht gut.

 

Zelltemperatur nach Testende: 88°C

Zelltemperatur nach Testende: 88 °C

Die Frage war, ob ein anderes Intervall nicht besser wäre.

Versuch 2: 3 Züge a 5 s jeweils 10 s Pause dazwischen, dann 105 s Pause

Meiner Meinung eine halbwegs realistische Nachahmung meines persönlichen Dampfverhaltens: Ich ziehe 2-3 mal, in der Regel um 5 Sekunden und mach dann eine Pause. Warum 1:45 Pause? Nun, irgendwas längeres halt, aber auch nicht zu lang. Lang genug, um das “Erholen” der Akkuspannung, also den Anstieg der Spannungskurve nach einem Puls bis zu einem deutlichen Abflachen der Steigung abgedeckt zu haben. Bissl kürzer wäre auch noch gegangen.

Versuch 3 mit VTC4 bei 50A gepulst

Versuch 2 mit VTC4 bei 50 A gepulst: 1.849 mAh, 5,161 Wh

Im Grunde hat dieser Ansatz im Endresultat nur einen Unterschied: die Temperatur der Zelle steigt deutlich weniger stark an (62°C anstatt 87°C ) – eigentlich müsste man ja sagen: der Akku hat mehr Zeit, sich zwischen den einzelnen Zügen wieder abzukühlen. Die gemessene Kapazität ist die selbe wie bei #1: 1.849 mAh, 5,161 Wh, 26 Pulse bis 2,5V, 0 Pulse bis 3,2V. Basierend auf diesem Schema würde ich dem VTC4 die 50A zugestehen. Pulslasten raten ist lustig – und eine Norm gibt es nicht, das macht jeder wie er mag, mit eigenen Kriterien.

 

Zelltemperatur bei Zellende Experiment #3

Zelltemperatur 62°C bei Testende Versuch #2

Versuch 3: 5 On / 30 Off

Der von einem anderen Akkutester genutzte Ansatz unterscheidet sich ja nur durch die kürzere (halbierte) “On” Zeit: 5 Sekunden vs. meine 10 Sekunden in Versuch #1. Die Offzeit bleibt die Selbe bei 10 s. Welchen Unterschied das macht?

1848mAh bei 50A gepulsed 5s On 30s Off

1.848 mAh, 5,171 Wh bei 50 A gepulst 5 s On 30 s Off

Keinen. Bis auf die Temperatur, die bleibt hier bei 67 °C. Der Rest: nutzbare Kapazität: 1.848 mAh, 5,171 Wh, 26 Pulse bis 2,5V, 0 Pulse bis 3,2 V. Die Gesamtdauer und die Anzahl an Pulse / Züge, die gemacht werden konnten sind,  wer hätte es gedacht, doppelt so hoch wie bei meinem Schema mit 10 s On. Gesamtlaufzeit grob 16 Minuten vs. 8 Minuten, Pulse bis 2,5V 26 vs. 13. Temperatur deutlich niedriger als #1, aber höher als #2. Anhand dieses Test würde ich die 50A Impuslast bejahen (und argwöhnisch auf den kleinen Nuckel bei Zug 1-4 starren).

Zelltemperatur nach Testende: 67°C

Temperatur nach Testende 67 °C

Versuch 4: 5 On / 6 Off

Die Vorlage für das 4. Schema stammt von EnerCig. Dieses Schema ist deutlich anspruchsvoller für den Akku als die vorherigen Tests. Die nur sehr kurzen Pausen zwischen 2 Pulsen lassen die Temperatur wesentlich schneller ansteigen – was letztendlich auch zum Testabbruch führte.

Testabbruch weil Temperatur überschritten

Testabbruch weil Temperatur von 100 °C  überschritten

Ergebnis bei Abbruch: 1.705 mAh, 4,728 Wh Restspannung 2,598V, 0 Züge bis 3,2V, 24 Züge bis zum Abbruch. (Hochgerechnet kämen wir übrigens wieder auf ein Ergebnis wie bei den 3 vorherigen Tests).

Abbruch bei 100°C

Abbruch bei 100°C

Erkenntnisse:

Die Sony VTC4

50 A Pulslast für die Sony VTC4 ist möglich ja. Wenn man ausreichend Pausen zwischen den Zügen lässt auch bis zu 10 s Dauer. Es kommt eben nicht nur auf die Dauer des Pulses an, sondern auch auf die Dauer der Pausen zwischen den Pulsen. Ok, ist jetzt vielleicht keine bahnbrechend neue Erkenntnis, aber ich wollte es einfach nochmal gesagt haben. Und darum ist eben eine bloße Angabe einer zulässigen Pulslast ohne Dauer und Häufigkeit vor allem eines: nutzlos bis irreführend.

Test #4 (und bedingt schon Test #1) widerlegen zudem die Annahme, dass die Anweisungen zu Dimensionierung der Protection aus dem Datenblatt des VTC4 1:1 auf den Praxisgebrauch für Dampfer umgedeutet werden können. Eine Praxis, die bei Dampfern sehr beliebt aber, wie man hier sieht, absolut nicht empfehlenswert ist. Denn laut diesem Abschnitt im Datenblatt hätte der Akku über 100 A stand halten sollen und nicht bei 50 A / 5 s überhitzen. Ich sag ja, die Pausen machen es.

Taugt nicht als Impulslast Grenzen für Dampfer!

Achtung: Taugt nicht als Impulslast Grenzen für Dampfer!

Das Spannende kommt jetzt dann erst in späteren Tests, wie schlagen sich meine Favoriten in 26650, eine VTC5 & 5A und künftige Aspiraten auf den Spitzenplatz fürs Dampfen mit bekloppten Wattzahlen denn so im direkten Vergleich.

 

 

und überhaupt..

ist so ein 50 A Rating doch irgendwie witzlos. Wenn schon beim ersten Zug die Spannung merklich unter 3,0 V zusammen bricht, siehe oben – egal welche Methode, müsste ein normaler geregelter Akkuträger sofort dicht machen. Das macht die ganze Diskussion, ob laut Datenblatt für wenige Sekunden auch um 80 A oder noch mehr mit der VTC4 erlaubt wäre, noch einmal mehr unsinnig. Es klaffen eben auch abseits der Temperaturfrage eklatante Unterschiede zwischen “Ohne Schaden für den Akku” und “Tatsächlich für uns Dampfer nutzbar” oder kurz:

Was nutzt mir ein 50 A oder noch höheres Pulsrating eines Akkus, wenn ich da nicht mal einen Zug damit machen kann?
Gibt es überhaupt einen Akku, der einen 50 A Puls wegstecken kann und dabei über 3,2 V bleibt? Ich werde mal suchen und berichten.

 

Aber eigentlich ging es ja um dem Vergleich unterschiedlich gepulster Lasten.

Also schreiben wir die Ergebnisse von oben mal nochmal in einer Tabelle zusammen:

Testmethode mAh Wh °C Züge
bis 3.2 V
Züge
bis 2.5 V
#1: 10/30 Ich (alt) 1.853 5,061 88 °C 0 13
#2: 5/10 mit Pause 1.849 5,161 62 °C 0 26
#3: 5/30 1.848 5,171 67 °C 0 26
#4: 5/6  (1.700) (4,728) 100 °C 0 (24)

Ob nun 5/30 (#3) oder mein bisheriges 10/30 (#1) oder (#2) mit der langen Pause dazwischen: die nutzbare Kapazität und Energie bleiben gleich. Das heißt: Anzahl und Dauer dieser Ruhephasen haben keine Auswirkung auf die erzielbare Kapazität bzw. entnehmbare Energie. Das wollte ich nochmal bestätigt haben. Jaja, “Doh” und “Logisch” und hätte jeder vorher schon gewusst – aber ich guck nun mal gerne selber mal. Selbst wenn wir Test #4 fortgesetzt und die Temperatur noch paar Sekunden länger ignoriert hätten, wäre am Ende ein vergleichbarer Wert raus gekommen und ich hätte womöglich mal wieder neu tapezieren dürfen, seit dem ich nimmer rauche hat man da ja kaum noch Grund zu.

Ich finde jedoch 5 Sekunden als Zugdauer zu kurz, ich weiß das es Dampfer gibt, die länger als 5 s “inhalieren”. Nur 6 Sekunden Pause zwischen 2 Zügen finde ich ebenfalls nicht realistischen für einen normalen Dampfer, das kann es mal geben, aber ich behaupt: in der Regel sind beim echten Dampfen die Pausen > 6 s. Die extra lange Pause aus Test #2 macht auch nur den Test länger & das Log größer ohne Mehrwert – finde ich zumindest. Für mich heißt das: Ich werde meine Pulstests wie gehabt mit 10/30 weiter machen und bleibe “kompatibel” zu meinen früheren Messwerten. Hurrah!

LOL, 2 Tage im Grunde für nix. Aber paar interessante Sachen sind ja als Nebenschauplätze trotzdem bei rum gekommen.

Nachtrag 26.08.

über Facebook erreichte mich die Frage, ob ich nicht mal eine Samsung 25R neben die VTC4 legen könnte. Ja, kann ich:

Samsung 25R vs. Sony VTC4 bei 50A 10on/30off

Samsung 25R vs. Sony VTC4 bei 50A 10 on/30 off

Die Samsung kommt auf 2100 mAh in diesem Test, 5,887 Wh 15 Züge bis 2,5V. Aber der Pferdefuß: bei dieser Kurve war die Temperatur am Ende bei 99°C, wenn das nur ne Sekunde länger gedauert hätte, hätte ich abgebrochen.

Interessant, dass die heisseste Stelle hier nicht in der Mitte liegt

Interessant: heißeste Stelle nicht in der Mitte

PS: Ach, übrigens..

Das hier ist ein Kabel, wie es der Hersteller des “Akkutesters” für den Betrieb >50A vorschreibt:

Hohe Ströme hätten gerne dicke Kabel...

Hohe Ströme hätten gerne dicke Kabel… (aber ob es wirklich 16 mm² sein müssen?)

Ist sicher jetzt das andere Extrem, fand es trotzdem erheiternd, wenn man das mal mit den lustigen Chinadrähtchen in den Akkuträgern vergleicht.

.

14 responses so far

14 Responses to “Experimente mit unterschiedlichen 50A Pulslasten bei 18650er Akkus”

  1. Axelon 24 Aug 2016 at 12:03

    Sehr interessant. Danke für die Infos

  2. Fusselon 24 Aug 2016 at 15:36

    Interessante Tests.

    Ich frage mich, warum mit konstantem Strom gemessen wird. Klar, das ist die gehypte Kenngröße, entspricht aber weder dem mechanischem noch dem geregelten Dampfen. Beim mechanischen Dampfen haben wir eine konstante ohmsche Last (bei Spannungseinbruch sinkt der Strom), beim geregeltem Dampfen eine konstante Leistung (bei Spannungseinbruch steigt der Strom). Außer LEDs (z.B. Taschenlampen) fällt mir eigentlich nichts ein, was mit konstantem Strom betrieben wird.

    Am besten reproduzierbar (und einfachsten) dürfte die konstante ohmsche Last sein. Konstantleistung (wie auch Konstantstrom) erfordert eine aktive Last, bei der je nach Art der Regelung (linear, getaktet) unterschiedliche Parameter (z.B. Induktivität) Einfluß auf das Ergebnis haben.

    Ach so, die “lustigen Chinadrähtchen” reichen aus, weil sie nur ein paar Zentimeter lang sind.

  3. adminon 24 Aug 2016 at 16:55

    Das ist ne gute Frage.. auf die ich keine Antwort weiß, außer: weils jeder so macht.

    Beides wäre problemlos machbar, muss nur den Schalter umstellen auf CR oder CP. Hmm.. sollen wir das mal? Eine 100W Kurve aus einmal 18650 oder sowas..

  4. Fuuselon 24 Aug 2016 at 23:38

    Ich schätze, bei CR wird die Kurve flacher abfallen und die Spannungeinbrüche beim Feuern kleiner sein, bei CP umgekehrt. Was die entnommene Kapazität angeht, bin ich mir nicht sicher, vermute aber, dass bei CR der Zelle etwas mehr entnommen werden kann und sie auch etwas kühler bleibt. Ein Versuch würd mir schon gefallen :-) z.B. 100W vs 0.10?.

    Worauf ich hinaus wollte, ist, dass man doch eigentlich einen vergleichbaren und einfach zu reproduzierenden Wert für Dampfakkus haben möchte. Mein Vorschlag, ein “Vape rating” (VR), das unter z.B. folgenden standardisierten Bedingungen ermittelt wird:

    – Akku liegt ohne aktiver Kühlung auf einer glatten Unterlage.
    – Start mit vollem Akku (Vstart, 4.2V bei LiIon)
    – 30-Sekunden-Zyklen (ein Puff/Zug – 5s Feuern, 25s Pause)
    – Stop bei <75% Vstart (3.15V) direkt vorm Feuern oder <60% Vstart (2.52V) während des Feuerns (Akku leer, zumindest für Dampfer)
    – Abbruch wenn sich die Zelle um mehr als 40°C erwärmt hat (Akku überlastet)

    Das VR wäre dann der kleinste Widerstand, bei dem der Akku entleert werden kann, ohne zu überhitzen und, zum Kapazitätsvergleich, die Anzahl Zyklen, die dabei erreicht werden. Also z.B. VR 0.15?/26.

    Dieser Wert hätte zumindest eine gewisse Relevanz für Dampfer, erlaubt es, Akkus zu vergleichen und ist auch von Amateuren mit mäßigem Aufwand zu ermitteln und zu reproduzieren [zur Not tut es ein Multimeter, ein Thermometer, ein Draht und etwas Wasser].

    Es müssten sich nur ein paar Leute (wie Du, Mooch, DJLsbVapes) auf *ein* *dokumentiertes* Verfahren einigen …

  5. bradoundon 25 Aug 2016 at 10:17

    Hallo,

    interessant wäre allerdings noch der Vergleich der Temperatur, wenn der Akku mit der zulässigen Dauerlast betrieben wird.

    Vielleicht wird er dann ja früher oder später auch 80 Grad heiß?

    Denn dann würde 80 Grad den Spezifikationen des Akkuherstellers entsprechen.

    M.E. hinkt der Test aber auch bei der Annahme, dass größere Pausen zwischen dem dampfen nicht bestehen.

    Ein Test wäre auch noch interessant, wenn ich beispielsweise Akkus mit bis 10 A Dauerlast unter den bisherigen Testbedingungen betreibe.

    Nehme ich beispielsweise unsere alten NCR 18650B Panas und betreibe die anstatt der vorgegebenen 6,5 A mit 12 A unter den Bedingungen, sieht das Ergebnis vermutlich anders aus. Meine werden jedenfalls nicht heiß, wenn ich sie Impulse mit 12 A betreibe.

  6. adminon 25 Aug 2016 at 14:43

    Moin Fussel,

    Gefällt mir gut, die Idee, die Du da hast. Ich werde mal ein bissl rumprobieren damit. Ob man die Akkutester mal alle an einen Tisch bekommt? An mir solls nicht scheitern..

  7. adminon 25 Aug 2016 at 14:48

    Moin Bradound.

    Bei korrekter Angabe der Dauerlast bleibt der Akku in der Tat unter 80°C, das funktioniert bei vielen Markenakkus problemlos. Der ist unter der Entladeschlussgrenze, bevor die Temperatur drüber geht.

    10A gepulste Kurven kann ich gerne mal ein paar machen und dann zum Vergleich nebeneinander legen. Und ja, die Pana NCR18650B mal mit 12A zu tracktieren klingt auch spannend.

  8. adminon 27 Aug 2016 at 14:12

    Nachtrag: eine 25R bei 50A, 10 on / 30 off da oben hinzugefügt.

    Panasonic bei 12A ist in Arbeit

  9. bradoundon 29 Aug 2016 at 12:40

    Panasonic bei 12A ist in Arbeit.

    Danke, auch wenn der Akku nicht mehr ganz so aktuell ist.

  10. adminon 31 Aug 2016 at 14:42

    @bradound,

    Hier der Test der Panassonic NCR18650B bei 15A gepulst.

    http://www.mountainprophet.de/forum/viewtopic.php?f=16&t=768&p=6789#p6789

    Kann man machen, steckt die Zelle problemlos weg, aber richtig Sinn mach es auch nicht. Die Zelle bleibt mit 52°C kühl, aber von der Kapazität bleibt nimmer viel übrig: 2.352 mAh sind nur nutzbar, da bekommt man mit ner HG2 oder 30Q doch deutlich mehr bei 15A.

  11. bradoundon 01 Sep 2016 at 09:17

    Vielen Dank für den Test.

    Ich nutz die immer noch gern auch mal in mechanischen Mods bei 0,4 Ohm, wobei dann bei 4,2 Volt eine Belastung von 10,5 A rauskommt.

    Da ich in Extremfällen 3 Züge nacheinander mit je 3-4 Sec mache und die Dampfe dann bis zur nächsten Nutzung schon mal ein paar Minuten steht, sind die Akkus für mich noch akzeptabel.

    Ich hab davon vor 3 Jahren 4 Stück gekauft, von denen immer noch 2 unter diesem Setting gute Dienste leisten, deshalb häng ich irgendwie an den Dingern.

  12. Bernd Eberton 05 Sep 2016 at 20:48

    Sehr geehrter Prophet :-D

    Denkanstoss ;-)

    Ich dampfe regelmäßig in Bereichen von 100-250 Watt (um diese Regionen dreht es sich ja bei 50A Test) ich halte diese Feuerzeiten bei hohen Leistungen für völlig unrealistisch.

    Nach einigen ausgiebigen Tests lande ich bei 120 Watt in einem Bereich von ca 3 Sekunden.

    Bei 250 Watt ist meine durchschnittliche Zuglänge im 2 Sekunden Bereich.

    Wenn man sich bei diesen Leistungen deutlich über den von mir genannten Zeiten bewegt gibts ne ordentlich verbrannte Fresse. ;-)

    Zugverhalten beim TV guggn getestet:

    Zug – 8 sec Pause – Zug – 8 sec Pause – Zug
    1 min Pause
    Zug – 8 sec Pause – Zug – 8 sec Pause – Zug
    1 min Pause
    Zug – 8 sec Pause – Zug – 8 sec Pause – Zug
    1 min Pause

    etc.

    LG Bernd

  13. Tom K.on 24 Oct 2016 at 03:35

    Danke für diesen tollen Test. Villeicht kann man mal den neuen VTC6 testen, wäre auch noch intressant zu sehen wie der sich schlägt. THX und weiter so! :)

  14. adminon 24 Oct 2016 at 13:46

    Hi Tom,

    VTC6 ist leider “nur” in der Klasse wie LG HG2 oder Samsung 30Q. Aber ich schau mal, ob ich noch irgendwo nen frischen 6er für ne 50A Kurve habe.

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