Der folgende Bericht ist in Elektro-modellflug-praxis 2010 - Kyosho

Der folgende Bericht ist in
Elektro-modellflug-praxis 2010 erschienen.
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wird’s noch kürzer: Entladezeit genau eine
Verführung durch Suggestion durch Minute; Entladestrom Suggestion
192 A! Dummerweise
Was heißt denn eigentlich 35/60C? Nun, die
allgemeine Interpretation geht wohl so: 35C
geht auf Dauer, 60C nur kurz. Machen wir
die Probe aufs Exempel:
Entladen wir eine zuvor voll aufgeladene
LiPo-Batterie von nominal 3.200 Milliamperestunden
(mAh) Kapazität mit 35C komplett
bis zur erlaubten Schussspannung, so ist dies
eine Angelegenheit von einer 1/35 Stunde.
Das sind zirka 103 Sekunden, also nicht mal
ganze zwei Minuten. Der Verbraucher müsste
dabei einen Strom von immerhin 112 Ampere
(A) verkraften. Rechts vom Schrägstrich
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ist das heute mit Mitteln der Modelltechnik
durchaus realisierbar – und für einen Flugtags-Eyecatcher
ja auch wahrlich lange genug.
Ein Paar wärmeisolierende Handschuhe zum
anschließenden Entnehmen des Packs müssten
in der Startkiste dann wohl noch Platz finden.
Über die mögliche Weiterverwendung eines
solchen Packs lässt sich allerdings bestenfalls
noch spekulieren. Fest steht eines: Geht man
wirklich an diese geglaubten Grenzen, bleibt
keine der Batterien innerhalb des zulässigen
Temperaturspektrums (70 Grad Celsius).
Geht man etwas vorsichtiger an die Dinge
heran, so wird man gleichwohl feststellen,
Text und Fotos: Ludwig Retzbach
Extremismus pur!?
Wem nutzen die neuen LiPo-Zellen etwas?
Immer neue LiPos mit noch mehr „C“ drängen auf den Hobbymarkt. Die neueste Generation nennt sich gerne „EXTREM….“
und führt mindestens ein 30C/50C im Schild. Wer braucht so was? Oder wäre es nicht langsam wichtiger, die Entwicklung
wieder mehr in Richtung Energiedichte, Robustheit und Lebenserwartung zu lenken? Und wie steht überhaupt es mit der
Seriosität der Angaben bei einem Produkt, das wie vieles im Modellbau immer mehr über virtuelle Ladentische den Weg zum
Kunden findet?
dass sich die neuen „Extremis“ schon von
herkömmlichen LiPos abheben. Um dies
herauszufinden genügt es erst mal schon,
die Zellen mit konstant 10C zu entladen.
Gaben LiPos unter diesen Entladebedingungen
bisher eine Zellenspannung von 3,4
bis 3,5 Volt (V) ab, so steigt diese nun auf
Werte bis nahe an 3,7 V. Grund: Sie weisen
weniger Innenwiderstand auf und halten
daher die Spannung unter Last erkennbar
besser. Angenehmer Nebeneffekt: Auch die
fraglos lebensdauerschädliche Erwärmung
der Zellen geht zurück, allerdings eben nur
solange, wie man die hohe Stromrate nicht
voll ausnutzt. Denn die Physik bleibt niederträchtig
und gemein. Denn:
Die EXTREME POWER 3500 besticht durch extrem flache
Bauweise und ansonsten sehr ausgewogene Eigenschaften
P PV V = = I² x I² Ri x Ri sagt nichts anderes, als dass ein verdoppelter
Strom I die Verlustleistung P V vervierfacht,
ein gleichzeitig halbierter Innenwiderstand Ri
das Ergebnis aber nur halbiert, weshalb dann
schlussendlich immer noch doppelte Verluste
herauskommen. Deshalb darf der Strom bei
halbiertem Ri eben nur um den Faktor √2,
also etwa um den Wert 1,4 steigen.
Doch wann hat sich der Innenwiderstand
einer Zelle wirklich halbiert? Etwa dann,
wenn außen nicht mehr 15C, sondern 30C
draufsteht? Das Marketing möchte es uns so
oder ähnlich glauben machen.
Die LemonRC mit 3.700 Milliamperestunden
der 35C-Serie überzeugt durch eine extreme
Spannungslage. Allerdings ist erforderlich,
die Spannung der Einzelzellen im Auge zu
behalten, da diese vor allem bei neuen Zellen
recht weit auseinander liegen können
Die EXTREME POWER 4000 trägt den Zusatz
„EVO“. Sie überzeugt durch eine gute
Spannungslage bei nominal etwas knapper
Kapazität. Der Importeur weist darauf hin,
dass auch bei höheren Laderaten große
Zyklenzahlen gemessen wurden
Batterien mit einheitlichem Erscheinungsbild, einheitlicher C-Angabe
aber sehr unterschiedlichen Eigenschaften: Während die kleine
1.300-Milliamperestunden-Batterie eindeutig zu den hochbelastbaren
Exemplaren der Gattung „neue LiPos“ zählt, erreicht die große
1.800- Milliamperestunden -Batterie bereits bei 10C-Dauerentladung
aufgrund des hohen Innenwiderstands kritische Temperaturen
In der Tat hat sich der Gleichstrom-Innenwiderstand
(R iDC) der neuen LiPo-Generation
weiter reduziert. So liegt er bei neuen SLS
ZX 3.200 mAh schon bei gemessenen 4,8
Milliohm (mΩ). Eine vergleichbare X-Cell
3.300 mAh 20C/30C bringt es auf 6,9 mΩ
und eine nicht ganz unähnliche LiteStrom
3.700 VX 25C steht mit 5,5 mΩ auf der
Matte. (Alle Werte bei Entladung mit
1C/20C bei zirka 50 Prozent Entladetiefe
ermittelt). Diese wenigen, etwas willkürlich
ausgewählten Beispiele mögen genügen,
um aufzuzeigen, dass (bei etwa vergleichbarer
Zellengröße) aufgedruckte C-Rate und
Innenwiderstand zwar irgendwie miteinander
zu tun haben, aber ihr zahlenmäßiger Zusammenhang
keiner Gesetzmäßigkeit
gehorcht – es sei denn der
Prämisse der Marketingstrategen,
immer ein wenig mehr
drauf zu schreiben als der
Mitbewerber. Eine praktikable,
auf Physik basierende Formel
wäre auch nicht ganz einfach zu finden,
denn der Innenwiderstand einer Batterie ist
die Größe, welche stark von den Einsatzbedingungen
(Temperatur) abhängt und sich
im Laufe des Betriebslebens am stärksten
verändert. Letzteres keinesfalls zum Vorteil,
versteht sich.
Ende der Frühverrentung? der Frühverr
Der Innenwiderstand ist damit die Größe,
welche die Einsatzbandbreite der Stromspeicher
begrenzt und, bei Nichtachtung
dieser Grenzen, die Lebensdauer reduziert.
Das geht, wie oben erwähnt, über die Temperatur.
Lange Vollleistungsphasen, welche die
Zellentemperatur in die Gegend von 70 Grad
Celsius treiben, stressen LiPos und sind für
die Mehrzahl der Frühausfälle verantwortlich.
Allerdings, und das wurde bisher noch
recht wenig beachtet, ist nicht immer nur die
Eigenwärme, die ihn auf Hochtemperatur
bringt. So werden Notebook-Akkus nicht
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selten durch die Verlustleistung des Prozessors
mehr erhitzt als durch die selbst generierte
Stromwärme. Bei Modellbauakkus ist
als lebensdauerkritisch zu werten, wenn sie
längere Zeit in einem in der Sonne geparkten
Auto liegen, das – wie die Erfahrung
zeigt – schnell Innentemperaturen von 60
bis 80 Grad erreicht. Dabei kommt es nicht
nur auf die Temperatur, sondern auf deren
Einwirkdauer an.
Untersuchungen, wie lange Modell-Antriebs-
Lipos unter einsatztypischen Bedingungen
zu Überleben vermögen, sind schwierig
und nur erkenntnisträchtig, wenn sie auf
wirklich professioneller Schiene realisiert
werden. Die Stringenz der im Internet publizierten
Untersuchungen hierzu ist schwer zu
überprüfen. Da meist nur einzelne Marken
untersucht werden, ist der Verdacht marktstrategischer
Einflussnahme zumindest nicht
auszuschließen. So wurden bereits 2006
sehr realistisch erscheinende Messungen
über Polyquest-Zellen XP 1.500 mAh-LiPos
publiziert, die eine nutzbare Spanne von
zirka 75 Zyklen aufwiesen. Dabei zeigten
sich die Zellen hinsichtlich Spannungslage,
Kapazität und daraus resultierendem
Energiegehalt während der ersten 50 Zyklen
erfreulich konstant, degradierten aber in den
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Technische Daten:
Zellentyp
(Entladewerte bei 10 C)
Avionics
2100
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Avionics
3600
Avionics
4000
Die 3.200- Milliamperestunden -Batterien von SLS und LRP
zeigen sich beide als Kraftpakete mit viel Kapazität
Überzeugen sowohl durch extreme Spannungslage als auch durch eine
hohe spezifische Energie: Die neuen AVIONICS-Batterien vom Team Orion
EXTREME
Power4000
EXTREME
Power3500
LemonRC
3700
darauf folgenden Zyklen erkennbar schneller,
sodass die für Antriebszwecke nutzbare Zyklenzahl
etwa bei 70 festgemacht werden konnte
(sponsored by www.slowflyer.ch). Dies deckt
sich auch in etwa mit verschiedenen einfachen
Praxistests, die dem Autor bekannt sind.
Von Kokam werden Messungen ins Netz ge -
stellt,die das Zellenverhalten bis nahezu 400
Zyklen untersuchen und dabei zu überraschend
positiven Ergebnissen hinsichtlich nutzbarer
Zyklenzahlen kommen.
Wohlgemerkt, hier handelt es sich bei diesen
Untersuchungen um LiPos arrivierter Herstellerfirmen,
die den Kunden mit dem Originallabel
erreichen. Leider scheint dies bei der heutigen
sehr virulenten Marktdynamik eher die Ausnahme
zu sein. Zellen werden derzeit gewöhnlich erst
von Importfirmen etikettiert und nach dem Gesetz
von Corporate Identity einheitlich „eingekleidet“.
Zellen einer bestimmten Produktlinie, die ein
einheitliches Erscheinungsbild aufweisen, brauchen
damit nicht unbedingt aus derselben Quelle
zu stammen. Den Importeuren ist es so möglich,
den Lieferanten zu wechseln, wenn dieser nicht
„spurt“ oder sich nicht an getroffene Abmachungen
hält, was im Ostasiengeschäft nicht eben die
Ausnahme zu sein scheint.
Allerdings wird auch ein derart anonym bleibender
Hersteller, der nicht unter eigenem Label
verkauft, leichter der Versuchung erliegen, jene
Qualitätsstandards, die ihm zur Markteinführung
verhalfen, mit einer gewissen Großzügigkeit zu
betrachten oder bei unerwartet starker Nachfrage
die Lücke durch Zukauf zu schließen suchen. Verschlechtert
sich eine Serie „unterjährig“ merkt es
meist erst der Kunde, sofern der Importeur nicht
ständig die gelieferte Ware strengen Qualitätskontrollen
unterzieht. Auch sollte man Zellen nach
der Herstellung eine mindestens sechswöchige
Lagerzeit gönnen, nach der sie nochmals überprüft
werden sollten. So was kostet!
C-Angabe 30 35 35 35 30 35 30 35 35 35 35 35 35 25 25
Zellenzahl 4s 5s 5s 3s 4s 3s 3s 3s 5s 3s 3s 3s 3s 2s 3s
Mittlere Entladespannung Um / V 14,7 18,43 18,34 10,89 14,45 11,00 10,57 11 18,3 10,96 10,89 10,86 10,85 7,31 10,25
Um / Zelle / V 3,68 3,69 3,67 3,62 3,61 3,67 3,52 3,67 3,66 3,65 3,63 3,62 3,62 3,65 3,42
Entnehmbare Ladung / mAh 2234 3719 4100 3880 3661 3692 2241 1770 3218 1341 3375 3621 4340 1308 1498
Endtemperatur / °C 51 54 51 48 52 48 49 48 46 45 45 45 48 45 62
Entnehmbare Energie / Wh 32,8 68,5 75,18 42,14 52,36 40,6 23,67 19,47 58,75 14,7 36,7 39,3 47,1 9,55 15,32
Akkumasse / g 230 480 538 340 415 335 175 150 448 120 302 335 402 70 150
spez. Energie / Wh / kg 143 143 140 124 126 121 135 130 131 123 122 117 117 136 102
PQ-
2250XQ
SLS
X-treme
1700
SLS
X-treme
3200
VTEC
1300
VTEC
3200
VTEC
3700
VTEC
4500
Wellpower
1300
Das sind eine Menge guter Gründe, LiPos nicht
aus fragwürdigen Quellen zu beziehen, auch wenn
dort das ultimative Schnäppchen winkt. Nahezu
machtlos sind Hersteller und Importeur dann,
wenn, wie geschehen, täuschend echt aussehende
Plagiate einer bestimmten geschätzten Marke im
Internet unter den Hammer kommen.
Manche Firmen sprechen es schon
offen an: Nicht die Zellen selbst
sind das eigentliche Problem,
sondern die Aufdrucke, mit denen
sie bisweilen versehen sind. So ist
unter http://www.hacker-motor.
com/deutsch/ (24. Juli 2009) zu
lesen (Zitat):
Können LiPos alles LiPos können? alles können?
Schon bei den NiXX- Batterien wurde immer
wieder darauf hingewiesen, dass eine Zelle nicht
in jeder wünschbaren Richtung optimieret werden
könne: Entweder gibt es mehr Energieinhalt
(Kapazität) oder mehr Leistung (Spannung)!
Die Wirklichkeit zeigte dann immer, dass doch
beides geht, aber eben nicht gleich in einem
Schritt. So wurden auch die LiPos in den letzten
zwei Jahren eher auf mehr Leistung (das
heißt niedrigen Innenwiderstand) getrimmt. Die
ursprünglich messbare spezifische Energie von
150 bis 170 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg)
Batteriemasse ging bei den Zellen mit dem hohen
C dann typisch auf 120 bis 130 Wh/kg zurück.
Jetzt scheint man bei aufgedruckten 30 bis 35C
wieder mehr zum Angriff auf den Energiegehalt
zu blasen. Dies zeigen neue Zellen, die trotz
hoher Belastbarkeit nun wieder Energiemargen im
Bereich von 150 Wh/kg anvisieren.
Bei NiMH-Zellen führte diese „Hyperoptimierung“
seinerzeit zu praktisch kaum mehr
handhabbaren Zellen mit exorbitant hohen Selbstentladeraten
und extrem kritischem Lagerverhalten.
Man darf hoffen, dass den LiPos von morgen
solche Irrwege erspart bleiben und sie nicht aus
der elektrochemischen Balance treiben, was
wieder einer neuen Pyrophobie Vorschub leisten
würde. Dies zu steuern ist letztlich auch Sache des
kritischen Verbrauchers, der nicht den Kaufpreis
zur alleinigen Entscheidungsmaxime erheben und
wissen sollte, dass auch LiPo-Wunder einfach
etwas länger dauern.
Wellpower
1800
LiPos
Hersteller/Importeur
„… Oft entsprechen die Kapazitäts
angeben auf den Pack nicht
wirklich dem, was man unter typischen
Einsatzbedingungen entnehmen
kann. Auch die sogenannten
„C-Raten“ erfuhren eher einen
marketingtechnischen Höhenflug.
Leider sind uns bis jetzt (Stand:
Januar .2009) keine einheitlichen
Richtlinien bekannt, nachdem die
C-Rate ermittelt wird. Wie heiß darf
ein Pack werden? Welche Spannungslage
hat die Zelle bei einer
bestimmten C-Rate? Solche und
viele andere Fragen stellen sich
zwingend und wir haben erfahren,
dass man Zellen nicht nur nach dem
„Aufdruck“ auswählen sollte …“
Die Enerland- (Polyquest-) Batterie:
Eher konservativ in der Spannungslage,
ordentlicher Energieinhalt,
solide bis auf die Knochen. Der an
der Unterseite des Packs erkennbare
Einschnitt in den Schrumpfschlauch
diente der Einführung einer
Temperatursonde bei der Messung
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