Wirkungsgrad von Lipos

GC · 21. April 2015

Ich frage mich, wenn ich x mAh in einen Akku einlade wieviel y mAh habe ich vorher entnommen. Hat das schon mal gemand gemessen?

Konkret lade ich einen Akku mit 0,5C und entlade mit 2C.

Wenn ich in einem 1000mAh Lipo Akku 500mAh nachlade bis er voll ist, wieviel habe ich dann etwa vorher entnommen unter der Voraussetzung, dass er vorher voll geladen war. 100% Wirkungsgrad ist es bestimmt nicht. Aber 80 oder 90% oder ...?

UweHD · 21. April 2015

Das ist schon nahe bei 100%, also man bekommt ungefähr die eingeladene Energiemenge auch wieder heraus.

ta-uli · 21. April 2015

Hallo Gerhard,

wenn du beim laden und entladen die Kapazität mit erfasst, kannst du es ja mal per Experiment ermitteln.
Einfach mit dem Ladegerät von z.B. 3,75 Volt Lagerspnnung auf 4,2 Volt laden, danach auf 3,75 Volt entladen und jeweils die Kapazitäten notieren.

Dann müsste der Wirkungsgrad eta = entladene Kap. / geladene Kap. sein (oder so).

So in etwa würde ich es machen...

Aber für mich ist die Entladeschlussspannung wichtiger. Drunter sollte man ja nicht entladen...
Wenn ich über die Monate die geladene Kapazität (z.B. von der Lagerspannung 3,75 Volt ausgehend) notiere, kann ich auch etwas über den Alterungszustand schätzen, weil die eingeladene Kapazität wohl mit den Monaten weniger wird.

Uli

GC · 21. April 2015

Bei Nixx Zellen konnte man bei langsamen Laden mehr rein und rausbekommen, hatte aber einen höheren Innenwiderstand.

Ich vermute, dass dies bei Lipos ähnlich ist. Weiß jemand genaueres?

Auch soll der Lipo innenwiderstand erst nach einigen Ladezyklen minimal sein.

Mein Junsi Lader sagt bei den meisten meiner Akkus, dass der Innenwiderstand entladen geringer ist als geladen. Seltsam oder?

ta-uli · 21. April 2015

Der dynamische Innenwiderstand hängt ja auch von den Strömen, der Temperatur und was weiss ich nicht alles ab...
Also bei gleichen Temperaturen, Lade- und Entladeströmen messen. (Da erzähl ich dir wohl nichts neues).
Und ich hab gehört, dass die Messung des Innenwiderstands im Ladegerät auch nur einen Schätzwert repräsentiert (!)

Für mich ist aber in der Praxis wichtiger, den Akku nicht zu tief zu entladen und ca 20% Restkapazität nicht zu unterschreiten, damit der "finanzielle" Wirkungsgrad nicht zu schlecht wird

Uli

MarkusN · 21. April 2015

Beim Wirkungsgrad spielt dann noch die Spannung mit rein. Wenn also der LiPo chemiebedingt praktisch die gleiche Ladung wieder abgibt (abgeben muss, die Ionen wurden verschoben und müssen wieder zurück, wenn da nicht ein Chemismus wie bei Nickel dabei ist, der Überladen zulässt), dann ist das trotzdem kein Perpetuum Mobile. Die Energie geht in Form von Spannungshysterese verloren.

GC · 21. April 2015

MarkusN schrieb:
Beim Wirkungsgrad spielt dann noch die Spannung mit rein. Wenn also der LiPo chemiebedingt praktisch die gleiche Ladung wieder abgibt (abgeben muss, die Ionen wurden verschoben und müssen wieder zurück, wenn da nicht ein Chemismus wie bei Nickel dabei ist, der Überladen zulässt), dann ist das trotzdem kein Perpetuum Mobile. Die Energie geht in Form von Spannungshysterese verloren.

Markus,
Du hast Recht und denkst an den Energiewirkungs-Grad.

Ich habe jetzt nur mal die nackte Strommenge und deren "Wirkungsgrad" betrachtet. D.h. nach UweHD, wenn ich 500mAh einlade habe ich etwa 480mAh entnommen. Nur so als Größenordnung. Richtig?

UweHD · 21. April 2015

GC schrieb:
... D.h. nach UweHD, wenn ich 500mAh einlade habe ich etwa 480mAh entnommen. Nur so als Größenordnung. Richtig?

So ungefähr, ja.
Ich messe immer die Verbrauchte Kapazität mittels Datalogger und das deckt sich hinterher ziemlich genau mit der wieder eingeladenen Kapazität. Im Rahmen der Meßgenauigkeit geht das jedenfalls nicht signifikant viel verloren.

Erdie · 21. April 2015

Laut Wikipedia:
http://de.wikipedia.org/wiki/Akkumulator#Energiedichte_und_Wirkungsgrad

liegt der Wirkungsgrad bei ca. 90% !

Hans Schelshorn · 21. April 2015

MarkusN schrieb:
...
Die Energie geht in Form von Spannungshysterese verloren.

Was ist denn das nun wieder, und wie wirkt die???

Was ich mir denken könnte:
Wenn man beim Entladen ähnlich viele mAh rausbekommen hat wie man reingesteckt hat, dann muss man noch mit einberechnen, daß die Spannung beim Laden im Durchschnitt höher ist als beim Entladen. Dann ist man schnell weg von annähernd 100% Wirkungsgrad.

Servus
Hans

GC · 21. April 2015

Hans Schelshorn schrieb:
Was ist denn das nun wieder, und wie wirkt die???

Was ich mir denken könnte:
Wenn man beim Entladen ähnlich viele mAh rausbekommen hat wie man reingesteckt hat, dann muss man noch mit einberechnen, daß die Spannung beim Laden im Durchschnitt höher ist als beim Entladen. Dann ist man schnell weg von annähernd 100% Wirkungsgrad.

Servus
Hans

Hans, das ist sicherlich richtig, was Du schreibst! Aber wir messen doch nir die mAh und nicht die Wh.

piotre225 · 22. April 2015

Das kommt drauf an, mein Lader zeigt abwechselnd zu der Kapazität in mAh auch die eingeladene Energie in Wh an.
Mein Telemetriesensor Unisens misst neben der Kapazität auch die Energie, er zeigt sie allerdings in Wmin an, muss man also durch teilen um auf Wh zu kommen.
Ich habe also sowohl im Modell bzw. am Sender als auch am Lader eine Anzeige für die Energie.

Den energetischen Wirkungsgrad habe ich bisher noch nicht betrachtet, ich werde das in Zukunft aber mal machen.
Was den Kapazitätswirkungsgrad angeht sind wir bei Lipos sehr nahe an den 100% dran.
90% ist jedenfalls viel zu wenig, da würde ich ja bei meinen 5000er Lipos 500mAh "verlieren", das ist definitiv nicht der Fall.

Gerd Giese · 22. April 2015

piotre225 schrieb:
... Was den Kapazitätswirkungsgrad angeht sind wir bei Lipos sehr nahe an den 100% dran.
90% ist jedenfalls viel zu wenig, da würde ich ja bei meinen 5000er Lipos 500mAh "verlieren", das ist definitiv nicht der Fall.

Moin, stimmt Piotre ... der Lade-/Entladenutzen in "Ah" bzw. "Wh" pendelt sich um die 98% bei einem LiPo (meist sogar höher) ein!

Erdie · 22. April 2015

Gerd Giese schrieb:
Moin, stimmt Piotre ... der Lade-/Entladenutzen in "Ah" bzw. "Wh" pendelt sich um die 98% bei einem LiPo (meist sogar höher) ein!

Es kommt aber darauf an, ob der energetische Wirkungsgrad oder die Ladungsbilanz bzw. Ladungs-irkungsgrad gemeint ist. Und da die Ladespannung höher ist als die Entladespannung, geht mehr Energie rein als raus. Und so betrachtet wird der energetische Wirkungsgrad wohl geringer sein. Da kann ich mir schon vorstellen, dass 90% stimmen. Für die Modellsportpraxis ist das aber weniger relevant, da der Strom billig genug ist.
Irgendwo muß die Wärme beim Entladen wohl herkommen. Demzufolge sinkt der energetische Wirkungsgrad bei höheren Belastungen.

Gerd Giese · 22. April 2015

Erdie schrieb:
... Demzufolge sinkt der energetische Wirkungsgrad bei höheren Belastungen.

Klar... stimmt natürlich, um so mehr, je extremer man wird und z.B. sehr hoch den LiPo belastet und mit höchster C-Rate lädt!
Dann fällt die Bilanz wohl noch schlechter aus!

Aber das sind Annahmen, die wir bis zum "Exitus" aus Sicht des LiPos
weiter spielen könnten. ... danach hätte er null Prozent.

ta-uli · 22. April 2015

Hallo zusammen,

die Diskussion wird ja recht freudig geführt. Aber was habe ich denn in der Praxis von der Info, ob jetzt 80 oder 90% des geladenen Stromes wieder entnommen werden können?
Denn der entnehmbare Strom hängt auch von der Temeperatur ab: je kälteres ist, desto weniger nutzbare Kapazität habe ich doch. Zum Beispiel lade ich den Akku bei 20°C im Bastelraum, gehe dann bei 5°C raus und fliege... Ohne Akku-Vorwärmung oder bei Hangflug (wenig Motoreinsatz) wird der Akku schnell kühler. Dann ist der Akku relativ schnell "leer". Daher ist doch die Entladespannung das wichtige Kriterium, um den Akku richtig zu behandeln.

Erleuchtet mich!

Uli

GC · 22. April 2015

ta-uli schrieb:
Hallo zusammen,

die Diskussion wird ja recht freudig geführt. Aber was habe ich denn in der Praxis von der Info, ob jetzt 80 oder 90% des geladenen Stromes wieder entnommen werden können?
Denn der entnehmbare Strom hängt auch von der Temeperatur ab: je kälteres ist, desto weniger nutzbare Kapazität habe ich doch. Zum Beispiel lade ich den Akku bei 20°C im Bastelraum, gehe dann bei 5°C raus und fliege... Ohne Akku-Vorwärmung oder bei Hangflug (wenig Motoreinsatz) wird der Akku schnell kühler. Dann ist der Akku relativ schnell "leer". Daher ist doch die Entladespannung das wichtige Kriterium, um den Akku richtig zu behandeln.

Erleuchtet mich!

Uli

Uli,

heißt das, wenn ich bei 30 statt 10 grad lade bekomme ich mehr mAh rein und wenn ich mit einem auf 40 grad erwärmten Akku fliege, bekomme ich mehr raus? Oder ist beim Laden und Entladen bei niedrigen Temperaturen z.B. 10 grad nur der Innenwiderstand höher und die Lade- und Entladeschlussspannung früher erreicht?

UweHD · 22. April 2015

Hans Schelshorn schrieb:
...Wenn man beim Entladen ähnlich viele mAh rausbekommen hat wie man reingesteckt hat, dann muss man noch mit einberechnen, daß die Spannung beim Laden im Durchschnitt höher ist als beim Entladen. Dann ist man schnell weg von annähernd 100% Wirkungsgrad....

Das ist ein sehr guter Punkt, das hatte ich nicht bedacht.
Die entladenen mAh entsprechen bei meinen LiPos ungefähr den eingeladenen mAh, aber die Spannung im Entladevorgang ist naturgemäß geringer. Umgerechnet auf Wh könnte dann der von Erdie bereits erwähnte energetische Wirkungsgrad von rund 90% herauskommen.

Für die Kontrolle der Entlademenge mittels Telemetrie and Datalogging ist aber die mAh-Zahl ein guter Kontrollwert, gerade weil der Wert der eingeladenen mAh-Zahl so gut entspricht. Der energetische Wirkungsgrad in Wh ist für den Modellflieger ja eher nur aus akademischer Sicht interessant.

ta-uli · 22. April 2015

Hallo Gerhard,

wenn ich das Lipo-ABC ( http://www.elektromodellflug.de/lipo-leitfaden-faq.html ) richtig verstehe, kann der kalte Akku weniger entnehmbare Kapazität bis zur Entladeschlussspannung bereitstellen, als ein warmer. Das liegt wohl an der "eingefrorenen" Chemie, was den Innenwiderstand erhöht.
(Natürlich krieg ich in keinem Fall mehr Kap. raus, als ich eingeladen habe)

So hab ich es jedenfalls verstanden.

Also z.B. E-Segler, Motorstrom ca. 30A:

im Bastelraum (20°C) aufladen : 4000 mAh

im Sommer (25°C) fliegen: 3800 mAh entnehmbare Kapazität bis Entladeschlussspannung
im Winter (5°C) fliegen: 3000 mAh entnehmbare Kapazität bis Entladeschlussspannung

Hab ich das so richtig verstanden?

Uli

UweHD · 22. April 2015

ta-uli schrieb:
...Hab ich das so richtig verstanden?...

Das ist richtig. Bei kalten Lipos ist der Innenwiderstand größer und damit die Zellspannung - speziell unter hoher Last - geringer. Die Entladeschlußspannung wird beim kalten Lipo also früher erreicht und man kann effektiv weniger mAh entnehmen.

Wie du schon sagtest, ist die Zellspannung das entscheidende Kriterium für die Beendigung des Entladevorgangs, unabhängig von der entnommenen Strommenge. In der Praxis ist die Kontrolle der entnommenen mAh mittels HoTT Telemetrie (also die elektrische "Tankuhr") aber genauer, da die Zellspannung nur in 0,1V Schritten übermittelt wird. Und bei kontrollierten Außenbedingungen (also vorgewärmte Akkus und bekannte A-Belastung) passt dann auch die Zellspannung.

Wirkungsgrad von Lipos

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