UNU-Akku: Spannung, Strom, Leistung, Verbrauch, Reichweite

[vsm]

[...]Ich habe übrigens einen Akku, bei dem nach dem Einstecken und Abstecken die Lade-Leds leuchten. Bei dem anderen nicht. Schätze, dass der nicht leuchtende der ältere ist...[...]

Da gab es offensichtlich schon einige Änderungen. Meine (relativ neuen) Akkupacks zeigen beim Laden mit den LEDs den Ladefortschritt an. Ansonsten machen sie nichts, sofern ich das "Knöpfchen" nicht drücke.

[...]Dass das neue Ladegerät die Brücke nicht hat, habe ich hier ja jetzt schon öfters gehört. Wie wird denn dann der Akku auf volle Spannung - also von standby auf "on" gestellt?[...]

Sobald die Ladespannung anliegt scheint auch der Akku auf volle Spannung zu schalten. Während des Betriebs im unu wird natürlich weiterhin über Pin 5 geschaltet. Lt. unu soll das neue Ladegerät ja auch mit den älteren Akkus funktionieren, also dürfte keiner Deiner Akkus in den Stand-By-Modus gehen, da durch den jeweils anderen ja eine "Ladespannung" anliegt, solange sie parallel angeschlossen sind.

[...]Und vsm, meinst du beide Pin5 Kabel an der Controllerseite zusammenzuschließen.

Ja, das wäre doch das Sinnvollste. So ein Stand-By-Modus ist eine feine Sache, da die Chogori-Stecker keinesfalls unter Strom gesteckt werden sollten. Dies würde die Lebensdauer der Kontakte durch die lange Prellzeit und die damit einhergehende Funkenbildung drastisch reduzieren (und die sind ohnehin nur mit 500 Zyklen spezifiziert). In Deinem Fall des Parallelschaltens kann aber genau im Moment des Steckens ein sehr großer Strom fließen. Wenn der Stand-By-Modus aber Spannung und Strom effektiv begrenzt, der hohe Strom also erst fließt wenn Du den Schlüssel drehst, wirst Du wesentlich länger etwas von Deinen Steckern haben.

[Eule]

Das neue Ladegerät hat die Brücke ja, wie gesagt, auch nicht.

...und somit verhält sich der parallel verbundene Zweitakku wie ein Ladegerät, allerdings eins, dass nix zu laden hat, da der Hauptakku ja die gleiche Spannung hat Wichtig ist also, dass beide Akkus nur bei gleicher Spannung zusammengeschaltet werden dürfen, der Rest regelt sich.

Auf jeden Fall bin ich mal gespannt, wie sich deine "Tankanzeige" verhält. Danke für Infos!

[elektronaut]

Ich habe übrigens einen Akku, bei dem nach dem Einstecken und Abstecken die Lade-Leds leuchten. Bei dem anderen nicht. Schätze, dass der nicht leuchtende der ältere ist...

Ich schlage vor, Du öffnest einfach mal beide Akkus. Dazu nur die 4 Schrauben am Boden lösen und dann nach oben rausziehen. Dann siehst Du selbst, wie die Verdrahtung innen geführt ist und was gebrück ist (Wie gesagt, geht Pin5 bei mir nicht zum Akku-Board). Das würde ich auf jeden Fall machen, wenn du so eine Verschaltungsaktion durchführst (Du vermutest ja selbst, 2 unterschiedliche Versionen zu besitzen). Ohne Kenntnis von den Interna wäre mir das Risiko, dass was passiert viel zu hoch...

Zumindest bei den aktuellen Akkus sollte das keinen Akkudefekt verursachen können, sofern die Akkuspannungen bereits angeglichen sind. Das neue Ladegerät hat die Brücke ja, wie gesagt, auch nicht.

Beim alleinigen Ladebetrieb, sollte ohne Brücke im Ladestecker nix passieren. Bei der Verschaltung der beiden Akkus?

[vsm]

[...]Beim alleinigen Ladebetrieb, sollte ohne Brücke im Ladestecker nix passieren. Bei der Verschaltung der beiden Akkus?

Da hat mir Werner schon die Erklärung meines Gedankengangs abgenommen: Sobald Akku 1 in den Stand-By wechseln will, verhält sich Akku 2 zu Akku 1 wie ein Ladegerät, das den Stand-By-Modus verhindert.

[...]Ohne Kenntnis von den Interna wäre mir das Risiko, dass was passiert viel zu hoch...[...]

Deswegen heißt smuglor ja jetzt smu danger!
Es ist natürlich so, dass wir hier mit einer ordentlichen Portion "guess work" arbeiten müssen, weil es immer ein paar Unbekannte geben wird und wir somit ein Restrisiko nicht eliminieren können. Aber minimieren wäre vielleicht auch schon ein Ansatz, da stimme ich Dir voll und ganz zu...

[smuglor]

Hier noch die Rückmeldung des Tages:
Heute zweimal 20 km gefahren. Mit dem Fahrverhalten bin ich jetzt vollends zufrieden - wobei wir Menschen kriegen ja nie genug und jetzt ärger ich mich schon fast, dass ich keinen 3000 Watt Motor habe. Vorher -fande ich- war ja der Akku das schwächste Glied, jetzt ist es der Motor. Habe aber trotzdem beispielsweise eine grüne Ampel bekommen, die ich vorher nie schaffte. Ist auf den letzten 5 km und da hatte ich oft eben nur noch ca. 64% Akku und die Endgeschwindigkeit lies schon um einige km/h nach.
So und was zeigt die Tankanzeige an? Nach den 20km noch 75%, wo ich sonst nur noch 50% hatte. Also wie vermutet wird der normal angeschlossene Akku (ziemlich) richtig ausgelesen. Das sieht jetzt erstmal nicht nach einer Bestätigung meiner super Eco Modus Theorie aus, aber ich teste erstmal weiter...

[Eule]

super Eco Modus Theorie

Danke vielmals, das sieht bisher doch schonmal sehr ermutigend aus. Die ECO Modus Theorie geht natürlich nicht auf, wenn du weiterhin immer volles Rohr, dafür aber jetzt ein paar Prozent flotter fährst.

[smuglor]

Wie gesagt muss ich noch einige Fahrten machen um das ganze zu vergleichen. Nach 20 km Rückweg beispielsweise variierte der Rest Ladestand zwischen 44 und 57 % . Ehrlich, dauernder Gegenwind wirkt sich da bei mir ziemlich krass aus...

[vsm]

super Eco Modus Theorie

[...]Die ECO Modus Theorie geht natürlich nicht auf, wenn du weiterhin immer volles Rohr, dafür aber jetzt ein paar Prozent flotter fährst.

Ich muss zugeben, ich hatte gedacht, dass smu danger uns mit der Theorie nur trollen wollte, er scheint es aber wirklich ernst gemeint zu haben.

Es ist schon richtig, dass die Effizienz der Akkupacks mit steigender Stromentnahme sinkt. Dies liegt an der bereits erwähnten Impedanz, dem Innenwiderstand der Zellen, der, wenn ich mich recht an das Datenblatt erinnere, bei <=35 mOhm pro Zelle liegt. Unser Akkupack besteht aus 10 Strings von 14 in Reihe geschalteten Zellen. Belasten wir den Akkupack mit 40 A, verteilen die sich also auf 10 Strings = 4 A pro String. Daraus ergibt sich ein Spannungsabfall pro Zelle von deltaU = R * I = 0,035 * 4 = 0,14 V. Für den gesamten String (14 Zellen) also 1,96 V. Bei 50 V Akkuspannung ergibt das also eine Effizienz von etwa 96 %, 4 % der Energie wird im Akku in Wärme umgesetzt. Belasten wir den gleichen Akku nur mit 20 A, halbiert sich der Verlust und die Effizienz steigt auf etwa 98 %.

Von nichts kommt aber leider nichts. Bei zwei Akkus mit jeweils 98 % Effizienz, landen wir wieder bei 96 % Gesamtzeffizienz. Oder, in absoluten Zahlen ausgedrückt: Entnehmen wir einem Akku 40 A bei 50 V, also 2000 W, stehen am Ausgang nur 1921,6 W zur Verfügung, 78,4 W werden im Akku in Wärme umgesetzt. Entnehmen wir zwei Akkus jeweils 20 A bei 50 V, also insgesamt ebenfalls 2000 W, stehen an jedem Ausgang 960,8 W (insgesamt also wieder 1921,6 W) zur Verfügung und es werden jeweils 39,2 W (insgesamt also wieder 78,4 W) in Wärme umgesetzt.

Gleiches gilt im Übrigen auch für die Leitungsverluste: Durch die Verwendung von zwei Leitungen hast Du den Querschnitt effektiv verdoppelt und damit den Widerstand effektiv halbiert, gleichzeitig aber die Länge der Leitung effektiv verdoppelt. Also auch hier +/- 0.

Die Theorie geht also auch dann nicht auf, wenn Du genauso flott wie vorher führst.

Es wird sogar noch ein kleines Bisschen schlimmer: Der Innenwiderstand der Zellen verringert sich mit steigender Temperatur, sie werden also effizienter bei der Stromabgabe. Da Du nun die Verlustleistung aber auf doppelt so viele Zellen verteilst, halbiert sich deltaT, die Zellen bleiben kühler und somit ineffizienter.

Ganz nebenbei haben wir nun auch ausgerechnet, welcher Strom fließt, wenn Du die zwei Akkupacks bei einer Spannungsdifferenz von 2 Volt parallel schließt: Etwas mehr als 40 A.

[smuglor]

Danke für die professionell-ausführliche Rechnung. Aber willst du sagen, dass du die Werte aus dem Entladetest (siehe Bild) einer Zelle berechnen kannst? Dann müssten solche Entladekurven(tests) doch gar nicht durchgeführt werden....

Ändert sich der Innenwiderstand der Zelle nicht (abgesehen von Temperatureinfluss) auch durch den Ladestand (20%, 50%, 100%...), weshalb so eine Rechnung eigentlich noch viel komplizierter wäre?

Und bei meiner Eco Modus Theorie geht es im Bild um die Zeile Energy: Bei halbierter Ampere Belastung/ C Entladerate werden doch mit einem Unterschied von mehreren Prozent die entnehmbaren Wh erhöht!

[vsm]

Selbstverständlich kann man die Werte aus der Tabelle berechnen und Du kannst auch Deinen unu darauf verwetten, dass LG das getan hat, noch bevor die erste Zelle vom Band gerollt ist. Die Berechnung ist nicht nur hochkomplex sondern aufgrund der Wechselwirkungen auch rekursiv und wird deshalb normalerweise in einer Computersimulation durchgeführt. Theoretisch würde eine solche Berechnung auch den praktischen Versuch ersetzen, allerdings macht letzterer durchaus Sinn um die Berechnungen zu verifizieren bzw. die Korrektheit zu beweisen.

Die Tabelle zeigt nicht die Energie-, sondern die Speichereffizienz bei verschiedenen Belastungen. Der Hauptgrund für die vermeintlich schlechteren Werte bei großen Strömen liegt mal wieder im Innenwiderstand und der damit verbundenen Drop-Out-Spannung. Wir nehmen vorerst wieder eine Konstante von 35 mOhm für den Innenwiderstand an. Die Testvoraussetzungen sind klar: Die vollgeladenen Zelle hat eine Spannung von 4,2 V, dann wird sie mit einem definierten Strom belastet, Strom und Spannung werden über die Zeit gemessen und aufsummiert und bei einer Zellspannung von 2,5 V wird der Test beendet. In der ersten Spalte wird die Zelle mit 0,2 C also 0,5716 A belastet. Bei einem Innenwiderstand von 35 mOhm beträgt die Drop-Out-Spannung 0,02 V, für das Entladen ergibt sich also ein nutzbarer Spannungsbereich von 4,2 - 2,5 - 0,02 = 1,68 V. In der letzten Spalte wird die Zelle mit 5 C also 14,29 A belastet. Bei gleichem Innenwiderstand beträgt die Drop-Out-Spannung hier 0,5 V, für das Entladen ergibt sich also ein nutzbarer Spannungsbereich von 4,2 - 2,5 - 0,5 = 1,2 V. Am Ende des Tests sind die Zellen aber nicht "leer", sie haben eine unterschiedliche Restkapazität. Die unbelastete Zelle aus Spalte 1 hat eine Restspannung von 2,5 V + 0,02 = 2,52 V, die Zelle aus Spalte 5 aber 2,5 V + 0,5 = 3 V. Letztgenannte Zelle kann also durchaus noch Energie liefern, nur eben nicht mehr bei 5 C, weil dann die Spannung sofort wieder auf 2,5 V einbrechen würde. Belastet man diese Zelle aber nun mit 0,2 C, liefert sie durchaus noch die ein oder andere Wattstunde.

Nun kommt aber der Ober-Clou! Wie wir gerade berechnet haben, sinkt die nutzbare Kapazität zwischen 0,2 und 5 C um satte 29 %, also würden wir in der Zeile "Energy %" an letzter stelle eigentlich "71 %" erwarten, dort lesen wir aber "76,6 %" ab. Das liegt am bereits erwähnten Absinken den Innenwiderstands durch die thermische Belastung. Das Entladen mit mit höheren Strömen geht also sogar effizienter vonstatten als das Entladen mit niedrigeren.