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Vergleich der Ladeverfahren Reflex- Konstantstromladung an modernen NiMH-Zellen


Die Idee
Intention
Rahmenbedingungen
Durchführung /
Projektänderungen (!)
Messungen - Messdaten
Zwischenbericht Teil I - II (
*)
Abschlussbericht Teil I - III (
*)
Links
Equipment
Danksagungen

(*) Eine ausführliche Zusammenfassung ist in der elektro-Modell  3/04,
erschienen. Aufbereitet von Peter Koller!


Erfahrungen zum Equipment:

ReFLEX 20/8 FD
Ginzel Spectra II
UNI-Tester
Akkulution
RIM 1000

Die Idee ...

Entstanden aus einer Forumsfrage >>ob Vorteile gegenüber "Normalladern = Konstantstromladung"<< sich ergeben,
ist das Projekt geboren worden. Provokant behauptet: Der Reflexlader lädt schonender die Zellen, daraus folgt
für mich: Ich kann höher Laden und die Ladezeit verkürzen, bei gleicher Lebensdauer der Zellen?
Auch ist von großem Interesse, wie sich der Innenwiderstand, Spannungslage und die Kapazität unter diesen
Bedingungen verhalten! Wenn man versucht darüber zu diskutieren, werden immer widersprechende Aussagen
wie bringt nichts oder die Zellen haben viel mehr Dampf laut! Im Versuch gilt es nun Vor- Nachteile, sowie auch
die geringere thermische Belastung der Zellen, zu untersuchen.
Als Repräsentanten der beiden Ladetechniken wurden mir von Herrn Ginzel der Spectra II und von
Herrn Metzger - MEGRA Akkutronic - der Feld Lader ReFLEX 20/8 FD zur Verfügung gestellt!


Im Folgenden: NL = Normalladung; RL = Reflexladung; Ri = Innenwiderstand der Zellen
 

Intention ...

... bei der RL werden die Zellen geringeren thermischen Belastungen ausgesetzt, also sollte man auch den Vorteil,
   höhere Ladestromraten laden zu können - dann wieder gleiche thermischen Belastung, gegenüber der NL - auch
   nutzen!
... das große Qualitätsmerkmal der Zellen ist der Innenwiderstand (Ri), wie stark verändert sich dieser dabei.
... auch soll das Kapazitätsverhalten, bei den beiden Ladearten, untersucht werden.
All das gilt es hier nun zu untersuchen, wie sich diese Merkmale im Laufe der Zyklen bei der NL versus RL
entwickeln.
 

Rahmenbedingungen

Mit Übereinstimmung der Beteiligten wurde vereinbart:
- 2 Packs 10Z NiMH GP3300 - ohne p&m - aus der gleichen neuen Serie
- der Lader ReFLEX 20/8 FD
- Lader für die Standard-Ladung ist der Spectra II von Ginzel
- Messaufnehmer den UNI-Tester von SM-Modellbau für Strom/Spannungsmessung
- Ri-Meter RIM 1000 von ELV
- grafische/tabellarische Darstellung der Daten am PC
- Entlade Widerstand: ~35A ( 4* H4/50W+65W)
- wenn möglich, mehrere Zyklen pro Tag. Gesamt maximale Zyklen 250.
- Ladestart nur mit kalten (Umgebungstemperatur) Zellen
- Entladestart 5min nach der Volladung
- Temperaturmessung mit Infrarotthermometer
- NL-Ladestrom 5A konstant, Einstellung NiMH, Abschaltungsempfindlichkeit hierbei 1% - ca. 15mV/Z.
- RL-Ladestrom 7A
- Akkus entladen mit Lüfterkühlung im Rohr. 55mm - 7Blatt Lüfter auf ~3500U/min (3000-5500U/min) eingestellt!
- sporadische Temperaturerfassung nach der Ladung/Entladung
- Entladeschlußspannung unter Last: 0,85V/Z!
- Veröffentlichung aller Daten hier und teilw. im Forum

 

Durchführung - chronologisch... (Stand:04.09.2003)

- Die beiden Akkupacks sind jetzt wohlbehütet zwischen den Kontakten der Akkulution verpackt.
- Ab dem 12.08.2003 wurde das erste Mal mit 350mAh formiert. Danach geht's an den Heckmann Lader
   mit "Formierungs"-Programm 10Z - 4AmpereLaden - 2,5AmpereEntladen - 4Zyklen!
   Dieser teilt dann die jeweiligen Stromvorgaben L:4A/E:2,5A) durch die Zykluszahl (4)
   und steigert so den jeweiligen Strom (+1Zyklus) mit jedem Zyklus!!! Den letzten Zyklus werde ich am PC
   aufzeichnen! Dann steht dem Vollprogramm nichts mehr im Weg! Dieses wird aber vermutlich am Spectra II
   von Ginzel ablaufen!
- Die Graphen werden optisch denen des Herrn P. Koller, Akku-Tester aus der EMO, angelehnt sein.
- Das LabView-Programm zum Einlesen der UNI-Tester-Daten, ist jetzt auch soweit modifiziert, dass mit den
  Werten auch eine Zählvariable im exakten Sekundentakt mit in die "Daten.txt"-Tabelle eingereiht wird!
  Somit haben die U/I-Graphen auch einen zeitl. Bezug!
- Auch funktioniert die automatische Datenübernahme (LabView-Datenreihe) in Exel jetzt genauso reibungslos!
- Dank der Akkulution konnten zwei Zellen aussortiert werden. Die Differenz beider Packs war größer als 3%!
- Eine erneute Formierung ergab jetzt eine Abweichung von <1,5%, das ist normal!
- Die Packs von Herrn >>Zufall<< ausgewählt!
- Versuch am 27.08.2003 gestartet!
- ! Akkulution ab Messung # 10 nicht mehr im Einsatz! Erklärung siehe "Akkulution". Akkus jetzt inline verlötet.
- ! Ab # 20: werden die Daten mit einem speziell angepassten UNI-Tester erfasst! Er besitzt ein erheblich
    gesteigertes Auflösungsvermögen. Dadurch erscheinen die Kurven glatter, weniger Ripple!
- ! Ab # 25: Wegen des thermischen Marathons sind die Akkus jetzt ohne Schrumpfschlauch. Die Stangen sind
    aneinander nur mit Klebeband fixiert! Dadurch auch eine um 2-3° C niedrigere Ladeendtemperatur!
- ! Auf Grund der geringen Unterschiede zwischen den einzelnen Zyklen, wird jetzt nur noch jede fünfte Entladung
    aufgezeichnet!
-
Habe beide Packs's vor # 70 zweimal Formiert, einmal mit 12Std / 400mA / - 2,5A und anschließend mit 4,5A im
  NiMh-Rx-Modus (Reflexmodus) des Heckmannladers!
- # 96 - 99 speziell nach Temperaturverlauf untersucht.
- # 100 mit Serien-Uni-Tester gemessen, ausschließlich der Vergleichbarkeit zur # 1 wegen.
- # 103 (101-103) Nur um zu sehen wie groß der mittlere Ri nach 100s Entladung ist!
- # 192 ist eine Rfx-Zelle defekt (hochohmig). Beide Packs auf neuen Zellen reduziert! >>> Erklärung <<<
- # 233 ... ???
- # 250 am 26. 02. 2004 vollbracht! * * *  FINISH  * * *

Messungen...

! Da die Daten sekundengenau erfasst werden, kann jeder einzelne Datensatz mit der Gleichung
  C[Ah] = T[s] * I[lastA] / 3600s sekündlich errechnet werden. Jetzt braucht man nur noch alle Sekundendaten
  aufaddieren um so die exakte Gesamtkapazität des Akkus zu erhalten! Eine aufwendige Mittelwertbildung entfällt
  dadurch!
  PS: Laut IEC 285 sind die Zellen erst dann verbraucht, wenn sie nur noch 80 % ihrer Anfangskapazität bereit stellen.
  Also in diesem Fall ca. 3250 -20% = 2600 mAh!
 Messdaten 1 - 250    
(wird lfd. fortgesetzt!)
 
Die Erste dient zum Vergleich und Festhalten der Anfangsdaten. Diese bildet dann die Grundlage
  für die weitern Messungen. Alle Daten sind selbsterklärend und können den Graphen entnommen werden.
  Die Toleranz der beiden Akkupacks liegt jetzt bei < 1,5%! (Ri - C - U - I - jeweils unter Last)
  In regelmäßigen Abständen werden jetzt die Weiteren folgen. Voraussichtlicher Zeitraum des Versuchs wird
  ca. 6 Monate sein!
 

 Links: Hintergrundinfos und Pro/Kontra Publikationen

* Akku FAQ
- viele Fachbegriffe werden hier geklärt.
* Reflexlade IC - ICS 1700A


* Funkschauartikel
"Professionelle Ladetechniken" von 1/2-98.
* TEMIC IC U2402B-B
- eine eigene Telefunken Lade-Entwicklung.
* MAX 712 - MAX 713
 - vielseitiges MAXIM-Lade IC mit Delta-Peak-Abschaltung.
(780kByte - pdf)
* CCS
- Ein anders Ladeverfahren, Pro/Kontra Artikel dazu.


Equipment:
(Aufs Bild klicken zum Vergrößern)

Der Uni-Tester von Stephan Merz. Er misst Spannung, Strom, Drehzahl und errechnet die Leistung. Das ganze kann über die integrierte Schnittstelle am PC eingelesen werden. Einen Servotester mit Servostrommessung und Servoimpulsmessgerät ist ebenso selbstverständlich wie die Anschlussmöglichkeit eines Scannerempfängers! Für mich ein unverzichtbares Gerät!
Der Entladeaufbau wurde nur für diesen Ladeversuch geschaffen. Eine elektronische Schaltung gewährleistet das automatische Abschalten - einstellbar - bei 0,85V/Z.
( Komparator an einer Referenzspannung, der über einen Treiber die Relais schaltet!  )
LabView ist eine Programmiersprache zur Messdatenerfassung. Leider ist das Tool nur lauffähig, wenn im Hintergrund der Kern von LabView gestartet ist. Eine eigene Runtime hätte noch weiter die Lizenzgebühren hochgetrieben.
Der Lader ReFLEX 20/8 FD. Hier wird die "echte" Reflexladetechnik, dessen Entwicklung im ICS 1700A zu Grunde lag, technisch verwirklicht. Einfach die Zellenzahl und den Strom manuell vorgeben und sich steht's auf volle Akkus freuen - und das ohne Lade- Entlade-Pflegeprogramme - so der Hersteller! Erfreulich ist, dass das Gerät einen Step-down-/Step-up- Wandler besitzt!
Der Spectra II. Mein Favorit unter den Automatik-Schnellladern. Hat die Einstellvielfalt die man in der heutigen Zeit benötigt! Selbstverständlich verfügt das Gerät über die neueste Software, um Akkus modernster Machart laden zu können. Auch wenn man wissen möchte "wie" es um die Akkus bestellt ist, hat man das passende Programm parat. Vorteil auch, Herr Ginzel ist immer bemüht auf Marktsituationen spontan zu reagieren! Aktuelle Firmware z.Z.: V6.3!
Der Heckmannlader. Eine Setup- und Lade-Entladesoftware die heute noch ihresgleichen
sucht! Das Setup-Menue war (ist) sehr Zukunftsorientiert, die PB, die NiCD- und NiMH-Akkus vielfältig anpassbar. Alle Programmeinstellungen sind unabhängig von Ausgang 1 bzw. Ausgang 2! Auch ist es das einzige Gerät, dass sich per Software vom PC komplett "fernsteuern" lässt!
Akkulution: Beide GP-Akkus werden durch die mechanische Befestigung unter Kontakt gehalten. Diese lötfrei Verbindung wird unter dem Test-Marathon gleich die Standfestigkeit
mit unter Beweis stellen. Vorteil auch, eine Einzelzellenvermessung ist jederzeit möglich!
Ri Meter - RIM 1000 von ELV.

Näheres darüber kann hier abgerufen werden:

RIM 1000, ein Kurzportrait
Links: Vielfachgenie mit Analoger und Digitaler Anzeige!
Mitte: Vielfachmessgerät mit 0,3% Toleranz und PC-Schnittstelle.
Rechts: 50Mhz Scope von "Fluke" mit Vielfachmessgerät integriert!
Der Mess-PC: AMD 450Mhz mit Windows Me, 96MByte RAM und CD-RW
Hier werden alle Daten der Mess- und Ladegeräte aufgezeichnet.

Meinen herzlichen Dank für die Unterstützung des Projekts an Herrn:
... Eberhard Metzger - Reflexlader und die und 20 unbehandelten GP330SCH Zellen.
...
Horst-Rüdiger Ginzel (Dipl.-Ing. FH) - mit seiner Spontanität, mir sofort den Spectra II Lader zur Verfügung zu stellen.
...
Stephan Merz  - mit dem angepassten UNI-Tester. Ein unverzichtbares Instrument für den Elektro-Modellbau.
... Torsten Oelke - der mir sehr geholfen hat, die Datenübernahme mit LabView zu automatisieren!

... Ulrich Horn - der verschlug, die Akkulution auch einen Langzeittest zu unterziehen.
... Peter Koller - Motto: nur was grafisch auswertbar ist, hat Bestand! Danke für die vielen Exceltipps!