Last / Voltdrop am Akkutraeger  / Verdampfer bei mechanischen AT (Akkutraeger) und der Innenwiderstand - V2
Ich moechte hier erklaeren, was es mit der Last am Akku, Last / Voltdrop am Verdampfer auf sich hat und wie die tatsaechlichen Zusammenhaenge sind. Integriert ist ein Rechner, mit dem ihr euch die Werte am Akku / VD bei verschiedenen Ohmwerten einfach ausrechnen lassen koennt. Weiter unten erklaere ich, wie der durch den Akkutraeger verursachte Voltdrop / Spannungsabfall ermittelt werden kann. Wer den Widerstand des Akkutraegers schon kennt, kann
den Wert als Innenwiderstand einsetzen um den reinen Voltage drop des Akkutraegers zu ermitteln.

Wenn ihr den Akku Innenwiderstand messen / berechnen moechtet, habe ich im Beitrag Akku Innenwiderstand richtig Messen und berechnen beschrieben, wie das richtig, mit einfachen Mitteln, gemessen / berechnet wird!

 

Akkuspannung:             Volt

Verdampferwiderstand: Ohm

Akku Innenwiderstand: mOhm

Eingegebene Daten:

Akkurestspannung Volt: Verdampferwiderstand in Ohm: Akku Innenwiderstand mOhm:
Warning: Division by zero in /home/u239407417/public_html/lastamakku/index.php on line 54
Ergibt Gesamt Leistung in Watt: Watt.

Spannungseinbruch / Voltdrop - Ergibt sich durch den Innenwiderstand des Akku: 0 Volt

Akkuspannung unter Last 0 Volt Leistung am Verdampfer: 0 Watt -

Verlustleistung am Akku in Watt: 0 Watt - Wird in Waerme umgewandelt.

Strom (Last) am Akku Ampere



Weit verbreitet wird die Formel "U/R" also die Voltzahl des Akku, geteilt durch den Widerstand des Verdampfers genutzt, um die Strombelastung am Akku auszurechnen. Mir selber ist in der 1. Version Formelfehler unterlaufen, den ich aus einer Formel uebernommen hatte, dieser wurde hier korrigiert, ich entschuldige mich dafuer. Leider bin auch ich nur ein Mensch - und Menschen machen manchmal Fehler.

Um die Leistung am Verdampfer auszurechnen, wird die Wattzahl dann mit der Formel U*I, also Volt * Strom (Ampere) berechnet. Doch leider ist es nicht ganz so einfach. In der Realitaet sieht das ganze etwas anders aus und das moechte ich, so einfach wie moeglich, klaeren. Deshalb habe ich auch diesen Rechner entwickelt. Wer einfach nur die Fakten ausrechnen moechte, liest einfach nicht weiter, sondern benutzt den Rechner ;-) 

Wichtig ist dieses Verstaendnis, damit Akkus nicht am Limit betrieben und beschaedigt werden. So ein Akku ist empfindlich, wenn er ueberlastet oder unter seiner Mindestspannung betrieben wird.

Was passiert also wirklich und warum sind die einfachen Berechnungen nicht korrekt?

Wenn ich einen vollgeladenen Akku nehme und diesen mit einem Voltmeter messe, kommt bei einem Standard Akku vom Typ 18650 ein Spannungswert von 4.2 Volt raus. Prima. Ich rechne mir aus, das bei einem Verdampferwiderstand von 0.5 Ohm ungefaehr 8.4 Ampere Strom (4.2Volt/0.5Ohm) rauskommen.

Weiter rechne ich mir aus, das ich mit ungefaehr 35.28 Watt (4.2Volt * 8.4 Ampere) dampfen wuerde. Stimmt das wirklich? Ich behaupte jetzt Nein!

Ich habe den Akku mit 4.2Volt gemessen. Wenn ich ueber einen Aufsatz verfuege, den ich auf einen AT aufschrauben kann und die Spannung ablese, werden mir koreckt 4.2Volt angezeigt. Wenn ich jetzt den Feuerknopf druecke und das aufgeschraubte Voltmeter anschaue - zeigt das Voltmeter auf einmal einen niedrigeren Wert an, die Differenz bezeichnen einige als “ Voltdrop “. Magie? Hexerei?

Nein,viel schlimmer - Physik ;-) Aber keine Sorge, es ist nicht so schwer zu verstehen.

Ich weiss, das auch ein Akku einen Widerstand hat, das ist der sogenannte Innenwiderstand.

Wenn ich den Feuerknopf druecke und der Strom fliesst, muss er auch den Weg ueber den Innenwiderstand nehmen. Dadurch verliert er im Akku Leistung, er hat dort Verlustleistung. Dadurch kann nicht die vorher ausgerechnete Leistung am Verdampfer ankommen.


Dazu kommt, desto hoeher die Belastung im Stromkreis wird, desto mehr Verlustleistung tritt auf. Das heisst, wenn ich einen Verdampfer mit niedrigerem Widerstand wie vorher aufschraube, belaste ich den Akku staerker. Dadurch erwaermt er sich auch staerker und der Spannungsabfall wird messbar hoeher.

Was bedeutet das in der Praxis? Nehmt euch mal den Rechner und rechnet euch aus, wieviel Volt der Akku unter Belastung noch hat, wenn er schon auf 2.7 Volt Spannung entladen ist. Nehmt dazu zum Testen Werte von 2.7 Volt, 0.15 Ohm Verdampferwiderstand und 30mOhm Innenwiderstand. Huch, die Akkuspannung unter Last betraegt nur noch 2.25 Volt.

Die meisten Akkus duerfen aber nur bis maximal 2.5 Volt entladen werden. Der Akku wird ueberlastet.Dabei habe ich hier schon als Innenwiderstand den Wert eines besseren Akkus genommen, der schon hoch belastbar ist. Ein ebenso beliebter Akku aus guten Zeiten, der Panasonic CGR 18650 CH hat schon einen Innenwiderstand von ungefaehr 40mOhm. Diese Werte finden sich in den Datenblaettern der Akkus oder auf verschiedenen Internetseiten, wie hier


Grundsaetzlich gilt: Desto niedriger der Innenwiderstand eines Akkus ist, umso hoeher kann ich ihn belasten und
umso niedriger ist sein Spannungsabfall und damit seine Verlustleistung. Ein  A123 ANR26650 LIFEPO Akku hat zwar nur 3.3 Volt Nominalspannung, dafuer aber auch einen Innwiderstand von lediglich 6mOhm. Das macht ihn sehr hoch belastbar und fuer hoechste Ansprueche ( Pinoy Stylel) geeignet und ermoeglicht einen i.d.R. sicheren Einsatz bei mechanischen Akkutraegern.

Der Innenwiderstand der Akkus steigt leider auch mit dem Altern an, er wird - fast wie wir - nicht mehr so hoch belastbar sein und hoehere Verluste aufweisen, bis er seinen Dienst quittiert. Unter anderem wegen dieser Umstaende koennen, bzw. sollten, in gestackten oder paralell geschalteten AT mit mehreren Akkus nur Akkus der gleichen Charge und Sorte, vom gleichen Alter und gleichem Ladestand immer zusammen benutzt werden. Sonst kann es zu Unfaellen evtl. auch mit Personenschaeden oder auch Defekten, im schlimmsten Fall vom teuren AT, kommen.

Fuer weitere Verluste sorgen im uebrigen am Akkutraeger selber noch sogenannte "Uebergangswiderstaende", die z.b.an Verschraubungen, Feuertaster oder Material zu finden sein koennen.

 Die wenigsten Menschen koennen diese Nachmessen, deshalb rechnet auch keiner damit. Wer diese kennt,
kann natuerlich auch diese in seinen Berechnungen einfliessen lassen.

Voltdrop des Akkutraegers: - mechanischer AT:

Um den Voltdrop des Akkutraegers zu ermitteln, muss ich erst einen Akkudummy herstellen, aus einem Material das gut leitet und einen geeigneten Widerstand hat. Diesen Dummy mess ich mit einem Milliohmmeter durch. Wenn ich diesen Dummy jetzt anstelle eines Akkus einsetze und den Widerstand messe, wenn ich den Feuerknopf druecke, erhalte ich den Widerstand.Abzueglich der Ohmwerte des Messkabels und des Dummys habe ich dann den reinen Widerstand des Akkutraegers. Mit den Daten kann ich jetzt mit obigem Rechner den Voltdrop ermitteln, den der Akkutraeger verursacht., dafuer muss ich nur den ermittelten Widerstandswert des AT als “Innenwiderstand” einsetzen.

Kleines Beispiel wie so ein Dummy aussehen Koennte, nicht schoen aber selten und funktioniert auch: Wenn der Widerstand des Akkutraegers  zu hoch ist, kann ich die Kontaktflaeschen (Akku, Schalter, 510er) reinigen und gegebenenfalls schlechte Bauteile, z.b. Federn gegen bessere austauschen. Ein wenig Noalax an den Kontaktflaechen, Verschraubungen, wirkt auch manchmal Wunder.
akkudummyakkudummy1

Voltdrop des Akkutraegers: - elektronischer AT

Da kann ich hoechstens den fliessenden Strom am Akku messen und bin ansonsten auf die Angaben der Hersteller angewiesen.

Vorsicht, beim zusammenschalten mehrerer Akkus gilt
Serienschaltung von Akkus:

Spannung addiert sich, Innenwiderstand addiert sich, Strombelastbarkeit bleib gleich. die Kapazitaet bleibt gleich, Beispiel:
1 Akku 3.7V, 2500mAh, 10A, Innenwiderstand 17mOhm, Seriell 2 Akkus geschaltet: 2 Akku 7.4V, 2500 mAh, 10A, Innenwiderstand 34mOhm.
Paralellschaltung von Akkus:
Spannung bleibt gleich, Strombelastbarkeit addiert sich, Kapazitaet addiert sich, Innenwiderstand: Der Kehrwert des Gesamtwiderstandes ist gleich der Summe der Kehrwerte der Einzelwiderstaende. Beispiel:
1 Akku 3.7V,2500mAh, 10A, Innenwiderstand 17mOhm, 2 Akkus paralell; 2 Akku 3.7V, 5000mAh.20A,  Kehrwert: (1/17mOhm)+(1/17mOhm)=X. - X=0.117647mOhm - 1/0.117647mOhm = 8.5mOhm. Innenwiderstand in Pararellschaltung

Noch zur Info zum Innenwiderstand: Hersteller geben meist einen Innenwiderstand an, der hoechstens gegeben ist. Er kann auch besser sein wie der Hersteller angibt. Nur, irgendwo muss er ja auf Nummer sicher gehen. Samsung definiert beim 18650 25R den Innenwiderstand mit ca. 18mOhm, Typisch 22.15mOhm,  siehe Initial IR (Innenwiderstand des Akkus) im Datenblatt. Die Berechnung funzt nat. auch bei anderen Spannunsquellen.

Die Laufzeit eines Akkus in Wattstunden errechnet sich aus der Spannung in Volt multipliziert mit den angegebenen mAh des Akkus / 1000. Mit diesem Wert kann ich Akkus in Bezug auf ihre Laufzeit direkt miteinander Vergleichen.

Eine Wattstunde entspricht der Energie, welche ein Verbraucher mit einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt. Das heisst, wenn ich einen Akku mit 20Wh haette und einen Verbraucher mit 20 Watt, koennte ich den Verbraucher genau eine Stunde betreiben.

Als Beispiel: Mein 18650 Akku hat eine Nominal/Nennspannung von 3.7 Volt und eine Kapazitaet von 2500mAh. Also rechne ich: 3.7(V)olt*2500mAh/1000=9.25 Wh (Wattstunden).

Ob ich Akkus paralell oder seriell zusammenschalte aendert nichts an der Laufzeit in Wh. Vorrangig werden Akkus paralell geschaltet, um eine hoehere Kapazitaet zu erreichen, seriell geschaltet um eine hoehere Spannung zu erreichen.

Einen Messplatz um den Spannungsabfall / Voltdrop selbst zu messen, kann ich einfach selbst bauen. Ich habe einen Messplatz um den Spannungsabfall / Voltdrop zu bauen selbst gemacht, nach einer Idee von: doerfler-ElekroniK , wobei ich dann auch direkt die mOhm meiner Wicklungen am ganz normalen Voltmeter ablesen kann
 

Der Messplatz sieht so aus:
voltage drop messplatz

Messplan
Am Eingang kommt die Spannungsversorgung wenn ich das milliohm meter Vorsatzgeraet fuer die Milliohmmessung nutzen moechte.
Ueber einfache Buchsen habe ich 2 Kabel am Ausgang fest mit Steckern fuer das Voltmeter verschraubt. An den noch freien Buchsen am Ausgang kann ich
dann mit passenden Steckern einen Akkuhalter mit Akku zur Voltage drop Messung nutzen. Dafuer muss ich natuerlich die externe Spannungsversorung vorher unbedingt Ausschalten. Um den Spannungsregler zu schuetzen koennte noch eine Diode am Widerstand angeschlossen werden. Nachbau selbstverstaendlich ohne Gewaehr und auf eigenes Risiko.


Der grobe Schaltplan - Sorry, ich bin kein Grafiker: Am Eingang Plus und Minus kommt halt ein Netzteil 5-12 Volt, das je nachdem
1-2 Ampere liefern sollte. Am Out wird das Messgeraet angeschlossen und bei Bedarf ein Akku, wenn ich den “Voltdrop” messen moechte,
Bei der Voltdrop Messung darf dann natuerlich keine andere Spannungsquelle angeschlossen sein. Wenn ich den Akku einlege,
kann ich dann die Leerlaufspannung ablesen, wenn ich dann einen Verdampfer aufschraube seh ich den Spannungsabfall / Voltdrop.
Wenn ich dann den Akku entferne und auf der In Seite eine Spannungsquelle anschliesse, kann ich die mOhm am Verdampfer mit Einstellung 2V oder 200mV am Voltmeter ablesen. Die Schaltung von doerfler-Elektronik arbeitet mit 1 Ampere, ich habe das auf 100mA geaendert, damit ich auch
temperaturveraenderliche Draehte wie NI200 oder Titan messen kann. Dann nimmt man als Widerstand halt 13 Ohm und 330 Ohm = 12.5 Ohm um 100mA einzustellen, statt den 1.3 Ohm + 33 Ohm die hier vorgeschlagen werden: Doerfler-Elektronik, da sieht man auch nochmal gut den Aufbau.

Das sind dann nur 3 elektronische Bauteile, die 2 genannten Widerstaende paralell geschaltet + ein Spannungsregler LM 317, der unbedingt einen Kuehlkoerper benoetigt, sonst funktioniert die milliohmmessung nicht.

In der Praxis sieht das z.b. so aus, Messung des Voltdrop eines Samsung INR1865025R, :Spanungsquelle der Akku, niederohmiger Verdampfer aufgeschraubt.Zuerst wird nat. die Spannung des Akkus  ohne Verdampfer ermittelt. Die Diffenz der Werte ist der Voltage drop oder Voltdrop.
voltage drop messplatz2

Als naechstes wird der Verdampfer fuer den Akkutraeger aufgeschraubt - Akku Spannung unter Last.

voltdrop messplatz3

Messung einer NI200 Wicklung, externe Spannungsquelle - Akku muss dann nat. ab, sonst knallt Strom auf Strom - das geht ins Auge.
Einstellung Voltmeter auf 200mV, Anzeige in milliohm entspricht 96mOhm oder 0.096Ohm mit dem Voltmeter milliohmmeter Selbstbauvorsatz der auf 100mA eingestellt ist Da rueckt die Kommastelle in Gedanken 1 nach rechts, bei 1A ist die Anzeige 1:1. Recht genau im uebrigen, diese Methode der Messung.


voltdrop messung
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