Heli-01
BuiltWithNOF1
willkommen bei HELI-TOM
welcome at heli-TOM

Wie bereits von der alten Bleibatterie und deren Nachfolgern hinlänglich bekannt, hat die Temperatur der Batterie einen wesentlichen Einfluss auf die zu entnehmende Energie.

fahne_english

Da bei Kälte die chemischen Prozesse (auch die Zersetzung des Akkus bei der Alterung) langsamer ablaufen und die Viskosität der in Li-Zellen verwendeten Elektrolyte stark zunimmt, erhöht sich auch beim Lithium-Akku bei Kälte der Innenwiderstand, womit die abgebbare Leistung sinkt. Zudem können die verwendeten Elektrolyte (meist Gele) bei Temperaturen um –25 °C einfrieren. Manche Hersteller geben den Arbeitsbereich mit 0° bis 40 °C an. Optimal sind 20-25 °C, deshalb sind auch oft nominelle Temperaturen von etwa 23°C zu finden. Unter 10 °C kann durch den erhöhten Innenwiderstand die Leistung so stark nachlassen, dass der Akku nicht lange für den ihm zugedachten Betrieb ausreicht. Es gibt aber auch Li- Akkus mit speziellen Elektrolyten, die bis -55 °C, meist für Spezialanwendungen, eingesetzt werden können.

Die Elektrochemie im innern bleibt zwar bei allen Temperaturen die gleiche, doch gibt es mit zunehmendem Innenwiderstand im Elektrolyten der Batterien einen höher werdenden Spannungsabfall, sobald ein Strom entnommen wird. Dieser Spannungsabfall führt zu der von uns zu messenden verringerten Klemmenspannung der Batterie, sobald eine Last angeschlossen wird und der spürbaren Erwärmung der Zelle.

Im Leerlauf, und das ist das Fatale, gaukelt uns selbst eine Batterie bei -20°C vor, sie würde die volle Spannung zur Verfügung stellen können, da der Strom, der durch das Messgerät fließt vergleichsweise gering ist. Die Spannungslage der einzelnen Zelle ist unter diesen Bedingungen nur wenige Millivolt unterhalb der von beispielsweise 20°C.

Ich habe eine Kurvenschar gefunden, die verdeutlicht, dass dieser Effekt auch bei den immer beliebter werdenden LiPo- Zellen auftritt und uns in der Wintersaison den Spaß am Fliegen „etwas“ reduzieren kann:

Quelle: http://kokam.com/english/biz/rc.html

Bei diesen Messungen wurde von einer Zelle mit 145mAh ausgegangen. Die Kurven zeigen deutlich, dass bei Temperaturen unter 0°C erstens mit einer starken Reduzierung der Zellenspannung und zweitens mit einer ebenso starken Reduzierung der zu entnehmenden Kapazität gerechnet werden muss.

Wenn wir dabei die Unterspannungserkennung unseres Reglers hoch angesetzt haben, kann dieser natürlich viel schneller als uns lieb ist eine zu geringe Akku- Spannung erkennen und abregeln/abschalten.

Dies sollte uns dazu veranlassen, unsere Energiespender doch möglichst nicht zu kühl zu lagern. Beim normalen Transport im Auto und dem Einsatz auf dem winterlichen Flugplatz ist dieser Einfluss nicht besonders ausgeprägt, da die Batterien über eine gewisse Wärmekapazität verfügen, die ein schlagartiges Abkühlen verhindert.

Es wird sich jedoch eines zeigen, wenn die Batterie angeschlossen wird, scheint sie zunächst nicht genügend Energie abgeben zu wollen, der Antrieb wirkt irgendwie träge; wird sie aber nach ca. 30 Sekunden wieder abgetrennt und wir gönnen ihr ca. 1 bis 2 Minuten Ruhe und versuchen es anschließend wieder, so werden wir feststellen, dass unser Antrieb wesentlich besser läuft.

Ursache für dieses Verhalten ist die innere Erwärmung der Batterie durch die innere Verlustleistung Pv=Ri*I², diese verringert den Innenwiderstand und erhöht somit die Spannungslage an den Klemmen, die wir wiederum als mehr zur Verfügung stehende Leistung wahrnehmen können.

    Pv Verlustleistung [W]

    Ri  Innenwiderstand der Batterie [Ω]

    I   entnommener Strom [A]

Da der Strom quadratisch in diese Gleichung eingeht, können selbst Ströme im Bereich von 10 bis 20A schon beachtliche Leistungen in dem kleinen Volumen unserer Batterie hervorrufen.

Die kleine Pause zwischen erstem und zweitem Start sollte eingelegt werden, damit sich die entwickelte Wärme innerhalb der Zellen gleichmäßig ausbreiten kann und somit die gesamte Fläche der Batteriepole die gleiche chemische Aktivität – weil gleiche Temperatur - entwickeln kann.

Bei dem geringen Gewicht der LiPo’s könnte man sie natürlich auch den ganzen Flugtag in der Hosen- oder Jackentasche tragen, um sie vor Auskühlung zu schützen.

Wer mehr und in verständlicher Form über die verschiedenen Batterietypen wissen möchte sollte diesem Link folgen:

http://www.batteryuniversity.com/index-german.htm

As already known from lead acid batteries and their successors, the temperature plays an important role related to the energy output of batteries.

Because the chemical processes (the degeneration due to aging as well) are running on reduced speed at low temperatures, and at the same time the viscosity of electrolytes used in Li- cells is increased, the inner resistance of Li- cells increases at low temperatures what decreases the available power. Further more the used electrolytes (almost gelly) get frozen at temperatures below -25°C. Some manufacturers define the working temperature range of 0° to 40 °C. Optimal is 20-25 °C, that´s why we find as nominal temperature almost 23°C. Below 10 °C the power may drop due to increased inner resistance, what leads to the effect that the battery is insufficient for the intended purpose. But there are Li- batteries using special electrolytes which can be used for special application down to -55 °C.

The inner electro- chemistry remains the same at all temperatures, but the electrolytes increasing inner resistance leads to an increased inner voltage drop in case a current is drawn from the battery. This inner voltage drop can be observed as a decreased battery terminal voltage during load application leading to an evidable cell temperature raise.

In open loop circuit (no load applied) and that is the fatal the battery suggests even at -20°C it could maintain the full terminal voltage and this is due to the low current drawn from our voltage measuring devices. The measured cell voltage is some milivolts lower compared to 20°C only.

I have found a couple of curves indicating this effect in the increasingly favorized LiPo- cells and this effects us especially during winter saison too by “slightly” reduced fun during flying:

Source: http://kokam.com/english/biz/rc.html

These measurements are based on a cell of 145mAh. These curves are indication that the cell voltage and the available capacitty are reduced at temperatures below 0°C.

Whe we are adjusting the low volatage recognition in our controller, it will lead to an early low voltage indication and the controller will get into degraded mode or switch off earlier as we have intended.

This should force us to prevent our energy donators from getting too cold. In case of normal transport in our cars to the flying field during winter season this effect is not very distinct because of batteries thermal capacity is preventing from immediate cooling down.

One effect will get obvious, if the battery is connected it seems that the battery is not able to provide us with sufficient amount of energy, the drive acts indolent, but if we cut the power after approximately 30 seconds, give a rest of one or two minutes and reconnect this battery again, we can recognise that our propulsion system will run much batter.

This effect is caused by the batteries inner temperature raise cause by inner losses Pv=Ri*I², decreasing the inner resistance and increasing the terminal voltage what we can observe as increased useable power.

    Pv power losses [W]

    Ri  batteries inner resistance [Ω]

    I   drawn current [A]

Because the current is used as “squared” in this equation, already currents between 10A and 20A can generate remarkable power in the small volume of the battery.

The litte rest should be made to give the battery the opportunity of equalisation of inner temperature differences inside the cells and establishing even distribution of chemical effectiveness inside the cells.

Due to the small size and weight of our LiPo´s we also could carry them in the pockets of our trousers and coats to prevent them from cooling down.

If you would like to get mot detailed and understandable information about the different types of batteries you can follow this link:

http://www.batteryuniversity.com/index-german.htm

[HELI-TOM] [Start] [ECO 8] [T-REX] [Video & Foto] [Technik] [EMV / EMC] [Batterien 1] [Batterien 2] [Batterien 3] [Data-Logger] [Linkliste] [Some Fun] [Ein Exkurs]