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P-Ion-Zellen im 200 Zyklen-Test

P-Ion-Zellen im 200 Zyklen-Test

Beitrag #1 von Crizz » 10.09.2011 00:01:47

Nachdem ich vor kurzem bereits in den News die baldige Verfügbarkeit dieser neuen Zelle angekündigt hatte, habe ich die Zeit mit den Musterzellen verbracht, um ihnen tüchtig auf den Zahn zu fühlen. Denn wie immer komtm sofort die Frage auf : wie verhalten sich die Zellen auf 100 Zyklen oder mehr ? ( Stichwort : Langzeit-Test ).

Da sowas immer sehr aufwändig ist, weil man unter normalen Umständen nicht über einen entsprechend Brandgesicherten Laderaum verfügt und daher permanent überwacht werden muß, um im Störungsfall ( egal wie dieser geartet ist ) sofort eingreifen zu können, mußte ich das in die verfügbare Zeit der letzten 10 Tage planen - mit Start im Morgengrauen und Ende spät Nachts. Um die Ladezyklen möglichst kurzfristig auf die Zellen zu bekommen, wurde dabei mit unterschiedlichen Laderaten und Entladeraten gearbeitet, wobei die Zeit zwichen Entlade- und Ladevorgang auf "0" gesetzt wurde.

Das bedeutet, die Zellen hatten keine Zeit, in der Zwischenzeit abzukühlen, und wurden zusätzlich thermisch "gestresst".

Gestern Nacht war dann der 100ste Ladezklus auf dem 3s-2100 aufgebrummt, die Zellen über Nacht abgekühlt und heute morgen dann beim 101.ten Zyklus mit 12c Dauerlast auf maximal mögliche Kapazität ( 100 % Entladung ) sowie mittlere Spannungslage geprüft, nach 5 Stunden Ruhepause durfte dann in Zyklus 102 unter Vollast ( 20c ) nochmal ermittelt werden, was dabei im Vergleich zur ersten Messung nach der Konditionierung herauskommt.

Das Ergebnis hab ich in zwei PDFs zusammengefasst, mit allen technischen Details zur Technik der Zelle.

Für eine Schnellansicht das ganze auch als JPEG-Bild. Bildet euch bitet selber ein Urteil, die Testbedingungen dürften nahcvollziehbar sein und der Realität sehr nahe kommen, incl. etwas tieferer Entladung als Empfohlen sowie FastCharge-Zyklen.

Ich bitte um Verständnis, wenn ich das nicht für jeden Zelle im einzelnen durchführen kann, da es extrem Zeitaufwändig ist. Ich habe statt dessen noch eine Grafik mit dem Vergleich der unterschiedlichen Kapazitäten nach der Konditionierung mit angehängt.

Für Interessierte : die Packs sind bereits im Shop gelistet, die erste Lieferung trifft voraussichtlich zum 01.10. bei mir ein.

Ansonsten kann hier gerne nun über die Zelltechnik etc. diskutiert werden, ich werde mcih auch fragen gerne stellen.
Dateianhänge
P-Ion Vgl Sortiment.jpg
Gegenüberstellung Sortiment 1200 - 4800 mAh , neu, konditioniert, 6.ter Zyklus
PION-Vergleich Sortiment.pdf
(274.05 KiB) 265-mal heruntergeladen
P-Ion-100zyklen01.jpg
Vergleich P-Ion 2100, neuer Pack, nach 50 Zy + nach 100 Zy., bei 12c Dauerlast
P-Ion-100zyklen02.jpg
Vergleich P-Ion 2100 , neu und nach 100 Zyklen, bei 20c Dauerlast
100 Zyklen P-Ion 2100.pdf
(200.15 KiB) 171-mal heruntergeladen
100 Zyklen P-Ion 2100 (20cWert).pdf
(279.68 KiB) 242-mal heruntergeladen
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #2 von Maik262 » 10.09.2011 08:36:45

Ganz große Klasse Crizz :D

Danke für die aufschlussreichen Tests, ich glaube, ich habe meinen nächsten Akkus gefunden :P
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #3 von Harry1953 » 10.09.2011 11:17:27

Moin Crizz,

Mich würde interessieren wie sich die Zellen im Vergleich mit einem normalen Lipo verhalten. Einfacher gesagt, wie groß ist der Unterschied bei einer Verwendung im Logo 400SE (6S).
Ist da mit Leistungseinbusen zu rechnen, muß man da evtl. auch eine Zelle mehr verwenden (Gewicht). Und zum Schluß, bekäme man die Zellen auch als z.B. 6S 3200mAh.

Gruß Harry
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #4 von Crizz » 10.09.2011 12:56:00

Harry, ich stell heut abend ( evtl. früher, wie ich Zeit habe ) mal ein Vergleichsdiagramm 3200er P-Ion und 3200er Lipo ein ( auch 2100 / 2200er Klasse ). Vorab : Die Spannungslage ist im mittel um 0,1 V geringer als bei Lipo, beim 6s also durschnittlich 0,6 V weniger am Antrieb. Bei einem 1200 k/V motor macht das 600 rpm, bei einer Getriebeuntersetzung von sagen wir mal 14:1 wären das knappe 45 rpm weniger an maximal möglicher Headspeed - da die wenigsten mit 100% fliegen dürfte man das durch 1% mehr Regleröffnung ausgleichen können. In meinem 600er hat der 4800er P-Ion den CC IceLite im Set-RPM-Mode dazu gewungen, mir "nur" noch 2420 statt 2450 rpm als maximale Kopfdrehzahl zu erlauben.

Wie gesagt, Diagramme zum Spannungsverlauf im Vergleich folgen noch heute.
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #5 von Magic-Herb » 10.09.2011 15:31:08

Hallo Crizz!
Könnte man die 4800-er Für einen T-Rex 550 verwenden?
Deute ich Deinen Test richtig, wenn ich davon ausgehe, daß die Zellen eine deutlich höhere Lebenserwartung haben?
Können sie mit einem "normalen" Lipoladegerät geladen werden (UDP 50)?

Danke!

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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #6 von Crizz » 10.09.2011 16:53:33

Die Zellen sind im normalen Lipo-Programm ladbar. Wenn einstellbar sollte als Ladeschluß 4,17 V eignestellt werden, z.b. bei Ladern die einen User-Defined-Preset anbieten, wo man alle Parameter frei einstellen kann. Die Zellen sollten mit Balancing geladen werden, auch wenn nahc meinen bsiherigen Erfahrungen die Balancer die meiste Zeit arbeitslos sind, vor allem wenn Balancing erst in der CV Phase startet oder frühestens ab 4.0 V , denn bei etwaigen Abweichungen haben die sich bis dahin meist auf wenige mV schon angepaßt.

Was die mögliche Lebensdauer betrifft kann ich bisher nur eine AUssage machen : bei Betrieb innerhalb der Spezifikation und Entladen bis höchstens 80% Entladetiefe sind 100 Zyklen kein Problem, selbst wenn zu einem großen Teil mit 2c oder 3c geladen wird - das ergibt sich aus der bisherigen Testreihe, und wie sich zeigt haben die Zellen dann auch nur unter 100% Entladung einen nachweisbaren Kapazitätsverlust, im Realbetrieb entlädt man so tief nicht, und die Spannungslage beim Testpack hat sich nur im wenige mV im Mittel verschlechtert, wobei das auch nur anhand der Grafikskalierung sichtbar ist - im Betrieb dürfte diese Veränderung nicht wirklich merkbar ausfallen. Bin ihn heute noch nicht geflogen, mal schaun ob ich noch dazu komme, aber spricht alles dafür, das jetzt kein sprübarer Leistungsunterschied im Modell zu erwarten ist, zumal da keine 20c Dauerlast anliegen.

Die 100% Entladung dient nur der Bestimmung der Gesamtkapazität bis absoluten Entladeschluß, wie alle wissen sollte man aber wegen der thermischen Belastung nicht so tief entladen : bei 20c und 100% Entladung haben die Zellen in diesem Fall 63°C, und das ist absolutes Limit. Dabei lag der Pack offen im Raum, im Rumpf kann es durch die Isolation bei einer solchen Vollast-Entladung zu durchaus höheren Temperaturen der Zellen kommen, da fast keine Wärme abgeleitet wird. Alles Punkte, die sich im Modell-Betrieb auf die lebensdauer auswirken können, weshalb man sie auch immer wieder deutlich hervorheben sollte.

Der Pack wird natürlich weiterhin stationär ge-cycelt, ein Update erfolgt wenn die 150 und 200 Zyklen voll sind. Dann sieht man auch wie hoch die reale Alterung in dieser Betriebszeit ist. Ich bin jedenfalls guter Dinge, das - sofern man einen Pack nicht ausgerechnet "totlagert" es eine interessante Alternative zu Lipos sein kann, wo keine höheren Ströme als die max. zulässigen gebraucht werden. Bei sehr starken Motorisierungen sollte auf jeden Fall geprüft werden, ob die mögliche Pulslast ausreicht, das ein 600er schon 96 A zum schweben oder Rundfliegen als Dauerstrom zieht halte ich mal für auszuschließen. Bei einigen großen Helis mit Unterbringung des Packs auf einer Akkurutsche in der Nase köntne es aber zu Hecklastigkeit kommen, der 6s-4800 ist doch um einiges leichter als viele 5000er Lipo.

Muß nochmal kurz weg, das versproche Vergleichsdiagram folgt aber auch jeden Fall heute abend noch.
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #7 von klemmi86 » 10.09.2011 18:20:25

Crizz hat geschrieben:Die Zellen sind im normalen Lipo-Programm ladbar. Wenn einstellbar sollte als Ladeschluß 4,17 V eignestellt werden, z.b. bei Ladern die einen User-Defined-Preset anbieten, wo man alle Parameter frei einstellen kann. Die Zellen sollten mit Balancing geladen werden, auch wenn nahc meinen bsiherigen Erfahrungen die Balancer die meiste Zeit arbeitslos sind, vor allem wenn Balancing erst in der CV Phase startet oder frühestens ab 4.0 V , denn bei etwaigen Abweichungen haben die sich bis dahin meist auf wenige mV schon angepaßt.



Hi Crizz,

Du schreibst von einem Ladeschluss bei 4,17V? In Deinen Diagrammen sehe ich als max. U jedoch nur 3,9V. Ladeschluss bei 4,17V scheint mir ja schon knapp am LiPo zu sein.
Laderaten über 2-3C gibt es nicht, oder? Wäre eine super Alternative 2-3 PLi-Ion und dann am Platz immer schön vollkrachen, würde mir persönlich die Lagerund und Verwaltung von 9 6s LiPos erleichter..

Kommen noch andere Kapazitäten? So 3300er für den 500er Rex oder so? Die mangelnde Spannung könnte ich durch Hochritzeln ja wieder ausgleichen... Schlechte Idee?

Beste Grüße
klemmi86

 
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #8 von Maik262 » 10.09.2011 18:31:42

klemmi86 hat geschrieben:Du schreibst von einem Ladeschluss bei 4,17V? In Deinen Diagrammen sehe ich als max. U jedoch nur 3,9V


Ich hoffe, ich schreibe jetzt keinen Mist :oops: (falls ja, korregiere mich bitte Crizz): Wenn fdu anfängst "Saft" aus dem Akku zu ziehen, geht die Spannung runter und genau das sieht man hier. Last liegt am, Akkuspannung geht auf z.B. 3,9V. Ich habe schon einen Log von Crizz mit P-Ion und LiPo im Vergleich gesehen und die neuen Akkus brauchen sich auch absolut nicht vor den Lipos zu verstecken. (Bei dem angesprochen Log hat man z.B. gesehen, dass bei anlegen einer Last die Spannung im 40C Lipo auf 4,05V pro Zelle zurückgegangen ist)

Gruß

Maik
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #9 von Crizz » 10.09.2011 18:45:14

Korrekt, der Effekt tritt dadurch auf das die Last aufgeschaltet wird und 0,2 Sekunden später der erste Messwert erfaßt wird, da die Last in 0,1 Sekunden aufgeschaltet wird.. Durch diese Verzögerung sieht man im Diagramm den Spannungabfall von ca. 4,15 V ( Ruhespannung der Zelle ) bis zur ersten Messung nicht. Ich kann das zwar umstellen, allerdings hab ich versehentlich diese Einstellung bei den ersten Messungen noch gehabt, und nachträglich zu ändern würde auch unschön aussehen weil sich die Kurven dann zeitlich nicht mehr decken.
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #10 von Timmey » 10.09.2011 19:35:03

Hi,

klingt ja prinzipiell ganz interessant. Allerdings wären da für mich noch folgende Fragen wichtig:
1. Was passiert bei Tiefentladung? Nehmen die Zellen dadurch schaden und sind sie selbstsicher?
2. Wie verhalten sich sich bei höherer Entladung, sprich 5 Sekunden 30 oder 40C?

Was das Gewicht angeht, ich habe hier einen Zippy 6S 5000mah 25C mit 735g. Der ist aber natürlich schon sehr leicht, 6S 5000mah liegt da im Mittel schon eher bei 800+-25g
Gruß Tim
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #11 von Crizz » 10.09.2011 23:24:38

Timmey, zunächst mal grundsätzliches : Ein Hersteller denkt sich die Lade- und Entladeraten nicht aus. Sie sind durch die Materialien begründet. Jeder Betrieb außerhalb der Spezifikationen reduziert die Lebensdauer, weil das Material für diese Belastung nicht gemacht ist. Du kannst auch einen Reifen, der für 160 km/h zugelassen ist, kurz mit 250 km/ h fahren - die Sicherheit ist aber weder garantiert, noch wird dir jemand sagen, ob er dadurch statt 20´000 km schon nach 10´000 oder 5000 oder 2500 profillos ist. Zu solchen Anfragen unternehme ich auch keinerlei Spekulationen, wenn mehr Saft benötigt wird müssen Zellen genommen werden, die dafür spezifiziert sind. Punkt, aus. Alles andere ist Verheizen von Material unter Missachtung von Reglements, die das Material exakt spezifizieren ( okay, es gibt leider viele unrühmliche Ausnahmen, gerade im Lipo-Markt wird gerne mit Rating übertrieben und mancher 30c Pack bringt gerade mal 15c Dauer..... ).

Und aus Grund des eingeklammerten Statement nehme ich auch keinerlei Bezug auf Turnigy, Zippy und Rhino - das dürfte im Thread über die Zelle mit negativer Spannung wohl schon deutlich belegt worden sein und muß hier nicht nochmal aufgekocht werden.

Das gleiche gilt für den Begriff Tiefentladung, den werde ich ebenfalls nicht neu definieren, die Spezifikationen sind klar, nicht nur für diese Zelle.
Dafür gibt es die Entlade-Schluß-Spannung : bei erreichen dieser Schwelle ist die Last zu trennen, sonst wird die Zelle mehr oder minder geschädigt.
Auch hier gilt : Missachtug reduziert die Zyklenfestigkeit. Da beißt die Maus keinen Faden ab. Vor allem, was soll es bringen ? 20-30 Sekunden mehr Flugzeit ? Lachhaft, bei 3c Laderate ist der Akku in 20 Minuten wieder fit, da braucht kein Mensch 20 Sekunden mehr aus nem Pack quetschen....

Die P-Ion werden sicherlich auch eine zeitlang 4c vertragen, dafür liegt aber noch keine offizielle Freigabe vor - aus dem Grund, weil im Werk ebenfalls getestet wird, allerdings bekomme ich diese Ergebnisse nicht und muß deshalb selber nochmal ran. Sobald es eine offizielle Freigabe wird wird dies auch bekannt gegeben werde, keine Frage. Bis dahin ist ein solches Laden auf eigene Gefahr. Diese Tests im Werk sind übrigens u.A. für CE und GGV-Bestimmungen wichtig, dabei sind Falltests, Beschädigungstests, Überladungs- und Kurzschlußtests. Diese Litanei schenke ich mir allerdings, da ich diese Spezifikationen für die Einfuhr erhalte , die Zertifizierungen sind für die Einfuhrabwicklung notwendig. Diese Zelle ist höchst eigensicher, da Lithium nur in Ionenform in Verbindung mit Cobalt und Mangan verwendet wird, was einen "Thermal Runaway" verhindert. Der Preis dafür ist die geringere Spannungslage, etwas stärker abfallende Spannung ab 70% Entladung und derzeit noch nicht höhere Entladerate.

Abschließend noch schnell ein Vergleichsdigramm Lipo - P-Ion , damit man auf die schnelle mal den Unterschied im Entlade-Spannungsverlauf erkennen kann. Beachtet man die Skalenwerte ist der Unterschied in der Spannungslage nicht wirklich gewaltig, beim 2100 mAh 3-Zeller max.um 0,5 V am Pack gegenüber Hochleistungs-Lipos unter gleicher Last.
Die 12c Dauerbelastung entspringt übrigens nicht irgendeiner Kristallkugel, sondern der Auswertung von ca. 80 Flightlogs von Hubschrauberpiloten aus verschiedenen Bereichen ( Hobbypiloten wie Wettbewerbspiloten ) und dient der Ermittlung der max. Kapazität unter dieser Dauer-Belastung.
Dateianhänge
Vgl-LiPo-P-Ion_001.jpg
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #12 von Crizz » 10.09.2011 23:33:53

Nachtrag : Diagramm für den Vergleich der 4800er P-Ion mit Lipos folgt morgen, da die Lipo-Daten mit anderer Messfrequenz aufgezeichnet wurden und neu erstellt werden müssen.

Zur Frag der Kapazitäten : derzeit sind fest verfügbar : 500 mAh-10c / 850 mAh 12c / 1200 mAh-12c / 2100 mAh-20c / 3200 mAh-20c / 4800 mAh-20c

An weiteren Kapazitäten wird noch gearbeitet, sind allerdings erst ab Jahresende / Anfang 2012 zu erwarten.
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #13 von Crizz » 11.09.2011 12:46:16

Kurzes Test-Update :

Da gestern die Frage bzgl. der Schnelladefähigkeit aufkam habe ich eben mal 5 Zyklen mit 20c entladen und mit 4c statt 3c geladen.

Wird der Pack direkt nach der Entladung mit 4c geladen, so hat er vor der Folgeentladung eine Temperatur von 41°C. Bei der nächsten Entladung ( 1580mAh / 75 % ) lag die Temperatur bei 61°C. Nach der nächsten 4c Ladung betrug die resttemperatur bereits 43°C, nach der nun folgenden Entladung stieg die Temperatur bereits auf 62°C an - und da ist das Limit erreicht.

Die Problematik wird dann darin liegen, wenn ein Akku in dieser Weise mehrfach behandelt wird und ggf. im Modell verbleibt, wo weniger Wärme abgeführt werden kann als beim "offenen" laden. Der Pack würde dann thermishc überlastet und würde zu blähen anfangen, als Folge dieses Betriebs außerhalb der Spezifikation ist dann mit höherem Kapazitätsverlust und Verschlechterung der Spannungslage / -stabilität zu rechnen.

Wie gesagt ist das natürlich ein Extrem-Szenario, aber wenn schon, denn schon - es bringt nichts, mit Schönfärberei zu testen, und letztlich sollen aber die Laderaten ausgenutzt werden, und dann wundert man sich über gewrackte Packs, weil er eben in obiger Art und Weise behandelt wurde.

Es macht auch wenig Sinn, dann entsprechend die Entladezeit ( Flugzeit ) zu reduzieren, dann kann man auch gleich mti 3c Laderate leben , denn die knapp 5 Minuten machen dann letztlich keinen so großen Unterschied mehr . Wenn der Akku aus Lagerspannung mal schnell zum fliegen aufgepumpt werden soll sehe ich derzeit keine großartigen Bedenken, wenn dies mal mit 4c durchgeführt wird. Dies jedoch unter Vorbehalt, da noch gerpüft werden muß, ob 10 Zyklen in diesem Treatment zu deutlichen Spuren geführt haben. Das wird man also evtl. heute abend wissen, wenn ich die geplanten 10 Zyklen 20c/4c durch habe, der Akku wieder auskühlen konnte und ich eine neue Vermessung durchführen kann. Bis dahin also noch etwas Geduld, derweil werde ich noch ein paar vorhandene Lipos, die um die 50 Zyklen drauf haben, vermesse, um einen Vergleich unter identischen Bedingungen noch anstellen zu können.

Übrigens : Vorwärmen bringt bei diesen Zellen auch noch einiges, bereits bei 30°C Zelltemperatur steigt die durchschnittliche Spannungslage schon fast auf Lipo-Niveau an. Da füge ich später auch noch ein Vergleichsdiagramm ein.
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #14 von DUKE40 » 11.09.2011 12:56:07

Bewundernswert welchen Aufwand Du betreibst. Ich bin immer wieder beeindruckt.
Wie ich schon an andere Stelle schrieb, gehörst Du für mich zu den Experten in diesen Bereich und ich greife gerne auf Deinen Fachwissen und Expertise wenn es darum geht.
Liebe Grüße von Bild aka Jean-Gabriel
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Re: P-Ion - prismatische Li-Ion , schon getestet !

Beitrag #15 von Crizz » 11.09.2011 13:04:48

Duke, mir geht es in diesem Fall darum, selber festzustellen, was von diesen Zellen zu erwarten ist. Ich war zwar bereits nach den Tests der allerersten Musterzellen sehr zuversichtlich, das es eine interessante Alternative zu anderen Zelltechniken sei würde, war aber selber auch ein wenig skeptisch bezüglich der Langzeitbelastbarkeit, da ursprünglich das ganze nur bis ca. 2000 mAh als Empfängerversorgung bzw. in kleineren Kapazitäten als Backup-Akku für BEC-Systeme angedacht war. Konions werden ja immer seltener, und Rundzellen finde ich persönlich nach wie vor unpraktisch in der Bauform. So entstand das ganze und entwickelte sich dann zu einem Selbstläufer, der eben zu dieser Zellvielfalt führte.

Und nachdem ich die ersten 50 Zyklen im Dauertest durch hatte war ich doch sehr viel beruhigter, und warum dann nicht mit diesem Pack weitermachen. Persönliches Ziel sind für´s erste 200 Zyklen, das wird aber nicht ganz so schnell gehen wie ide ersten 100, da wie gesagt sehr zeitraubend. Auf jeden Fall habe ich dann eine Aussage, die Hand und Fuß hat, da für jeden Abschnitt die Bedingungen notiert werden und sich so jeder aus den Mesaufzeichnungen ein eigenes Bild davon machen kann. Ich denke, es wird den einmaligen Aufwand wert sein , insbesondere auch im Sinne der Anwender :D
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