Memory-Effekt bei LiFePO4-Akkus

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    • Memory-Effekt bei LiFePO4-Akkus

      Heute war auf der Heise-Seite ein interessanter Bericht über den Memory-Effekt von LiFePO4-Zellen.

      Memory-Effekt bei LiFePO4-Akkus

      Hier der Text zum sofortigen Nachlesen:
      Quelle: heise.de ; Titel: "Memory-Effekt bei Lithium-Ionen-Akkus"; Erschienen: 15.04.2013;
      Autor: mue (Anmerkung: Vollständiger Name des Autors nicht herauszufinden)

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      Memory-Effekt bei Lithium-Ionen-Akkus

      Wissenschaftler des schweizerischen Paul Scherrer Instituts und der Forschungsabteilung des japanischen Autobauers Toyota berichten in der aktuellen Ausgabe von Nature Materials von einem Memory-Effekt bei Lithium-Ionen-Zellen: Die Forscher haben Akkus mit Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) gezielt auf 30, 50 beziehungsweise 70 Prozent geladen und festgestellt, dass sich schon nach einem Lade-Entlade-Zyklus ein Memory-Effekt einstellt: Beim Wiederaufladen tritt eine minimale Spannungserhöhung beim vormals gewählten Ladestand auf.


      Der Memory-Effekt tritt unabhängig vom gewählten mittleren Ladestand auf.
      Bild: Nature Materials
      Die Forscher erklären den Effekt durch die unterschiedliche Verteilung von geladenen und ungeladenen Partikeln in der Elektrode. Der Effekt lässt sich durch Warten bei entladenem Akku wieder neutralisieren. Soll der Akku jedoch sofort wieder aufgeladen werden, könnte die Ladeelektronik aus dem Tritt kommen. Lithium-Eisenphosphat hat nämlich eine besonders flache Ladekurve, über weite Teile der Kapazität wird also mit nahezu identischer Spannung geladen. Die Ladeelektronik interpretiert eine minimale Änderung der Spannung von der vorgegebenen Kennkurve deshalb möglichweiser als schon nahezu vollen Akku und bricht das Ladevorgang ab. Erfolgt der Abbruch wegen des Memory-Effekts zu früh, so ist nur ein Teil der maximal möglichen Energie gespeichert. Der Abbruch an sich ist nötig, damit die Ladespannung nicht zu hoch wird; sonst droht ein irreversibler Schaden an der Akkuzelle.

      Künftig wird also noch mehr Intelligenz in Ladeelektroniken fließen müssen, denn Lithium-Eisenphosphat ist eigentlich ein Wunschkandidat für die Autoindustrie: Das Material verträgt hohe Lade- und Entladeströme, ist sowohl ge- als auch entladen chemisch ausgesprochen sicher und noch dazu vergleichsweise günstig. Allerdings tritt hier genau der beim Memory-Effekt ungünstige Nutzungsfall auf, dass der Akku durch Anfahren und Bremsen (Rekuperation) permanent zwischen mittleren Ladezuständen wechselt.

      In Akkus für Notebooks, Tablets und Smartphones findet mal üblicherweise kein Eisenphosphat, sondern Lithium-Mischoxide mit variablen Anteilen an Nickel, Mangan und Kobalt (Li(NixCoyMnz)O2). Diese NMC-Materialien haben eine höhere Energiedichte als Eisenphosphat und sind bei begrenztem Gerätevolumen deshalb die erste Wahl – auch wenn sie teurer und potentiell unsicherer sind. Hier ist kein Memory-Effekt bekannt, auch werden die Akkus von niedrigen oder mittleren Ladezuständen üblicherweise immer wieder voll aufgeladen.

      Am teuersten und gefährlichsten ist Lithium-Kobaltoxid (LiCoO2), dennoch kommt es etwa in den Akkus von Boeings problembehaftetem Langstreckenflieger 787 (Dreamliner) zum Einsatz. Brancheninsidern zufolge hatte Boeing aber keine andere Wahl: Zu Beginn der Entwicklung und damit auch des langwierigen Zertifizierungsprozesses bis zur Zulassung gab es schlicht kein anderes Aktivmaterial, das eine so hohe Energiedichte geliefert hätte. Andere Akkus, etwa aus Nickel-Metallhydrid, wären größer und schwerer gewesen, was die maximale Zuladung (Passagiere und Fracht) und damit die Wirtschaftlichkeit für die Fluglinien reduziert hätte. Die hohe an Bord benötigte Energiemenge, die ein Vielfaches von bisherigen Flugzeugen beträgt, ist wiederum der Designentscheidung geschuldet, besonders viele elektrische Systeme inklusive Fly-by-Wire-Steuerung einzusetzen. (mue)
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    • Original von leo-rcc
      Wie lange werd es dauern bis das effect merkbar ist? Wir haben in H3 shoen zeit viele jahren die gleiche batterie drin (4S A123) und bis jetzt nog keine verluste gesehen. Aber ist da etwas zu machen das das effect minimalisiert werded?

      Das kann ich jetzt nur anhand der o.g. Beschreibung abschätzen: Die Ladespannung manuell mit einem Multimeter überwachen und mit dem Datenblatt vergleichen. (3.9V Ladeschluss-Spannung pro Zelle?)
      Wenn beim Laden jede Zelle bis 3.9V (?) geladen wird, dann ist mit dem Lader alles in Ordnung, er passt zu der Charakteristik der Zelle bzw. des Akkus: Der Ladevorgang wird nicht vorher schon abgebrochen. Damit ist das Risiko, dass die Zelle falsch geladen wird, sehr gering.

      Die Lader, die ich kenne, haben eine Möglichkeit zum "Mitzählen" der geladenen Amperestunden. Ich denke, wenn der Akku entladen wurde (untere Spannungsgrenze bei 2.75V pro Zelle?) und dann beim Laden die 3.9V erreicht werden, dürfte die Zelle in Ordnung sein. Wenn dann auch noch die geladene Kapazität minimal 90% von der angegebenen Kapazität hat, ist nach meiner Meinung die Zelle einwandfrei.

      Ich habe leider die Spannungsgrenzen für die LiFePO4-Zellen nicht auswändig im Kopf. Sorry.

      Ich denke, wenn die Zellen nur dann geladen werden, wenn vorher etwas Energie entnommen wurde, dürfte das vorzeitige Abschalten des Laders verhindert werden.
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    • Habe schon lange nichts mehr von den LiFePO4-Zellen gehört. Nach meinen Beobachtungen verwenden die meisten Roboteers LiPo-Zellen in den Raptoren/Featherweights.

      Mich würde mal interessieren, "warum" ? Wegen dem Preis? Oder gab's schon Ausfälle bei den LiFePO4 und ich habe das nicht mitbekommen?

      Mich reizt, dass man bei den Raptoren auch 4 Zellen der LiFePO4 verwenden darf. (=13.2V Nennspannung). Bei der Verwendung von Ventilen für die Raptor-Rockeys könnte dieses "eine Volt" dafür sorgen, dass es keine Probleme bei der Ansteuerung von Ventilen gibt.

      LiFePO4 pro und kontro ? :D
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    • LiFePos sind größer und schwerer als LiPos, das sind meine Beobachtungen bislang! :)

      Ich meine früher hieß es auch, das die mehr Strom liefern können, also eine höhere C-Rate haben. Aber wenn ich die LiPos meiner Kopter so sehe, Nanotech-Akkus, die 60-80C haben... Ja nee... :P

      Aber sicherer sind LiFePos wenn ich mich recht erinnere?!

      In Disrupter verwende ich nach wie vor LiFes, und die Funktionieren auch nach vielen Kämpfen noch tadellos, da kann ich echt nicht meckern! (Werde aber mal LiPos testen, mal gucken ob das eine Volt so viel mehr bringt -> Platz-/Gewichtsersparnis!)


      Nachtrag:
      Vlt. kann das noch wer bestätigen, aber ich glaube die haben sogar eine noch flachere Entladekurve. Ich meine Volle LiFePo-Akkus haben 3,7V, leere 3,3V! :)
    • Enigma wurde mehrere Jahre mit einem 3S LiFe Akkupack betrieben und lief damit sehr gut. Die einzelnen Zellen liessen sich gut im Bot verteilen. 2 Mal musste eine Zelle getauscht werden da defekt. Balanciert wurde beim Laden so gut wie nie.
      Aus Platzgründen ist jetzt ein 3S LiPo drin, wenn der weiter so anschwillt wird er bald soviel Platz brauchen wie vorher die LiFe's :D
      Wenn ich die Wahl hätte würde ich wieder einen 3S oder besser einen 4S LiFe-Pack verwenden.
      haben ist besser als brauchen
    • Wenn ich die Wahl hätte würde ich wieder einen 3S oder besser einen 4S LiFe-Pack verwenden.

      Danke für diesen Hinweis und die Empfehlung.
      Ich war ziemlich am Schwanken, ob die neuen Bots mit LiPos oder LiFePO4 ausgestattet werden sollen. Die LiFePO4s sind teurer und brauchen mehr Platz. Ich habe das Gefühl, dass sie (bei gleicher Kapazität) auch schwerer sind.

      Mit dem dezenten Hinweis, dass man LiFePO4 auch offiziell zum Laden im Bot lassen kann, steht meine Entscheidung damit eigentlich fest, was zukünftig verbaut wird. ;)


      hobbyking.com/hobbyking/store/…S1P_30C_LiFePo4_Pack.html
      (ist derzeit schon in Blähboy im Einsatz und funktionierte ohne Probleme)
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    • Original von IBF
      Die LiFePO4s sind teurer und brauchen mehr Platz. Ich habe das Gefühl, dass sie (bei gleicher Kapazität) auch schwerer sind.

      Stimmt, da waren ja auch Nachteile, zumindestens was die A123 LiFe Rundzellen betrifft, mit den Folienakkus habe ich keine Erfahrung gemacht.
      - Bei gleicher Kapazität schwerer als LiPo
      - Bei gleicher Kapazität größer als LiPo
      - Teuer, Achtung es gibt gefälschte A123 Zellen auf dem Markt! Klone von anderen Herstellern habe ich noch nie benutzt und kann dazu nichts sagen
      - Wenn man eine bestimmte Kapazität der Akkus haben will ist man recht unflexibel geht dann eben nur 2300mAh oder ein vielfaches davon.
      haben ist besser als brauchen
    • Wenn man eine bestimmte Kapazität der Akkus haben will ist man recht unflexibel geht dann eben nur 2300mAh oder ein vielfaches davon.

      Ja, das stimmt leider. Ich hätte für die "Standard-Bots", bei denen nicht ständig zwei Kompressormotoren mitlaufen, auch lieber 4S1P mit 2200mAh gehabt. Aber gibt's nicht.

      Irgendwas in mir wehrt sich auch, dass ich "2P" verwende. Das Parallelschalten von Batteriezellen mochte ich noch nie, da sich die Zellen im Laufe der Zeit immer etwas "verändern". Im Endeffekt lädt dann eine Zelle immer die Andere auf. *greuel*

      Die Rundzellen finde ich eher unpraktisch, weil man immer etwas "Luft" im Bot verbauen muss. (So wie bisher bei meinen Sanyo-NiCd-Zellen auch.)

      In Rat-Rap ist aktuell ein 3S LiPo mit ca. 1800mAh verbaut. Der ist echt kuschelig klein. Aber nachdem LiPos für dicke Backen bekannt sind, traue ich dem Frieden auch nicht ganz.
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    • Original von Terminx
      auch lieber 4S1P mit 2200mAh gehabt. Aber gibt's nicht

      Kuck mal hier.

      Hab von Gens ace auch zwei 3s 4000mah für meinen kleinen hexacopter.

      Laufen einwandfrei und haben schon einiges mitgemacht ;)

      Danke Markus für den Tipp, aber irgendwie finde ich auf der Seite keine LiFePO4. (Dafür suchte ich eigentlich die 4S mit 2200mAh). Die knapp über 550gr Gewicht bei den 4200mAh tun bei den Raptoren schon irgendwie weh.


      Achtung es gibt gefälschte A123 Zellen auf dem Markt! Klone von anderen Herstellern habe ich noch nie benutzt und kann dazu nichts sagen

      Bisjetzt verwendete ich immer Zippies und bin nie enttäuscht worden. Im Gegensatz zu meinen früheren "kleinen" LiPos in den Ants ist auch von den Zippy-Lipos nie einer krepiert. Ich vertraue dann mal darauf, dass die LiFePO4 von Zippy auch "standfest" sind.
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