Accuwetenswaardigheden

[math]

Ik vrees dat er dan wat misverstand is. Om te beginnen even drie specifieke spanningen van een lipo-accu: 3 volt per cel (onder belasting) is leeg, 4,2 volt per cel is vol, en 3,7 volt per cel is de “opslagspanning”. Wat nu de clou is is dat een merk de laadtoestand van een accu meestal niet aangeeft met de spanning per cel, maar met een percentage. Dat hoeft geen probleem te zijn, 3 volt is dan 0 %, 4,2 is dan 100 %, en de opslagspanning is 60% (4,2 - 3,0 is 1,2 range, 60% van die 1,2 is 0,72 volt, dus 3,72 volt). Die 10% die je noemt heeft dus geen betrekking op de capaciteit, maar op de laadtoestand, = voltage van de cel (of cellen).

Ik denk niet dat er bij mij sprake is van een misverstand.

Volgens jou is heeft het % van de laadtoestand dat aangegeven wordt betrekking op de spanning tussen ondergrens 3.0V (=0%) en bovengrens 4.2V (=100%). Het percentage is lineair gekoppeld aan de spanning.
Dat is niet technisch gebruikelijk, zoals ook duidelijk is uit onderstaande grafiek. Het % is lineair gekoppeld aan de lading die in de cel is opgeslagen. In beide definities is 100% vol, maar de spanning is duidelijk niet lineair met de toegevoerde lading.

Maar ik vind dit eigenlijk haarkloverijen. Waar het mij om gaat is dat als een batterijcel in capaciteit achteruit gaat, dat de 100% grens steeds aangepast wordt aan wat er op dat moment nog maximaal aan lading kan worden opgeslagen.

[math]

Ik heb het vermoeden dat het nog net iets ingewikkelder is dan je uitlegt @math.

Ik ben me er zeer van bewust dat het veel ingewikkelder is. Ik heb jaren in research aan oplaadbare batterijen gewerkt. Maar het heeft weinig zin om die ingewikkeldheid hier te etaleren. Het gaat er om of je met die kennis een praktisch bruikbaar hulpmiddel kunt aanreiken.

Wat is het belang om het precies te weten, behalve op het moment van aankoop omdat je geen kat in de zak wilt kopen.
Er zijn tal van bedrijven die de batterij heel precies doormeten en dat kost je een paar tientjes.

Ik wil laten zien dat je met een eenvoudig hulpmiddel, een stopcontact-energiemeter van ongeveer een tientje, en wat handwerk op elk moment in de levensduur van een accu iets kunt meten dat een duidelijke relatie heeft met de capaciteit van de accu. Door uitkomsten te vergelijken met vorige metingen of met die van anderen kun je een kwantitatieve beschrijving geven van de achteruitgang in capaciteit. Het is, vermoed ik, een betere maat voor de accu-slijtage dan dat 'onbalans' getal.
Bovendien verwacht ik dat de uitkomst in Wh ook aardig dicht ligt bij de werkelijke resterende capaciteit. Maar voor dat laatste zijn praktische metingen en vergelijkingen nodig. Ik heb geen ebike om dat te testen.

Dat er tal van bedrijfjes zijn, verbaast me niet. Maar hoe zij goed zij kunnen meten, is mij niet duidelijk.

[Florence]

Ik vind die meetmethode om de 10 minuten best interessant. Nu hebben we twee laders. De snellader zorgt er voor dat de accu warm wordt, meer verlies dus. Vraag is of het met de langzame lader (1C) een beter meetresultaat geeft?

[math]

Ja, de langzame lader geeft een beter resultaat.
Het resultaat in Wh is de som van de energie die wordt opgeslagen in de accu plus de energie die verloren gaat door omzettings-verliezen in de lader en door de weerstand in de afzonderlijke cellen. Hoe lager de laadstroom, hoe lager die verliezen.

Als de 'langzame' lader inderdaad 1C is, d.w.z. de accu wordt ruwweg in 1 uur opgeladen, wat ik heel snel vind, dan is het misschien beter om elke 5 minuten het vermogen af te lezen en de opgetelde vermogens met 1/12 te vermenigvuldigen.

Ik vind op internet drie verschillende Pendix laders : 60W, 160W en 200W. Als de nominale accu-capaciteit 300 Wh is, komt dat neer op ongeveer 5h, 2h en 1,5h plus een uitloopperiode van ca. 30 min waarin de lader de cellen balanceert en op de maximale toegestane spanning brengt.
Voor de 500Wh accu zijn de tijden navenant langer,

[Florence]

Je hebt gelijk, het is niet 1C, de langzame reislader is primair 1 A, secundair 54,6VDC 1,1A, 60W dus.
De snellader is secundair 3A. Nu eerst maar eens een accu van 500 Wh leeg trappen, en dan meten. Ben benieuwd..

[math]

Als jouw accu 500 Wh is en de lader 60W, duurt het proces ca. 9 uur! Het duurt dus erg lang. Je kunt ook om de 30 minuten meten en de gesommeerde vermogens vermenigvuldigen met 1/2. Dat is niet sneller, maar wel minder werk.

.. een uitloopperiode van ca. 30 min waarin de lader de cellen balanceert en op de maximale toegestane spanning brengt.

Ik moet mezelf corrigeren : het is niet de lader die de cellen balanceert, maar het Battery Management System. Het BMS zit ingebouwd in het accupakket en meet de spanningen van de afzonderlijke cellen. De lader kan alleen het totale pakket aansturen.

[Florence]

De accu vandaag geladen. De verbruiksmeter gaf 55Watt aan. Na 8,5 uur zakte dit af naar 34 W en na 9 uur was de accu vol. De verbruiksmeter gaf 0,5 kWh aan, maar dit is te onnauwkeurig, kan ook 0,599 zijn en dan geeft ie nog 0,5 aan. Als we dit optellen komen we op 484Wh uit, zonder warmteverlies. Heel interessant is de batterij gegevens in de app tijdens het laden. Daar staat bij BMS RFCC een waarde in mAh bij, die is nu 9640. Voor het laden was die waarde op 10.024 mAh. In de app info staat dat de BMS RFCC de capaciteit is. Als we de nieuwe waarde vermenigvuldigen met 48V komen we op 462,7 Wh. De BMS cycle count geeft het aantal volledige opladingen weer, bij ons 19 keer. Wellicht geeft de BMS RFCC een eenvoudig bruikbaar richtgetal in restcapaciteit aan, een beetje zoals Apple dat doet met de batterij?

[math]

Interessante uitkomsten, bedankt!
De uitkomsten zijn al heel bruikbaar en zinnig, lijkt me, maar kunnen nog een stukje beter.

Eerst even iets over BMS RFCC. Ik verwacht dat BMS staat voor Battery Management System. Ik heb gezocht in de literatuur waar RFCC voor zou kunnen staan. Het is waarschijnlijk de afkorting voor Rain-Flow Cycle Counting. Dat lijkt een heel vreemde term als het om batterijen gaat, maar ik kwam ergens deze uitleg tegen.

The rain-flow cycle counting (RFCC) algorithm, which has
been widely used in analyzing the accumulative aging
phenomenon of metallic material [..], mechanical systems [..],
and power electronic devices [..], also shows great
effectiveness in extracting battery aging cycles and quantifying
battery degradation [..., ..]
...
Nevertheless, the essence of RFCC is an abstract function
without any analytical mathematical expression,...

Je vermoeden dat het iets met capaciteit of -verlies te maken heeft, is waarschijnlijk juist, maar of je het zonder meer gelijk kunt stellen met capaciteit is onzeker. Ik weet er het fijne niet van.

Nu over de meetmethode en wat daar beter aan kan. De energiemeter die een uitkomst in kWh geeft met 1 cijfer achter de komma is niet erg bruikbaar voor ons doel. De Pendix accu's zijn 0,3 of 0,5 kWh en als je de achteruitgang wilt volgen moet je minstens 2 cijfers achter de komma hebben. Dat kan wel met dezelfde meter, maar dan moet je handmatig het vermogen en de tijd noteren en dan de vermogenscurve integreren. Ik begrijp dat het bij een laadtijd van 9 uur erg onpraktisch is om systematisch, bv. elk half uur, een meting te doen. Aan de hand van het opladen van mijn iPad accu zal ik laten zien wat een praktische methode is om tot kwalitatief goede uitkomst te komen.

Bij de iPad zijn de vermogens lager, ook omdat mijn Apple 5.2V - 2.4A lader maar ca. 13 W max kan leveren.
Hieronder staat de grafiek van het laden van mijn accu, die nog maar 3% over had, met de vermogens die de SilverCrest meter aangaf. Ik heb 10 meetpunten over een laadtijd van 300 min = 5 h.

In het begin heb ik vaak gemeten. Het vermogen veranderde in de eerste 90 minuten heel weinig. Dat komt omdat in die periode de accu op constante stroom wordt geladen. Ik had dus, achteraf gezien, ook minder vaak kunnen meten. Na ca. 90 min heb ik veel minder meetpunten en maar 1 meetpunten na 200 minuten. In die periode, gaat de lader over van constante-stroom naar constante-spanning en uiteindelijk naar balanceren. Door het ontbreken van meetpunten in de staart maak ik een grote fout als ik eenvoudig het oppervlak onder de curve neem als uitkomst. Bij integratie van alle meetwaarden kom ik op 39 Wh ; bij het voorlaatste meetpunt zit ik op 36 Wh. De meest aannemelijke uitkomst zal wel tussen 36 en 39 Wh liggen.
Op een Apple 'community' site zag ik dat de iPad accu 40,9 Wh is. De gemeten waarde is zinnig en bruikbaar als vergelijking. Maar de meting overschat de resterende capaciteit door de verliezen bij het laden.

De les is : neem vooral meetpunten als je ziet dat het vermogen aan het dalen is en meet niet te lang door.

[math]

Ik heb het opladen van mijn iPad accu nog eens gemeten met aandacht voor de lessen die ik eerder trok. Ik denk dat daaruit nog meer te leren valt met het oog op het bepalen van de resterende capaciteit van een e-bike accu.

Je kunt de twee plaatjes vrijwel over elkaar leggen. Alleen zitten er in het nieuwe plaatje veel meer punten in het dalende deel. Daardoor is de meting van de resterende accu-capaciteit nauwkeuriger. Ook is te zien dat de lader op een moment wordt uitgeschakeld : het vermogen wordt 0. Door dit punt preciezer vast te stellen voorkom je dat je de staart gaat meetellen.

Ik kom nu op afgerond 42 Wh. Bij de eerdere meting kwam ik uit 36-39 Wh. Het verschil zit in de 'bolle' vorm van de vermogenscurve, vooral in het deel tussen 120 en 200 min, die ik nu beter in beeld heb gebracht. Het is ook belangrijk dat ik geconstateerd heb dat tussen 230 en 240 min het vermogen naar nul zakt. Er is dus geen energietoevoer tussen 240 en 300 min.

Hoe bereken je nu de toegevoerde energie in Wh als je niet op vaste tijdsintervallen, bv. elke 30 min, hebt gemeten? Dat heet 'digitale integratie' van de curve. Op 142 min gaf de meter 12,4W aan ; op 160 min was dat teruggezakt op 11,2W. Het tijdsinterval is 18 min en het gemiddelde vermogen in dat interval is 11,8W. De toegevoerde energie in die periode is dan 18 x 11,8 = 212,4 Wmin = 3,54 Wh. Zo tel je alle intervallen op en kom je op totaal 42,5 Wh na 240 min.

Nog een interessante constatering in verband met een discussie hierboven met Speeder300 : is de accu-meter van de iPad nu lineair met de spanning of met de lading in de accu?
Ik heb op de meetpunten gekeken wat de accu-meter van de iPad aangaf in %. De start was op 3% ; bij 215 min stond hij al op 100%. Onderstaande grafiek geeft het verband tussen de stand van de accu-meter en de toegevoerde energie.

Zoals je ziet is het verband kaarsrecht behalve dicht bij 100% . Ik kan de accu-spanning helaas niet meten, maar dit resultaat bevestigt wel wat ik dacht : de accu-meter meet de lading, niet de spanning.

[moderator2]

Aangezien dit topic helemaal niet over het kopen van een Pendix gaat, heb ik de titel aangepast. Dat verhoogt de vindbaarheid voor andere geïnteresseerden.

[Frank]

@moderator2, het lijkt me dan ook beter dit onderwerp naar “Reizen per elektrische fiets” te verplaatsen.