Forum: Fahrzeugelektronik Fahrzeugmessungen mit Lithium-Ionen- und AGM-Starterbatterie (Startverhalten)


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von Lars R. (larsrebe)


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Hallo zusammen,

ich habe kommenden Montag im Rahmen einer Studienarbeit Messungen in 
einer Klimakammer bei der ich das Kalt und Warmstartverhalten eines 
Fahrzeugs mit Lithium-Ionen(LiFePO4)- und AGM-Starterbatterie messen 
soll.
Bei -35°C beginne ich mit Startvorgänge und gehe in 20°C-Abstände bis zu 
+50°C. Die Messungen finden Stand statt (ohne Rolle)
Beispiel:
1. Messung bei -35°C: Startvorgänge mit AGM dann Umbau auf 
Lithium-Batterie und Startvorgänge mit LISB danach mehrere Stunden bis 
zur nächsten Messung das Fahrzeug konditionieren
2. Messung bei -15°C: das gleiche wie oben
3. Messung bei +5°C: siehe oben
4. Messung bei +20°C: siehe oben
5. Messung bei +40°C: siehe oben
6. Messung bei +50°C: siehe oben  (zwischen 5. und 6. Messung nur 10°C 
unterschied, da Maximum +50°C sind.

Messtechnik funktioniert, kann alles aufzeichnen (Batteriestrom, 
Starterstrom, Generatorstrom wird mit Shunt gemessen) und die gesamte 
Buskommunikation kann aufgezeichnet werden.

Nun meine Frage:

Bei was für einem Ladezustand der Batterie (SoC) soll ich die Messungen 
durchführen? Könnt ihr mir da was empfehlen (& bitte begründen, damit 
ich das nachvollziehen kann). Lithium-Ionen-Batterie kann man ja nahezu 
auf 100% entladen, bei AGM eher bis auf 30%.
Ist der Vorschlag gut, dass der SoC für die Messungen bei Lithium 50% 
beträgt und bei AGM 70%?
Normal sollte man diese Messung bei verschiedenen SoC-Werten 
durchführen, ich darf aber nur 1x messen.

Und bzgl. Messumfang: Da habe ich mir gedacht, dass ich einfach bei 
jeder Temperatur mit beiden Batterien das Fahrzeug versuche paar Mal zu 
starten und die Messungen aufzeichnen. Oder soll ich da noch was 
beachten von den Messumfängen?

Diesel und Frostschutzmittel für diese Temperaturen habe ich schon 
berücksichtigt.

Folgende Starterbatterien werden gemessen:
12V 60Ah Lithium Ionen-Batterie
12 92Ah AGM-Batterie

Ich würde mich auf eure schnelle Hilfe (& Tipps) sehr freuen!

von Hp M. (nachtmix)


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Lars R. schrieb:
> Ist der Vorschlag gut, dass der SoC für die Messungen bei Lithium 50%
> beträgt und bei AGM 70%?

M.W. sehen die Hersteller von Blei-Starterbatterien 70% der 
Nennkapazität als Verschleissgrenze an.
Damit sollte der Start also auch bei einer nicht ganz voll geladenen 
Batterie noch funktionieren.
Von daher wären 50% = 70% einer 70%-igen Batterie vielleicht 
realistischer.

Lars R. schrieb:
> Folgende Starterbatterien werden gemessen:
> 12V 60Ah Lithium Ionen-Batterie
> 12 92Ah AGM-Batterie

Ob der Motor damit starten kann, hängt zweifellos auch von dessen 
Konstruktion und seinem Hubraum ab. Ein Ottomotor braucht wegen der 
geringeren Kompression viel weniger Anlasserleistung als ein Diesel. 
Hinzu kommt, dass bei einem Diesel allein schon die Glühkerzen beim 
Vorglühen wohl annähernd so viel Energie brauchen, wie der Anlassvorgang 
des Ottomotors.

Dem Gefühl nach habe ich Zweifel, ob der zur Hälfte geladene 92Ah 
Bleiakku den Anlassvorgang eines 3 Liter Diesels bei -35°C noch schafft.

Mit Li-Akkus und gerade auch mit der Li-Eisenphosphat-Version habe ich 
zu wenig Erfahrung um den Erfolg beurteilen zu können.

Du wirst dir ohnehin aus Datenblättern den Strombedarf des Anlassers bei 
reduzierter Spannung und zähem Öl, sowie die Entwicklung des 
Innenwiderstands der Akkus bis zur tiefsten Temperatur beschaffen 
müssen.

Theoretisch können die Batterien bei der halben Leerlaufspannung die 
maximale Leistung abgeben.
Das dauert beim Bleiakku aber nur wenige Sekunden, weil durch die 
Entladung die Schwefelsäure in den Poren der aktiven Masse verdünnt 
wird, und dadurch der Innenwiderstand steigt. Ausserdem sinkt durch die 
geringere Säurekonzentration die Leerlaufspannung.
Es dauert einige Zeit, bis sich dieser Zustand durch Diffusion wieder 
normalisiert hat. Das wird oft auch "Erhohlung" genannt.

Grundsätzlich möchte ich aber annehmen, dass wenn das Anlassen bei der 
tiefsten Temperatur klappt, es bei höherer Temperatur erst recht keine 
Schwierigkeiten gibt.

: Bearbeitet durch User
von Olaf (Gast)


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> Bei was für einem Ladezustand der Batterie (SoC) soll ich die Messungen
> durchführen?

Entweder es gibt eine Norm dazu oder zumindest einen ueblichen Wert. 
Dann solltest du dich daran halten damit man deine Ergebnisse 
vergleichen kann.

Andererseits kann man davon ausgehen das eine Batterie immer zu 100% 
geladen ist wenn man ein Auto abstellt. Dann wuerde ich mal schauen 
welche Selbstentladung man nach 4Wochen erwarten kann und dann mit 
diesem Wert arbeiten weil das dann ein praxisrelevanter Wert ist.

> Ob der Motor damit starten kann, hängt zweifellos auch von dessen
> Konstruktion und seinem Hubraum ab.

Erheblich. Mein 2-Zylinder Motorrad mit 1200ccm startet erheblich 
schwerer als ein solches mit 4-Zyl.
Ausserdem glaube ich auch das es stark vom Anlasser abhaengt. Die 
klassischen Boschtypen sind ein erheblicher Tritt in den Innenwiderstand 
der armen Batterie. Die Japaner verwenden wohl gerne mal Anlasser mit 
Uebersetzung die leichter anlaufen.

> Ich würde mich auf eure schnelle Hilfe (& Tipps) sehr freuen!

Und wir wuerden uns alle fuer die Ergebnisse interessieren. Naja, 
jedenfalls ich. :)

Olaf

von Dirk K. (knobikocher)


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Lars R. schrieb:
> 1. Messung bei -35°C: Startvorgänge mit AGM dann Umbau auf
> Lithium-Batterie und Startvorgänge mit LISB danach mehrere Stunden bis
> zur nächsten Messung das Fahrzeug konditionieren
> 2. Messung bei -15°C: das gleiche wie oben

Dringend das Datenblatt des Zellhersteller ansehen. Dort gibt es 
Entladekurven bei verschiedenen Temperaturen. Mir ist keine LFP Zelle 
bekannt, welche bei diesen Temperaturen einen nennenswerten Entladestrom 
erlaubt. Gleiches gilt für +50°C.

Eine gleichartige Kurve gibt es auch für Entladestrom in Abhängigkeit 
des SOC.

Olaf schrieb:
> Entweder es gibt eine Norm dazu oder zumindest einen ueblichen Wert.
> Dann solltest du dich daran halten damit man deine Ergebnisse
> vergleichen kann.

Denke ich auch. Der Ladezustand in Bezug auf die gespeicherte Energie an 
sich ist weniger relevant, da die entnommene Ladung bei 6 Startvorgängen 
nicht groß ist.

Was ist das Ziel des Ganzen? Einfach das Verhalten erkunden da 
unbekannt? Wie geschrieben, bei Temperaturen unter Null wird es sehr 
enttäuschend werden wenn die LFP Zellen an der Reihe sind. Bei +50°C 
besteht sogar die Gefahr des thermal runaway. Wenngleich der 
Startvorgang dort deutlich weniger Strom benötigen wird.

von rcc (Gast)


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Dirk K. schrieb:
> Was ist das Ziel des Ganzen? Einfach das Verhalten erkunden da
> unbekannt? Wie geschrieben, bei Temperaturen unter Null wird es sehr
> enttäuschend werden wenn die LFP Zellen an der Reihe sind. Bei +50°C
> besteht sogar die Gefahr des thermal runaway. Wenngleich der
> Startvorgang dort deutlich weniger Strom benötigen wird.

Wenn man automotive Zellen und keine Bastel-Zellen nimmt schaut das 
gleich viel entspannter aus bei Kälte. Nur die -35 könnten je nach 
genauer Elektrolytzusammensetzung schon eng werden, aber durch den 
Startstrom und den erstmal hohen Innewiderstand wird sie innen oft 
schnell genug warm damit der Start klappt.

Entladen bei 50°C ist bei allen anständigen Zellen noch sehr weit von 
allem entfernt was einen thermal runaway erzeugen kann. Viel wärmer wird 
sie da auch nicht werden. So lange dauert der Start nicht.

Wegen SOC: Das kommt darauf an was man als Generatorspannung 
fährt...normal sind die Batterien ja immer recht voll wenn die lange 
genug CV am Generator geladen werden.

von Dirk K. (knobikocher)


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rcc schrieb:
> Wenn man automotive Zellen

rcc schrieb:
> Entladen bei 50°C i

Dann mal her mit dem Datenblatt!

von rcc (Gast)


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Dirk K. schrieb:
>> Entladen bei 50°C i
>
> Dann mal her mit dem Datenblatt!

Kein Problem, schließ ein NDA mit CATL, BYD, A123 etc. wenn Du genug 
automotive  Stückzahlen hast und Du bekommst das Datenblatt direkt frei 
Haus.

Aber Du kannst mir sicher erklären welcher Mechanismus beim Entladen bei 
50°C bei LFP (oder auch NMC oder NCA) zu einem thermischen Durchgehen 
führen soll. In dem Bereich ist Entladen noch nicht ein großes mal 
Lebensdauerthema.

von Thomas O. (kosmos)


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wenn der Hersteller möchte dass das Fahrzeug garantiert bei -35°C 
anspringt, dann sollte deine Testbatterie nicht gerade randvoll sein.

By the Way: welchen Strom können diese LiFePo4 liefern. 40A LTO-Zellen 
können mit 10C geladen und entladen werden, gerade auf die neuen 
Ladekonzepte wegen den Abgasnormen (Laden während des Schubbetriebes), 
ist das optimal weil die sich eben auch sehr schnell laden lassen (10 
Min). Weitere Herstellerangaben Einsatzbereich -50 bis 65°C und über 
30.000 Zyklen Lebensdauer ohne Angabe der Entladetiefe. Knapp 8kg für 6 
x 2,3V/40A Zellen. Neben den Chinesen bietes Toshiba auch solche Zellen 
an.

In China scheinen die Busse damit unterwegs zu sein.

von Dirk K. (knobikocher)


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rcc schrieb:
> Kein Problem, schließ ein NDA mit CATL, BYD, A123 etc. wenn Du genug
> automotive  Stückzahlen hast und Du bekommst das Datenblatt direkt frei
> Haus.

Blabla...

Sind hier nur noch streitsüchtige Leute unterwegs? Kurzum: du kannst 
also kein Datenblatt liefern. Womit deine Behauptungen weiterhin für 
niemanden nachvollziehbar bleiben und dem TO auch nicht geholfen wurde. 
Und ich habe weiterhin keine LFP Zellen kennen gelernt, welche bei 
negativen Temperaturen nennenswerten Strom liefern können. Nennenswert 
in diesem Fall für mich >2C für 50ms bei -35°C wenn man die ISO 7637-2 
Puls 4 als Ansatz nimmt. Wobei die Frage ist, bei welcher Unterspannung 
das interne BMS der Batterie abschaltet.

rcc schrieb:
> Viel wärmer wird
> sie da auch nicht werden. So lange dauert der Start nicht.

Dem hier stimme ich grundsätzlich zu. Bei diesen kurzen Vorgängen wird 
das nicht unbedingt eine Rolle spielen. Aber wir beiden kennen die 
Batterie des TO und die genauen Abläufe nicht. Du verstehst unter 
Startvorgang eine Dauer <1s. Wie oft hintereinander mit welchem Abstand 
wird dieser durchgeführt? Wird der Motor erfolgreich gestartet oder wird 
eine Zeit t8 = 10s wie im Puls 4 beschrieben ausgenutzt? Oder noch 
anders? Wie ist die Kühlung der unbekannten Zellen? Bei welcher 
Temperatur fängt bei den unbekannten Zellen der thermal runaway statt? 
Wie ist der SoH der Zellen? Wie groß der Innenwiderstand? Bitte rcc 
beantworte dies!

Davon abgesehen: bitte mal den Zellnamen nennen. Mit A123 könnten wir 
noch ein NDA haben.

: Bearbeitet durch User
von rcc (Gast)


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Dirk K. schrieb:
> Davon abgesehen: bitte mal den Zellnamen nennen. Mit A123 könnten wir
> noch ein NDA haben.

Dirk K. schrieb:
> Blabla...
>
> Sind hier nur noch streitsüchtige Leute unterwegs? Kurzum: du kannst
> also kein Datenblatt liefern. Womit deine Behauptungen weiterhin für
> niemanden nachvollziehbar bleiben und dem TO auch nicht geholfen wurde.
> Und ich habe weiterhin keine LFP Zellen kennen gelernt, welche bei
> negativen Temperaturen nennenswerten Strom liefern können. Nennenswert
> in diesem Fall für mich >2C für 50ms bei -35°C wenn man die ISO 7637-2
> Puls 4 als Ansatz nimmt. Wobei die Frage ist, bei welcher Unterspannung
> das interne BMS der Batterie abschaltet.

Anscheinend: Du stellst Behauptungen bezüglich thermal runaway und 
Leistungsdaten auf ohne die belegen zu können. Auf den Hinweis die 
Hersteller doch einfach zu fragen wenn Du aus der Branche kommst und 
legitimiert bis reagierst Du verärgert.
NDA mit A123 ist übrigens tricky - A123 alt oder Wanxiang ist hier die 
Frage.

von rcc (Gast)


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Dirk K. schrieb:
> Oder noch
> anders? Wie ist die Kühlung der unbekannten Zellen? Bei welcher
> Temperatur fängt bei den unbekannten Zellen der thermal runaway statt?
> Wie ist der SoH der Zellen? Wie groß der Innenwiderstand? Bitte rcc
> beantworte dies!

Ah ja, und darum sagt Du - auch ohne die Zelle zu kennen - pauschal dass 
LFP bei 50°C entladen schon gefährlich wird.

Schau dir einfach mal an bei welcher Temperatur LPF kritisch wird, und 
wo der Elektrolyt anfängt zu gasen und die Zelle dann aufmacht. Selbst 
4s 10C machen die nie und nimmer so heiß, da ist die termische Masse der 
Zelle zu groß. Beweis? Diverse MildHybrid-Systeme die inzwischen ohne 
Kühlung im Feld sind.

von Dirk K. (knobikocher)


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rcc schrieb:
> Anscheinend: Du stellst Behauptungen bezüglich thermal runaway und
> Leistungsdaten auf ohne die belegen zu können.

Dito :)

Warum werden bei LFP Zellen BMS verbaut? Ist in der Batterie des TO 
eines verbaut? Wie ist die Kühlung der Zellen? Wie ist der 
Innenwiderstand?

rcc schrieb:
> Ah ja, und darum sagt Du - auch ohne die Zelle zu kennen - pauschal dass
> LFP bei 50°C entladen schon gefährlich wird.

Nein. Noch mal genau den Wortlaut von mir lesen :) Zwischen "besteht 
sogar die Gefahr" und "wird gefährlich" ist ein Krasser unterschied der 
Wahrscheinlichkeit.

Und es ist, pauschal, sicherer für den TO ihn vor möglichen Gefahren zu 
warnen. Die Fragen bezüglich seines Krams kann eben keiner von uns 
beiden beantworten.

rcc schrieb:
> Diverse MildHybrid-Systeme die inzwischen ohne
> Kühlung im Feld sind.

Mit BMS welches bei Übertemperatur abschaltet. Noch mal die Frage: ist 
eines bei der Batterie des TO ein BMS verbaut?

rcc schrieb:
> Selbst
> 4s 10C machen die nie und nimmer so heiß,

Welcher Strom über welche Zeit wird beim TO abgerufen? Wird 
zwischendurch eventuell sogar Nachgeladen um vergleichbaren SoC bei 
allen Tests zu haben. Bei 50°C? Mit welchem Strom?

Mögliches Szenario:
Keine Kühlung, kein BMS, alte Zellen mit inzwischen hohem 
Innenwiderstand, keine Sicherungen verbaut. Test mit einen blockierenden 
Starter.

Würdest du pauschal unterschreiben: dieser Aufbau ist komplett sicher?

Der wirkliche Vorgang wird sicherlich deutlich harmloser ausfallen. Ist 
es darum so dumm vor möglichen Einschränkungen und Gefahren zu warnen, 
wenn die tatsächlichen Randbedingungen unklar sind?

rcc schrieb:
> Auf den Hinweis die
> Hersteller doch einfach zu fragen wenn Du aus der Branche kommst und
> legitimiert bis reagierst Du verärgert.

Ich warte noch auf den Namen deiner guten LFP Zelle. Wie ich geschrieben 
habe: ich kenne keine LFP Zelle, welche bei den Temperaturen gute 
Stromwerte liefert. Und anstelle den Typen zu benennen und zu helfen 
diskreditierst du mich. So funktioniert ein Forum - nicht.

Denn das war kein ernst gemeinter Vorschlag von dir. Die Botschaft war 
eindeutig: "Ich habe ein Datenblatt und bin der Beste. Du nicht und du 
hast keine Ahnung".


Also lieber TO, ich mache eine 180° Kehrtwendung:
Ich weiß zwar nicht, was du für Krams hast und wie der Test genau 
abläuft, aber rcc ist der Meinung es besteht keine Gefahr. Denn rcc 
kennt nämlich Zellen welche super sind. Es kann also, auch bei deinem 
Krams, absolut nichts passieren.

@rcc Zellnamenm bitte.
@alle Anderen: schönes Wochenende :)

: Bearbeitet durch User
von Karl (Gast)


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Lars R. schrieb:
> 1. Messung bei -35°C: Startvorgänge mit AGM dann Umbau auf
> Lithium-Batterie und Startvorgänge mit LISB danach mehrere Stunden bis
> zur nächsten Messung das Fahrzeug konditionieren

Das ist eine schwachsinnige Verkehrskonzeption. Wenn du das Auto mit der 
AGM-Batterie gestartet fast, dann hast du das Öl schün durchgerührt und 
den Motor schon etwas erwärmt. Du solltest also nach dem Umbau auch min 
2 h warten, sonst vergleichst du Äpfel und Birnen!

von akkuleer (Gast)


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Karl schrieb:
> Das ist eine schwachsinnige Verkehrskonzeption. Wenn du das Auto mit der
> AGM-Batterie gestartet fast, dann hast du das Öl schün durchgerührt und
> den Motor schon etwas erwärmt. Du solltest also nach dem Umbau auch min
> 2 h warten, sonst vergleichst du Äpfel und Birnen!

Wenn das "Vergleichskonzeption", "hast" und "schon" heiße soll, kann man 
dem nur zustimmen!

Außerdem ist mehr als fraglich was dabei überhaupt erforscht werden 
soll.

Jedes moderne und halbwegs intakte Fahrzeug wird mit allen geeigneten 
Akkus innerhalb von < 2-3Sekunden anspringen und laufen.
Mit einem für diesen Anwendungsfall gebauten konventionellen AGM-Akku 
also in jedem Fall. Und wenn das Lithium Konstrukt von sich behauptet 
ein Starterakku zu sein, dann sollte es auch damit bei -35°C keine 
Probleme geben.
Gravierend neue Erkenntnisse sind also nicht zu erwarten, repräsentativ 
ists sowieso nicht, solange nicht 10,20,30.. Akkus unterschiedlicher 
Hersteller und Technologie gegeneinander getestet werden.

von Armin X. (werweiswas)


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Dirk K. schrieb:
> rcc schrieb:
>> Anscheinend: Du stellst Behauptungen bezüglich thermal runaway und
>> Leistungsdaten auf ohne die belegen zu können.
>
> Dito :)
>
> Warum werden bei LFP Zellen BMS verbaut? Ist in der Batterie des TO
> eines verbaut? Wie ist die Kühlung der Zellen? Wie ist der
> Innenwiderstand?

Warum tauchen hier immer wieder Menschen auf die behaupten, dass LiIon 
Batterien einige Zyklen benötigen.
Einer unserer Planer versuchte mal, als ich LiFePo4 anstelle wässriger 
NiCd Akkus vorschlug das Thema Feuergefährlichkeit als mögliches 
Gegenargument...
"Blabla bla... ich hab mal was gehört" Plapper plapper

von Thomas O. (kosmos)


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kann man doch selber testen, schließ mal eine NICD, NIMH und eine LIxx 
Zelle kurz, dann weist du mehr

von Armin X. (werweiswas)


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Thomas O. schrieb:
> kann man doch selber testen, schließ mal eine NICD, NIMH und eine LIxx
> Zelle kurz, dann weist du mehr

Wieder Einer.
Ich schrieb LiFePo4! Und um so eine ging es in der Eingangsfrage.
Youtube-Video "Lithium battery test - ThunderSky Winston (Puncture, Overcharge, Short-circuit, Ignition)"

Ja, kaputt gehen die Dinger trotzdem.
Die einzige große Gefahr sind die hohen Ströme die einen Brand der 
Anschlußleitungen verursachen können.

MfG

: Bearbeitet durch User
von Dirk K. (knobikocher)


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Danke für das Video.

Ich werde unseren Kunden eine E-Mail schreiben und klar machen, dass 
niemand ein SIL zertifiziertes BMS in seiner Applikation braucht. 
Einfach die Zellen rein und fertig.

von Dirk K. (knobikocher)


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So, wie ist es denn gelaufen?

Mahlzeit!

von rcc (Gast)


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Dirk K. schrieb:
> Ich warte noch auf den Namen deiner guten LFP Zelle. Wie ich geschrieben
> habe: ich kenne keine LFP Zelle, welche bei den Temperaturen gute
> Stromwerte liefert. Und anstelle den Typen zu benennen und zu helfen
> diskreditierst du mich. So funktioniert ein Forum - nicht.
>
> Denn das war kein ernst gemeinter Vorschlag von dir. Die Botschaft war
> eindeutig: "Ich habe ein Datenblatt und bin der Beste. Du nicht und du
> hast keine Ahnung".

Ich mache automotive Serie --> NDA sonst geht da einfach nichts.
Hersteller auf die Du zugehen kannst mit der Frage habe ich genug 
genannt, auch den Hinweise dass die bei entsprechend legitimierten 
Anfragen auch Daten liefen. Das musst Du aber selber machen. So blöd 
Datenblätter - am Besten noch von Customer-Zellen die bei einem selber 
auch einem NDA unterliegen - zu veröffentlichem ist keiner in der 
Industrie.

von Dirk K. (knobikocher)


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Ich warte auf den Zellnamen um dort anzufragen.

Davon abgesehen: sind diese Zellen denn nun in der Batterie vom TO 
verbaut?
Wenn nicht, dann bringen alle deine Informationen leider nichts.

: Bearbeitet durch User
von Dirk K. (knobikocher)


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Der Name der Zelle kann auch gerne per PN gesandt werden.

Zum Thema Sicherheit passend ein Ausschnitt aus der Markt&Technik 
Ausgabe 47/2019, Seite 24/25: "Auf hochwertige, gutangepasste 
Steuerungs- und Sicherungssysteme ist, so das Ansmann-Entwicklungsteam, 
ohnehin bei jedem Akkussystem zu achten."

Mahlzeit!

: Bearbeitet durch User

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