Li-Io eigenartiger Spannungsverlauf

[Tino K. (blumengiesser)]

Ich habe einen Li-Io "Teststand" aufgebaut, bei dem der Li-Io Akku 
ständig ge- und dann wieder entladen wird. Entladen wird dieser mit 
~80mA über einen NCP5007 + 2x LEDs und geladen erst mit 1A/dann CV 
(Realbetrieb). Es ist eine, in diesem Falle, 18650 Zelle mit 2600mAh. 
Also relativ easy und normal für die Größe.
Für die Spannungsmessung habe ich einen Differenzverstärker mit LM321 
gebaut und dieser misst ca. 1,2mV/adc_bit. Also die maximale Auflösung 
bei dem 10bit ADC - Messbereich 4,3 - 3,1V. Ob der absolut richtig misst 
läßt sich schwer sagen, weil das entsprechende Equipment fehlt. Für die 
Frage auch unerheblich.

Frage: Über den Entladeverlauf (X-Ache = Stunden) gibt es starke 
Spannungsschwankungen in der Spannung. Diese treten immer zur undgefähr 
gleichen Zeit / Entladezustand auf. Ich habe mehrere Zyklen laufen 
lassen. Andere Akkus haben dieses Verhalten auch aber nicht so 
ausgeprägt. Weiß jemand woher das kommt oder was das bedeutet?

[Tino K. (blumengiesser)]

hier mal einer mit weniger Ausschlag.

[Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)]

Anzumerken wäre, dass das erst mal reale unverfälschte Messungen sind. 
Ursache sind die chemischen Prozesse des Gemisches in der Zelle. Dabei 
entstehen auch kleine mechanische Spannungen, die die Diffusion 
beeinflussen. Das bewirkt auch ein "Rumpeln" des Innenwiderstandes. Da 
gibt es kleine Unterschiede bei den Zellen.

[Tino K. (blumengiesser)]

Noch ein Hinweis zu den Charts: Es wird alle 90Sekunden ein Messwert 
erzeugt.

[Manfred (Gast)]

Tino K. schrieb:
> 18650 Zelle mit 2600mAh

Die Zelle hat ihr Lebensende erreicht, gute LiIon sehen anders aus. Mach 
eine grüne LED mit ein paar µA drauf und nutze sie als Nachtlicht.

[Frank D. (Firma: Spezialeinheit) (feuerstein7)]

Tino K. schrieb:
> Diese treten immer zur undgefähr
> gleichen Zeit / Entladezustand auf.

Da würde ich mal schauen was bei der "gleichen Zeit" noch gleich ist, 
vielleicht schwankt die Referenzspannung. Da ist doch bestimmt ein µC 
dran, der zu gleichen Zeiten gleiche Aufgaben hat.

Z.B. der loggt die Daten und schreibt sie auf eine SD-Karte.

[Tino K. (blumengiesser)]

> Die Zelle hat ihr Lebensende erreicht, gute LiIon sehen anders aus. Mach
> eine grüne LED mit ein paar µA drauf und nutze sie als Nachtlicht.

Die ist neu gerade angekommen! Die neuen von Samsung haben den Effekt 
auch aber nicht so stark. Die Frage wäre wann das zum Problem wird. Im 
Moment hat dir Zelle ja ihre aufgedruckte Kapazität...

[HermannW (Gast)]

Ich habe etliche LiIon-Zellen vermessen, eine lineare Kennline hatten 
die wenigsten. Manche haben eine Senke, manche einen Buckel im mittleren 
Bereich. Eine Erklärung habe ich auch nicht.
Gemessen wurde mit Konstantstrom, die X-Achse ist die aktuelle 
Kapazität. Beim Laden und Entladen verhalten sie sich gleich.

[Irgend W. (Firma: egal) (irgendwer)]

Tino K. schrieb:
> Es wird alle 90Sekunden ein Messwert
> erzeugt.

Messe mal jede Sekunde und bilde z.B. aus den letzten 90 Werten den 
gleitenden Mittelwert und schreibe diesen alle 60 Sek. weg.
Damit sollte schonmal das Rauschen von deinem Messaufbau einigermaßen 
reduziert sein.
Du hast zwar 10 Bit Auflösung, aber nicht annähernd diese Genauigkeit. 
Ohne vernünftige Referenzspannungsquelle und guter EMV Abschirmung (ich 
nehme mal an du benutzt die interne Referenz und hast einen fliegenden 
Aufbau mit schönen langen Antennen) bleiben da vielleicht noch 7-8 Bit 
übrig. Da langt schon der Kühlschrank des Nachbarn (oder irgendwas 
anderes) der anspringt und alles zappelt durch die Gegend.
Das einfache Möglichkeit wäre es natürlich dazu mal ein halbwegs 
brauchbares DMM parallel zu schalten und zu schauen ob das zum selben 
Zeitpunkt auch anfängt zu "zappeln". Muss man halt etwas Geduld für 
haben.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Tino K. schrieb:
> Diese treten immer zur undgefähr gleichen Zeit / Entladezustand auf.
Das sieht nach 37 Stunden Messdauer aus, die 2600mAh/80mA = 32h legen 
das zudem nahe.

Irgend W. schrieb:
> Messe mal jede Sekunde und bilde z.B. aus den letzten 90 Werten den
> gleitenden Mittelwert und schreibe diesen alle 60 Sek. weg.
Man kann sich das Messergebnis natürlich auch schönsaufen und den Effekt 
"geradebiegen". Aber wenn man bedenkt, dass da von 1 Akku 4 Kurven 
übereinanderliegen, die zu völlig verschiedenen Zeiten aufgenommen 
wurden, dann ist das zu viel Zufall, wenn das Gezappel immer an den 
selben Stellen auftritt.

> Da langt schon der Kühlschrank des Nachbarn (oder irgendwas anderes) der
> anspringt und alles zappelt durch die Gegend.
Aber eben nicht immer grade dann, wenn die Spannung des Akkus mal wieder 
an der Stelle ist, wo der Kühlschrank des Nachbarn auch schon mal 
eingeschaltet hat.

Und wenn die "Störquelle" von aussen käme, dann sollten sich die 
Störungen doch wenigstens alle 24h wiederholen, wenn man annimmt, dass 
die Messung jeweils zu gleichen Zeit gestartet wurde. Aber wenn man sich 
die Störungen von Stunde 0..4 mit denen von Stunde 24..28 vergleicht, 
dann findet sich da nichts wieder.

[Juergen P. (optronik)]

Ich würde mal mit einer anderen Batteriechemie eine Querprüfung machen. 
Z.B. 3x Alkaline AA in Serie um zu schauen was da beim entladen so 
passiert. Durch die geringere Kapa wird es auch schneller gehen, dann 
siehst du auch ob das Problem immer bei den gleichen Spannungen 
auftaucht.

[Elliot (Gast)]

Ich würde mal den Schaltregler (NCP5007) durch was lineares ersetzen.

[Mampf F. (mampf)]

Im ersten Bild sieht man deutlich, dass die Gezappel zueinander einen 
konstanten Abstand haben. Mal zappelt es mehr, mal weniger, aber der 
Abstand scheint immer gleich zu sein (zumindest bis 3.7V).

Kann ich mir nicht vorstellen, dass das am Akku hängt.

Häng doch mal ein Netzteil mit konstanter Spannung anstatt des Akkus an 
und nuckel an dem mit 80mA.

Da dürfte ja dann kein Gezappel kommen, wenn an deiner Schaltung nichts 
faul ist.

[Dieter (Gast)]

Tino K. schrieb:
> Noch ein Hinweis zu den Charts: Es wird alle 90Sekunden ein Messwert
> erzeugt.

Es gab Doktorarbeiten, wieviele Messungen pro s oder min zusammengefasst 
werden sollten.
Alle s ein Messwert ueber 90s und dann trage den Mittelwert und die 
Varianz auf.

Es gab auch Jemanden, der hat einen Verstaerker daran gehaengt, um das 
Rumpeln hoerbar zu machen.

[Manfred (Gast)]

HermannW schrieb:
> Ich habe etliche LiIon-Zellen vermessen, eine lineare Kennline hatten
> die wenigsten.

Deshalb habe ich leichtfertig "Lebensende erreicht" geschrieben, eine 
solche lummelige Kennlinie habe ich bei toten Kameraakkus vom Chinesen. 
Mit ein paar dutzend µA als Nachtlicht laufen die viele Monate, in der 
Kamera kacken die ab, sobald Strom gebraucht wird - also Innenwiderstand 
unmäßig angestiegen.

Die Entladekurven sind von verschiedenen Zellen unterschiedlichen Alters 
und Qualität.

Laden ist violett die Spannung und gelb der Strom, Zelle fast neu und 
als Lader ein TP4056.

Irgend W. schrieb:
> Messe mal jede Sekunde und bilde z.B. aus den letzten 90 Werten den
> gleitenden Mittelwert und schreibe diesen alle 60 Sek. weg.

Ich mache alle 15 Sekunden eine Messung. Da hole ich 20 Werte im Abstand 
von 2ms und rechne den Mittelwert, eine kontinuierliche Messung halte 
ich für verzichtbar.

Elliot schrieb:
> Ich würde mal den Schaltregler (NCP5007) durch was lineares ersetzen.

Den Regler habe ich gestern nicht angeschaut, das ist ein Schaltregler 
für LED-Beleuchtung. Würde ich nicht machen, ich entlade linear - 
Kombination aus Festwiderständen und analog geregeltem FET.

[Johannes (Gast)]

Ich habe den Effekt schon bei NiMH Akkus beobachtet.

Ausgeprägter wurde er, wenn die Akkus mit pulsierenden Strömen 
geladen/entladen wurden. Bei reinem Gleichstrom schien er sich zu 
verringern.

Ich vermute das Verhalten geht auf Effekte bei der Kristallisation 
zurück. Mal dumm geraten z.B. unterschiedliche Korngrößen durch 
unterschiedliche Ströme. (Naja zumindest bei NiMH - könnte bei LiIon 
aber auch zutreffen - weis jemand mehr?)

[Tino K. (blumengiesser)]

So, lange ist es her und Danke für die Antworten!
Ich habe ein paar Messreihen weiter gemacht und die Hinweise aus den 
Antworten umgesetzt. Also im Anhang ein Bild von einem Akku, diesmal 
jede Sekunde ein Messwert und dann alle 90 Sekunden der Mittelwert der 
im Diagramm gelandet ist. Zusätzlich die Standardabweichung im Zweiten 
Diagramm. Auch hier mehrere Entladungen hintereinander. Der Anfangs 
beschriebene Effekt ist zumindest jetzt weg und es gibt keinen 
"Fingerabdruck" des Akkus mehr. Auch die Standardabweichung ist 
unauffällig.
Anbei noch die Schaltungsteile für Referenzspannung und 
OPV-Differenzverstärker. Referenzspannung extern als 2.048V Präzisions 
Shunt und OPV als Differenzverstärker um den Spannungsbereich 4.3-3.2V 
auf die 0-2.048V zu bringen.