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Versuche

Als Prüffeld wird in der Industrie ein Ort oder eine Abteilung bezeichnet, in der industriell hergestellte Artikel vor der Auslieferung oder für konstruktive Untersuchungen entsprechend ihrer Vorgaben geprüft werden.

Ein Prüffeld ist somit fester Bestandteil der Qualitätssicherung. Im Rahmen dieser Maßnahmen haben wir unterschiedliche Prüfstände und Szenarien entwickelt, um die Qualität unserer Akkus fortwährend zu überwachen.  

Die Dauerversuche führen wir mit einem Mikrocontroller gesteuerten Ladezyklentestgerät durch, das wir für diesen Zweck speziell entwickelt haben. Es erfolgt dabei eine kontinuierliche Ladung und Entladung einzelner Zelle. Im hier dargestelltem Versuch handelt es sich um zwei Zellen in Parallelschaltung. Der Dauerversuch kann als eine Art Zeitraffer verstanden werden, wodurch die Lebensdauer eines Akku in relativer kurzer Zeitspanne simuliert wird. Was Jahre in einem Praxistest dauern würde, kann im Dauerversuch nach ca. 94 Tagen getestet werden.

Außerdem werden die Zellen dabei einem Härtetest unterzogen, da mit erhöhten Lade- und Entladeströmen gearbeitet wird. Im Normalbetrieb wird ein Akku mit 3 Ampere geladen. Das entspricht einem Ladestrom von 0,3C bei einem 10Ah Akku. In unserem Dauerversuchen nutzen wir jedoch einen Strom von 0,78C zur Ladung.

Das Entladen des Akkus geschieht in der Praxis, je nach Elektrofahrrad, mit ca. 14Ampere bis maximal 17Ampere. Dies Entspricht einem Entladestrom von 1,4C bzw. 1,7C im Gegensatz zu Werten von 2,2C, die wir in unserem Dauerversuch erreichen.

Kapazität und Innenwiderstand wird zu Beginn des Dauerversuchs bestimmt und nach 1500 Zyklen erneut ermittelt - das geschieht dann nach ca. 94 Tagen.

1500 Zyklen entsprechen einer Lebensdauer von 45000km bis 90000km (je nach Elektrofahrrad, eigener Kraftaufwand beim Mittreten, Fahrstrecke, usw.) Laufleistung mit einem Elektrofahrrad! Der Akku hat nach 1500 Zyklen immer noch eine Kapazität von mindestens 8Ah.

Wir machen nicht nur leere Versprechungen und verlassen uns auf die Aussagen unseres Lieferanten, sondern testen die Akkus selbst auf "Herz und Nieren".

15.07.2011: Wir haben die 1500 Ladezyklen überschritten. Um den Kapazitätsverlust nach 1532 Ladezyklen zu ermitteln, haben wir heute den Zyklentester in der Software erweitert. Nun wird die Kapazität beim Entladen gemessen und in Ah angezeigt. Dieser Wert wird bei jedem neuen Lade-/Entladezyklus aktualisiert. Nach 1532 Ladezyklen haben wir bei den beiden parallel geschalteten 1,4Ah Zellen eine Kapazität von 1,99Ah gemessen. Zum Vergleich haben wir heute zwei neue 1,4Ah Zellen an den Zyklentester angeschlossen. Dabei wurde bei den beiden neuen Zellen eine Kapazität von 2,39Ah gemessen. Jetzt wird jedem auffallen, dass zwei parallel geschaltete 1,4Ah Zellen eine Kapazität von 2,8Ah haben müssten. Das ist auch der Fall. Wir haben jedoch die Zellen "nur" zu ca. 85% mit dem Zyklentester geladen bzw. entladen. Die Entladeschlussspannung haben wir bewusst auf 2,5Volt eingestellt und die Ladeschlussspannung auf 3,58Volt. Laut unserem Lieferanten hätte man die Zellen bis auf 2,0Volt entladen und sie bis auf 3,65Volt laden können.

Zum Ergebnis nach 1532 Ladezyklen: 83,26% Restkapazität haben die beiden getesteten Zellen nach 1532 Ladezyklen! Das sind nur 16,73% Kapazitätsverlust nach so vielen Ladezyklen. Unser Lieferant gibt 20% Kapazitätsverlust nach 1500 Ladezyklen an. Das würde bei unseren 10Ah Akkus eine Kapazität von 8,3Ah nach 1532 Ladezyklen bedeuten. Wenn Sie mit unserem neuen Akku eine Reichweite von z.B. 40km haben, dann werden Sie nach 1532 Ladezyklen immer noch eine Reichweite von 33km haben und der Akku wäre immer noch nutzbar. Bei z.B. 80km Reichweite kommen Sie nach 1532 Ladezyklen noch 66km. Bitte berücksichtigen Sie, dass unsere Akkus ab Werk mindestens 10Ah haben. Wir werden den Dauerversuch weiter fortsetzten, um mal zu sehen, wie lange unsere Zellen durchhalten. Mit der neuen Kapazitätsmessung unseres Zyklentesters haben wir nun immer einen "Monitor" und können somit immer den Zustand unserer Zellen überwachen.

25.11.2011: Nach nun 4282 Ladezyklen und 63% Restkapazität fragen wir uns langsam, wie lange wir diesen Dauerversuch noch durchführen sollen. Wir werden bei 5000 Ladezyklen mal den Versuch abbrechen und einen finale Bewertung durchführen., da wir noch weitere Zellen einem Dauerversuch unterziehen möchten. Ich glaube nicht nur wir sind von so einer grandiosen Zyklenfestigkeit überzeugt worden.

25.12.2011 Weihnachten 23.04 Uhr: Nach 258 Tagen und 5020 (!) Ladezyklen brechen wir den Dauerversuch ab. Die Zellen haben noch ca. 60% Restkapazität. D.h. wenn der Akku zuvor 10Ah hatte, dann hat er noch 6Ah nach 5020 Ladezyklen unter erschwerten Bedingungen.

Qualitätsbeweis genug? :-)

Was nützt die Theorie, wenn es in der Praxis nicht funktioniert?! Wir bewegen unsere Test-Elektrofahrräder täglich und testen unsere Akkus demententsprechend praxisgerecht.Ob bei Sonnenschein oder Frost, zu jeder Jahreszeit wird das Elektrofahrrad für den täglichen Weg zur Arbeit und zurück genutzt. Auch in der Freizeit sind wir oft mit den PEDELECs unterwegs.So kommen pro Jahr weit über 7.500km zusammen.

An unserem PEDELEC haben wir ein Leistungsmessgerät installiert. Dieses Messgerät funktioniert quasi wie ein Bordcomputer in Kombination mit einer Tankanzeige bei einem KFZ. Eine Überwachung der aktuell entnommenen Leistung und den Zustand des Akkus in jeglicher Fahrsituation ist somit mögliche.

Unser Akku liefert einen maximalen Ausgangsstrom von 15 Ampere. Das entspricht einer Leistung von 360 Watt bei einem 24 Volt PEDELEC, bzw. 540 Watt bei einem 36 Volt PEDELEC. 22 Ampere haben wir mit einem Lastwiderstand dauerhaft aus unseren Akkus ohne Probleme entnommen. Ströme von 25 Ampere können unsere Akkus laut Lieferant für 10s liefern! Das sind 600 Watt beim 24 Volt System und 900 Watt bei einem 36 Volt System. Diese Werte konnten wir in keinem unserer PEDELECS unter allen nur möglichen Fahrsituationen (eingeschlossen mit Fahrradanhänger und 12% Steigung) jemals messen.

Wir haben sogar das oben abgebildete 24 Volt PEDELEC mit unserem 36 Volt Akku seit August 2010 betrieben. Die Motoren und der Regler in den PEDELECS sind schon relativ robust.

Unsere Akkus sind vollkommen ausreichend für alle 24 Volt und 36 Volt PEDELECS und können mit allen 24V und 36V Systemen betrieben werden.

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testbikes
 

In einigen Elektrofahrradprospekten wird für z.B 24V 10Ah Akku mit Reichweiten von über 50km unter Volllast geworben. Neulich hatte ich ein Fahrradprospekt in der Hand, wo mit einem 10 Ah Akku mit Reichweiten von 90km geworben wurde. Mit 12,6 Ah sogar über 150km möglich, hieß es. Das ist durchaus möglich bei einem hohen eigenen Kraftaufwand, jedoch nicht, wenn man sich komplett auf den Akku stützt.

Setzen Sie Ihren gesunden Menschenverstand ein und beachten Sie folgende Rechnung: Vollast heißt, dass bei einem serienmäßigem PEDELEC ( bei aufrechter Sitzhaltung) mit 24V Motor bis zu ca. 14 Ampere aus dem Akku entnommen werden. In dem Akku sind jedoch nur 10Ah. In Worten: 10 Ampere können eine Stunde lang aus dem Akku entnommen werden, bis seine Kapazität erschöpft ist und der Akku geladen werden muss. Sie entnehmen jedoch 12 bis 14 Ampere unter Volllast.

Sie können einfach nachrechnen, wie lange die 12 bis 14 Ampere aus dem Akku entnommen werden können. Kleiner Tipp, es ist auf jeden Fall kürze als 1 Stunde! Wenn Sie den Wert berechnet haben und diesen mit der Höchstgeschwindigkeit von 25 km/h multiplizieren, erzhalten Sie das Gesamtergebnis. Jetzt wissen Sie, dass dies Märchengeschichten sind.

Sie können, wenn Sie mit 50% Kraft in die Pedalen treten eine Reichweite von über 80km erreichen. Dies trifft jedoch nicht zu, wenn Sie sich komplett auf den Akku stützen. Wie gesagt, rein physikalisch nicht möglich. Es sei denn das Fahrrad fährt alleine, also ohne Fahrer, da in diesm Fall das Systemgewicht und der Luftwiderstand so gering sind, das nur rund 5 Ampere bei 25km/h fließen und somit 50km erreichbar wären.

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blitz-widerspruch
 

Zielsetzung: Verhaltenstest unserer Akkus bei Minusgraden.

Bitte stellen Sie diese nicht mit Ihren Serienakkus (z.B. "normale" Li-Ionen Akkus, usw.) nach. Wir übernehmen keine Haftung, wenn sich Ihre Akkus bei diesem Test für immer verabschieden. MTML LiFePo4 Akkus funktionieren auch nach so einem Härtetest einwandfrei.

Vorgeschichte: Wir sind die letzten beiden Winter, welche recht streng waren, komplett mit unseren Testrädern und unseren LiFePo4 Akkus durchgefahren.Trotz Temperaturen von -14°C haben unsere Akkus nie den Dienst versagt.

Der Temperaturversuch dient dazu, unseren positiven Erfahrungswerte auch unter "Laborbedingungen" zu dokumentieren. In der Praxis fährt man in der Regel mit einem "warmen"Akku los, da das Rad in der Garage steht und die Umgebungstemperatur höchstwahrscheinlich nicht unter 0°C fällt. In diesem Fall wird man quasi keinen Leistungsunterschied zum Normalbetrieb bzw. "Sommerbetrieb" feststellen.

Anders sieht es jedoch aus, wenn das Pedelec für längere Zeit in der Kälte in der Kälte abgestellt wird. Wenn Sie das Rad für die Arbeit oder Unit nutzen, so verweilt es mitunter 8 bis 9 Stunden im Winter am Fahrradständer. Nutzen Sie anschließend ihr Pedelec, werden Sie den Akku zunächst "warmfahren" und dabei feststellen, dass sich der Akku durch Leistungsentnahme erwärmt und dies mit mehr Leistung quittiert. Diese Szenario möchten wir mit diesem Versuch nachstellen.

k-hlfach
 

Zum Versuch: Wir haben dazu unseren 36V 10Ah LiFePo4 Akku bei -19°C im Gefrierschrank für 10 Stunden gelagert. Zuvor wurde der Akku vollgeladen. Interessant für uns war es zu sehen, dass nach den 10 Stunden 9,92Ah aus dem 10Ah Akku entnehmen konnten!

Natürlich steigt der Innenwiderstand des Akkus bei diesen Temperaturen. Das merkt man daran, dass die Spannung unter Belastung von 36V auf ca. 30V abfällt. Mit zunehmender Belastung erwärmen sich die Zellen und der Innenwiderstand nimmt dann wieder ab und die Spannung unter Last steigt auf über 35V.

Diese Spannung wird so lange gehalten, bis der Akku fast vollständig entladen ist. Nach ca. 8,5Ah fällt dan n wieder die Spannung, bis die eingebaute BMS den Akku bei ca. 28V abschaltet

 

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