20W IRC an LiIon - wie's der pack packt :)

[gruenbaer]

So Leute,

trotz dem - nachdem meine LED/HID Waffe läuft – mein Interesse an Halogen stark nachgelassen hat, wollt ich’s jetzt wissen und hab ein kleines Experiment gemacht.

bratbeck hat Bahnbrechendes in Sachen Selbstbau von LiIon-Schutzbeschaltung geleistet und damit diese Speicherform mit der derzeit wohl höchsten, neuerdings einigermaßen bezahlbaren Energiedichte für alle Lampenbastler verfügbar gemacht. Dennoch will da nicht jeder ran – aus den verschiedensten Gründen. Und wie lange Maxim an ein plötzliches Elektronikfirmen-Gründereldorado in Deutschland glaubt, sei mal dahingestellt.

Wann geht’s ohne?
(also ohne Öffnen der packs, ohne Verdrahtung mit der max-schaltung und mit handelsüblichem LiIon Camcorder-charger)

Ein Experiment und ein paar Thesen:

Landläufig stellt man fest, daß die 12V 20W 24° Osram IRC (die hier derzeit wohl als das Universal-Leuchtmittel schlechthin gilt) beim Einschalten am erworbenen 14.4V LiIon pack dunkel bleibt. Das wurde erklärt mit „mangelnder Hochstromfähigkeit von LiIon“ etwas differenzierter dann mit der Begrenzung des EINSCHALTstromes durch die Schutzbeschaltung (Kurzschlussannahme). Beides knapp daneben und doch vorbei:

Ich habe genommen:

- 2 gängige und derzeit vergleichsweise preiswert zu habende LiIon-Camcorder Packs, nämlich Alternativtypen (angeblich mit japanischen Zellen) zu Canon BP 927 zu je 7,2V 3.700mAh (gibt’s auch als BP-941 zu 5.500mAh – aus Gründen der Standzeit sicher sinnvoller)
- eine 20W IRC, zwei 10W und drei 5W Halos (mehr fand sich nicht im Bastelkeller)
- ein paar Kabel mit Krokodilklemmen, ein Lüsterklemmenleiste, ein paar Halo-Fassungen
- zwei Meßgeräte
- einen Schalter

 

[gruenbaer]

Ich habe die Packs in Reihe geklemmt. Leerlaufspannung vollgeladen ca. 16.7 V

 

[gruenbaer]

Ich habe die Lampenfassungen parallel geschaltet, über dem Akku die Spannung gemessen (leider verpolt ) und den Strommesser in die Plusleitung gelegt. Dann hab ich erst probiert, was einzuschalten geht und schließlich, was durch Einstecken „zuzuschalten“ geht.

 

[gruenbaer]

Das kam raus („+“ meint gemeinsam einschalten, „plus“ meint zuschalten) :

- 20W: geht nicht.
- 10W: geht -> 15.8V, 0.95A
- 10W + 5W: geht -> 15.5V 1.4A
- 10W + 5W + 5W: geht nicht. Kurzer Lichtstoß beim Einschalten. Schaltet man unmittelbar darauf aus und wieder ein, geht es! -> 15.2V 1.8A
- 10W + 10W: geht (natürlich) nicht. Aber: Wenn die Lampen noch heiß sind, geht es! -> 15.2V 1.8A
- 10W + 5W + 5W (zweimal knipsen) plus 5W: geht -> 15.0V 2.2A
- 10W + 5W + 5W (zweimal knipsen) plus 10W: geht nicht (den Test mit einer heißen zweiten 10er bekam ich nicht gehandelt, da hätte ich einen zweiten Kreis zum Vorheizen aufbauen müssen)
- 5W plus 20W: geht nicht. (zum Vorheizen hätte ich eine andere Spannungsquelle benutzen müssen – der „Positionslicht“-Trick hat also insoweit versagt)
- 10W+10W (vorheizen) plus 5W plus 5W plus 5W: geht -> 13.8V 2.9A.

Letzteres ging aber nicht lange gut, die Spannung sank recht zügig, bei 13,4 V (schon recht früh) schalteten sich die Akkus ab (vermutlich der Unterspannungsschutz).

 

[gruenbaer]

Witterung aufgenommen, hab ich’s dann mit der 20W noch mal versucht und trotzig zügig hintereinanderweg ein- und ausgeschaltet. Einigemale passierte gar nichts. Kurzer kleiner Stromfluß, Spannungseinbruch gegen null. Schließlich beim 4. oder 5. mal ein winziges ganz kurzes Glimmen, beim 6. 7. 8. 9. knips stück für stück heller (aber immer noch kurzzeitig) und nach dem 10. knips leuchtet das Ding!

Daß sich Glühwendeln nicht wie ohmsche Widerstände verhalten, sondern einen hohen dynamischen Widerstand haben, ist ja bekannt (Deswegen steigt die Leistung der Halogen ja auch langsamer als mit dem Quadrat der angelegten Spannung). Aber so plastisch bekam ich es noch nicht vorgeführt.

Thesen:

1.
Es gibt keine „Einschaltstrombegrenzung“ der packs, die wesentlich unter der sinnvoll zulässigen Stromentnahme der Zellen liegt.

2.
Das Problem liegt in der Kaltstromaufnahme der Glühwendel. Die ist um ein vielfaches höher als der Nennstrom. Halogenlampen machen also (wenn auch nur gaaanz kurzzeitig) genau das, was man nach landläufiger Mär HIDs zuschreibt (was aber nicht so ist, sonst würde ich meine Walamp – Regelstromaufnahme 920mA - nie und nimmer an meinem kleinen LiIon-Akkusatz mit 580mAh eingeschaltet kriegen).
Ob 3A Einschaltstrom beim BP-927 funktionieren, lässt sich halt nicht mit einer 35W Halo-Birne testen. Dazu müsste man mal einen saftigen Drahtwiderstand bauen. Aber es ist mit Blick auf die Einsetzbarkeit von LiIon an Halogen ohnehin keine steuerungsrelevante Information.

3.
Relevant wird das Problem zu 2), weil die elektronische Überstromsicherung der packs so flink ist. (Zum Glück ist sie es auch bei der Freigabe, sonst hätte ich knipsen können wie ich will). Das hat auch Sinn. Denn die Entladekurve eines LiIon verläuft lange Zeit relativ flach und fällt dann nach Unterschreiten eines kritischen Wertes (um 3,4V Zellspannung) verdammt schnell ab. Mit Blick auf die maximale Nutzbarkeit der gespeicherten Energie ist das von Vorteil. Aber: Schon eine kurze starke Stromentnahme kann einer fast entladenen Zelle den Garaus machen.

4.
Eine 20W IRC kann man gut an zwei BP-927 einsetzen (an BP-941 vermutlich erst recht). Man muß sie nur „gestuft“ einschalten. 12V 35W sind grenzwertig, mit dem 941er mag’s gehen.

5.
In der absoluten Stromabgabefähigkeit bleibt NiCd/NiMH ungeschlagen (deswegen setzt bei racing-packs ja auch keiner LiIon ein). Dennoch scheint es kein allgültiges „C“ für Zellen zu geben. Mit dem 927er scheint nicht mal 1C drin zu sein. Wer einen hochstromfähigen pack braucht, scheint mit Parallelschaltung kleinerer Zellen weiterzukommen. Extrembeispiel: Ich entnehme mit meiner LED+HID 1.270 mA aus einem Canon NB-2L (2 Stk. 7,2V 580mAh in Reihe), mit deutlichem aber nicht bedenklichem Spannungseinbruch. Das sind immerhin 2,2C. 10 mal zwei reihengeschaltete Packs parallel ergäben auch einen 14,4V 5.800 mAh-Akku, und ich wüsste jetzt keinen Hinderungsgrund dem sogar über 12A zu entnehmen. Die Schmiere wird dann aber doch schnell teuer

Nun ist die 10xknips-Methode sicher nicht praxistauglich. Mein Vorschlag: man nehme einen in Reihe geschalteten Vorwiderstand mit dem man einschaltet. Sekundenbruchteile später kann man den mit einem zweiten Schalter (oder mit einem Aus/Ein/Ein Schalter) überbrücken und ab geht die Post.
Selbst bei angenommenem unendlich kleinem Kaltwiderstand der Glühwendel erzielt man mit einem 10 Ohm Vorwiderstand eine Begrenzung des Einschaltstromes auf allemal statthafte (s.o. 10+5 Test) 1.6 A und sollte damit die Glühwendel gleichwohl zum Glimmen anregen.

Ein 10W-Typ dürfte reichen – ich hab leider grad keinen da .....

Damit dürften auch alle „Nichtelektroniker“ Zugang zu einer leistungsfähigen LiIon gespeisten Anlage kriegen. Alle Experten und bastel-Gurus sollen hier freilich kritisieren, falsifizieren, verbessern ...

Ich fände es nett, wenn alle, die noch ungeöffnete packs haben, mal ähnliche Tests machen und ihre Ergebnisse hier reinstellen, eigentlich braucht’s nicht mal die Meßgeräte dafür. Dann schält sich vielleicht unter den LiIon packs ein ähnlicher „Liebling“ heraus, wie es die 20W IRC bei den Leuchtmitteln ist.

Grüße!
Dirk

 

[martinkk]

geil wie bei einem Diesel...erst "vorglühen", dann ab die Post - *hrrrrr*

LG
Martin

 

[Joerky]

100%ig!

Danke für die Forschungsarbeit!

Spiele schon lang mit dem Gedanken auf LiIon umzusteigen, nur die Löterei eigener Schutzschaltungen hat mich bisher davon abgehalten. Dann wirds ja jetzt mal Zeit!

Für die Kollegas die den geringsten Aufwand haben wollen ist die Lösung mit überbrückbarem Vorwiderstand sicher die beste Lösung.

Für die, die sowieso nen Dimmer haben wollen ist das auch das Mittel zum Ziel - Birne langsam hochfahren, fertig...

Und wenn ich so nachdenke - tausche ich in gedanken gerade meinen 12 Volt 3,4 Ah Bleigelakku gegen 14,4 Volt 5,5 Ah - Laufzeit ohne Ende oder aber statt der IRC mal ne 30 Watt EnergySaver mit 24° von Philips - dann brennt der Wald!

Zum Abschluss nochmal: Es scheint also keine Strombegrenzung zu geben, sondern die Elektronik, die bei erreichen der Entladeschlussspannung abschaltet, schaltet auf Grund des Spannungszusammenbruchs bei dem hohen Einschaltstrom aus...

 

[Onzilla]

Eine Anmerkung zu dem Geschriebenen:

Der hohe Einschaltstrom ist auch der Hauptgrund für vorzeitiges Absterben der meisten Glühlampen. Die vereenden nicht während ihres Betriebes sondern meist beim Einschalten.
Deshalb tut eine Vorheizung oder andere Maßnahme zur Einschaltstrombegrenzung auch der Lebensdauer der Lampe gut.

Mit meiner Dimmerschaltung bin ich glücklich, habe sonst auch immer mehrfach ein/aus-schalten müssen, bis die Lampe endlich anging.

Ich besitze 2 mal 2 LiIo-Packs je 5500mAh. Je nach Kombination mit verschiedenen 20W-Lampen geht das Einschalten aber auch spontan auf Anhieb.
Es gibt leicht unterschiedliche Stromaufnahme bei verschiedenen 20W-Lampen und (die typgleichen) Akkupacks zeigen bei mir unterschiedliche Toleranz beim Durchstehen der Einschaltphase.

20W-Lampen scheinen genau die Grenze darzustellen, mancher Camcorder-Akku schaffts direkt, mancher nur mit Nachhilfe.

Peter

 

[Route66]

ein Hoch auf gruenbaer und seine Forschung "für die Sache" !!!

Werd mir aber Trotzdem mal die Schutzschaltung mit dem MAX aufbauen.

So long

 

[Joerky]

Sagt mal - Ihr LiIon Spezies:

Frage 1
Wenn man son Akkupack nun im Originalzustand belässt, schützt die eingebaute Elektronik also vor Tiefentladung.
Die Lampe geht dann also einfach irgendwann aus?

Frage 2
Die eingebaute Schaltung schützt auch vor Überladung?
Dann könnte man also auf nen teures Ladegerät verzichten und die Packs einfach nem Strombegrenzten Netzteil aufladen, weil sie bei erreichen der Ladeschlussspannung keinen Strom mehr ziehen?

 

[gruenbaer]

Hallo Joerky

Original geschrieben von Joerky
Frage 1
Wenn man son Akkupack nun im Originalzustand belässt, schützt die eingebaute Elektronik also vor Tiefentladung.
Die Lampe geht dann also einfach irgendwann aus?

ja.
und zwar ziehmlich plötzlich. Deshalb ergibt ein Spannungswächter Sinn.

Frage 2
Die eingebaute Schaltung schützt auch vor Überladung?
Dann könnte man also auf nen teures Ladegerät verzichten und die Packs einfach nem Strombegrenzten Netzteil aufladen, weil sie bei erreichen der Ladeschlussspannung keinen Strom mehr ziehen?

njein.
kann sein, daß sie schützt, aber sie verhindert, daß die zelle vollgeladen wird.

das, was bratbecks schaltung insoweit leistet, bringt die elektronik des Standard-LiIon Ladegeräts. Das hat nicht nur ne Strombegrenzung (1. Ladungsphase) sondern mißt auch den Spannungsanstieg der Zellen unter dem Ladevorgang. Mehr als 4.25V dürfen es nicht sein, sonst wird die Zelle zerstört. Würde man die Ladung jetzt abbrechen, wäre die zelle aber nur zu ca. 65-70% voll, nimmt man die Stromzufuhr jetzt weg, geht die Zellspannung langsam wieder leicht zurück und pendelt sich bei dem "ladezustandstypischen Wert" ein. also wird jetzt der Strom gerade in dem Maße heruntergeregelt (meistens getaktet - PWM) als es notwendig ist, die Zellspannung bei 4,25V zu halten (2. Ladephase). Erst wenn der aus dieser Betrachtungsweise resultierende Ergebniswert für den Ladestrom Null ist, ist die Ladung beendet und die Zelle 100% voll.

bratbecks schaltung hat spezifische vorteile:
- Einzelzellen-Spannungsüberwachung (kann aber sein, dass die packs das irgendwie intern abbilden)
- nur ein V+ Ein- und Ausgang (für Ladung und Entladung). Stutzen umstecken und gut is. Beim Einsatz der 7,2V packs muß man die Reihenschaltung zwecks Ladung am 7,2V LiIonLadegerät auftrennen.

Aber einiges geht eben auch ohne.

Grüße!
Dirk

 

[Joerky]

Danke - das war genau das was mir an Info noch fehlte!

 

[gruenbaer]

 

[J-CooP]

Gibt es vielleicht irgend eine kleine einfache Schaltung (die man auf Lochraster realisieren kann), die eine Lampe langsam hochfährt? Also praktisch eine Art Dimmer für die ersten zwei Sekunden des Hochfahrens?

 

[NightRacer]

...jein!
man kann sehrwohl ein (labor)netzteil mit strombegrenzung nehmen, diemacht dann genau das, was beim bratbeck seim laptopnetzteil die in reihe geschaltete halogenlampe macht,
die begrenzt nämlich den anfangsladestrom auf ca. >1,5A (bei 20W birne)...man muss nur sicherstellen das man strombegrenzung nicht zu gross einstellt, ich würd mit max. 0,5C laden, und die spannung nicht zu hoch...18-21Vmax.
...die lion-elektonik macht genau das was sie beim entladen auch macht, sie schaltet beim erreichen der laddeendspannung(~4,2Vmax.) einer der 4 zellen ab...das sind dann insgesamt irgendwas um die 17,3V...

 

[Scay`Ger]

Also angenommen, ich würde vor die 20W IRC einen Draht-Drehwiderstand (gibt´s bis 40W ) schalten, und den "langsam" von einem hohen Widerstandswert auf 0 Ohm runterdrehen, dann wird die Lampenwendel langsam aufgeheizt, der "Peak" beim Einschalten im kalten Zustand fällt weg und die originale Schutzschaltung bleibt ruhig?

Hab eben mal kurz das Multimeter genommen, um dem Einschaltstrom nachzuspüren, aber mehr als einen 2.4 A Peak für die 20W IRC hab ich nicht rausbekommen. Das Multimeter misst zwar knapp 2 Werte pro Sekunde, aber das scheint noch zuwenig zu sein ... oder sind 2.4A schon realistisch?

Hat jemand mal ein Oszilloskop am Start? ...

Aber eigentlich auch egal ... die Zukunft gehört eh den LED´s ...

Gruß, Scay`Ger

P.S: @gruenbaer: Schöne Untersuchung ... Fakten, Fakten, Fakten sach ich nur

 

[J-CooP]

Ja, den Drahtdrehwiderstand habe ich auch gerade im Conrad entdeckt. Da gibt es ja auch einen mit 10 Ohm und 20W. Das wäre ja recht perfekt. Zwar ein bißchen groß, aber was solls.

Aber ich habe ja eh an keiner meiner Lampen irgendwelche Elektronik an den Li-Ions und trotzdem keine Probleme.

Das Aufladen macht das DoubleC Ladegerät von alleine und schaltet auch bei 7,2V ab.
Und bei meiner Osramlampe habe ich ja eine Spannungsanzeige, die mir zeigt, wann es Zeit zum ausschalten ist. (Ca. 4,5 Stundenmit 20W IRC )
Und die große LED hält eh die ganze Nacht durch.

 

[Dafi]

Die Schutzschaltung in LI ION Akkupacks (un wenn nur eine Zelle drin ist) beinhaltet Tiefen-Über-Temperatur und Kurzschlussschutz. Ohne EL darf ein solcher Akku nicht an Endverbraucher verkauft werden. Ein Camcorder hat nur ein Netzteil zum Laden (mein Handy übrigens auch)!
Die Abgabeleistung des Akkus ist abhängig von der Kapazität einer einzelnen Zelle. Z.B. mein alter Canon Orginalakku, 7,2V4400mAh, besteht aus 6 Zellen. Die einzelne Zelle hat somit 3,6V un ca. 1460mAh
Mein neuer Akku hat 7,2V5500mAh (6 x 3,6V ca. 1820mAh)
Der Alte brennt 10+10Watt problemlos 10+12W nur mit Vorheizen der 12W Lampe (hab mich über die Jahre an die umständlich Schaltprozedur gewöhnt)
Mein Neuer, da höhere Kapazität brennt 10+12W problemlos aber 20W nicht un 10+20 schon gar nicht.
Wenn ich den Neuen 2Std. mit 22W (28W) betreib werden die Akkus schon etwas warm.
Folglich sollten Akkus mit möglichst grossen Einzelzellen verwendet werden. Die Industrie bietet Einzelzellen bis zu 11Ah bei 3,6V an aber ich bekomm sie leider nicht.

Dafi

 

[Baxx]

Original geschrieben von Dafi
Mein neuer Akku hat 7,2V5500mAh (6 x 3,6V ca. 1820mAh)

Du benutzt doch den "Double Charger" zum Laden der Packs, richtig? Wie lange dauert damit der komplette Ladevorgang eines 5500er-Packs ungefähr? Habe zum Thema Ladezeit bei Reichelt nichts gefunden.

Ist es möglich 2 Packs parallel an einem Ladeanschluss zu laden? Oder verhindert das die Schaltung des Ladegerätes? Verdoppelt sich dann einfach nur die Ladedauer?
Interessieren würde mich halt, ob ich mit einem Einzelladegerät (z.B. diesem hier) zwei 5500er-Packs über Nacht (7 Stunden) aufladen kann.

 

[Dafi]

Original geschrieben von Baxx


Du benutzt doch den "Double Charger" zum Laden der Packs, richtig? Wie lange dauert damit der komplette Ladevorgang eines 5500er-Packs ungefähr? Habe zum Thema Ladezeit bei Reichelt nichts gefunden.

Ist es möglich 2 Packs parallel an einem Ladeanschluss zu laden? Oder verhindert das die Schaltung des Ladegerätes? Verdoppelt sich dann einfach nur die Ladedauer?
Interessieren würde mich halt, ob ich mit einem Einzelladegerät (z.B. diesem hier) zwei 5500er-Packs über Nacht (7 Stunden) aufladen kann.

mit dem Double Charge C dauert das Laden beider Akkus im absolut leerem Zustand etwa 9 Std.
Ich denke mal man benötigt das Ladegerät nicht lediglich ein Netzteil da die eingebaute EL des Akkus dies eigentlich steuern müsste.
Das Netzteil der Lader DCC und des Einfachladers sind indentisch (12V1000mAh)

Habe gerade einen Versuch mit einem Lautsprecher-Leistungsregeler (L-Regler) durchgeführt und siehe da die Akkuelektronik ist überlistet. So funzt auch eine 20W Lampe am 4400mAh Akku. Also mit Dimmer anfahren dann kann sicher auch 35W geschaltet werden.

Dafi

 

[speedy_fb]

Original geschrieben von Joerky
100%ig!
...
Und wenn ich so nachdenke - tausche ich in gedanken gerade meinen 12 Volt 3,4 Ah Bleigelakku gegen 14,4 Volt 5,5 Ah - Laufzeit ohne Ende oder aber statt der IRC mal ne 30 Watt EnergySaver mit 24° von Philips - dann brennt der Wald!
....

Hallo Joerky,
Hab hier gerade den Katalog unseres Elektro-Großhändlers vor mir, da hab ich keine EnergySaver von Philips gesehen, die haben eine sogenannte MASTERline ES. Meinst Du diese Lampe (ES = EnergySaver ?) ? Die gibt es hier bei 24° mit 30, 35 und 45W. Hast Du, oder jemand anderes, schon
Erfahrungen mit diesen Lampen sind die noch besser wie die Osram ?

Bin übrigens selbst gearde am Lampen bauen. Werde von Bratbeck die Schutzschaltung verwenden und evtl. mit nem µC die Ansteuerung (Softstart/Dimmer). Wird aber wohl noch ne Weile dauern, werde aber auf jeden Fall berichten wenn's fertig ist, damit der Rest des Forums auch von meinen Ergebnissen profitieren kann. In diesem Sinne ein großes Dankeschön an alle die sich mit diesem Thema schon so ausführlich beschäftigt haben und ihre Erfahrungen kund getan haben: Klasse !!!

Gruß, Stephan (speedy_fb)

 

[eL]

Ja die masterline ES ist hier gemeint und leider gibt es sie nur ab 30W in dem beliebten winkel 24°
Die 30W version zieht 1A mehr strom als die 20W IRC 20° an 14,4 V was so um die 3A bedeutet und ist nach aussagen von PDa nicht unbedingt soo viel heller als die 20W IRC.Was bedeutet das sie 1A mehr verbrauchten strom nicht unbedingt wert ist.
Ich könnte mir ne Kombi aus 2 Masterline ES (ein flod / ein spot)bei 20W gut vorstellen welche dann wechselseitig betrieben werden.
Leider Habe ich sowas noch nicht ausprobieren können da mir die lämpchen fehlen aber Dafi fährt doch nen doppelstrahler vieleicht kann der ja was dazu sagen.
Zu Phillips im allgemeinen kann ich nur sagen das sie die "Bessere" lampe ist obwohl sie nur wiederwillig in meine Eluminatoren passt durch ihre gewölbte frontscheibe.Sie hat eine gar eigenwillige aber dennoch effiziente befestigung der glühwendel welche sie immer 100% mittig hält und so ein abknicken durch erschütterungen verhindert.Bei den osram IRC ist dies nicht der fall und die glühwendel sackt nach ne weile nach unten weg was eine beeinträchtigung des abstrahlwinkels hat (natürlich minimal).
Ausserdem sollte man für ne 30W lampe auch entsprechend Akkukapazität bereitstellen 5,5Ah sind da zu wenig denn da bringt die lampe ja grad 2h licht.. wenn überhaupt.

 

[metulsky]

halloechen !

ich fahre masterline es (spot + flood) in doppellampe und es ist echt super ! habe mal die 35 watt als flood ausprobiert, aber die 20 watt reicht da voellig aus - bringt nicht dementsprechend mehr helligkeit. die osram sind auch sehr gut, aber die philips sind von meinem subjektiven eindruck doch besser.

der hammer ist es , wenn beide lampen zusammen an sind (ich nutze aber nimh akkus, deswegen ohne probleme moeglich)

gruesse

sven

 

[eL]

Also sind die phillips 20W 8° + 36° bei einer doppellampe schon sehr empfehlenswert
Wenn man aber ne solo fährt ist 24° das optimum und die gibt es bei 20W (was vernünftig erscheint) nur von osram als IRC... schade eigentlich.

 

[speedy_fb]

Ich werde die Tage mal ne Mail an Philips absetzen, wie man zu einer 20W-Version der 24° Lampe steht. Vielleicht ist da was was machbar.
Ich werde dann berichten ob und was für eine Reaktion es gab.