Hallo, ich beschäftige mich im Moment mit einer Tauchlampe auf LED-Basis. Die Versorgung der 4 LEDs (á 21V / 0,8A) erfolgt über Schaltwandler hoher Effizienz. Die Versorgung der Schaltwandler erfolgt über LI-Ion-Akkus, genauer VAP VCL0013 von Reichelt. Hier sind 2 Akkupacks in Reihe geschaltet um so eine Spannung von 11 (Tiefentladegrenze, 2,75V) bis 16,8V (Ladeschlussspannung, 4,2V) zu erreichen. Der maximale Entladestrom beträgt 1C (von der Elektronik hier abgeriegelt durch Lampendimmung) Die Lampe selber gibt ihren Status (Akkuladestatus, status der einzelnen Treiber, etc.) über ein GLCD im hinteren Teil der Lampe aus. Mein Problem liegt nun darin, den aktuellen Ladezustand des LI-Ion-Akkupacks möglichst exact zu ermitteln. Die messschaltung ist dabei in der Lage die Akkuspannung auf ~0.1V genau zu messen sowie den Gesammtstrom der Schaltung auf ~0.5A genau zu ermitteln (ADC des Mega644 sowie voregschalteter 4067 als Multiplexer). Zusätzlich kann ich die Temperatur an der Oberfläche der Akkupacks messen (auf einige °C genau). Leider besitze ich kein Datenblatt des Verwendeten Akkus, und Reichelt ist aufgrund der "variablen Hersteller" bzw noname-Fernost Eigenschaften dieses Teils nicht in der Lage mir da irgendwas zur verfügung zu stellen (der Mann am Telefon war was das anging erstaunlich ehrlich :D ). Dass der Akku nicht so viel Performance wie ein Markenakku bringen wird ist mir natürlich auch klar. Kennt sich nun jemand damit aus wie ich bei dem Akkupack den Ladezustand relativ genau (+- 2-3%) in Abhängigkeit von Spannung, Strom, Temperatur ermitteln kann ? Danke schonmal im Vorraus, Marc Seiffert
Wenn du dir Entladekennlinien von Akkus ansiehst, wird schnell klar, dass das so gar nicht moeglich ist. Nicht umsonst messen Laptopakkus ueblicherweise die entnommene Kapazitaet und muessen gelegentlich nachkalibriert werden.
nun, aber es wird doch eine möglichkeit geben sich über den Zustand eines Akkus zu informieren ? Notfalls auch weniger genau als angegeben :/ Ich wäre natürlich auch bereit Messreihen durchzuführen, weis aber nur nicht was genau ich wie messen soll und vernünftige Ergebnisse zu erhalten ;)
Wenn du einen µC in der Schaltung hast, dann kannst du ja die entnommene Ladung aufsummieren und weißt dann, wann abgeschaltet werden muß.
Peter Stegemann wrote: > Wenn du dir Entladekennlinien von Akkus ansiehst, wird schnell klar, > dass das so gar nicht moeglich ist. Nun, anders als bei anderen Akkus sind die Entladekennlinien von LiIon gar nicht so sehr flach. Man kann da (bei bekanntem bzw. einigermaßen konstantem Entladestrom, das scheint hier gegeben) durchaus nach einer Exemplar-Kalibrierung einigermaßen auf den Ladezustand schließen. Allerdings ist die genaue Lage der Kennlinie nicht nur exemplar-, sondern auch temperaturabhängig. Das müsste man ggf. berücksichtigen. In meinem LC-Meter habe ich das gemacht (aber ohne Berücksichtigung der Temperatur, das Gerät wird eh überwiegend bei 22 °C ±3 K betrieben), es genügt für eine grobe Abschätzung, wann man mal wieder den Gang zum Ladegerät einplanen sollte. ±2 % sind natürlich für so eine Anordnung unrealistisch, aber auch mit ±10 % ist einem ja schon mal geholfen. Coulomb-Counter gibt's auch als fertige ICs, wenn ich mich recht erinnere, baut Dallas (alias Maxim) sowas.
Verwende den BQ20z80 oder BQ20Z90. Das sind die einzigen Bausteine, die den Ladestand auf 1% genau ermitteln können! Eine Wandlung der OCV (Open Circuit Voltage) alleine reicht nicht aus! Eine Batterie altert im Laufe der Zeit, das bedeutet, der Innenwiderstand wird größer. So würde mann, wenn mann nur die Akku-Spannung misst, vermuten, das der Akku noch halb voll ist, wird er dann belastet, so ist er dann "plötzlich" doch leer. Die entnommene und geladene Kapazität alleine zu bilanzieren reicht ebenfalls nicht aus, da sich die Zellen selbst entladen, wenn sie nicht verwendet werden, das bedeutet, das ein voll geladener Akku nach einer Zeit nicht mehr voll ist. Also müssen beide Verfahren kombiniert werden. Dazu muss auch die Kennlinie des Akkus ermittelt und gespeichert werden. Die Temperatur ist ebenfalls ein wichtiger Faktor. Ändert sich diese, ändert sich ebenso die OCV Spannung des Akku´s, was wieder die Messung verfälscht. Diese müßte also ebenfalls gemessen werden und bei der Kalkulation der Kapazität mit berücksichtigt werden. Das alles gibt es wie gesagt in den oben genannten IC´s, und... es gibt auch ein Eval-board, auf dem alles schon fix und fertig ist. Bei Deinen 2-3% Genauigkeit scheidet eine selberbaulösung definitiv aus.
Jörg Wunsch wrote: > Peter Stegemann wrote: >> Wenn du dir Entladekennlinien von Akkus ansiehst, wird schnell klar, >> dass das so gar nicht moeglich ist. > > Nun, anders als bei anderen Akkus sind die Entladekennlinien von > LiIon gar nicht so sehr flach. Man kann da (bei bekanntem bzw. > einigermaßen konstantem Entladestrom, das scheint hier gegeben) > durchaus nach einer Exemplar-Kalibrierung einigermaßen auf den > Ladezustand schließen. > UND: OP> erfolgt über Schaltwandler hoher OP> Effizienz. Die Versorgung der Schaltwandler erfolgt über LI-Ion-Akkus, OP> genauer VAP VCL0013 von Reichelt. An den LEDs mag der Strom ziemlich konstant sein. An den Zellen jedoch eben wegen dieses Konstruktes nicht -- der DC/DC-Wandler zieht mehr Einggangsstrom bei weniger Eingangsspannung. Andrew
Andrew Taylor wrote: > An den LEDs mag der Strom ziemlich konstant sein. > An den Zellen jedoch eben wegen dieses Konstruktes nicht -- der > DC/DC-Wandler zieht mehr Einggangsstrom bei weniger Eingangsspannung. Aber das sind nur 30 % Stromunterschied, eher weniger: Spannungsabfall von 4,0 V am Anfang der Entladung auf 3,0 V am Ende der Entladung, bei nur mäßiger Stromentnahme (also nicht Hochstrom wie im Modellbau) ist Entladeende ja eher bei 3,5 V. Außerdem ist das Verhältnis immer noch relativ reproduzierbar, d. h. gegen Ende wird mehr Strom entnommen, folglich kann man das in einer empirischen Kurve sogar berücksichtigen.
Andrew Taylor wrote: > Jörg Wunsch wrote: >> Peter Stegemann wrote: >>> Wenn du dir Entladekennlinien von Akkus ansiehst, wird schnell klar, >>> dass das so gar nicht moeglich ist. >> >> Nun, anders als bei anderen Akkus sind die Entladekennlinien von >> LiIon gar nicht so sehr flach. Man kann da (bei bekanntem bzw. >> einigermaßen konstantem Entladestrom, das scheint hier gegeben) >> durchaus nach einer Exemplar-Kalibrierung einigermaßen auf den >> Ladezustand schließen. >> > UND: > OP> erfolgt über Schaltwandler hoher > OP> Effizienz. Die Versorgung der Schaltwandler erfolgt über > LI-Ion-Akkus, > OP> genauer VAP VCL0013 von Reichelt. > > > An den LEDs mag der Strom ziemlich konstant sein. > An den Zellen jedoch eben wegen dieses Konstruktes nicht -- der > DC/DC-Wandler zieht mehr Einggangsstrom bei weniger Eingangsspannung. > > > Andrew Korrekt, daher ja auch die reduktion des LED-Stromes bei 1C (6A) Zellenstrom. Die Wandler erreichen eine Effizienz von 94%, eine abreglung erfolgt daher wenn die eingangsspannung unter 12V sinkt. bei einem Akkuzustand unter 25% wollte ich die ausgangsleistung eh automatisch reduzieren um die Betriebsdauer noch etwas zu erhöhen (sodass die lampe praktisch "nie" ausgeht, im endeffekt soll so noch ca 1h betriebsdauer gewonnen werden in welcher immer weniger licht zur verfügung steht). Zusätzlich kann und werde ich die LEDs natürlich die meiste Zeit manuell bei weniger als 100% Betreiben. hab mir mal die beiden Bausteine von TI angesehen. An sich sehr schöne ICs, die würden mir ne Akku-Komplettlösung geben. Andererseits sehr kompliziert im Aufbau und mit bauteilen die nicht ganz so leicht zu beschaffen sind....ich denke das wäre zu viel des guten
mal hypothetisch angenommen, ich ersetze die verwendeten Li-Ion Akkus durch NIMH-Akkus, wäre der akkuzustand hier einfacher zu ermitteln ? hab grad mal ein paar tests mit den Li-Ion akkus gemacht und die dinger scheinen absoluter schrott zu sein was entladungen mit mehr als 1-2 A angeht :/
Marc Seiffert wrote: > mal hypothetisch angenommen, ich ersetze die verwendeten Li-Ion Akkus > durch NIMH-Akkus, wäre der akkuzustand hier einfacher zu ermitteln ? Nicht nennenswert, im Großen und Ganzen hast du dort sehr ähnliche Probleme.
hmm....ok. habe mich nun aber doch für die NIMH-Lösung entschieden, da eine vergleichbare LI-ION-Lösung preislich weit höher zu liegen scheint. Die größten probleme werde ich hier Montagerechnisch haben denke ich, zusätzlich schaue ich mich noch nach nem überwachungs-IC um. Und vielleicht kann Ansmann mir ja ein gutes Datenblatt zu ihren akkus liefern...
Kenn mich nicht so gut aus hab aber irgend wo mal im Netz einen IC gesehen (glaug der wa von ATMEL, bin mir nicht sicher) der hat permanent den Ladezustand gemessen. oder der von Linear: http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H0,C1,C1003,C1037,C1134,P86662
Die Schaltung hier kann dir vielleicht Hilfreich sein. Mit wenig änderungen kann es dein Wunsch entsprechen.
@ Stefan hab mir mal die atmel-ics angesehen, die sind nicht wirklich was ich brauche...zum einen müsste ich dann noch einen Chip coden und mich in ihn einarbeiten, zum anderen sind sie, wie auch der von linear, leider alle für LI-ION-Akkus gedacht....die ich ja leider wegen mangelnder "Hoch"stromfähigkeit durch NIMHs ersetzen muss :/ @ Pata Danke für den Link, aber ich denke hier wäre es einfacher wenn ich dann einfach mittels des Mega644 die Spannung direkt messe ;)
Hallo Marc, ich baue auch gerade an einer LED Tauchlampe. Meine idee Li-irgendwas Akkus zu verwenden habe ich auch erstmal aufgeschoben. Aber: ich suche nach einem Ladegerät mit dem ich alle Arten von Akkus laden kann. (Damit der Ladegeräthaufen nicht noch weiter anwächst). Bei meiner Suche bin ich auf www.opencharge.de gestossen. Das Ladegerät scheint alles zu haben was man so braucht. Mein Problem dabei ist, daß ich mich mit den Ladearten der Akkus bislang noch nicht so sehr beschäftigt habe. Mein letzter Urlaub mit 9 verschiedenen Ladegeräten im Gepäck hat mich dann doch dazu bewogen mich etwas intensiver damit zu beschäftigen. Allerdings stehe ich dabei noch am Anfang. Grüße Robert
Sehr schöne sache....vor 10 minuten stand mein onkel vor der tür und hat mir das Druckdichte gehäuse in die hand gedrückt (ich selber studier E-Technik, von Maschienenbau hab ich nur mäßig ahnung ^^)...wie weit bist du mit deinem Projekt ? vielleicht kann man sich ja was die Schaltpläne, Konstruktionsskizzen, etc. angeht austauschen um sich gegenseitig zu verbessern :). Kannst mich ja per e-mehl eurofighter2003 AT web.de oder (bei vorhandensein) ICQ 274681954 anschreiben. Wollte mir morgen 36 Ansmann 2850mAh NIMH-AA-Akkus bestellen und mir daraus einen 14,4V / 8,6 Ah - Akku zusammenlöten...werd also nen ziemlichen Klopper als ladeschaltung benötigen.
Marc Seiffert wrote: > Sehr schöne sache....vor 10 minuten stand mein onkel vor der tür und hat > mir das Druckdichte gehäuse in die hand gedrückt (ich selber studier Mein Gehäuse muss ich noch auf Druck testen, bevor ich LED und Elektronik einbaue. > E-Technik, von Maschienenbau hab ich nur mäßig ahnung ^^)...wie weit > bist du mit deinem Projekt ? vielleicht kann man sich ja was die Es fehlen noch die Akkus (sind bestellt), das Ladegerät der Drucktest und dann die Endmontage. Mit einem Netzgerät als Stromversorgung funktioniert schon alles. > Wollte mir morgen 36 Ansmann 2850mAh NIMH-AA-Akkus bestellen und mir > daraus einen 14,4V / 8,6 Ah - Akku zusammenlöten...werd also nen > ziemlichen Klopper als ladeschaltung benötigen. Opencharge sollte das absolut problemlos laden können, da es eigentlich für Modellbau entwickelt wurde. Das Gerät ist im Moment mein erster Ansatz. Eventuell werde ich es ein wenig verändern, damit es mehr meinen Bedürfnissen entspricht, aber so wie ich das sehe kann es eigentlich so wie es ist verwendet werden. Lis dir mal in forum dort die Threads durch, eventuell kann man sich da auch einbringen oder zumindest einiges lernen. Meine email. Vorname Punkt Nachname Ät freenet.de Gruß Robert
So als letzter Tip: Nimm A123 Akkus, dann kannst du die Selbstentladung vernachlaessigen, robuster und langlebiger geht's auch kaum. Zum Laden geht zur Not auch eine LiIo-Schaltung, besser ist natuerlich, du baust dir was Passendes, was mit Strombegrenzung (obwohl du eher Probleme haben wirst, so viel Strom bereit zu stellen, wie die abkoennen) gegen die Zielspannung laedt. Und wenn du unbedingt einen Ladezustand brauchst, dann miss wie schon vorgeschlagen den Stromverbrauch mit. Wenn dir das Messen des Stromverbrauchs zu aufwendig ist, kannst du ja auch was Fertiges einbauen: http://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=6380&Product_Name=Watt_Meter_&_Power_Analyzer_(Watts_up) Womit du bestimmt nicht gluecklich wirst, sind hochgezuechtete Mignon-Akkus in einem grossen Verbund.
Peter Stegemann wrote: > Womit du bestimmt nicht gluecklich wirst, sind hochgezuechtete > Mignon-Akkus in einem grossen Verbund. Hallo Peter, kannst du mir bitte erklären, warum nicht? Gruß Robert
der Drucktest steht bei meinem Gehäuse demnächst an. zusätzlich müssen noch die LEDs auf den Kühlläufer montiert werden, eine Platine bekommt auch noch ne neue Revision. Wasfür LEDs nutzt du, und wie treibst du die ? zu den A123-Zellen, woher beziehst du die ? Ich hab grad mal bei google gesucht und auf anhieb keinen vernünftigen shop gefunden der die vertreibt :/ vor allem der Preis war sehr hoch...bei den bisher verwendeten Akkus oder den NIMH-Zellen habe ich ein Preis-Ladungsverhältnis von < 0,8€ / Wh....bei den A123 habe ich ein Angebot ab 1,5€ / Wh gefunden :/ Das Messen des Stromverbrauches selber ist bereits integriert. nutze ja einen M644 zur Steuerung des gesammten Projektes, dieser misst neben LED-U-I-T (einzeln je LED) sowie einiger innentemperaturen und weiterer Werte auch die Batteriespannung vor und nach einem Shunt mit 10mOhm...damit lässt sich der stromverbrauch zumindest ungefär ermitteln, wird auch bisher genutzt um den Maximalverbrauch bei ca. 6A abzuriegeln (wäre 1C bei meinen LI-Ion-Akkus gewesen...)...was mir halt nur Sorgen macht ist dass wenn die akkus altern einem dann mehr Restleuchtdauer vorgegaukelt wird als existent ist :/
Kurz: Hohe Selbstentladung, kurze Lebensdauer, aufwendig zu pflegen und langsam zu laden. Die NiMh-Mignon mit den hohen Kapazitaeten sind extrem ueberzuechtet, oft erreichen sie die aufgedruckte Kapazitaet gar nicht oder nur 2 handvoll Zyklen lang. Wenn du gescheite NiMh moechtest, musst du sowas wie die Eneloop nehmen, dann hast du auch das Problem mit der Selbstentladung vom Hals - dafuer aber reellere Kapazitaeten von 1900 bis 2000 mAh und eine sehr gute Spannungslage bis zum Entladeende - was natuerlich die Zustandserkennung wieder schwieriger macht :-). Generell hast du bei Serienschaltungen von Akkuzellen das Problem, dass sie durch die unterschiedlichen Eigenschaften immer ein wenig auseinander driften, was dazu fuehrt, dass beim Laden irgendeine Zelle zu frueh voll ist, beim Entladen eine zu frueh leer ist. Auf Dauer schadet das der Zelle natuerlich, NiMh sind auf Tiefentladung recht empfindlich, schlimmer sind nur LiPo. Und um so mehr Zellen du in Serie hast, um so groesser ist natuerlich das Problem. Klar gibt es viele Loesungen fuer diese Probleme - bei niedrigen Ladestroemen schadet die Ueberladung kaum, weil die Zelle die Ueberkapazitaet schadfrei in Waerme umwandeln kann. Bei frueher Abschaltung wird keine Zelle tiefentladen. Gute Ladegeraete laden recht schnell bis zu einer Spannungsgrenze oder bis Delta-Peak und laden dann noch eine Weile mit niedrigem Strom weiter, um alle Zellen voll zu bekommen. Aber das braucht halt seine Zeit und nicht jeder Lader kann das. Auch A123 sollte man mit dem Balancer laden, aber sie sind sehr robust, die fliegen einem wegen ein bisschen Ueberladen nicht gleich um die Ohren - und man kann sie mit 4C laden, sprich, in 15-20 Minuten ist der Pack voll. Selbstentladung ist minimal, wenn du die nicht gerade ein Jahr lagerst, wirst du das kaum merken. Auch bei Tiefentladung sind sie sehr robust, wenn deine Lampe ausgeht, solltest du sie halt auschalten :-) Einen Nachteil haben sie: Du kannst praktisch nicht vorhersagen, wann sie leer sind, da die Spannung zum Entladeende sogar leicht ansteigt.
http://www.modellbaufuchs.de/ In der Anschaffung sind sie definitiv teurer. Wenn du nicht nur die aufgedruckten Wh, sondern auch die Lebensdauer in Betracht ziehst, sieht es schon anders aus. Zur sinkenden Kapazitaet: Auch das Problem sollte mit den A123 wesentlich geringer sein, als mit Mignon - und eine Kalibrierfunktion brauchst du auf jeden Fall. Wenn du die dann einmal im Jahr nutzt, sehe ich kein Problem.
gut, wird also ein Pack aus 3x4xA123....hat dann gut 90Wh und hällt meine Lampe bei Vollast 1:20h am leben. Und die Ladeschaltung wäre auch angenehm einfach ^^ bzgl. der kalibrierfunktion, was genau meinst du damit ?
Zumindest Apple Laptops machen es so: Bei der ersten Nutzung soll man volladen und leer laufen lassen und gelegentlich eben wieder. So wird die maximale Kapazitaet nachjustiert...
aso....gut, denke mal das bekomm ich irgendwie hin....aktuell schaue ich nach einer einfachen aber guten ladeschaltung für die Akkus, eventuell bastel ich mir auch enfach was mit nem M8 selber, das CCCV-Verfahren ist ja eines der simpelsten, und mit der M8-Schaltung könnte ich dann direkt die Kalibrierparameter ausgeben lassen...reicht ja wenn ich sie alle 10 oder 20 Tauchgänge per Hand ins EEPROM des M644 einspeise, wäre für mich 'ne Arbeit von weniger als ner Minute ^^
Angehängte Dateien:
-
Lader.png
2,9 KB
wäre irgendwas an der Ladeschaltung im Anhang auszusetzen ? ist das simpelste was mir auf Anhieb einfällt und ich hätte noch 2 LM338 hier :D http://www.st.com/stonline/products/literature/ds/2576/lm338.pdf
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