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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Akkufüllstand in µC-Applikation feststellen


Autor: Billy __ (slowflyer)
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In manchen Anwendungen (z.B. Handy) wird der Akku-Füllstand angezeigt. 
Ich frage mich wie die das machen?

Dazu fallen mir gleich zwei Möglichkeiten ein:

- Der Verbrauch wird über einen Reihenwiderstand (erhöht den 
Innenwiderstand des Akkus) und aus der bekannten Akku-Kapazität 
herausgerechnet

- Der durchschnittliche Stromverbrauch der Applikation ist bekannt und 
der Akkufüllstand über die Laufzeit berechnet

Gibt es noch andere Methoden? Weiss jemand was da die übliche 
Vorgehensweise ist?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Willi K. wrote:

> Gibt es noch andere Methoden? Weiss jemand was da die übliche
> Vorgehensweise ist?

Die übliche Vorgehensweise ist es, die Spannung über dem Akku zu messen 
und daraus den Füllstand zu schätzen.

Denn über eines musst du dir im klaren sein. Es gibt nur eine 
Möglichkeit den Füllstand exakt zu ermitteln: Den Akku kontrolliert 
entladen und mitzählen wieviel bis zur Entladeschlussspannung entnommen 
werden kann. Aus naheliegenden Gründen ist diese Vorgehensweise in der 
Praxis aber nicht anwendbar.

Akkus verändern sich mit der Zeit, ihre Kapazität nimmt ab. D.h. jede 
Methode, in der von einer fixen Kenngröße des Akkus ausgegangen wird, 
ist von vorn herein zum Schätzeisen verurteilt. Da kannst du genausogut 
einfach die Spannung messen.

Autor: Timmo H. (masterfx)
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Also ich denke, dass das ganz normal über die Spannung gemessen wird. 
Die Entladekennlinie eines Li-Ionen Akkus ist anfangs relativ Linear 
(zwischen 3,9 und 3,4V und fällt dann rapide ab. Das ist auch der Grund 
warum das Handy ziemlich schnell leer ist wenn man nur noch 3 oder 4 
Balken hat (was natürlich bei jedem Handy unterschiedlich ist)

Autor: Achim (Gast)
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>Also ich denke, dass das ganz normal über die Spannung gemessen wird.

Die Spannung wird zwar im Handy gemessen, aber nur um die Tiefentladung
zu vermeiden.

Für die Kapazitätsanzeige werden ICs verwendet, z.B. :

http://www.linear.com/pc/productDetail.jsp?navId=H...

Über einen 20mOhm-Shunt wird beim Laden und Entladen der Strom
gemessen (+Zeit und Temperatur).

Deswegen funktioniert die Kapazitätsanzeige auch nicht, wenn der Akku
nicht im Mobiltelefon, sondern extern geladen wird.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Achim wrote:

> Über einen 20mOhm-Shunt wird beim Laden und Entladen der Strom
> gemessen (+Zeit und Temperatur).

Meine RC-Fernsteuerung hat auch sowas drinn. Die berücksichtigt sogar 
die Zeit in der die Steuerung ausgeschaltet ist und rechnet etwas für 
die Akku Selbstentladung weg.
Und soll ich dir was sagen: Was die anzeigt, sind immer noch 
Schätzwerte. Das kann schon mal sein, dass die Lade/entladerechnung 
ergibt, dass die Steuerung noch 2 Stunden laufen müsste und gleichzeitig 
piepst der Akkuwarner, basierend auf der Akkuspannung, schon wie 
verrückt.

Interessant sind solche Dinge nur dann, wenn du kurzfristig wissen 
musst, wieviel du aus einem Akku entnommen hast. Wenn ich mit vollen 
Akkus zu einem Wettbewerb fahre, dann will ich am Nachmittag wissen, ob 
ich mit diesem Akku noch durch einen Wettlauf kommen werde oder nicht. 
Wenn ich weiss, dass der Akku von seinen fabriksneuen 1100 mAh 
grundsätzlich noch 970 übrig hat, von denen ich schon 580 verbraucht 
habe, dann kann ich den noch für einen Lauf benutzen. Lass ich ihn aber 
eine Woche liegen, stimmt die Anzeige nicht mehr. Und halbjährlich muss 
ich die Akkus mal kontrolliert entladen um zu wissen, wieviel Kapazität 
sie noch real haben.

Um nicht missvertsanden zu werden:
Ich sage nicht, das die Dinger nichts bringen. Kommt immer auf die 
Anwendung an. Aber so simpel ist es nicht, den Ladezustand eines Akkus 
unter allen Umständen korrekt festzustellen.

Autor: Achim (Gast)
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>Aber so simpel ist es nicht, den Ladezustand eines Akkus
>unter allen Umständen korrekt festzustellen.

Das habe ich auch garnicht behauptet.
Es ist aber die einzige Möglichkeit, wenigstens ungefähre Werte über
den Zustand des Akkus zu erhalten, denn aus der Akkuspannung (wie oben
behauptet wurde) läßt sich außer Anfangs- und Endpunkt der (Ent)Ladung
garnichts ablesen. Man braucht ja nur mal in Gedanken die Entladekurve
ein paar mV nach oben oder unten verschieben ;-)

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Achim wrote:
>>Aber so simpel ist es nicht, den Ladezustand eines Akkus
>>unter allen Umständen korrekt festzustellen.
>
> Das habe ich auch garnicht behauptet.

Das war auch mehr für den Threadopener gedacht. Hätte ich dazuschreiben 
sollen.

Autor: Achim (Gast)
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>Lass ich ihn aber eine Woche liegen, stimmt die Anzeige nicht mehr.

Sind das NiMH-Akkus?
Bei Li-Po(-Ion) sollte das eigentlich nicht so schnell gehen.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Achim wrote:
>>Lass ich ihn aber eine Woche liegen, stimmt die Anzeige nicht mehr.
>
> Sind das NiMH-Akkus?

Ja, sind NiMH
Der Sender ist ein Mulitplex Evo 9

Autor: Billy __ (slowflyer)
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Die Frage kam auf als ich den Eindruck hatte, dass mein Handyakku 
nachlässt und ich demnächst eine Lipo-betriebene Applikation plane und 
mich informieren möchte. Wenn ich zu Anfang einmal in 2 Wochen geladen 
habe, so muss ich jetzt ca. alle  4 oder 5 Tage an die Steckdose.

Entweder trügt mich mein Gedächtnis oder mein Telefonierverhalten hat 
sich geändert (meine Handyrechnung hat sich nicht großartig verändert). 
Denn nach einsetzten eines neuen Akkus musste ich immer noch alle 4 bis 
5 Tage an die Steckdose.

Ich hab jetzt versuchsweise mal einen V*rta Lipo (610mAh) entladen bis 
die Tiefentladesicherung (2,36V bei ca. 150mA Entladestrom) ansprang. 
Danach durch einen kurzen Ladestrom wiederbelebt und die Spannung 
gemessen: 3,3V.

Eine weitere Entladung zeigt, dass die Spannung unter Last innerhalb von 
ca 1 Min. bis zur Sicherung zusammenbrach.

Ich hab versucht mal ein vernünftiges Datenblatt (mit Kennlinien) zu 
bekommen: Fehlanzeige. Weiß jemand wo man ein detailliertes Datenblatt 
zu einem Lipo bekommen kann. Speziell ineressiert mich da die Kennlinie 
Spannung/Zeit bei versch. Entladeströmen. Und wenn man so ein Datenblatt 
findet, verhalten sich Lipos generell ähnlich?

Autor: P. S. (Gast)
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Karl heinz Buchegger wrote:

> Denn über eines musst du dir im klaren sein. Es gibt nur eine
> Möglichkeit den Füllstand exakt zu ermitteln: Den Akku kontrolliert
> entladen und mitzählen wieviel bis zur Entladeschlussspannung entnommen
> werden kann. Aus naheliegenden Gründen ist diese Vorgehensweise in der
> Praxis aber nicht anwendbar.

In der Praxis machen das Millionen von Laptop-Akkus taeglich ziemlich 
gut. Auf dem Mac kann man sich auch jederzeit ansehen, welchen Strom der 
Rechner aktuelle verbraucht, welcher Strom in/aus dem Akku fliesst, etc.

Dass das bei deiner Royal Evo nicht funktioniert, liegt einfach daran, 
dass Multiplex das Problem zu primitiv angeht - und auch noch selten 
schlechte Akkus verbaut, die zu den fest vorgegebenen 
Selbstentladungswerten, die die Fernsteuerung mitrechnet, ueberhaupt 
nicht passen.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Peter Stegemann wrote:
> Karl heinz Buchegger wrote:
>
>> Denn über eines musst du dir im klaren sein. Es gibt nur eine
>> Möglichkeit den Füllstand exakt zu ermitteln: Den Akku kontrolliert
>> entladen und mitzählen wieviel bis zur Entladeschlussspannung entnommen
>> werden kann. Aus naheliegenden Gründen ist diese Vorgehensweise in der
>> Praxis aber nicht anwendbar.
>
> In der Praxis machen das Millionen von Laptop-Akkus taeglich ziemlich
> gut.

Ach, ehrlich?
Dein Laptop entlädt jeden Tag deinen Akku um rauszukriegen, wieviel 
Energie genau jetzt in diesem Moment noch im Akku ist ( ... wäre, wenn 
er den Akku nicht entladen hätte). Und das möglichst noch auf 3 
Nachkommastellen :-) Respekt.

> Auf dem Mac kann man sich auch jederzeit ansehen, welchen Strom der
> Rechner aktuelle verbraucht, welcher Strom in/aus dem Akku fliesst, etc.

Schön für den Mac.
Und was hilft dir das?
Die Frage war nicht: Kann man mittels Strombilanz eine ungefähre Aussgae 
treffen, wie voll ein Akku ist. Dafür gibts von mir ein eindeutiges Ja.
Die Frage war: Wie kann ich exakt den Ladezustand eines Akkus 
feststellen. Und wenn der konkrete Fragesteller nur eingermassen in das 
Schema passt, dass diese Art von Fragesteller charakterisiert, dann will 
er das auf die mAh genau haben.

> Dass das bei deiner Royal Evo nicht funktioniert, liegt einfach daran,
> dass Multiplex das Problem zu primitiv angeht - und auch noch selten
> schlechte Akkus verbaut, die zu den fest vorgegebenen
> Selbstentladungswerten, die die Fernsteuerung mitrechnet, ueberhaupt
> nicht passen.

Mag sein. Es liegt aber auch mit Sicherheit daran, dass ein Akku nach 
einiger Zeit nicht mehr die Kapazität hat, die er vor einem halben Jahr 
hatte. Und daher ist das ganze mitrechnen Makulatur. Es sieht wichtig 
aus und beeindruckt die Zahlenfetischisten. Aber letztendlich ist das 
genauso ein Schätzwert wie es die Akkuspannung ist.

Autor: P. S. (Gast)
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Willi K. wrote:

> Ich hab versucht mal ein vernünftiges Datenblatt (mit Kennlinien) zu
> bekommen: Fehlanzeige. Weiß jemand wo man ein detailliertes Datenblatt
> zu einem Lipo bekommen kann.

Da hast du dich beim Suchen wohl richtig verausgabt?

http://images.google.de/images?hl=de&q=entladekurv...

Es gibt zig Modellbauer die sowas produzieren...

Autor: P. S. (Gast)
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Karl heinz Buchegger wrote:
> Peter Stegemann wrote:

>> In der Praxis machen das Millionen von Laptop-Akkus taeglich ziemlich
>> gut.
> Ach, ehrlich?
> Dein Laptop entlädt jeden Tag deinen Akku um rauszukriegen, wieviel
> Energie genau jetzt in diesem Moment noch im Akku ist ( ... wäre, wenn
> er den Akku nicht entladen hätte)

Nein, den Stromverbrauch mitmessen und die Restkapazitaet abschaetzen. 
Und ja, man muss den Laptop dafuer gelegentlich auch ganz leer laufen 
lassen.

> Mag sein.

Nein, das ist so.

> Es liegt aber auch mit Sicherheit daran, dass ein Akku nach
> einiger Zeit nicht mehr die Kapazität hat, die er vor einem halben Jahr
> hatte.

Noch ein Fehler der Evo: Der Anwender muss die Kapazitaet einstellen, 
sie wird nicht von der Anlage ermittelt / angepasst.

> Und daher ist das ganze mitrechnen Makulatur. Es sieht wichtig
> aus und beeindruckt die Zahlenfetischisten. Aber letztendlich ist das
> genauso ein Schätzwert wie es die Akkuspannung ist.

Ja, bei Multiplex.

Autor: Achim (Gast)
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>Ich hab jetzt versuchsweise mal einen V*rta Lipo (610mAh) entladen bis
>die Tiefentladesicherung (2,36V bei ca. 150mA Entladestrom) ansprang.
>Danach durch einen kurzen Ladestrom wiederbelebt und die Spannung
>gemessen: 3,3V.

Ich habe in einem Schnurlostelefon an Stelle der 2 NiMH-Akkus (AAA)
einen 1000mAh Li-Ion Akku eingesetzt und während des Betriebes die
Entladekurve aufgenommen. Ab 3,5V fällt die Kurve so steil ab, daß
sich weitere Entladung gar nicht mehr lohnt. Mit 2,36V ist man schon im
Bereich der Schädigung des Akkus.

Wie man bei den verlinkten Entladekurven sieht, ist es bei Li-Po
genauso.

Ich hatte mich geärgert, daß das Telefon alle zwei Tage auf die Lade-
station wollte. Mit dem neuen Akku hält es jetzt mehr als 10 Tage durch.

Das Schöne an Li-Ion und Li-Po ist ja gerade, daß sie (außer vll. im
neuen Zustand) keine vollständigen Zyklen brauchen.

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