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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsmessung am Akku belastet oder unbelastet?


Autor: Tajas R. (tony)
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Hallo liebe Forengemeinde!

Ich habe mal wieder ein kleines Bastelprojekt und eine Grundlagenfrage. 
Folgender Hintergrund:
Ich möchte mir einen einfachen Akku-Kapazitätsmesser bauen. Der Akku 
wird µC gesteuert über einen festen Widerstand entladen und während des 
Entladens wird immer die aktuelle Spannung gemessen. Über I=U/R kann der 
Strom berechnet werden und durch die Timer-Interrupts habe ich ja die 
Zeitbasis zur Integration... Die Spannung soll immer zwischen zwei 
Messungen gemittelt werden, damit alles möglichst genau wird. Im 
Endeffekt also eine Trapezintegration. Soweit ist alles klar. Die Frage 
nur:

Sollte ich die aktuelle Spannung während der Belastung messen oder das 
Entladen zur Messung immer unterbrechen?

Wenn der Entladestrom 1C beträgt kann die gemessene Spannung während der 
Belastung ja schon deutlich unter der Leerlaufspannung liegen und damit 
könnte sich nach der Integration auch ein deutlicher Unterschied in der 
gemessenen Kapazität ergeben...

Ich habe die anderen Beiträge zur Kapazitätsmessung durchgelesen, aber 
leider keine Antwort zu dieser Frage finden können...

Ich hoffe, dass ihr mir dabei helfen könnt und danke schonmal im Voraus.

Autor: Michael M. (technikus)
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Wenn Du den Strom aus I=U/R berechnest, mußt Du unter Belastung messen. 
Da zählt natürlich die Spannung, die auch wirklich am Widerstand 
anliegt.

Servus
Michael

Autor: Tajas R. (tony)
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Das ergibt natürlich Sinn... Da hätte ich auch selbst drauf kommen 
können/sollen...

Danke dafür!

Autor: MaWin (Gast)
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Was hilft dir das messen der Kapazität, wenn sie nicht unter den 
gleichen Bedingungen entnommen wird, wie beim Endverbraucher ?

Zum Vergleich mit dem Datenblatt, also der Herstellerangabe?
Dann musst du entsprechend der herstellerangabe entladen.
Ja nach Akkutyp, denn du NATÜRLICH nicht genannt hat,  mit C/4 bis C/20.

Um zu messen, ob der Akku in der Digicam noch Kapazität hat, die mit 
Hochstrom und Pauses dazwischen entlädt,

wird es wohl nichts nützen, die Kapazität wie ein LCD-Wecker, der quasi 
keinen Strom zieht, zu ermitteln.

Daß man aus der Spannung nicht die Kapazität ermitteln kann, ist dir 
immerhin klar, da die Kapazität aber meist nicht in Wh, sondern Ah 
angegeben wird, ist die Spannung eh egal.

An viele Akkus stellen nach wochenlangem Rumliegen eh ihre chemische 
Spannung ein. Die Spannung sinkt dort bei entladenen Akkus nur, weil die 
Lieferfähigkeit des Strom nicht mal mehr die Selbstentladung erreicht, 
also erst kurz vor Schluss. Direkt nach einem Entladepuls oder Ladepuls 
ist die Spannung aber ggf. noch überhöht/reduziert. Es bracht eine Zeit, 
bis sich das Gleichgewicht wieder einstellt. Daher hilft es dir nichts, 
beim Messen KURZ die Spannung abzuschalten. Das lohnt eher, wenn ein 
Schaltregler den Ladestrom bereitstellt, dessen Impulse den Messwandler 
stören könnten.

Autor: Michael M. (technikus)
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Noch was:
Dich interessiert ja die Kapazität, die wirklich aus dem Akku zu 
entnehmen ist. Darum mußt Du die Kapazität auch mit der Klemmenspannung 
unter Last berechnen. Das Produkt aus Leerlaufspannung und Strom 
bekommst Du ja gar nicht aus dem Akku raus. Nebenbei: Die entnehmbare 
Kapazität sinkt mit steigendem Strom, was man im Datenblatt des Akkus 
meist auch gut sieht. Verschiedene, schaltbare Widerstände oder gleich 
eine Stromsenke wären also sicher eine lohnenswerte Erweiterung.

Servus
Michael

Autor: Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite
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Hallo Michael.

> Noch was:
> Dich interessiert ja die Kapazität, die wirklich aus dem Akku zu
> entnehmen ist. Darum mußt Du die Kapazität auch mit der Klemmenspannung
> unter Last berechnen. Das Produkt aus Leerlaufspannung und Strom
> bekommst Du ja gar nicht aus dem Akku raus.

Und damit hat er (und ich und viele andere) ein kleines Problem. Du 
müsstest eigentlich die unbelastete Spannung als Abschaltkriterium 
messen. Die ist aber immer höher als die tatsächliche Klemmenspannung. 
Wenn er sich an die Klemmenspannung hält, macht er den Akku eigentlich 
nie richtig leer, es sei, er hat einen so kleinen Belastungsstrom, das 
der Spannungsabfall am Innenwiderstand vernachlässigbar ist. Zieht er 
aber so richtig Strom, fehlt ihm immer die Längstspannung über dem 
leider unbekannten Innenwiderstand. Also kann er den ersteinmal nur 
schätzen. Verschätzt er sich in die eine Richtung und schaltet zu früh 
ab, verschenkt er Kapazität. Verschätzt er sich in die andere Richtung 
und schaltet zu spät ab, läuft er Gefahr, den Akku zu beschädigen. 
Insbesondere Lithium ist da kritisch......
Ein Weg wäre, immer die Belastung umzuschalten (Aus/Ein). Dann hat er 
fast beides, und kann sich halbwegs zuverlässig was zusammen 
rechnen/schätzen.
Denn das Ergebnis kann eigentlich nur eine Basis für eine Schätzung 
sein.
Als Ergebnis hätte er eine lastabhängige Abschaltschwelle.....

Dummerweise hat ein Akku auch noch ein klomplexes Zeitverhalten 
(Stichwort: Warburg-Impedanz), das auch noch vom Ladezustand, der 
Technologie des Akkus, Lebensgeschichte- und Alter und der Temperatur 
abhängig ist. D.h. Er kann damit keine gute allgemeine aussagen über 
eine bestimmte Sorte Akku machen, sondern kann nur Erfahrungswerte über 
einen individuellen Akku oder bestenfalls eine Fertigungscharge, die 
auch noch immer gleich misshandelt wurde, abgeben.

Bei guten Bleiakkus kommt man am einfachsten an das Ideal heran.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

http://www.dl0dg.de

Autor: Tajas R. (tony)
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Der Vollständigkeit halber:

Es handelt sich in der Tat um Li-Ion Akkus. Allerdings erwarte ich von 
der Messung auch keine absolutwerte. Es geht mir im Wesentlichen darum 
den Unterschied zwischen identischen Akku-typen festzustellen.
Ich möchte schauen wie viel Kapazität ein Original-Akku, ein toter, aber 
wiederbelebter Akku und ein günstig angebotener Ersatzakku für dasselbe 
Gerät hat und diese Werte vergleichen...
Es soll keine Lösung für ein Endprodukt sein, sondern eine schnelle, 
günstige Bastelei, die Anhaltswerte liefert...

Autor: Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite
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Hallo Tony.

> Ich möchte schauen wie viel Kapazität ein Original-Akku, ein toter, aber
> wiederbelebter Akku und ein günstig angebotener Ersatzakku für dasselbe
> Gerät hat und diese Werte vergleichen...

Ok. Du hast dann wenigstens eine Basis zum vergleichen.

Noch zwei Brainstormingergebnisse:

Ich habe gelegentlich bei Ebay Shuntregler für die Bypass Regelung von 
solaranlagen für kleines Geld gesehen. Vieleicht kannst Du davon ja 
etwas einfach zu einer Stromsenke umfummeln.

Reale Geräte haben aber keine über den kompletten Akkuspannungsbereich 
konstante Stromaufnahme. Klassische Verbraucher nehmen weniger Strom 
auf, wenn die Spannung sinkt, aber Schaltreglerstabilisierte im 
allgemeinen mehr, weil der Schaltregler die Leistung konstant hält, und 
gleiche Leistung bei kleinerer Spannung bedeutet mehr Strom.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

http://www.dl0dg.de

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