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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Batteriecomputer bauen


Autor: Erwin (Gast)
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Hallo!
Ich habe vor einen Batteriecomputer zu bauen, allerdings habe ich hier 
im Forum kaum informationen dazu gefunden.

Es geht nur darum, Spannung, Strom und Restkapazität anzuzeigen.

Spannung und Strom ist ja kein Problem.
Restkapazität ist ja schon eher ein Problem.
Einfach Strom zu messen, und darauf den Kapazitätsverbrauch zu schließen 
ist ja nicht so super, denn ich habe einen Blei Akku zu messen, und es 
sind höhere Ströme im Spiel, und somit sinkt ja die nutzbare Kapazität 
des Akkus.

habt ihr eine Idee wie ich das Sinnvoll messen kann? Eventuell aus dem 
Datenblatt des Akkus irgendwelche Kurven miteinzubeziehen?

Danke schonmal
Schöne Grüße
Erwin

Autor: Dennis (Gast)
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Schau dir mal sowas wie den bq2013h an, das ist, was du suchst!

Autor: Thomas Klima (rlyeh_drifter) Benutzerseite
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Der Ansatz "Strom und Spannung Messen" ist nicht so daneben, im Internet 
unter "Coulomb Counter" und "battery fuel gauge" findet sich so einiges.

Ich denke man muss halt eine Grenze ziehen was die Genauigkeit angeht 
und die Methode verfeinern indem man:
1, einen "Übungslauf" für die Ober- und Untergrenzen macht
2, Ampere mitzählt
3, mit Ladekurven und der gemessenen Spannung die Ladung "korrigiert"
4, gepulst eine Extralast dazuschaltet um den Spannungseinbruch (und 
daraus den Innenwiderstand) zu messen

ich denke wenn du das alles drin hast, kannst damit schon reüssieren.

Autor: Erwin (Gast)
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Hallo

Danke für die Antworten.
Versteh ned ganz wie ich das dann machen soll, Problem ist ich hab einen 
24Ah Blei Akku und es wird bis zu 100A entladen, also hat er nur so 10Ah 
oder so die nutzbar bleiben, und das eben auszubessern ist wohl nicht so 
einfach oder?

Gruß
Erwin

Autor: Blackbird (Gast)
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Da gibt es Datenblätter zu den Akkus, zumindest zu den Marken-Akkus. 
Dort ist auch die nutzbare Kapazität in Abhängigkeit vom Entladestrom 
angegeben.
Mit einer "intelligenten" Messung des Stromes kann man dann die 
Restkapazität per Rechnung bestimmen.
Fließen also 100A, dann wird die bis dahin ermittelte Restkapazität mit 
dem Faktor 10Ah/24Ah multipliziert. Die Werte für die anderen 
Entladeströme sollten aus den Datenblatt-Kurven ersichtlich sein.
Damit ist die Restkapazität errechnet und kann zusammen mit der 
Restlaufzeit (= Restkapazität / Entladestrom) angezeigt werden.

Blei-Akkus sollten aber nie bis zum bitteren Ende entladen werden, 2/3 
Entladetiefe sind genug. Und zyklenfest sollte er ohnehin sein, sonst 
ist er nach dem 3. bis 5. Entladen hin und Deine Anzeige war umsonst.

Blackbird

Autor: Erwin (Gast)
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Hallo!

Es handelt sich um diese Akkus 
http://akizukidenshi.com/download/WP12-12.pdf
Ich habe dabei immer 2 parallel geschaltet.

Wie kann ich daraus jetzt einen batteriecomputer machen, ich habe über 
einen 200A 100mV Shunt den Strom und die Spannung klar einfach über Spg. 
Teiler

Gruß

Autor: Blackbird (Gast)
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Da Du Dein Problem in einem Mikrocontroller-Forum gestellt hast ist die 
Antwort auf Deine letzte Frage: mit einem Mikrocontroller.

Aus dem Datenblatt:
20hour rate ( 0.6A to 10.50V ) 12Ah
10hour rate ( 1.2A to 10.50V ) 12Ah
5hour rate ( 2.04A to 10.20V ) 10.2Ah
1C ( 12A to 9.60V ) 5.4Ah
3C ( 36A to 9.60V ) 4.32Ah

Aus dieser Tabelle machst Du Dir eine Kurve. Fehlende Werte werden 
interpoliert.

Im Mikrocontroller ist die Kurve als Gleichung oder als Tabelle 
gespeichert.
Damit kann dann die Restkapazität bestmmt werden.


Blackbird

Autor: Ern0 (Gast)
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Ja mit nem Mikrocontroller den vorbeirauschenden Strom messen, also die 
Spannung über dem Shunt mit nem ADC einlesen und von der Gesamtkapazität 
abziehen - das ganze geht natürlich auch rückwärts mit Laden.

Autor: Erwin (Gast)
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Ok, is klar, also jt hab ich eine Tabelle gespeichert, also nun sag ich 
ich mess alle Sekunden einmal den Strom.
Angenommen das sieht jt so aus.
1. 100A
2. 105A
3. 110A
4. 120A
5. 90A

Muss ich für jede Sekunde in der tabelle nachschauen wieviel Kapazität 
durch den 1s lange dauernden Strom verloren gegangen ist und das hald 
über die gesamte Zeit richtig?

Gruß

Autor: Harry (Gast)
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Oder ne Gleichung in die du Zeit und Strom einsetzt

Autor: Erwin (Gast)
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Ja da muss ich ja aber aus der Tabelle eine Gleichung herleiten oder?

Autor: Blackbird (Gast)
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Wenn sich die Ströme (Laden oder Entladen) in einer Sekunde fast nicht 
ändern, dann ist das Abtasten alle Sekunden ok. Wenn die Ströme sich 
schneller ändern, dann sollte halt öfters gemessen werden (z.B.: alle 
100ms). Die Kapazität, die dann entnommen/geladen wurde berechnet sich 
so:
   (entnommene) Kapazität = Zeit * /Entlade-)Strom.

Beispiel für 12A: C [Ah] = 0,1 [s] * 12 [A] / 3600 [s/h]
                         = 0,033 * 1e-3 [Ah] (besser lesbar: 0,033 mAh)

War der Akku voll (24Ah bei 2 Akkus parallel), so beträgt die nutzbare 
Kapazität bei 12A Belastung (nach Tabelle im Datenblatt) nur noch 2 * 
5,4Ah = 10,8Ah. Da die 12A über 100ms lang entnommen wurden und damit 
0,033mAh Kapazität weniger vorhanden sind, beträgt jetzt die 
Restkapazität nur noch 10,8Ah - 0,033mAh = 10,79966Ah. Die Restlaufzeit 
bei diesem Strom wäre dann: Restkapazität / Entladestrom = 10,79966Ah / 
12A = 0,899972 Stunden ( = 53:59.9 min:sek.msek).

Diese Berechnung stellst Du nun alle 100ms an. Die Nutzbare Kapazität 
ist bei jeder Rechnung neu zu bestimmen, nämlich per Tabelle oder 
Gleichung.

Anzeigen muß man nun nicht alle 100ms, 1-Sekunden-Abstände genügen.

Blackbird

Autor: Blackbird (Gast)
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Die entnommene Kapzität wird aufsummiert und von der Gesamtkapazität 
abgezogen, bevor die nächste Rechnung startet.
Beträgt die Stromstärke bei der nächsten Messung dann z.B. 36A, so ist 
die Restkapazität (24Ah - 0,033mAh) mit dem Faktor (2 * 4,32) / 24zu 
multiplizieren um die noch verfügbare Restkapazität bei diesem Strom zu 
erhalten.


Blackbird

Autor: Erwin (Gast)
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Hallo, ok danke.

Aber hier ist doch nicht miteinberechnet, um wieviel weniger Kapazität 
bei mehr Entladestrom zur verfügung steht oder ?
In deinem beispiel sollte ich da nicht einfach sagen  0.033mAh *10.8/24 
und ich lasse alles von 24Ah ausgehen? Wäre besser oder?

Gruß

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Erwin schrieb:
> Hallo, ok danke.
>
> Aber hier ist doch nicht miteinberechnet, um wieviel weniger Kapazität
> bei mehr Entladestrom zur verfügung steht oder ?
> In deinem beispiel sollte ich da nicht einfach sagen  0.033mAh *10.8/24
> und ich lasse alles von 24Ah ausgehen? Wäre besser oder?

Du gehst von einer Kapazität aus und ziehst die 'Kapazität' ab, die sich 
bei einem konstanten Stromfluss über 1 Sekunde ergibt.
Tust du das nicht, dann kriegst du Hausnummern, wenn sich der Stromfluss 
über die Zeit verändert.

(Du wirst allerdings auch so Hausnummern kriegen. Ein wenig bessere 
zwar, aber genau wirds sowieso nie stimmen)

Autor: Erwin (Gast)
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Ja is schon klar, aber ich meine sagen wir mal 12A über 1 Sekunde, also 
12As sind also 3.3mAh gut, nun muss ich in der Tabelle schauen, hat der 
Akku nur 10.8Ah Kapazität bei 12A Entladestrom.

Wenn ich nun sage 24Ah/10.8Ah = 2.2222   das ganze Multipliziere ich mit 
3.3mAh sind also 7.33mAh und das ziehe ich von den anfänglichen 24Ah ab. 
Ist doch weit anschaulicher oder? Und genauso exakt?

Gruß

Autor: ... (Gast)
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Sorry Erwin, ich möchte dich nicht entmutiegen, aber mit der 
Problematik, mit der du dich befassen willst, befassen sich seit Jahren 
mehrere Firmen, die dafür sehr viel Geld ausgeben, und die sehr viel 
Erfahrung und Wissen im Bereich Batterie-Ladetechnik Bleiakku besitzen. 
Google mal nach einem Aktiv-Shunt. Es gibt mittlerweile 
Halbleiterhersteller, die eine Lösung auf Basis eines ARM7 entwickelt 
haben(Analog Devices) oder ein ASIC im Angebot haben (Isabellenhütte). 
Du besitzt nicht mal die einfachsten Grundlagen in der 
Batterieladetechnik und meinst dieses komplexe Thema bewältigen zu 
können?
Fange am besten bei den Grundlagen an, Stichwort Peukert

http://de.wikipedia.org/wiki/Peukert-Gleichung

Autor: Erwin (Gast)
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Hallo, naja ich möchte nicht sagen dass ich keine Grundlagenkenntnisse 
habe, das hast du mir unterstellt, und ist definitiv mal nicht so aber 
gut.

Es geht ja nicht um hochgenaue Messungen, aber wieso ist meine 
Messmethode nicht so gut, wenn ich nach exakten Entladekurven laut DBL 
gehe?

Die von den Firmen angebotenen sind ja welche, die alle Akkus können, 
und somit ja nicht die Möglichkeit haben nach exakten Entladekurven zu 
gehen.

Seh ich doch richtig so oder?

Gruß
Erwin

Autor: ... (Gast)
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ein Blei-Akku vom Hersteller A ist nicht genau das gleiche wie vom 
Hersteller B, auch wenn beide gleich(technologisch) aufgebaut sind. Die 
Kennlinien nach DBL gelten nur für einen nagelneuen Akku, was passiert 
denn mit den Kennlinien, wenn der Akku eine Zeit lang? Die Kennlinien 
kannst du dann dem Hasen geben.

Die Temperatur des Akkus ist neben Spannung und Strom eine weitere für 
die Berechnung wichtige Größe.

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Erwin schrieb:

> Es geht ja nicht um hochgenaue Messungen, aber wieso ist meine
> Messmethode nicht so gut, wenn ich nach exakten Entladekurven laut DBL
> gehe?

Schon alleine deswegen, weil dein tatsächlicher Akku von den 
Entladekurven im DBL noch nie irgendetwas gehört hat. Geschweige denn 
sich daran hält :-)

Autor: Erwin (Gast)
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Ja schon, aber was sonst?

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Nichts sonst.

Es ist leichter Frauen zu verstehen, als die verbleibende Restkapazität 
eines Akkus zu bestimmen.

Autor: Thomas Klima (rlyeh_drifter) Benutzerseite
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lies vielleicht nochmal mein Post (Nr. 3), besonders Zeile drei.

Autor: ... (Gast)
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vor allem ein Bleiakku altert und verliert somit an Kapazität

Autor: Blackbird (Gast)
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Außerdem fällt am Innenwiderstand auch noch Leistung ab, die im Form von 
"Entladeleistung" der entnommenen Kapazität zugeschlagen werden müssen.
Den Innenwiderstand bekommt man mit zwei Messwert-Paaren von Strom und 
Spánnung raus (die aber unterschiedlich sein müssen --> schlecht bei 
konstanter Entladung).


Blackbird.

Autor: Erwin (Gast)
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Soll heißen auch die Kaufbaren Batteriecomputer sind nur schätzwerte, 
und es hat absolut keinen Sinn sowas zu bauen? Weil es sowieso nur 
schätzen is ??

Autor: Karl Heinz (kbuchegg) (Moderator)
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Erwin schrieb:
> Soll heißen auch die Kaufbaren Batteriecomputer sind nur schätzwerte,
> und es hat absolut keinen Sinn sowas zu bauen? Weil es sowieso nur
> schätzen is ??

Die Frage ist, was du dir davon versprichst und welche Schlüsse du aus 
dem 'Messwert' ziehst.
Als ungefähren Richtwert kann man das schon nehmen.
Aber mein Leben würde ich keinesfalls davon abhängig machen, dass mir 
der Batteriecomputer noch 10 Minuten Akkulaufzeit zusichert.

Autor: Erwin (Gast)
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Ne geht ned um mein Leben natürlich ;)

Sollte nur als Richtwert sein, für ein Elektrofahrzeug, das ich 
wenigstens weiß ob ich noch 5 minuten oder noch 1 stunde fahren kann

Autor: Blackbird (Gast)
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Dann macht so ein "Batteriecomputer" schon Sinn. Aber mehr um den Akku 
nicht zu tief zu entladen statt verbindliche Restfahrzeiten zu erhalten.

Wird auch das Aufladen durch diesen Computer überwacht, so kann man sehr 
schön sehen, wenn der Akku am Lebensende angekommen ist.

Das geht so:
Man ermittelt die Entladeschlußspannung (bei einem bestimmten Strom), 
die bei der gewünschten Entladetiefe (z.B. 40%) liegt (beim neuen 
Akku!). Der Computer versucht nun immer (neben den anderen Aufgaben, wie 
Restkapazität und Restlaufzeit anzeigen), diesen Punkt zu treffen und 
ein Aufladesignal zu geben.
Wird jetzt der Akku mit Standard-Ladung (immer gleich) bis zur 
Ladeschlußspannung aufgeladen, so muß die eingeladene Kapazität ungefähr 
das 1,1fache (Ladewirkungsgrad von Bleiakkus) von 24Ah * 0,6 sein ((100% 
-40%) / 100), also es müssen ca. 24Ah * 0,6 * 1,1 = 15,8Ah eingeladen 
worden sein.
Sind es deutlich weniger (und werden es von Ladung zu Ladung auch immer 
weniger), hat der Akku nicht mehr die volle Kapazität und ist bald hin.

Blackbird

Autor: Erwin (Gast)
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Hm, Naja Ladeschlussspannung überwache ich eh Per Voltmeter, und auch 
das er ned unter 10.8V fällt und so!

Also darum gehts nicht.

Nur reicht hier eine einfache annäherung über die im DBL angegebenen 
Tabellen?

Gruß
Erwin

Autor: Anja (Gast)
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Erwin schrieb:
> Nur reicht hier eine einfache annäherung über die im DBL angegebenen
> Tabellen?

Da die Kapazität über der Lebensdauer abnimmt, könntest Du auch noch 
einen Alterungsfaktor berücksichtigen. Einen neuen Lernwert fürs EEPROM 
erhälst Du dann jedes mal bei der Ladeendspannung.

Gruß Anja

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