Hallo @all, ich habe das Forum schon durchsucht, konnte aber leider nichts finden, was so richtig zu meiner Frage passt. Evtl. verwende ich auch die falschen Suchbegriffe... Sorry, falls es das Thema schonmal gab. Ich habe einen Li/Ion Akku und ein zugehöriges Ladegerät. An dem Ladegerät gibt es eine LED, die den Status anzeigt. Grün = Standby / voll Gelb = Laden / Strom 0.600 mA Rot = Laden / Strom 1100 mA Nun möchte ich Akku und Ladegerät fest in einem Gerät verbauen, was zur Folge hat, dass man die Status LED des Akkus nicht mehr sehen kann. Da ich aber trotzdem von außen erkennen möchte, ob der Akku lädt/geladen ist, würde ich gern eine entsprechende LED Anzeige anbringen. Das Ladegerät möchte ich allerdings nicht öffnen. Die Idee ist nun wie folgt: * Wenn das Gerät an 230V angeschlossen ist, soll eine LED Balkenanzeige während des Ladevorgangs eine Art Lauflicht darstellen. Die Farbe des Lauflichts soll abhängig vom Ladestand (rot, gelb) sein. Ist der Akku voll, sollen alle LEDs der Balkenanzeige grün sein. * Wenn das Gerät nicht an 230V hängt, soll die LED Anzeige eine Art Füllstandsanzeige darstellen. Also kein Lauflicht mehr, dafür aber bspw. die unteren 2 LEDs rot, die nächsten 3 gelb und die oberen beiden grün. Je nach Akkustatus sind dann entweder alle LEDs an (100%) oder eben nur die, die mit dem jeweiligen Ladestand korrespondieren. Nun kenne ich mit dem Laden von Akkus leider nicht aus, vermute aber, dass ich zur Erkennung des Zustandes beim Ladevorgang den Strom zwischen Akku und Ladegerät messen muss. Während des Entladevorgangs hingegen müsste ich die jeweilige Akkuspannung messen, um dann mal ermitteln, welche Spannung zu welchem Anzeigestatus führen soll. Ist das soweit schonmal korrekt? Und die technische Frage wäre nun: Wie baut man eine solche Schaltung zum Messen auf? Ein Mikrocontroller (atmega8) zur Steuerung der LEDs ist vorhanden. Der Controller hat mehrere 10 Bit ADC Eingänge. Aber wir geht's weiter? Ich würde mich über eure Anregungen sehr freuen!!! Vielen Dank, rick
Ich rege dich dazu an, etwas über die Ladeverfahren von Li-Ion-Akkus in Erfahrung zu bringen. Wenn du davon dann eine konkrete Vorstellung hast, überlegst du dir etwas, die aufgewendete Leistung in der Zeit zu messen. Dann kannst du noch etwas Anzeige-Technik untersuchen und daraus ein hübsches Projekt machen. Im Prinzip willst du nämlich zählen, wieviele Ampere vom Ladebeginn bis zur Gegenwart geflossen sind und wieviel Ampere gerade jetzt fließen. Daraus kannst du schließen, so die Kapazität der Zelle(n) bekannt ist (sind), wie weit der Prozess schon vorangeschritten ist. Und die letzte Stufe der Anzeige würde ich anschalten, wenn die Ladespannung auf 0 sinkt. Bisschen was aufschrauben und dranlöten wirst du aber müssen. Wenn es ganz einfach sein soll, nimmst du Fototransistoren und klebst sie auf die LEDs des Ladegerätes und schließt eine Kopie der LED-Anzeige in deinem Gehäuse dort an. Wenn eine der LEDs leuchtet, steuert der zugehörige Fototransistor die externe LED an.
Kommerziell übliche Schaltungen integrieren den Strom über die Zeit (“gas gauge”) und benutzen das als Wert. Ansonsten werden die Akkus am Anfang mit einem konstanten Strom geladen, dabei steigt die Klemmenspannung einigermaßen proportional zur Zeit. Bei Erreichen von 4,2 V pro Zelle wird die Spannung konstant gehalten, und der Strom geht allmählich zurück. Abgeschaltet wird normalerweise, wenn der Strom auf 1/10 des Anfangsladestroms gesunken ist. Beim Entladen mit einigermaßen konstanter Last fällt die Spannung recht schnell von 4,2 auf 4,0 V ab (dort hat die Zelle ca. 90 % der Kapazität), und sinkt dann gleichmäßig bis ca. 3,0 V ab (weniger als 10 % der Kapazität). Unter der Voraussetzung eines einigermaßen konstanten Laststroms kann man daher mit guter Näherung eine einfache Spannungsmessung benutzen.
Hallo, vielen Dank schonmal für eure Antworten. @Boris: In Sachen Ladeverfahren bzw. Ladeverhalten der Akkus bin ich leider kaum im Thema. Was die Anzeige betrifft, sehe ich eher weniger Schwierigkeiten. @Jörg: Der Laststrom ist leider alles andere als konstant. Dieses Akkupack wird benutzt, um Scheinwerfer zu versorgen. Da die Anzahl der angeschlossenen Scheinwerfer variiert, ändert sich auch ständig die Last. [quote] fällt die Spannung recht schnell von 4,2 auf 4,0 V ab (dort hat die Zelle ca. 90 % der Kapazität), und sinkt dann gleichmäßig bis ca. 3,0 V ab [/quote] Laut Aussage des Herstellers des Li/Ion Akkus sinkt die Spannung zu Beginn tatsächlich zunächst relativ schnell. Danach, so meinte der Herr am Telefon, bleibt die Spannung allerdings eine ganze Weile relativ konstant und erst zum Ende hin sinkt die Spannung wieder weiter... Hmm... ich werde nochmal weiter recherchieren. Vielleicht stoße ich ja noch auf eine Möglichkeit.
Rick B. schrieb: > @Jörg: Der Laststrom ist leider alles andere als konstant. Dieses > Akkupack wird benutzt, um Scheinwerfer zu versorgen. Dann wirst du um den „Tröppelzähler“ nicht umhin kommen. Die Dinger gibt's ziemlich fix und fertig, weil man sowas in den Notebooks (bspw.) braucht. Deren Last ist auch alles andere als konstant. > Laut Aussage des Herstellers des Li/Ion Akkus sinkt die Spannung zu > Beginn tatsächlich zunächst relativ schnell. Danach, so meinte der Herr > am Telefon, bleibt die Spannung allerdings eine ganze Weile relativ > konstant und erst zum Ende hin sinkt die Spannung wieder weiter... An sich schon, aber sie ist eben außerdem noch laststromabhängig. Gut, wenn man den Laststrom messen kann, kann man natürlich noch einen Korrekturfaktor einrechnen, aber dann kannst du auch wirklich gleich die genannten Ladungsmengenzähler bemühen.
Hallo, hier ist mal ein Datenblatt von einer typischen Li-Ionzelle (ist die erste, die mir eingefallen ist und der erste Link) https://www.imrbatteries.com/content/sony_us18650vtc4.pdf Auf Seite 5 unter "Discharge Load Characteristics" siehst du den Spannungsverlauf unter verschiedenen Lasten (die 30A Kurve ist hier die interessante). Die Energiemenge, die noch im Akku steckt entspricht der Fläche unter der Kurve. Nicht verunsichern lasse, die VTC4 Zelle ist eine sehr gute Zelle, deshalb die hohen Ströme. Als Standardverfahren gibt es wie schon erwähnt das bestimmen der Ladungsmenge, die in den Akku rein bzw. raus geflossen ist (sprich Strom multipliziert mit Zeit). Andere Verfahren wie z.B. Impedanztracking erfordern normal Zugang zu den einzelen Zellen und sind eher Aufwendig in der Umsetzung, von daher hier uninteressant. Wenn du den Stromfluss in/aus dem Akku misst und gleichzeitig die Spannung kann man da sicher eine brauchbare Anzeige basteln, wenn man ein paar typische Spannungsverläufe im µC hinterlegt und es mit der aktuellen Belastung geschickt verrechnet. Gruß Kai
>Aber wir geht's weiter? Man nimmt flexible Lichtleiter und führt die LEDs vom Ladegerät damit aus dem Gehäuse.
Hallo Kai, ich glaube, diese Zellen sitzen in dem Akkupack sogar drin. Nun habe ich dank eurer Infos im Netz noch etwas recherchieren können und bin dabei auf fertige ICs gestoßen, zum Beispiel den hier: https://www.maximintegrated.com/en/products/power/battery-management/DS2784.html Es gibt von Maxim noch andere, aber wenn ich es richtig verstanden habe, muss ich damit an die Zelle, oder? Das Akkupack besteht insgesamt aus 14 Zellen, die in Reihe geschaltet sind. Vermutlich reicht es nicht aus, nur eine davon zu messen und dabei davon auszugehen, dass die Kapazität einer Zelle prozentual auch der Kapazität des ganzen Akkupacks entspricht, oder?
Rick B. schrieb: > Das Akkupack besteht insgesamt aus 14 Zellen, die in Reihe geschaltet > sind. Hmm, und wie werden die balanciert? Normalerweise sind diese “gas gauges” mit der Balancer-Schaltung kombiniert. Aber 14 Zellen in Reihe ist schon recht speziell, dafür wird es kaum was Fertiges geben.
Also ich habe den Schrumpfschlauch um das akkupack mal vorsichtig entfernt und darunter sind lediglich die Sony Zellen, die mit Lötfahnen untereinander verbunden sind. Zwei Reihen, jeweils 7 Stück. Auf beiden Seiten liegt jeweils eine schwarze Kunststoffplatte, drumrum der Schrumpfschlauch... In dem Akku ist keinerlei Schutzschaltung verbaut. Das zu sehen, gibt mir auch ein etwas mulmiges Gefühl. ein Lithium Akkupack mit soviel Dampf und ganz ohne Schutzschaltung? Ich dachte, die dürfte man ohne garnicht betreiben?
Jörg W. schrieb: > Kommerziell übliche Schaltungen integrieren den Strom über die Zeit > (“gas gauge”) und benutzen das als Wert. Nicht bei LiIon, deren Ladezustand kann man leicht über die Spannung messen, Jörg W. schrieb: > Dann wirst du um den „Tröppelzähler“ nicht umhin kommen. Unsinn, Spannung messen reicht, es ist ja kein NiCd/NiMH Akku. Rick B. schrieb: > * Wenn das Gerät an 230V angeschlossen ist, soll eine LED Balkenanzeige > während des Ladevorgangs eine Art Lauflicht darstellen. > Die Farbe des Lauflichts soll abhängig vom Ladestand (rot, gelb) sein. > Ist der Akku voll, sollen alle LEDs der Balkenanzeige grün sein. > > * Wenn das Gerät nicht an 230V hängt, soll die LED Anzeige eine Art > Füllstandsanzeige darstellen. Also kein Lauflicht mehr, dafür aber bspw. > die unteren 2 LEDs rot, die nächsten 3 gelb und die oberen beiden grün. > Je nach Akkustatus sind dann entweder alle LEDs an (100%) oder eben nur > die, die mit dem jeweiligen Ladestand korrespondieren. Das ist ja alles recht exotisch und unsinnig. Du bräuchtest 7 rot/grüne Duo-LEDs damit jeder Lichtpunkt rot, gelb oder grün leuchten kann (allerdings sieht deren gelb scheusslich aus). Dann bräuchtest du 2 völlig unterschiedliche elektronische Schaltungen, die eine könnte ein LM3914 sein, obwohl 7 LEDs für den eine blöde Zahl ist, die andere könnte ein CD4017 sein und dazu noch 2 Komparatoren um die Farbe umzuschalten. Das ist viel Aufwand für wenig Spielerei, da ist der Einsatz eines uC einfacher. Der kann die Akkuspannung über den Analogeingang messen und die LEDs so bedienen, wie du dir das vorstellst - ewr muss allerdings passend programmiert werden, wo mit das Projekt wieder zum Scheitern verurteilt ist.
MaWin schrieb: > Unsinn Soso. Vielleicht hätten dich die Hersteller von Laptop-Akkupacks ja befragen sollen, bevor sie so einen Aufwand treiben …
Jörg W. schrieb: > MaWin schrieb: >> Unsinn > > Soso. Vielleicht hätten dich die Hersteller von Laptop-Akkupacks > ja befragen sollen, bevor sie so einen Aufwand treiben … Ihr habt beide recht. Wenn man nur den Ladezustand des Akkus wissen will, dann reicht in der Tat eine Spannungsmessung. Laptop-Akkus (Stichwort: Smart Battery) erfassen und kommunizieren aber noch deutlich mehr Daten. Insbesondere wird die reale Akku-Kapazität gemessen. Und dafür braucht man in der Tat diese "Fuel Gauge".
Rick B. schrieb: > Es gibt von Maxim noch andere, aber wenn ich es richtig verstanden habe, > muss ich damit an die Zelle, oder? Ja, dabei wird eine Litze zwischen jede Zelle geführt. Den von dir rausgesuchte Chip kann nur eine 1S Schaltung (eine Zelle in Serie), wobei prinzipell mehrere Zellen Parallel angeschlossen werden können. Dabei muss nur die Abschaltung in der Lage sein schnell genug einen entsprechen großen Überlaststrom abzuschalten. Rick B. schrieb: > Das Akkupack besteht insgesamt aus 14 Zellen, die in Reihe geschaltet > sind. Demnach hat er einen Nominalspannung von 50,4 V und eine Ladeschlussspannung von 58,8 V. Spannungen über 50V werden als potenziell Lebensgefährlich angesehen und es ist auch etwas mehr Augenmerk auf die Isolation und Leitungsführung zu legen. Spontan klingt eine 14S1P Schaltung mit der Zelle ungewöhnlich (aber sicher nicht unmöglich). Wahrscheinlicher würde ich eine 7S2P Schaltung vermuten. Die hat dann 25,2V nominal und 29,4V Ladeschlussspannung. Das ist eine gängige Schaltung für Power Tools, in denen auch gerne die Sony VTC4 Zelle verbaut wird. Rick B. schrieb: > In dem Akku ist keinerlei Schutzschaltung verbaut. Das gibt es häufiger als man denkt. Die Schutzbeschaltung/das Balancing ist bei guten Sonyzellen laut Hersteller nicht erforderlich, wenn die Zellen alle aus der gleichen Charge kommen. Das ist vor allem im Power Tool Bereich gängig. Rick B. schrieb: > Vermutlich reicht es nicht aus, nur eine davon zu messen und dabei davon > auszugehen, dass die Kapazität einer Zelle prozentual auch der Kapazität > des ganzen Akkupacks entspricht, oder? Im Prinzip langt das schon, allerdings belastest du dabei die eine Zelle, an der du misst und die anderen nicht. Und selbst die kleinen Ströme im µA-Bereich beim Messen belasten die Zelle und führen über längere Zeit somit zu Zelldifferenzen. Das ist bei Akkus mit Balancing nicht schlimm, da es wieder ausgeglichen wird. Bei deinem Akku ohne Balancing führt das aber dazu, das beim Entladen die eine Zelle tiefentladen wird, obwohl die Gesamtspannung noch i.O. ist und beim Laden die restlichen Zellen Überspannung bekommen. Jörg W. schrieb: > Aber 14 Zellen in Reihe ist schon recht speziell, dafür > wird es kaum was Fertiges geben. Ist noch nicht so gängig, ist aber im Kommen. Da gibt es auch schon fertige ICs für, z.B. http://www.ti.com/product/BQ76940?keyMatch=bq76940&tisearch=Search-EN-Products Wobei ich skeptisch bin, ob die TI Bausteine für den Heimgebrauch geeignet sind, da wohl eine ganze Menge Aufwand nötig ist, um die zu betreiben. Ich persönlich würde entweder den Zustand von den LEDs des Laders abgreifen oder die Packgesamtspannung mit einem Spannungsteiler runterteilen und per ADC im µC messen, geschickt umrechnen und ausgeben. Dabei den Spannungsteiler aber abschaltbar machen, da beim Lagern des Packs dieser sonst schnell tiefentladen wird. Das Wiederaufladen von tiefentladenen Li-Ion Akkus ist gefährlich, da sich beim Laden aus dem tiefen Spannungszustand Kristalle bilden (die Spitz sind, der genaue Name ist mir jetzt entfallen) und den Seperator durchstoßen können. Dann hat die Zelle einen internen Kurzschluss und brennt ab. Gruß Kai
Kai S. schrieb: > Demnach hat er einen Nominalspannung von 50,4 V und eine > Ladeschlussspannung von 58,8 V. Spannungen über 50V werden als > potenziell Lebensgefährlich angesehen Nur bei Wechselspannung, bei Gleichspannung liegt der Wert etwas höher (75 bzw. 120 V): https://de.wikipedia.org/wiki/Kleinspannung > und es ist auch etwas mehr > Augenmerk auf die Isolation und Leitungsführung zu legen. Das würde ich allerdings trotzdem tun, auch wenn es formal noch Kleinspannung ist. ;-) > Jörg W. schrieb: >> Aber 14 Zellen in Reihe ist schon recht speziell, dafür >> wird es kaum was Fertiges geben. > > Ist noch nicht so gängig, ist aber im Kommen. Da gibt es auch schon > fertige ICs für, Gut zu wissen.
Jörg W. schrieb: > Dann wirst du um den „Tröppelzähler“ nicht umhin kommen. > > Die Dinger gibt's ziemlich fix und fertig, weil man sowas in den > Notebooks (bspw.) braucht. Deren Last ist auch alles andere als > konstant. Ich kenne die bq2060 von TI sehr gut die angeblich dafür gedacht sind. Sorry, aber z.B. in Pedelec-Akkus sind die Schrott. Der Zähler driftet mit der Zeit so stark weg dass die Anzeige völlig unbrauchbar wird. Es gibt halt noch mehr Parameter als den Strom. Wir sind deshalb inzwischen auf eine Spannungsmessung in Verbindung mit einem speziellen Algorithmus umgestiegen, das funktioniert dauerhaft besser als der Gauge-Chip.
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