Hallo zusammen, ich würde als Spannungsversorgung für meinen Datenlogger gerne ein Solarmodul samt Akku verwenden. Da auch ein GSM-Modul (MC55) eingebaut ist, sind Spitzenströme von bis zu 2 A üblich. Im Datenblatt vom Modul wird ein LiIon-Akku mit 3,6 V Nennspannung und mindestens 800 mAh empfohlen, außerdem braucht es einen integrierten NTC (10kΩ ± 5% @ 25°C). Ach ja, und der Innenwiderstand des Akkus muss auch bei sehr niedrigen Temperaturen unter 150 mΩ liegen. Ein entsprechender Laderegler ist bereits im Modul vorhanden. Dummerweise können LiIon-Akkus nur über 0° C geladen werden - manche gar erst ab 10°, aber 0° ist auch für den Laderegler die Grenze. Außerdem steht bei den meisten Akkus, dass sie nur ca. 300 Ladezyklen lang halten. Man dürfte sie also nicht jeden Tag aufladen. Für normale Handyakkus habe ich leider keine Datenblätter gefunden, möglicherweise erfüllen nicht mal alle diese Kriterien. Wäre vielleicht eine Heizung möglich? Als Alternative kämen noch Bleigel-Akkus in Frage, am besten spezielle Solarakkus. Da hab ich aber nur so Riesendinger gefunden, ich bräuchte eher was in der Größe von einem Handyakku oder so. Weiß jemand, wo ich so was finden könnte? Wenn ich mich richtig erinnere, geht NiMH wegen der niedrigen Temperaturen nicht und NiCd wegen der 2 A. Also was tun? Ich hoffe, jemand kann helfen. Vielen Dank!
Irgendwo wirst du einen Kompromiss machen müssen. Es gibt halt keine erbsengroße Akkus, die bei -50 Grad noch ordentlich funktionieren, jede Menge Ah haben und mit 20 Amper belastet werden können. Damit man dazu überhaupt was sagen kann, braucht es genau Rahmenbedingungen.
Hallo! Wieso sollten NiCd mit 2A nicht klarkommen? Gute NiCd Akkus haben einen niedrigeren Innenwiderstand als entsprechende NiMH. Nur die Ladeschaltung für LiIon kann man mit denen halt nicht verwenden aber ansonsten spricht nichts gegen NiCd. Auch in Bezug auf die Ladezyklen sind NiCd nicht schlecht, vorrausgesetzt sie werden nicht permanent überladen. Grüße Christian
Hallo Christian, danke für den Tipp! Anscheinend wird die Verwendung von NiCd-Akkus in Kombination mit Solarmodulen hier im Forum öfter empfohlen. Allerdings war als Minimaltemperatur bei allen NiCd-Akkus, die ich gefunden habe, 0° angegeben. Was passiert bei niedrigeren Temperaturen? Ich hab zwar auch irgendwo mal niedrigere Angaben gesehen, da waren aber die Akkus nicht zu bekommen. Einige Hersteller haben die Produktion von NiCd-Akkus ja bereits abgekündigt, darunter auch Panasonic. Wie sieht das eigentlich mit dem Memory-Effekt aus? Ich kann die Akkus ja schlecht vollständig entladen. Gruß Christian
> Gute NiCd Akkus haben einen niedrigeren Innenwiderstand als > entsprechende NiMH. Nicht unbedingt. > Nur die Ladeschaltung für LiIon kann man mit denen halt nicht verwenden > aber ansonsten spricht nichts gegen NiCd. Ein Argument wäre, daß sie bald abgeschafft werden. > Auch in Bezug auf die Ladezyklen sind NiCd nicht schlecht, > vorrausgesetzt sie werden nicht permanent überladen. Leider muß man sie dann aber wegen Memory-Effekt vor dem Aufladen immer erst ganz entladen. Übrigens macht gerade bei NiCd ein permanentes Überladen - sofern der Ladestrom relativ gering ist - nichts aus.
Hallo! Das mit dem Memory Effekt ist so nicht richtig. Moderne NiCd haben keinen Memory Effekt und auch bei den älteren ist das höchst umstritten ob es sich bei den beobachteten Verhalten tatsächlich um einen Memory Effekt handelt. Tatsache ist, dass kein Akkutyp gut auf überladen reagiert, weder NiCd, noch NiMH noch LiIon/polymer. Gerade bei den letzteren ists sogar gefährlich. Aus eigener Erfahrung kann ich sagen, dass meine NiCd in einem guten Ladegerät, welches zuverlässig abschaltet keinen Memory Effekt zeigten. Das NiCds abgeschafft werden war abzusehen. ROHS hats angekündigt. Die einzige Alternative, welche mindestens genauso robust und auch bei tiefen Temperaturen halbwegs arbeiten sind dann wohl Bleiakkus. Funktionieren sollten NiMH bei tieferen Temperaturen auch allerdings wird wahrscheinlich die entnehmbare Leistung wie auch bei Bleiakkus ziemlich absinken. Grüße Christian
Hallo nochmal :-) Also, ich hab mich entschlossen jetzt vorläufig mal NiCd-Akkus zu nehmen. Anscheinend sind im Moment neue Lithium-Akkus in Entwicklung bzw. ganz neu auf dem Markt, die auch mit niedrigen Temperaturen besser zurechtkommen. Ich werd dann später auf die umsteigen. Mein Problem ist jetzt, wie ich die benötigte Spannung hinbekomme, sprich welchen Spannungswandler/regler ich nehmen soll. Die mögliche Spannung liegt zwischen 3,3 und 3,6 Volt. Als Voltage ripple sind max. 50 mV zulässig, Spannungseinbrüche bis 400 mV, wobei die Spannung niemals unter 3,2 V sinken darf. Ich hatte mir zuerst gedacht, ob ich vielleicht zwei NiCd-Akkus nehmen und einen StepUp-Regler verwenden soll. Da würden die Akkus schön leer werden. Aber das wird dann mit den 2 A schwierig. Oder kann man das ev. mit einem Kondensator machen? Normalerweise braucht das ganze System nur < 10 mA, während der Datenübertragung im Schnitt 260 bis max. 450 mA, nur gibt es eben während der Übertragung alle 4,616 ms einen 2A-Peak von 1154 µs. Wie müsste man so einen Kondensator dimensionieren? Und ist da mit irgendwelchen Stromspitzen zu rechnen? Was für einen Wandler würdet ihr empfehlen? Vielen Dank! Christian
Hallo! OK also NiCd für den Anfang. Wie willst du die Akkus laden. Bei Solar ist gängige Praxis, dass die Anzahl und Größe der Solarzellen so ausgelegt ist, dass bei optimalen Lichtverhältnissen der Ladestrom der Akkus irgendwo zwischen C/10 und C/8 liegt. Optimaler wäre natürlich eine Konstantstromladung mit Abschaltung allerdings wird das mit Solar schwierig, weil du das Solarmodul sonst massiv überdimensionieren müsstest. Größter Nachteil der C/10 Ladung ist, dass sie sehr lange dauert. Will man schneller laden hat man das Problem der Überladung der Zellen, vor allem weil bei Ladungsunterbrechung durch zB Wolken eine Abschaltung mit den gängigen Kriterien (DeltaU, dU/dt) soweit ich weiß nicht zuverlässig funktioniert. In diesem Punkt bin ich mir nicht ganz 100% sicher aber vielleicht weiß ein anderer aus dem Forum was dazu. Die Effizienteste Methode wäre meines Erachtens 4 NiCd Zellen zu nehmen und einen Step down Regler, welcher Prinzipbedingt weniger Verluste hat wie ein Step Up. Dieser kann auch leichter die geforderten 2A kurzfristig liefern. Ein Kondensator der die 2A brücken soll wenn sonst nur so wenig Strom gebraucht wird würde ziemlich groß werden wenn man den Schaltregler nicht auch auf mindestens 1A auslegt, da der Spannungseinbruch nur max. 400mV sein darf, zumindest wenn lange gesendet wird. (Wie lange wird eigentlich gesendet?). Vor allem auch die Laufzeit würde mit 4 Zellen und Step down wesentlich verbessert. Grüße Fasti
Hallo Fasti! Als Akkus habe ich bei Conrad Typen mit 1000 mAh oder mit 600 bzw. 700 mAh gefunden. Wenn ich 4 von denen nehme, kommen zwischen 2400 und 4000 mAh dabei raus. Das wird dann mit C/10 schon relativ schwierig. Die Kapazität sollte laut Datenblatt des GSM-Moduls mindestens 600 mAh betragen (mein Handy-Akku hat 700, das Ding hält eine Woche...). Man muss halt berücksichtigen, dass die Kapazität bei niedrigen Temperaturen drastisch sinkt, ich hab mal was von nur noch 40% gelesen. Um noch auf 700 mAh zu kommen, müssten die Akkus dann an die 1800mAh haben. Ich hab mir bei Conrad auch einige Solarmodule angeschaut. Das interessanteste läuft unter der Bezeichnung "Solarmodul für 2 NiCd Akkus", es liefert 3,6 V Nennspannung und 174 mA Nennstrom. Alle anderen liefern viel zu wenig Strom, wenn man von C/10 ausgeht. Kann man einfach zwei solcher Module in Reihe schalten? Oder weiß jemand andere, bessere Quellen? Zum Laden würde ich eine Schutzschaltung einbauen, die bei Erreichen der Ladeschlussspannung (1,44 V je Akku) abschaltet. Ansonsten werden die Akkus einfach über eine Schottky-Diode geladen. Dass so ein Kondensator ziemlich groß sein muss ist mir schon klar. Die Datenübertragung läuft so ca. eine oder zwei Minuten, abolutes Maximum sind 5 Minuten. Kannst du mir eventuell einen Step Down Regler empfehlen? Am besten mit möglich wenig zusätzlichen Komponenten. Ich hab mal irgendwo gelesen, dass die recht böse (Funk-)Störungen verursachen können. Ich glaub zwar eher nicht, dass das fürs GSM-Modul ein Problem wird, die Zeitsynchronisierung per DCF77 könnte aber schon leiden... LG, Christian
"...Als Akkus habe ich bei Conrad Typen mit 1000 mAh oder mit 600 bzw. 700 mAh gefunden. Wenn ich 4 von denen nehme, kommen zwischen 2400 und 4000 mAh dabei raus. Das wird dann mit C/10 schon relativ schwierig..." 4 Akkus mit 1000mAh (in Reihe geschaltet) ergibt einen Akkupack mit genau 1000mAh und NICHT 4000mAh! Als Elektro-Modellbauer mit ca. 30 Jahren Akku-Erfahrung (so ziemlich alle handelüblichen Typen) empfehle ich Dir bei NiCd-Akkus die Sanyo-Typen RC-4/5SC (DxH=23x33) mit 1600mAh bei Ri=5mOhm oder N-800AR (DxH=17x50) mit 800mAh bei Ri=6mOhm. Der Innenwiderstand steigt mit sinkender Temperatur etwas. Aber viel stärker steigt er mit sinkendem Ladezustand. Das würde in Deinem Fall bedeuten, daß sie immer nachgeladen werden müßten. Das verträgt aber NiCd nicht, weil der Memory-Effekt die Kapazität vermindert (ja, tut es wirklich). Hier wäre NiMH besser, die Typen können dauerhaft auf nachgeladen werden. Die haben aber wiederum einen ziemlich hohen Innenwiderstand bei kleinen Temperaturen, was man mit höherer Kapazität ausgleichen könnte: GoldPeak GP200AFHR (DxH=17x43) mit 2000mAh bei Ri=6mOhm oder Panasonic HR-2000 (DxH=23x33) mit 2000mAh bei Ri=6mOhm. Nachzulesen bei http://www.batt-mann.de und in den Datenblättern der Hersteller. Die Ladeströme kann man auch vom Akkuladezustand abhängig machen. Stur mit 1/100 oder so ist nicht ratsam. Die intelligenteste Methode ist die Stromdifferenzmessung + Spannungsdifferenzmessung (*). So erfaßt man den Ri des Akkupacks und kann nicht nur den Ladestrom steuern, sondern auch den Akkuzustand erfassen. Wozu gibt es µC? (*) in der Lastseite ist ein Meßwiderstand (z.B. 2mOhm) drin. Die Spannung vor und nach dem R wird bei verschiedenen Lastströmen gemessen. Aus (U2-U1)/(I2-I1) kann dann Ri des Akkus bestimmt werden mit U2, I2: Werte für hohen Strom und U1, I1 Werte für wenig Strom. U2 und U1 VOR dem Meßwiderstand direkt am Akku. Blackbird
Hi Blackbird, du meinst, NiMH-Akkus können auch bei niedrigen Temperaturen diese Ströme liefern? Wie soll man denn das durch Kapazität kompensieren können? Sorry für meine Unkenntnis bezüglich der Gesamtkapazität aus. Wie schauts eigentlich mit dem Innenwiderstand aus? Da der in Reihe liegt, müsste der sich addieren, oder? Die Akkus müssen vorläufig mal ja nur ein Jahr halten. Glaubst du, die NiCd-Akkus sind so schnell am Ende? Bez. Ladestrom kann ich ja nicht viel machen, das wird ja mehr oder weniger vom Solarmodul vorgegeben. Was spricht gegen (relativ langsames) Laden bis zur Ladeschlussspannung? Christian
"...du meinst, NiMH-Akkus können auch bei niedrigen Temperaturen diese Ströme liefern? " Nein, die entnehmbare Kapazität sinkt mit sinkender Temperatur. "Wie soll man denn das durch Kapazität kompensieren können?" Höherkapazitive Akkus nehmen. "Wie schauts eigentlich mit dem Innenwiderstand aus? Da der in Reihe liegt, müsste der sich addieren, oder?" Ja, und die Übergangs- und Kabelwiderstände kommen auch noch hinzu (deshalb: immer löten, nie klemmen). "Die Akkus müssen vorläufig mal ja nur ein Jahr halten. Glaubst du, die NiCd-Akkus sind so schnell am Ende?" Könnte gerade so hinkommen, viel länger gebe ich ihnen nicht (reines Bauchgefühl) "Bez. Ladestrom kann ich ja nicht viel machen, das wird ja mehr oder weniger vom Solarmodul vorgegeben." Begrenzen, wenn die Ladeschlußspannung erreicht ist auf den zulässigen Erhaltungsstrom. "Was spricht gegen (relativ langsames) Laden bis zur Ladeschlussspannung?" Wenn man "Hochstrom"-Zellen verwendet (Du willst ja welche verwenden, um den Peak von 2A zu schaffen), dann müssen sie auch mit hohem Strom geladen werden. Oder wenigstens mit der Reflex-Lademethode. Naja, für nur ein Jahr Betriebsdauer kannst Du Dir das alles sparen - nimm einfach die besten und "dicksten" Akkus. Blackbird
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