Hi.
Ich möchte ein einfaches Ladegerät bauen, mit dem NiMH Akkus aufgeladen
werden können, und anschließend dauerhaft auf vollem Zustand gehalten
werden.
Das ganze soll aber möglichst einfach aufzubauen und preiswert werden,
so dass man auch eine große Zahl Ladeslots gut realisieren kann.
Eine Schnell-Lade-Funktion ist nicht erforderlich. Ein Ladestrom von
100-200 mA ist ausreichend.
Erhaltungsladung kann z.B. mit 10 mA gemacht werden.
Man könnte auch Ladepausen mit einbauen.
Das ganze soll wie folgt realisiert werden:
3,3 V per handelsüblichen Schaltregler.
Feinregelung Spannung/Strom für den Akku:
Linearregler (geeignete Transistorschaltung)
Dieser Linearregler soll per R2R eingestellt werden. Akkuspannung und
Akkustrom soll durch den uC überwacht werden. (2 Analog Eingänge)
Der uC soll möglichst billig und einfach sein, und das Ladeprogramm soll
erstmal keinen großen schnickschnack wie delta-U oder so bieten.
Jeder Ladeslot soll vollständig autark mit einem einfachen Ladeprogramm
arbeiten. Und wenn der Master gebaut wird, werden die Ladecontroller
einfach über dne Master ferngesteuert, wenn komplexere Ladeprogramme
realisiert werden sollen.
Sollte der Microcontroller eine entsprechende Zahl von Analogeingängen
und Ausgangsports bieten, können auch mehrere Slots von einem
Mikrocontroller bedient werden.
Multiplexing, Port Expander vor allem bei den analogen Messwerten, oder
externe AD Wandler wollte ich vermeiden.
Dann baue ich lieber mehrfach auf, um die Zahl der benötigten Slots zu
haben.
Jeder Ladecontroller soll I2C haben, so dass ich zu einem späteren
Zeitpunkt noch eine Control Unit mit Display und Tasten hinzfügen kann,
und über den Master auch komplexere Ladeprogramme gefahren werden
können.
Der Mikrocontroller für die Ladeslots sollte jedoch möglichst leicht
verfügbar sein. Irgendwelche speziellen, fertigen Ladecontroller, die
man nur per Sample oder per Digikey o.ä bekommt, wollte ich vermeiden.
Welchen Mikrocontroller würdet ihr empfehlen?
Tom schrieb:> Ich möchte ein einfaches Ladegerät bauen,> das Ladeprogramm soll> erstmal keinen großen schnickschnack wie delta-U oder so bieten.
...und wie willst Du feststellen, ob der Akku voll ist?
> Multiplexing wollte ich vermeiden.
Multiplexing vereinfacht die Gesamtschaltung allerdings sehr. :-)
> Welchen Mikrocontroller würdet ihr empfehlen?
Da Dein µC sowieso nicht viel zu tun hat, bleibt sich das ziemlich egal.
Gruss
Harald
Tom schrieb:> Welchen Mikrocontroller würdet ihr empfehlen?
Ich würde die Zellen in Reihe schalten und dann einen L200 Controller
verwenden.
siehe <Batteriewächter>
Gruß Anja
Die "Schnellladung" (ca. 0,5-2 h) ist eigentlich die einzig brauchbare
Methode für das laden von NiMH Akkus. Da sollte man nicht unbedingt
drauf verzichten. Lieber schon die Akkus nacheinander schnell laden
(jeweils einer) als mehrere parallel langsam quälen. Neben der Spannung
sollte ggf. auch die Temperatur gemessen werden - nur zur Sicherheit.
Die Erhaltungsladung bit NiMH ist problematisch, da müsste man
nachforschen was man machen kann. Ggf. erst einmal ein paar Tage gar
nichts und dann ggf. in Pulsen oder die Spannung auf eine Niveau halten.
Beim µC ist die Wahl relativ unkritisch. Das geht je nach Vorlieben oder
Vorkenntnissen, etwa eine AVR, PIC16/PIC18, 8051, kleiner ARM (M0) oder
so.
Wenn ein µC mehr Kanäle laden kann ist der µC auch nicht mehr so der
Kostenpunkt - beim Einzelstück sowieso nicht. Die Frage ist ggf. was man
an ADC und Referenz braucht und auch Delte U und Delta U² zu machen.
Atmel hat da ein paar alte Vorschläge auf Basis von Tiny15 bzw. Tiny26
(heute wohl Tiny261 als Nachfolger): da steuert der µC einen kleinen
Schaltwandler.
Multiplexing auf Messwert-Analogebene wollte ich vermeiden, da man dann
Analog Switches bräuchte.
Man könnte allerdings auch hingehen, und einen I2C AD Wandler für die
Messung nehmen und einen I2C Portexpander, um den Regler einzustellen.
Jeder Ladeslot erhält dann nur 3,3V und I2C. Aber ob das billiger wäre,
als einfach einen kleinen ATTINY pro Slot zu nehmen?
Dann könnte man zur Not auch noch ein einfaches Ladeprogramm
implementieren, so dass die Ladeslots auch autark genutzt werden können.
Schnell-Ladung im Bereich 1 A könnte man auch noch machen, man müsste
den 3,3 V Schaltregler nur entsprechend dick auslegen.
Die Feinregelung will ich auf jeden Fall linear machen, und nicht per
Einzelschaltregler an jedem Akku, weil das zu kompliziert wäre.
Was nicht klappt, ist Reihenschaltung der Akkus, da es keine gruppierten
Akkus oder Akkupacks sind und jeder Akku einen unterschiedlichen Zustand
hat.
Außerdem soll das ganze Erweiterbar bleiben, um zu einem späteren
Zeitpunkt weitere Slots hinzuzufügen.
Diese Frage bleibt aber immer noch:
Harald Wilhelms schrieb:> Tom schrieb:>>> erstmal keinen großen schnickschnack wie delta-U oder so bieten.>> ...und wie willst Du feststellen, ob der Akku voll ist?
Tom schrieb:> Das ist eine gute Frage.>> Vielleicht nur schauen, ob die Ladeschluss-Spannung erreicht ist.
Es gibt keine konstante "Ladeschluss-Spannung" als Ladeendanzeige
bei Ni-Akkus.
Harald Wilhelms schrieb:> Es gibt keine konstante "Ladeschluss-Spannung" als Ladeendanzeige> bei Ni-Akkus.
es gibt aber eine 50mV Überhöhung die nach Voll wieder abfällt, aber
ausgeprägter je höher der Ladestrom ist. Ist der Ladestrom klein fällt
die Überhöhung evtl. unter die Messgrenze.
Die Frage am TO bleibt, eine Zelle oder mehrere in Reihe?
Der TO wollte einzelne Zellen laden, weil sie ggf. nicht alle gleich
sind.
Das macht schon Sinn. Bei einzelnen Zellen klappt auch die delta U
Abschaltung besser als bei vielen in Reihen.
Man Rat geht klar in Richtung schnell laden und dafür ggf. nur jeweils
eine Zelle zur Zeit. Allerdings passt das eher nicht zu modularen
Konzept des TO. Die Delta U Abschaltung sehe ich nicht als
Schnickschnack, sondern die Berechtigung für den µC. Sparen kann man
sich ggf. Dataloging auf SD Karte oder auch ein Entladen, auch wenn
beides was für sich hätte.
So ganz einfach ist das alles nicht. -dU-Abschaltung klappt nur sicher
bei Schnellladung und die braucht er ja nicht. Ladeendespannung variiert
bei NiMH ganz ordentlich, da müßte man ein großes Sicherheitspolster
nehmen und früh abschalten - nicht schlimm, wenn sich die
Erhaltungladung anschließt und man viel Zeit hat. Wenn man sowieso die
Zellentemperatur überwacht, kann man auch gleich nach Temp.Kurve
abschalten - Meßwerte auf Umgebungstemperatur normalisieren (ggf. Sensor
im AVR). Wieviele Schächte sollen es denn sein?
Wie wäre es mit einer Abschaltung nach 0dU
Die Zelle wird geladen bis die Spannung nicht mehr weiter steigt, dann
ist sie gerade voll.
Im Gegensatz zu -dU funktioniert das bei jedem Ladestrom zuverlässig.
A-Freak schrieb:> Im Gegensatz zu -dU funktioniert das bei jedem Ladestrom zuverlässig.
woher hast Du diese Erkenntnis?
Finde ich sonst nirgends in Datenblättern / Literatur.
Gruß Anja
Ist aber schon irgendwie logisch, daß die Akkuspannung nicht unendlich
ansteigt. Wenn man bei (näherungsweise) Null-Steigung, also dU/dt=0
abschaltet, ist die Zelle längst nicht voll aber das ist ja nicht immer
das Wichtigste.
Hm,
eigentlich arbeitet man mit Stromquellen und misst die Spannungen, die
sich am Akku einstellen...
Schau dir mal die ICs bei Linear an (z.B. LTC4011), hier wird auch der
Ladevorgang sehr gut beschrieben.
Ich würde allerdings solche ICs verwenden, und mit dem µC nur die
interesanten Daten mitloggen. Was passiert nämlich wenn sich dein µC in
der Testphase aufhängt, weil du noch einen Bug in der Software hast?
(Wird der Akku dann auf 300% geladen... ) Oder einen Bug, der erst nach
sehr langer Laufzeit auftritt...
mfg
Gast
Hallo,
bei manchen Zellen ist der Teil "A" der Ladekurve so flach (bei
niedrigen Ladeströmen) daß dies bei dU/dt=0 bereits als
Abschaltkriterium erkannt wird und nicht erst im Maximalpunkt "B".
http://blog.conrad.de/wp-content/uploads/2011/12/Ladekurve1.jpg
Insbesonders wenn man mit A/D-Wandlerauflösungen von nur um die 10 Bit
mißt.
Gruß Anja
Soweit ich es mitbekommen habe, sollte man bei NiMH relativ früh
abschalten im Verglelich zu den alten NiCd. Bei der Kurve die Anja oben
verlinkt hat also ggf. schon beim Punkt D und nicht erst bei A oder B.
Das wäre dann das d²U Abschaltkriterium.
So ohne weiteres ist der 10 Bit AD im AVR dafür auch schon recht knapp.
So etwas wie oversampling und rausfiltern von Störungen sollte man also
schon machen.
Je langsamer man lädt, desto schwächer ausgeprägt wird das Maximum.
Schnell Laden kann also einfacher werden als langsam laden.
Mignon Akkus muss man mit einigen hundert mA laden, um einen deutlichen
Spannungsabfall am Ende des ladevorgangs feststellen zu können.
Bei nur 100mA Ladestrom wird der Akku für den Delta-U Effekt nicht
ausreichend warm.
Aber gerade weil er nicht warm wird, brauchst du auch nicht mit dem
Laden aufhören. Die Lebensdauer des Akkus wird durch die Dauerladung nur
unwesentlich reduziert.
Man muß nicht immer alles 1:1 übernehmen, was in den Lehrbüchern steht.
Die Annahmen sind nur für 99% der Fälle sinnvoll.
In diesem Falle kann man z.B. einfach das dt sehr groß machen, warum
nicht 5 oder 10 Minuten, schon paßt das mit der Genauigkeit der dU/dt=0
wieder.
Ich verstehe zwar nicht, warum die Uref bei großem dt stabiler sein muß
als bei kleinem dt aber das muß man sich ab 100x Oversampling, was sich
bei soviel Meßzeit anbietet, wohl auch nicht wirklich überlegen?
Die Ref. Spannung muss stabil sind, darf sich also nicht zu sehr mit der
Zeit, Versorgungsspannung oder Temperatur ändern. Nur eher kurzfristige
Schwankungen (z.B. 1/f Rauschen, 50 Hz Einstreuung) können sich raus
mitteln, was langsamer als ein paar Minuten ist kann die Abschaltung
stören.
Dadurch das man die Spannung an einer Zelle misst wird das Signal aber
schon einmal kräftiger als man es bei Akkupaks mit z.B. 10 Zellen
bekommt. So kritisch sollte die Abschaltung also nicht werden, wenn man
nicht ausgesprochen langsam lädt. Bei geringem Ladestrom müsste man ggf.
für gleichmäßige Umgebungstemperatur sorgen (z.B: Abdeckung), um das
Ladeende von äußeren Temperaturschwankungen zu unterscheiden.
Soweit ich es kenne mögen die NiMH Akkus die Dauerladung / Überladen
nicht so sehr, auch wenn die dadurch nicht heiß werden. Man sollte also
auch bei geringem Ladestrom schon eine brauchbare Abschaltung haben, man
hat aber entsprechend etwas mehr Zeit zu reagieren.
Schon wegen der Ladezeit wird man moderne AA Zellen (z.B. 2000 mAh) eher
mit mehr als 100 mA laden. Um über Nacht 4 Zellen voll zu bekommen
braucht man schon gut 500 mA - das sollte schon ausreichen für ein
genügendes delta U Signal. Bei den alten NiCd Zellen war das schließlich
die 1 Stunden Ladung.
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