Hallo zusammen
Ich hätte da mal ein paar grundlegende Fragen. Ich versuche in meiner
Semesterarbeit ein Schaltschema für ein Ladegerät für den Ni-Mh Akku des
Toyota Prius zu entwickeln. Nun habe ich schon viele Infos gefunden,
jedoch beziehen sich diese nur auf Akkus bis zu ungefähr 12 Volt.
Meine Frage nun, wie wird ein solches Schema überhaupt unterteilt? Ist
ein solcher Akku mit konstantem Strom zu laden? Wenn ja, warum. Wie
verhält sich dabei die Spannung, auf was muss ich besonders achten,
aufpassen usw.?
Ich bedanke mich schon mal im voraus auf eure Antworten.
Gruss
Damien
Damien schrieb:> Ich versuche in meiner> Semesterarbeit ein Schaltschema für ein Ladegerät für den Ni-Mh Akku des> Toyota Prius zu entwickeln.
Ich fürchte Da hast Du dir etwas zu viel in zu kurzer Zeit vorgenommen.
Damien schrieb:> Wie> verhält sich dabei die Spannung, auf was muss ich besonders achten,> aufpassen usw.?
Auf die einschlägigen Sicherheitsnormen, einschließlich
Isolationswächter.
Außerdem brauchst Du entsprechende Steckverbinder und Schalter (mit
Lichtbogenlöschkammer).
Gruß Anja
> ein Schaltschema für ein Ladegerät für den Ni-Mh Akku des> Toyota Prius zu entwickeln.
Spar dir die Arbeit, das hat Toyota schon getan.
> Ist ein solcher Akku mit konstantem Strom zu laden
Nein. Schliesslich soll auch während der Fahrt nachgeladen werden,
Bremsenergie zurückgewonnen, und die heimische Steckdose nicht
überlastet werden.
Es wird summiert, Prinzip fuel gauge.
Das ist aber nicht das Problem, sondern was macht man, wenn bei
tausenden Zellen einzelne kurzgeschlossen sind oder sonswie
ausfallen ? Das passiert bei dermassen grossen Akkupacks nämlich
recht schnell und diese Fehler müssen ausgeglichen werden.
Danke erstmals Anja und MaWin.
Jedoch ist dieses Projekt vorgegeben und ich muss das Beste daraus
machen.
Das Ziel ist es diesen Akku NUR übers Netz (230 Volt) aufzuladen, da
dieser schon seit einer Weile im Labor rumliegt und mit zunehmender Zeit
von Nichtgebrauch, dieser Akku unbrauchbar wird. Und ja es sind etwa 180
Zellen à 1.2 Volt zusammengeschaltet. Dann denke ich, dass meinen eine
Balancer braucht, um jeweils in jeder Zelle die gleiche Spannung zu
haben.
Sehe ich das richtig? Dazu kommt natürlich noch die ganze Überwachung
der Zellen, der Strom und Spannungsregler und und und. Jedoch kenne ich
mich nicht gut mit diesen Bestandteilen aus.
Also eine grobe Beschreibung (Erklärung) dieser Komponenten wäre mir
schon sehr hilfreich. Danke
Gruss
Damien
Na wenn Du es richtig machen willst braucht jede Zelle ihre eigene
Überwachung bzw. ihren eigenen Balancer. Dabei wird überschüssiger
Laderstrom (der bei korrekter Funktion nahe Null liegen sollte) an der
Zelle vorbeigeführt und hochohmig gewordene Zellen müssen von der
Elektronik überbrückt werden, damit nicht der komplette Strang ausfällt.
Ersteres (Ladung) macht ein Parallelregler, der bei Erreichen der
Ladeendspannung "seiner" Zelle einen Teil des Stromes verheizt, damit
die Zellspannung nicht weiter ansteigt.
Zweiteres (Entladung) kann man mit einer Diode realisieren, die eine
möglichst geringe Flußspannung haben sollte.
Das Ladegerät selber ist da eher uninteressant. Normale Strom- und
Spannungsregelung halt, um den Rest müssen sich die Balancer kümmern.
Unterhalb der Ladeendspannung muß das Ding einen konstanten Strom
liefern, wodurch auch die maximale Eingangsleistung nicht überschritten
wird. Wenn die Ladeendspannung erreicht ist kann die eine bestimmte Zeit
gehalten werden, damit auch die letzte Zelle voll wird, der Ladestrom
sinkt dann entsprechend ab. Der Punkt mit der maximalen Leistung ist der
Umschaltpunkt wenn die Ladeendspannung erreicht wird.
Damien schrieb:> Das Ziel ist es diesen Akku NUR übers Netz (230 Volt) aufzuladen, da> dieser schon seit einer Weile im Labor rumliegt und mit zunehmender Zeit> von Nichtgebrauch, dieser Akku unbrauchbar wird.
Wenn es nur darum geht, ihn wieder "gebrauchsfähig" zu bekommen,
würde ich den Akku in Gruppen zu zehn Zellen mit Hilfe eines
Modellbauerladers Stück für Stück aufzuladen.
Gruss
Harald
Ben _ schrieb:> LOL! Das ist sicherlich genau der passende Ansatz zur Lösung einer> Semesterarbeit... :D
Manchmal habe ich den Eindruck, das solche Semesterarbeiten nur
erfunden werden, um anstehende Laborprobleme wie das unbedingt
nötige Aufladen eines Akkus zu lösen...
Gruss
Harald
Danke Ben.
Hast mir recht geholfen. Nun habe ich gelesen, dass NiMh Akkus
eigentlich gar keinen Balancer brauchen, da sie weniger empfindlich
gegen Überladung sind als z.B. LiPo's. man sollte sie einfach nur mit
geringen Ladeströmen laden.
Heisst das, wenn ich meinen Akku schnell laden will, ich auf einen
Balancer nicht verzichten kann?
Damien
Damien schrieb:> da> dieser schon seit einer Weile im Labor rumliegt
Bei uns in der Firma dürfte da kein solches Energiepaket im Labor
rumliegen. (Vorbeugender Brandschutz). Ich würde das Problem anders
lösen: Einfach ein anonymer Anruf bei der örtlichen Feuerwehr....
Zu so einem Akku gehört immer auch ein Batteriesteuergerät mit
entsprechenden Gleichspannungsschützen und dem Lademanagement.
(ggf. über mehrere Steuergeräte verteilt).
Gruß Anja
Damien schrieb:> Und ja es sind etwa 180 Zellen à 1.2 Volt zusammengeschaltet
Wie zusammengeschaltet? Alles in Reihe ? (180 x 1,2V = 216V)
Wieviel Ah hat eine Zelle oder das gesamte Paket?
ek13: ja sie sind in Reihe geschaltet, und insgesamt sind es etwas mehr
als 200 Volt. Die Kapazität kann ich dir noch nicht sagen, muss den Akku
erst mal anschauen.
NiMH-Zellen kann man theoretisch auch ohne Balancer laden. Wird im
Modellbaubereich auch gemacht, sogar mit Delta Peak Ladeverfahren und
richtig Strom. Allerdings sind das keine 180 Zellen in Reihe, sondern
maximal 20 und selbst bei den RC-Cars mit ihren 6-8 Zellen sieht man
regelmäßig Akkupacks explodieren.
Die Frage ist was Du willst. Willst Du irgendwas, was als
Proof-of-Concept funktioniert solange keine Fehler auftreten und wo's
nicht so schlimm ist wenn das Testfahrzeug gelegentlich mal explodiert
oder willst Du was Zuverlässiges mit Fehlertoleranz?
Anja schrieb:> Bei uns in der Firma dürfte da kein solches Energiepaket im Labor>> rumliegen. (Vorbeugender Brandschutz). Ich würde das Problem anders>> lösen: Einfach ein anonymer Anruf bei der örtlichen Feuerwehr....
Eine GENIALE IDEE ;-)
Mein Ziel ist es natürlich ein zuverlässiges Ladegerät zu bauen,
respektive ich will etwas qualitativ Gutes. Dann denke ich die Balancer
unbedingt mit einzubauen.
Dazu habe ich jetzt nach Spannungsreglern (Querregler) gesucht, jedoch
finde ich da nur solche für niedrigere Spannungen. z.B. den TL431 der
für max. 36 Volt vorgesehen ist. Kennt jemand einen anderen Typ oder
eine andere Lösung der für meine 216 Volt zu gebrauchen wäre?
Damien schrieb:> Danke Ben.> Hast mir recht geholfen. Nun habe ich gelesen, dass NiMh Akkus> eigentlich gar keinen Balancer brauchen, da sie weniger empfindlich> gegen Überladung sind als z.B. LiPo's.
Das gilt bis zu etwa 10 Zellen in Reihe. Darüber wirds zunehmend
kritischer.
Gruss
Harald
Also es geht erst mal darum ein Schema zu entwickeln. Wenn es die Zeit
erlaubt würde ich das Ladegerät bauen.
Wie meinst du jetzt das mit dem Explodieren?:-S
ich werde nächste Woche den Akku mal ausmessen und werde euch dann die
Daten hier rein schreiben.
So wird das Ganze ein bisschen einfacher.
Danke schon mal euch allen.
Gruss
Damien
Damien schrieb:> ich werde nächste Woche den Akku mal ausmessen und werde euch dann die> Daten hier rein schreiben.
Wichtig wäre vor allen, welche Schutzschaltungen bereits vorhanden sind.
Ganz ohne Schutzschaltungen zu laden halte ich für ein zu grosses
Risiko.
Vielleicht benötigt der Akku ja sogar eine Wasserkühlung.
Gruss
Harald
> Dazu habe ich jetzt nach Spannungsreglern (Querregler) gesucht,> jedoch finde ich da nur solche für niedrigere Spannungen. z.B.> den TL431 der für max. 36 Volt vorgesehen ist. Kennt jemand> einen anderen Typ oder eine andere Lösung der für meine 216 Volt> zu gebrauchen wäre?
Dieser Abschnitt ist es, der mir so extrem negativ auffällt und mir
zeigt wieviel Ahnung Du von dem Thema hast. Hast Du Dir erstens schon
mal Gedanken gemacht wieviel Spannung über einer Zelle liegt? 216V?
Hast Du Dir weiterhin schon mal Gedanken gemacht aus wieviel Bauteilen
ein Ladegerät oder ein Balancer besteht? Ein einzelner Transistor macht
noch lange keinen Computer und hier ist das genauso.
In heutigen Elektro-Autos werden Lithium-basierte Akkus verwendet, die
eine deutlich höhere Zellspannung haben als NiMH. Dadurch sinkt die
Anzahl der Zellen beträchtlich und man braucht entsprechend weniger
Balancer. Die Kapazität kann man steigern, indem dann mehrere Zellen
parallelgeschaltet an einem Balancer hängen. Wahrscheinlich hat jede
Zelle auch noch eine eigene "mechanische" Sicherung, die das Akkupack
bei Zellenkurzschlüssen schützt.
Ben _ schrieb:> Hast Du Dir weiterhin schon mal Gedanken gemacht aus wieviel Bauteilen> ein Ladegerät oder ein Balancer besteht? Ein einzelner Transistor macht> noch lange keinen Computer und hier ist das genauso.
Bevor hier jetzt noch wilde Spekulationen auftauchen mal ein paar Infos:
http://en.wikipedia.org/wiki/Toyota_Prius#Batteries
Es sind also 38 Akku-Packs (zu 7.2V) mit je 6,5AH
Wahrscheinlich ist ein Pack mit 6 Zellen die kleinste zugreifbare
Struktur.
Gruß Anja
Anja schrieb:> Es sind also 38 Akku-Packs (zu 7.2V) mit je 6,5AH> Wahrscheinlich ist ein Pack mit 6 Zellen die kleinste zugreifbare> Struktur.
Ja, und genau auf diese "Strukturen" würde ich zugreifen, wenn
ich kein neues Auto bauen will, sondern nur die vorhandene
Batterie aufladen will. :-)
Gruss
Harald
Harald Wilhelms schrieb:> Ja, und genau auf diese "Strukturen" würde ich zugreifen, wenn> ich kein neues Auto bauen will, sondern nur die vorhandene> Batterie aufladen will. :-)
Wenn man den Gedanken weiterspinnt braucht man für eine Erhaltungsladung
nur 38 Batteriewächter und entsprechende 12-15V Steckernetzteile ....
;-)
http://www.mikrocontroller.net/articles/Batteriew%C3%A4chter
Gruß Anja
Anja schrieb:> Wenn man den Gedanken weiterspinnt braucht man für eine Erhaltungsladung> nur 38 Batteriewächter und entsprechende 12-15V Steckernetzteile ....> ;-)
Ich hätte da eher an 38 einzelne Modellbaulader gedacht. Manchmal
ist es nicht die schlechteste Methode, grosse Probleme in viele
kleine, überschaubare Probleme zu zerlegen. Wenn jeder einzelne
Lader mit 90W auskommt, läuft das ganze sogar, so wie gewünscht,
an einer einzelnen 16A-Sicherung und Steckdose...
Gruss
Harald
hallo Zusammen
Ich habe den Akku genauer angeschaut und ausgemessen. Dieser besteht aus
28 Modulen à 6 Zellen. Jede Zelle hat eine Kapazität von 6.5Ah.
Ausgemessen: 28* 7.6 Volt = 213 Volt
Der Akku ist zudem mit 4 NTC Widerständen zur Temperaturüberwachung
ausgestattet. 3* Temperaturüberwachung an einer Zelle und 1* Überwachung
des ganzen Akkugehäuse.
Nun haben wir gedacht, zuerst die 230VAC gleichzurichten, was einer
Gleichspannung von 325V entspricht. Diese würden wir über einen
Buck-converter auf die gewünschten 213VDC heruntersetzen.
Wir wollen den Akku mit einem konstanten Strom von 1-2A laden. Das
heisst etwa 0.15*C - 0.3*C.
Jetzt muss ich als erstes die Grössen der Induktivität, dem
Leistungstransistor (der als Schalter dient), und der Kapazität
bestimmen. Kann mir da jemand helfen. (Ich bin in diesem Gebiet wirklich
ein Laie und wäre froh ein paar Erklärungen dazu zu erhalten)
Danke und Gruss
Damien
Damien schrieb:> Nun haben wir gedacht, zuerst die 230VAC gleichzurichten, was einer> Gleichspannung von 325V entspricht. Diese würden wir über einen> Buck-converter auf die gewünschten 213VDC heruntersetzen.>> Wir wollen den Akku mit einem konstanten Strom von 1-2A laden. Das> heisst etwa 0.15*C - 0.3*C.
Und wie willst Du da den Ladezustand und die Balance der einzelnen
Zellen überprüfen? Das ist bei sovielen Zellen in Reihe schwierig
bis unmöglich.
Gruss
Harald
Ich überprüfe nur das Modul, d.h immer 6 Zellen in Reihe geschaltet.
Klar ist es nicht möglich jede Zelle ganz aufzuladen, was ein Verlust
der Kapazität entspricht, aber momentan haben wir keine andere Wahl,
weil man schlicht und einfach nicht auf die einzelnen Zellen zugreifen
kann. Und die NiMh akkus sind ja auch nicht so empfindlich wie LiPo's
wenn man mal eine Zelle ein wenig überlädt.
Toyota machen genau das Gleiche, ich denke die brauchen nicht mal einen
Balancer , ist eine reine Kostenfrage für die.
Gruss
Damien
Damien schrieb:> Nun haben wir gedacht, zuerst die 230VAC gleichzurichten, was einer> Gleichspannung von 325V entspricht. Diese würden wir über einen> Buck-converter auf die gewünschten 213VDC heruntersetzen.
Ohne Trenntrafo?
Jemand scharf dort auf den Darwin Award?
> Wir wollen den Akku mit einem konstanten Strom von 1-2A laden.
Warum so viel?
Harald Wilhelms schrieb:> Und wie willst Du da den Ladezustand und die Balance der einzelnen> Zellen überprüfen? Das ist bei sovielen Zellen in Reihe schwierig> bis unmöglich.
Eben.
Damien schrieb:> Wir wollen den Akku mit einem konstanten Strom von 1-2A laden.
Laden mit Überwachung ist ja noch ok. Aber Dauerladen wäre maximal 0.01C
bis 0.03C bei NiMh zulässig.
Gruß Anja
Danke für eure antworten, aber könnten ihr ein wenig genauer sein, dass
mit dem Ladestrom krieg ich schon hin. Es muss mir nicht jeder schreiben
dass der Ladestrom zu hoch ist, habe es einmal gehört das reicht.
Wäre euch sehr dankbar
Gruss
Damien
@Damien
hmm, bei aller Liebe, was ich bisher hier gelesen habe:
Vergiss' es, du bist noch nicht soweit !
Beginne unbedingt erst mit einfacherer Projekten und Ladeschaltungen.
Du solltest diese Arbeit in dieser Form zurückgeben.
Das ist alles hochgefährlich.
Gruss
Erich schrieb:> Vergiss' es, du bist noch nicht soweit !> Beginne unbedingt erst mit einfacherer Projekten und Ladeschaltungen.
Oder, wie bereits gesagt, jeden Sechserblock einzeln mit Modellbau-
Ladegerät. Wenn man genug Geld hat auch mehrere Sechserblöcke mit
mehreren Ladegeräten gleichzeitig. Allerdings muss man beim An-
schliessen darauf achten, weder einen "gewischt" zu bekommen noch
versehentlich einen Kurzschluss zu produzieren.
Gruss
Harald
