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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Li-Ion im Betrieb laden


Autor: Tobias John (tobiasjohn) Benutzerseite
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Hallo zusammen,

ich bin gerade auf der Suche nach einem passenden IC um einen Li-Ion 
Akku zu laden. Maxim hat eine Reihe solcher ICs - welcher Laderregler es 
nun wird, werde ich später entscheiden.

Eine Frage quält mich aber die ganze Zeit:

Ich kann den Akku doch nicht laden während ich mit dem Akku eine 
Schaltung versorge - oder?
Die Schaltung darf aber während des Ladens nicht abgeschaltet werden.

D.h. ich müsste während des Ladens die Schaltung aus dem Lade-Netzteil 
versorgen.

Hat jemand eine Lösung für dieses Problem?

Gruß,
 Tobias

Autor: frankman (Gast)
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Doch, kannst Du.
Jeder vernünftige Laderegler hat dynamisches Powermanagement und teilt 
den zur Verfügung stehenden Strom zwischen Schaltung und Lader auf.
Schau mal bei Texas Instruments.

Autor: Tobias John (tobiasjohn) Benutzerseite
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Also nehmen wir mal z.B. den MAX1811 von Maxim.

Da steht im Datenblatt, dass man die Batterie während des Betriebs 
einfach an der Schaltung lassen kann.

Wenn ich den Akku nun mit 500mA Lade und meine Schaltung braucht aber 
100mA, dann lädt der Akku doch nur noch mit 400mA - oder?

Ausserdem wird der Akku doch mit 4,2V geladen, die Schaltung lege ich 
aber auf 3,7V aus.... wie soll das gehen?

Gruß,
 Tobias

Autor: Holger M. (nezaya)
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Es geht den Akku parallel zu Laden und die Schaltung die vom Akku 
versorgt wird zu betreiben.  Dabei sollte nur der Ladestrom, den das 
Lade-für das Laden des Akku bereitstellt größer sein, als die 
Stromaufnahme der Schaltung, da sonst der Akku im Betrieb nicht geladen, 
sondern langsam entladen wird.

Alternativ die ist eine Trennung über eine Shottky-Diode möglich. Dann 
kann die Schaltung auch von einer anderen Quelle - mit höherer Spannung 
als der Akkuspannung - versorgt werden.

Ich habe beide Varianten mit einem  MAX 1898 in Betrieb und keine 
Probleme damit.

Autor: Holger M. (nezaya)
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Ok, da haben andere auch schon was geschrieben, also ergänzend dazu:

> Wenn ich den Akku nun mit 500mA Lade und meine Schaltung braucht aber
> 100mA, dann lädt der Akku doch nur noch mit 400mA - oder?

korrekt

>Ausserdem wird der Akku doch mit 4,2V geladen, die Schaltung lege ich
>aber auf 3,7V aus.... wie soll das gehen?

Stichwort Spannungsregler

Autor: Jankey (Gast)
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Sprichtwort "isolated Battery" & Batteryswitch

größere PMIC/PMUs haben das "integrated"

lg

Autor: Michael M. (technikus)
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Tobias John wrote:
> Ausserdem wird der Akku doch mit 4,2V geladen, die Schaltung lege ich
> aber auf 3,7V aus.... wie soll das gehen?

Das muß gehen. Was machst Du, wenn der Akku voll geladen ist? Dann hat 
der auch mehr als 4,1 V. Die Schaltung muß den gesamten Spannungsbereich 
aushalten, den der Akku haben kann.
Entweder mit Schaltregeler oder Low-Drop-Regler runterregeln oder gleich 
einen DC/DC-Wandler vorsehen. Der kann dann auch eine höhere Spannung 
bereitstellen. Oder die Schaltung gleich so auslegen, daß sie von 3,5 
bis 4,2V funktioniert.

Nebenbei bemerkt: In jedem Auto wird der Akku (=Starterbatterie) von der 
Lichtmaschine geladen, während die gesamte Autoelektrik dranhängt. Ok, 
das ist ein Bleiakku, aber am Prinzip ändert das nichts.

Servus
Michael

Autor: Tobias John (tobiasjohn) Benutzerseite
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Michael M. wrote:
> Tobias John wrote:
>> Ausserdem wird der Akku doch mit 4,2V geladen, die Schaltung lege ich
>> aber auf 3,7V aus.... wie soll das gehen?
>
> Das muß gehen. Was machst Du, wenn der Akku voll geladen ist? Dann hat
> der auch mehr als 4,1 V. Die Schaltung muß den gesamten Spannungsbereich
> aushalten, den der Akku haben kann.

Das ist so nicht ganz korrekt.
Der Li-Ion-Akku hat nur 3,7V wenn er voll geladen ist.
Er wird zwar mit 4,2V geladen, jedoch hat der Akku nach dem Laden nur 
3,7V.

Der Einsatz eines Low-Drop Spannungsreglers ist kritisch. Beim LM317 
z.B. werden immer knapp 5mA wegen der Dimensionierungswiderstände 
fließen. Das ist für ein Batterie-Betrieb absolut inakzeptabel.

Es gibt Lade-Regler-ICs mit "intelligentem" Powermanagement, die wählen 
die Spannungsquelle aus. Wenn das Netzteil steckt, dann schalten die zum 
Netzteil - und wenn das Netzteil nicht angeschlossen ist, dann schalten 
sie den Akku zu.

Das Problem an der Sache ist, dass ich kein geeignetes IC finden kann 
das ich per Hand löten kann. Die ICs die ein solches Powermanagement 
bieten von TexasInstr. oder Maxim sind im TQFN-Package - das bekomme ich 
nie im Leben von Hand gelötet.

Hat jemand eine andere Idee?

Gruß,
 Tobias

Autor: Michael M. (technikus)
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Tobias John wrote:

> Das ist so nicht ganz korrekt.
> Der Li-Ion-Akku hat nur 3,7V wenn er voll geladen ist.
> Er wird zwar mit 4,2V geladen, jedoch hat der Akku nach dem Laden nur
> 3,7V.

Wenn Du Dir da so sicher bist, dann wird es schon eine Zelle mit max. 
3,7V sein. Nur nebenbei: Mein fast voller Handyakku hat momentan 4,0V. 
Aber es gibt wirklich Typen, die nicht so hoch raufkommen.

> Der Einsatz eines Low-Drop Spannungsreglers ist kritisch. Beim LM317
> z.B. werden immer knapp 5mA wegen der Dimensionierungswiderstände
> fließen. Das ist für ein Batterie-Betrieb absolut inakzeptabel.

Der LM317 ist auch definitiv kein Low-Drop-Regler. Ich dachte da eher an 
sowas wie den LP2950 (fix), LP2951 (variabel) (Ruhestrom 75µA, Drop < 
200 mV) oder TPS73XX mit XX = 33 für fix 3,3V oder 01 für varibel 
(Ruhestrom 340µA, Drop < 400mV).

> Hat jemand eine andere Idee?
Haben Holger M. und ich schon gesagt: Spannungsregler.

Servus
Michael

Autor: Tobias John (tobiasjohn) Benutzerseite
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Michael M. wrote:
> Tobias John wrote:
>
>> Das ist so nicht ganz korrekt.
>> Der Li-Ion-Akku hat nur 3,7V wenn er voll geladen ist.
>> Er wird zwar mit 4,2V geladen, jedoch hat der Akku nach dem Laden nur
>> 3,7V.
>
> Wenn Du Dir da so sicher bist, dann wird es schon eine Zelle mit max.
> 3,7V sein. Nur nebenbei: Mein fast voller Handyakku hat momentan 4,0V.
> Aber es gibt wirklich Typen, die nicht so hoch raufkommen.

Also mein Handyakku hat 3,7V (Nokia E65).
Naja und der Akku den ich hier habe der hat ebend auch 3,7V...

> Der LM317 ist auch definitiv kein Low-Drop-Regler. Ich dachte da eher an
> sowas wie den LP2950 (fix), LP2951 (variabel) (Ruhestrom 75µA, Drop <
> 200 mV) oder TPS73XX mit XX = 33 für fix 3,3V oder 01 für varibel
> (Ruhestrom 340µA, Drop < 400mV).
>
>> Hat jemand eine andere Idee?
> Haben Holger M. und ich schon gesagt: Spannungsregler.

Alles klar... war mein Fehler - Da habe ich wohl falsch gesucht.
Das wäre auf jeden Fall eine Idee.

Autor: Esko (Gast)
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> Also mein Handyakku hat 3,7V (Nokia E65).
> Naja und der Akku den ich hier habe der hat ebend auch 3,7V...

Schonmal gemessen?
Schonmal ne Entladekurve gesehen?
Eher nicht.

Autor: Tobias John (tobiasjohn) Benutzerseite
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Esko wrote:
> Schonmal gemessen?
> Schonmal ne Entladekurve gesehen?
> Eher nicht.

Kannst du auch mehr als nur meckern?
Würdest du deine Aussage etwas konkretisieren, dann könnte ich 
sicherlich auch was von dir lernen...

Ich habe Deinen Hinweis aber zur Kenntnis genommen und weiß nun was du 
meinst.
Die Entlade-Kurve ist nicht linear (logischer weise).
Deshalb ist auch im Datenblatt bei der Spannung der Hinweis "average".

D.h. der Akku hat am Anfang eine Spannung von 4,2 und diese Spannung 
wird im Laufe der Entladung kleiner...

Danke für den Hinweis.

I.Ü. habe ich diesen Akku:
56424
LIP 423450  AJL
hier zu finden:
http://www.varta-microbattery.be/lion.php

Gruß, Tobias

Autor: Michael M. (technikus)
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Leider ist genau zum Typ von Thomas kein Datenblatt verfügbar. Für den 
LIP 103450 RC (gleiche Serie, nur größer?) ist hingegen eines verfügbar. 
Wenn man das betrachtet, fällt auf, daß 3,7V die NOMINELLE Spannung ist. 
Das bezieht sich (Datenblatt: average = durchschnittlich) auf die 
durchschnittliche Spannungslage während eines Entladezyklus. Bei der 
Kapazitätsangabe findet sich der Hinweis: at C/5 from 4.2 V to 2.75 V at 
20°C. Das heißt klar: Der vollgeladene Akku mit 4,2V wird bis auf 2,75V 
entladen.

Außerdem: Li-Ionen-Akkus werden üblicherweise CC/CV = constant 
current/constant voltage geladen, wie auch hier im Varta-Datenblatt 
empfohlen. Das heißt, nach der strombegrenzten Ladephase schließt sich 
eine Ladephase mit der Ladeendspannung von 4,2 V an. Dabei fällt der 
Ladestrom auf nahe 0 A ab. Damit hat der Akku frisch vom Ladegerät rund 
4,1 V!

Tobias, wir wollen Dich hier nicht beschulmeistern. Aber ein bischen 
mehr Wissen über den Akku, den Du verbauen willst, hilft Deinem Projekt 
sicherlich. Ohne wirst Du ein paar böse Überraschungen erleben. Mach 
Dich im Internet erst ein bißchen schlau, bevor Du (Lade-)Schaltung und 
Akku dimensionierst. Wenn Du ein bißchen mehr über die Akkus lernen 
willst, ist folgendes Buch zu empfehlen.
Wolfgang Weydanz, Andreas Jossen: Moderne Akkumulatoren richtig 
einsetzen. ISBN 978-3-9393-5911-1. Da sind auch die typischen 
Entladekurven von Akkus drin.

Ach ja: Auch wenn Esko es etwas ruppig formuliert hat: Nimm mal den 
frisch geladenen Akku aus Deinem Nokia E65 raus und miß mit dem 
Voltmeter mal die Spannung. Wetten, daß Du über 4V liegst? Da 
Li-Ionen-Akkus einen Arbeitsbereich von mehr als 1V haben, ist die 
Angabe der Nennspannung nur die halbe Miete. Kannst ja den Test dann mal 
mit halb vollem und leerem Akku machen.

Servus
Michael

Autor: Tobias John (tobiasjohn) Benutzerseite
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Michael M. wrote:
> Tobias, wir wollen Dich hier nicht beschulmeistern. Aber ein bischen
> mehr Wissen über den Akku, den Du verbauen willst, hilft Deinem Projekt
> sicherlich. Ohne wirst Du ein paar böse Überraschungen erleben. Mach
> Dich im Internet erst ein bißchen schlau, bevor Du (Lade-)Schaltung und
> Akku dimensionierst.

Naja, deshalb frage ich hier ja nach eurem Wissen. Ein wenig habe ich 
schon darüber gelesen... manchmal steht man halt wie nen "Ochs vorm 
Berg" und weiß nicht weiter - da frage ich doch lieber mal nach ;-)

> Ach ja: Auch wenn Esko es etwas ruppig formuliert hat: Nimm mal den
> frisch geladenen Akku aus Deinem Nokia E65 raus und miß mit dem
> Voltmeter mal die Spannung. Wetten, daß Du über 4V liegst? Da
> Li-Ionen-Akkus einen Arbeitsbereich von mehr als 1V haben, ist die
> Angabe der Nennspannung nur die halbe Miete. Kannst ja den Test dann mal
> mit halb vollem und leerem Akku machen.

Das mit der Entladekurve habe ich jetzt wohl auch verstanden ;-)
Aber Deine Aussage war doch wesentlich informativer als nur eine kurze 
ruppiger Formulierung...

Hier im Anhang mal meine Lösung für das Laden des Akkus im Betrieb.
Laut Datenblatt vom MAX1551 müsste das so gehen - oder?

Wird der Akku voll geladen wenn ich während des Ladens ca. 40mA für die 
Schaltung brauche?

Gruß,
Tobias

Autor: CogitoErgoSum (Gast)
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Stell es dir wie einen Eimer mit einem Ablauf vor:

Es fließen 40mA raus für die Schaltung. Nun gibt es 3 Zustände:

1. Es kommt nichts neu in den Eimer -> Der Eimer wird leer.
2. Es kommt gleichviel rein wie raus -> Der Eimer wird weder leerer noch 
voller
3. Es kommt mehr rein als raus geht -> Der Eimer wird um den Betrag 
voller.

Gruß CogitoErgoSum

Autor: Michael M. (technikus)
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Tobias John wrote:
> Hier im Anhang mal meine Lösung für das Laden des Akkus im Betrieb.
> Laut Datenblatt vom MAX1551 müsste das so gehen - oder?
Ja.

> Wird der Akku voll geladen wenn ich während des Ladens ca. 40mA für die
> Schaltung brauche?

Ja, alles eine Frage der Zeit. Typischer Ladestrom des MAX1551 I = 
280mA, Zellenkapazität C = 880mAh. Also wird (theoretisch) ein komplett 
leerer Akku in t = C/I = 3 h 8 min geladen, wenn Deine Schaltung keinen 
Strom verbraucht. Zieht Deine Schaltung 40 mA, so reduziert sich der 
typische Ladestrom auf Is=240mA, also t= C/Is = 3 h 40 min.

Servus
Michael

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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hallo

ich habe auch eine frage zu liion und schließe mich deshalb an das thema 
an.

ich möchte mehrere akkus in serie laden.
angenommen ein akku ist voll, also akkuspannung in meinem fall 4,2V. 
will ich den ladestrom umleiten

angenommen ich hänge einen fet mit lastwiderstand (4,2ohm) parallel zum 
akku.
wenn der akku voll ist steuert der fet voll durch.
bei 1A ladestrom würde am 4,2ohm widerstand 4,2V spannung abfallen.

die offene frage ist aber, fließt wirklich der gesamte strom über den 
fet und den lastwiderstand oder fließt ein gewisser strom noch immer 
über den akku?!

danke für infos
mfg
al

Autor: ... ... (docean) Benutzerseite
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Autor: Henry (Gast)
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Käufliche Balancer  haben Umleitströme bis maximal 500mA. Viele nur 
200mA.

Die einzelnen Stufen solcher Balancer arbeiten nicht unabhängig sondern 
mit dem Ziel, während des gesammten Ladevorganges die Spannung an allen 
Zellen gleich zu halten.

Mit dieser Methode kommt man nicht in das Problem hohe Ladeströme von 
teilweise 5A über die winzigen Balancer-Buchsen am Akkupack leiten zu 
müssen.

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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also wenn ich das richtig verstanden habe, funktioniert das so.
1. die spannungen werden gemessen
2. unterscheiden sich die spannungen an den zellen, so werden die zellen 
so angepasst, dass z.b. ladestrom umgeleitet wird (falls die zelle 
zuviel spannung hat).

d.h. die spannung wird während des ladevorgangs gemessen, oder kann ich 
die spannung im leerlauf genauso messen?

meine erkenntnis:
das ladegerät liefert eine konstante spannung mit änderbaren strom
z.b: 12,6V für 3s Zellen, den strom deshalb variable damit man zu 
ladeschluss runtergeht bzw abschaltet.

extremfall
was würde passieren, wenn ich ein 3s pack zusammenbaue und eine der 3 
zellen voll ist, dann würde zwar der strom umgeleitet. da jedoch die 
zelle voll ist wird sie überladen weil der balancer nur 0,5A umleitet 
und mein ladestrom 1A ist.

habe ich was falsch verstanden?!



angenommen ich möchte einen balancer mit einem avr realisieren.

1. ich messe die spannungen der einzelnen zellen.
2. ich nehme fets mit lastwiderständen (parallel zur zelle) die genauso 
wie der balancer arbeiten und während des ladens den strom umleiten

d.h.
1.zelle leer
2. zelle 1/2 voll
ladung:
1. zelle wird mit vollenm strom durchflossen, bei der 2. zelle macht der 
fet auf (µc gesteuert) und der halbe strom fließt nur noch über den 
akku.

d.h. ich müsste den lastwiderstand auf den 1/2 Ladestrom berechnen


ist meine denkweise bis jetzt so richtig, oder gibt es weinen fehler?!


was mich jedoch noch interessieren würde ist folgendes:
zu einer LiIon zelle ist parallel ein 4,2ohm widerstand, wenn ein strom 
von 1A fließt, wie würde sich dieser strom aufteilen?!


mfg
al

Autor: Henry (Gast)
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Das Ladegerät liefert eine maximale Spannung von N x 4,2V mit konstantem 
Maximalstrom. Der Ladestrom sinkt von selbst ab wenn der Akku voll wird. 
Da muss man nichts machen.

> extremfall
Der darf nicht eintreten weil der Balancer das nicht ausgleichen kann. 
Die Zellen sind aber immer als Pack verbunden und deshalb auf annähernd 
gleichem Niveau.

Wenn man von digital geschalteten FETs ausgeht dann müsste der 
Lastwiderstand sich so berechnen: 4,2V / Imax wobei Imax z.B. 500 mA 
ist. Das hängt vom Stecker, der maximalen Verlustleistung des 
Widerstands und dem Maximalstrom des FET ab.

Der Vorgang beim Laden geht dann so:

1. Ladestrom einschalten
2. Messen aller Zellenspannungen.
3. Kleinste Spannung wird zur Führungsgröße.
4. Wenn andere Zelle einige Millivolt (keine Ahnung wie viel) darüber 
ist, wird der Parallel-FET durchgeschaltet.

> parallel ein 4,2ohm widerstand, wenn ein strom
> von 1A fließt, wie würde sich dieser strom aufteilen?

I = U / R --> Strom durch Widerstand = Zellenspannung / Widerstand

Autor: SuperUser (Gast)
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Falls es sich um ein µC Projekt handelt, kann man die Ladeschaltung auch 
vom µC aus steuern. So habe ich das letztens in einem kleinen Projekt 
gemacht. (Single LiIon Cell)

Man braucht eine pre-charge Schaltung die den Akku lädt, wenn die 
Spannung zu niedrig ist um den µC zu starten. Wenn die Spannung 
ausreichend hoch ist startet man den µC, dieser schaltet die pre-charge 
Schaltung ab und übernimmt die CC/CV Ladung.

Kostet 2 Tranistoren und ein paar Widerstände sowie 2-3 Ports und ADC 
Eingänge für Vbat aber den hat man normalerweise sowieso. Den Komparator 
für den µC Startup gab's kostenlos im DC/DC Wandler für die µC 
Versorgung.

Ach ja, man braucht auch einen Temperatursensor, weil LiIon Akkus nur 
zwischen 0 und 40 Grad C. geladen werden sollen. Das braucht man 
allerdings u.U. auch bei den integrierten Ladereglern.

Und der Watchdog im µC sollte laufen, damit beim SW Crash das Laden 
ausgeschaltet wird...

Aus Sicherheitsgründen (Overvoltage protection, time-out etc.) würde ich 
allerdings in grösseren Projekten auch auf externe Laderegler 
ausweichen.

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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Henry wrote:
>
>
> 1. Ladestrom einschalten
> 2. Messen aller Zellenspannungen.
> 3. Kleinste Spannung wird zur Führungsgröße.
> 4. Wenn andere Zelle einige Millivolt (keine Ahnung wie viel) darüber
> ist, wird der Parallel-FET durchgeschaltet.
>
>> parallel ein 4,2ohm widerstand, wenn ein strom
>> von 1A fließt, wie würde sich dieser strom aufteilen?
>
> I = U / R --> Strom durch Widerstand = Zellenspannung / Widerstand

d.h. zu beginn messen bei bedarf fet schalten
nach einiger zeit sollten alle zellen die selbe spannung haben
( fet sperrt) und dann werden alle zellen mit gleichem strom geladen.

dann eigentlich nur noch messen ob alles ok ist. wenn eine zelle 
wegdriftet eventuell nachregulieren. das heißt die fet sollten so kurz 
wie möglich geschalten werden um verluste zu vermeiden damit der 
komplette strom als ladestrom in die akkus fließt.


meine idee war es, die 1/2 volle zelle, permanent nur mit dem halben 
ladestrom zu laden, während die leere zelle durchgehend den vollen strom 
abbekommt.
so muss ich jetzt den strom über die 1/2 volle zelle eine längere zeit 
fast total umleiten bis beide zellen die selbe spannung habenn damit 
dann beide mit dem selben strom geladenw erden können.
(kommt sich von den verlusten wahrscheindlich eh auf selbe und da es 
sich um ein extremfall handelt irrelevant)

jedoch nochmal zu dem extremfall:
mit einem fet und lastwiderstand könnte ich schon verhindern, dass die 
zelle schaden erleidet. wenn ich den kompletten ladestrom umleite und am 
lastwiderstand verbrate.

>> parallel ein 4,2ohm widerstand, wenn ein strom
>> von 1A fließt, wie würde sich dieser strom aufteilen?
>
> I = U / R --> Strom durch Widerstand = Zellenspannung / Widerstand

der gesamte strom fließt über den widerstand (wenn die zelle voll ist), 
hätte ich mir auch gedacht. war mir nur nicht sicher weil der akku ja 
kein altäglicher bauteil für mich ist.

und ist es besser die spannung im leerlauf oder während des ladens zu 
messen.

mfg
al

@ SuperUser hast du vielleicht eine schaltung dazu?

Autor: Henry (Gast)
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> 2. Messen aller Zellenspannungen.
> 3. Kleinste Spannung wird zur Führungsgröße.
> 4. Wenn andere Zelle einige Millivolt (keine Ahnung wie viel) darüber
> ist, wird der Parallel-FET durchgeschaltet.

Das muss ein zyklischer Vorgang sein. Vielleicht alle 0,1 – 1 Sekunden 
wird gemessen und dann die FETs ein oder aus geschaltet.

Natürlich immer mit Ladestrom messen.

Die Spannungen an den Zellen steigen nicht gleichmäßig an. Auch nicht 
wenn zu Beginn alles gleich war. Deshalb immer wieder messen und 
Lastwiderstände schalten.

Als größte akzeptable Spannungsabweichung würde ich vielleicht 30mV 
nehmen.

Kleine Anmerkung, ich bin nur Anwender von LiPo Akkus und Ladegeräten.

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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ok

ich messe z.b jede sek die spannungen mittels Timer Interrupt.
angenommen die spannung ist bei einer Zelle um 0,12V höher
d.h. ich steuere den Fet an und der leitet für 1sek den strom um die 
zelle.

nach einer sek messe ich wieder (sollte jedoch vorher den Fet 
deaktivieren)
wenn noch immer die spannung zu groß wird wieder umgeleitet

erst bis alle spannungen gleich sind bleibt der Fet ohne funktion.
was ist denn eine akzeptale spannungsdifferenz bei LiIon akkus, wieweit 
dürfen sie auseinander driften 0,01V oder 0,1V?


hab mir folgende fets angeschaut:
IRL14 bei 5V an Gate lässt der 10A durch
IRLZ34 bei 5V an Gate 30A

eigentlich beide übderdimensioniert, ich weiß, jedoch bin ich flexibel.
Ladestrom sollte derzeit bei so 1A liegen da würden beide reichen.
angesteurt via µc 100ohm zu gate und einen 10k von gate nach gnd

ich habe mir auch überlegt die fets via pwm anzusteuern, soft pwm (mega8 
wirds werden) um die ströme genau zu dimensionieren wie ich sie brauche, 
nur glaube ich wird dies zu umständlich. da ist es einfacher den fet für 
eine sek "durchzuschalten" und nochmal zu messen.


danke für den info austausch
 &mfg
al

Autor: Elektrolyt (Gast)
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MAX1501 oder MAX8677 die können im Betrieb laden... Da brauchste nix 
selber sampeln oder messen, die regeln von allein...

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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Elektrolyt wrote:
> MAX1501 oder MAX8677 die können im Betrieb laden... Da brauchste nix
> selber sampeln oder messen, die regeln von allein...

danke
bei maxim habe ich mich schon vor einigen monaten umgeschaut. 
interessante ic's gibt es da.
jedoch ist die herausforderung genau die entwicklung eines eigenen 
ladesystems mit mega8, deshalb mein interesse an 
fet/ansetuerung/messzyklen/genauigkeit usw.

das 2. was mir aufgefallen ist, dass es nur eine handvoll ic's gibt die 
6s zellen managen können.

aber danke für den tip.
mfg

Autor: AKKUFREAK (Gast)
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> jedoch ist die herausforderung genau die entwicklung eines eigenen
> ladesystems mit mega8

Dir ist aber schon die gefahr klar...!?!? LI-ION Akkus können leicht 
explodieren bei überladung / überspannung etc....

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
Datum:

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die gefahr ist klar.
deshalb gibt es auch eine ladeschaltung mit mega8/fet/opv für die 
ansteuerung/spannungsteiler usw.

mfg

Autor: Henry (Gast)
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Das Deaktivieren des FETs vor der Messung halte ich nicht für sinnvoll. 
Einfach deshalb weil die Spannung der Zelle sich nicht sofort ändert 
sondern mehrere 10 Sekunden braucht. Das ist ja eine Chemiefabrik die 
erst reagieren muss.

> Spannungsdifferenz
Die max. Ladespannung der LIPo ist 4,200V. Abweichung +-50mV. Besser 
+-30mV. Ist eine Zelle 30mV zu hoch sollte der FET durchschalten.

Da kommt man dann gleich zu einem Problem. Wie willst du die Spannungen 
der Zellen  messen? Kommt man da nicht schon in den Auflösungsbereich 
eines 10-Bit Wandlers?

Beim maximalen Ausgleichsstrom würde ich nicht über 500mA gehen. Auch 
nicht Impulsweise. Gefühlsmäßig sehe ich da nur Probleme.

> PWM
Nach was soll sich das PWM richten? Man könnte es von der 
Spannungsabweichung abhängig machen. Also vielleicht 1/10 vom Ladestrom 
bei 30mV, 2/10 vom Ladestrom bei 60mV, …

@ Elektrolyt
MAX1501 oder MAX8677 sind keine Balancer. Darüber reden wir aber gerade.

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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hallo

hab mir schon einige gedanken für den prototypenaufbau gemacht. und die 
erste schaltung aufgebaut.

für die Spannungsmessung werde ich den 10bit ADC des mega8 nehmen, da 
stehen mir 6 adc im dip gehäuse zur verfügung, das passt mal!
um auf das richtige spannungsniveau für die adc zu kommen (5V bzw besser 
2,56V) werde ich mit einer subtrahiererschaltung arbeiten.
die subtrahierer schaltung brauche ich deshalb weil sie meiner ansicht 
besser funtioniert als mit spannungsteiler. hierfür ziehe ich vom +Akku 
die spannung von -Akku ab, die differenz ist die spannung des akkus und 
die wird dem adc übergeben.

für die ansteuerung der fets werde ich eine nicht inv. addierer 
schaltung nehmen (habe ich derzeit schon fetig aufgebaut, jedoch noch 
nicht getestet) und zwar brauche ich eine z.b 5V spannungdifferenz Ugs. 
da die akkus in serie hängen ähnliches problem wie oben mit dem adc.
jedoch nehme ich hier die spannung an -akku und addiere die 5V vom µc 
dazu und kann so im bedrafsfall das gate des fets mit dem µc und einer 
Ugs 5V ansteuern.

die fets mit den lastwiderständen, werden so dich wie möglich am akku 
montiert. als lastwiderstände werde ich mir 8,2ohm mit 11w besorgen 
damit komme ich auf einen querstrom von ~0,5A bei einem ladestrom von 
1A.


zum problem der messung:
angenommen ich leite den halben ladestrom um, also in meinem fall mit 
einem 8,2ohm dann müsste ich theoretisch die spannung der zelle noch 
immer genau ermitteln können und das auch im sekunden takt. der 
spannungsabfall sollte ja eigentlich gleich bleiben. oder sollte ich 
dann ein paar sek warten und dann erst messen. würd gern wissen wie das 
die professionellen ladegeräte machen.


zu pwm:
genauso hätte ich mir das vorgestellt.
30mv fet ganz offen (5v Ugs)
15mv fet halb offen (2,5V Ugs)
ich denke die pwm option kann man ins programm dann immer noch 
implementieren, da es sich um ein soft pwm handelt.
würde hierbei z.b. eine schleife durchlaufen und dann die jeweilgen fets 
setzen oder nicht setzen.


ich denke ich werde das ganze vorher mit normalen NiCad oder NiMhi akkus 
testen bevor ich den LiIon an die Kehle gehe.

mfg
al

ps.
habe durch die "gespräche" ein immer besseres gefühl für die materie.

Autor: Henry (Gast)
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Die Planung klingt ja schon sehr ausgereift. Irgendwie erscheint mir 
Manches aber zu kompliziert gedacht.

>lastwiderstände werde ich mir 8,2ohm mit 11w besorgen
P = U^2 / R = 4,2V * 4,2V / 8,2Ohm = 2,15 Watt

>PWM
Wenn ich es richtig verstehe soll die Integration des PWM Signals vor 
dem FET erfolgen und der FET als analoger Widerstand arbeiten. Das geht 
sicherlich, aber warum nicht den Akku als Integrator nutzen? Also den 
FET als digitalen Schalter, der direkt vom PWM gesteuert wird. Für den 
trägen Akku dürfte das kein Problem sein.

Wenn man den Akku als Integrator des PWM Signals nutzt, stellt sich aber 
eine weitere Frage. Warum überhaupt ein PWM im herkömmlichen Sinne? An 
den Zellen liegt ja schon ein PWM Signal, ohne dass es speziell erzeugt 
wird. Wieso?

Alle Sekunde wird gemessen und die Widerstände ein/aus geschaltet. 
Meistens sind sie aus. Daraus ergibt sich ein sehr langsames PWM Signal 
wo der Widerstand vielleicht 2 Minuten aus ist und dann 2 Sekunden ein. 
Jede Periode dieses PWM Signals ist anders, aber es ist PWM.

>zum problem der messung:
Irgendwie tendiere ich jetzt doch dazu, vor der Messung die Widerstände 
zu deaktivieren und dann ohne Wartezeit sofort zu messen. Über die 
gesamte Ladedauer werden sich die Messfehler mitteln und damit 
vernachlässigbar werden.

>LiPo
Neben dem maximalen Ladestrom von 1C ist nur maximale und minimale 
Spannung wichtig. Geht man unter 3V oder über 4,2V, gast der Elektrolyt 
und der Akku bläht sich auf. Das Gas diffundiert nach einigen Tagen 
durch die Verpackung und der Akku hat 30% Leistung verloren. Die untere 
Spannung 3V ist bei 1/10C Belastung gemeint. Bei 5C Belastung kann man 
bist 2,5V runter gehen.

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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hallo

lange hab ich nix von mir hören lassen, es ist jedoch einiges weiter 
gegangen.

zusammenfassung
layout für die prints erstellt
platinen geätzt und bestückt, getestet & derzeit ok

das projekt besteht derzeit aus 3 teilplatinen
1.platine
erstllt aus den serienspannungen der akkus eine einzelspannung jeder 
einzelnen zelle, mithilfe einer subtrahierschaltung d.h. es kommt max 
die zellenspannung an den ausgängen raus und diese kann vom µc 
verarbeitet werden
2. platine
erstellt aus den 5V des µc die für die ansteuerung der fets gedacht sind 
das richtige spannungsniveau mihilfe einer addierschaltung. (bei der fet 
ansteuerung müssen immer Ugs=5V anligen damit der fet durchsteuert)
3.platine
eigentliche fet platine und lastwiderständer bzw derzeit Lampen die den 
verbraucher simulieren


messungen
alle messungen haben die erwünschten ergebnisse erzielt, (leichte 
abweichungen)

ich habe eine kurze "doku" angehängt die ich mal schnell 
zusammengeschrieben habe, weiters befindet sich ein messprotokoll, 
simulationen dabei.
einige fotos & die schaltungen sind auch im zip archiv

was noch kommt
anzeige der spannungen mit hilfe eines µc auf einem lcd, ansteuerung der 
fets mittels µc
und das wichigste ein ladestrom wird duch die zellen geschickt (was 
derzeit noch nicht passiert ist)


mfg
low

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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hallo

update
habe jetzt ein pdf gemacht wo doku, schaltungen und bilder in einem 
sind. is einfach für interessierte.

mfg
low

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Hallo,
erstmal Respekt für die doch recht umfangreiche Schaltung und die 
Dokumentation, die sie erst für andere nützlich macht.

Der Fehler von 0,1V in der Subtrahierer-Schaltung ist schon etwas 
grenzwertig bei LiIon, da kann man dann nur bis 4,1V laden.
Sind 1% Widerstände verbaut?
Der LM324 sollte eigentlich genauer sein:
input offset voltage: 3mV
offset current: 100nA

mfg Esko

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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hallo

danke ;-)

der fehler ist mir auch recht hoch vorgekommen, es sind alles 1% 15k 
widerstände. eventuell werde ich noch genauere holen (0,1%) und schauen 
ob sich was am fehler ändert. ein paar widerstände muss ich sowieso 
austauschen, denn derzeit habe ich an den ausgängen 4,2V, ich habe 
jedoch vor mit meinem mega8 und den genauen internen Vref 2,56 zu 
messen. werd deshalb schauen, dass nur die halbe zellenspannung am 
ausgang des differewzvertsärkers rauskommt.

sonst wüsst ich auch nicht woran der fehler liegt, verorgt wird alles 
mit gnd & 34V (also unsymetrisch, sollte aber nichts machen)

intressanterweise ist der fehler auch nicht symetrisch.


aja ein update habe ich noch, hab die ganze schaltung schon mal mit 
meinem mega8 verbunden und die ersten 4zellen auf einem lcd ausgegeben.

bin noch auf der suche nach einem ladegerät, also einem genauen 
netzteil.


mfg
low

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Lowtzow .... schrieb:
> der fehler ist mir auch recht hoch vorgekommen, es sind alles 1% 15k
> widerstände.
Mess doch mal die Spannung an den Knotenpunkten der Widerstände und am 
Ausgang des OPV.

> sonst wüsst ich auch nicht woran der fehler liegt, verorgt wird alles
> mit gnd & 34V (also unsymetrisch, sollte aber nichts machen)
Die Versorgungsspannung ist nur mit max. 32V spezifiziert.

> intressanterweise ist der fehler auch nicht symetrisch.
Wie meinst du das?

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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hallo

ich bin heut dem messfehler nachgegangen und habe einige neue 
erkenntnisse.

ich habe einige lose widerstände gemessen die ich noch herumliegen 
hatte, alle waren um die 15k und hatten einen fehler untereinander von 
0,46%.
einige werte gemesssen und diese dann 1:1 ins spice übertragen - ratet 
mal was rausgekommen ist - richtig 0,025V Fehler = 0,60%.

werde mir 0,1% widerstände holen und dann gleich die richtigen damit ich 
gleich eine spannung von max 2,56V an den ausgängen der adc platine 
habe, damit diese vom mega8 gleich verarbeitet werden kann, beim conrad 
gibts leider nur die E12 reihe, damit gehen sich nur grässliche 
umrechnungsverhälnisse aus, werd sie woanders bestellen damit sich ein 
1:2 ausgeht also 4,2V:2,1V.

da die derzeitigen platinen nur den ladezustand überwachen und den 
ladestrom umleiten, habe ich mir heute gedanken zu dem eigentlichen 
Ladeteil gemacht. ich denke ich werde einen L200 
http://www.st.com/stonline/products/literature/an/1678.pdf holen, dieser 
benötigt nur 5 Bauteile. Der ladestrom wird zustätzlich noch von einem 
Fet gesteuert (auf/an).
oder hat wer ne bessere idee für den Ladeteil immerhin bräuchte ich 
genaue 25,2V und min 1A (0,5A würden derzeit auch ausreichen)

ein paar von diesen halogenlämpchen werde ich noch holen, die haben sich 
wirklich als nützlich erwiesen, immerhin sieht man gleich was bzw wo der 
ladestrom umgeleitet wird (sind derzeit als eratz für die 
Lastwiderstände verbaut).

mfg
low


ps. mit unsymetrisch meinte ich, dass der fehler micht immer gleich ist 
sondern herumspringt (klein, größer, positiv,negativ)

Autor: MaWin (Gast)
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> bräuchte ich genaue 25,2V

Du hast irgendwas bei LiIon noch nicht kapiert.

Du brauchst genaue. Sehr genaue. Auf 1% genaue.

Nicht die Spannung, die ein L200 liefern kann.

Dessen Referenzspannung schwankt schon zwischen 2,64 und 2.86V.
Und selbst wenn du sie abgeglichen hast, ist sie temperaturabhaenig,
und befindet sich auf dem Chip, also zwischen 25 und 150 GradC heiss,
was nochmal Abweichungen um 2.25% bringen kann.

Und sorry, ein uA/LM741 ist nichts fuer LiIon.

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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MaWin schrieb:
> Du hast irgendwas bei LiIon noch nicht kapiert.
>
> Du brauchst genaue. Sehr genaue. Auf 1% genaue.
>

ich weiß sehr genau, dass ich bei liion genaue spannungen brauche, 
jedoch wenn ich z.b eine spannung nehme die z.b zur sicherheit mal 1-2V 
unter 25,2V liegt kann nichts passieren und ich kann meine akkus trozdem 
laden.


> Nicht die Spannung, die ein L200 liefern kann.

hast du auch einen tipp, welchen spannungs ic ich nehmen könnte?

>
> Und sorry, ein uA/LM741 ist nichts fuer LiIon.
also ich verwende einen lm324, aber wurscht, ich wüßte nicht wieso der 
nicht geeignet sein sollte. da sich der baustein nur bei der ladung an 
den akkus befindet.
vielleicht könnst du deine aussagen begründen, bin immer offen für 
kretik und verbesserungsvorschläge ;-)

mfg
low

Autor: MaWin (Gast)
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>  zur sicherheit mal 1-2V unter 25,2V liegt

Klar, nur wird der Akku da nicht voll, 1% macht 10% Ladung aus.

> also ich verwende einen lm324, aber wurscht

wurscht ist das nur, wenn der Fehler addiert nicht ueber 1% geht, und 
der LM324 trägt alleine 3mV Offset (0.1%) und 30nA Fehlstrom (bei 100k 
Widerständen der Spannungsteiler wären das nochmal 3mV) bei, zudem kann 
er nicht MOSFETs wie den BUZ11 über 100 Ohm ansteuern ohne zusätzliche 
Kompensation.

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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MaWin schrieb:
>>  zur sicherheit mal 1-2V unter 25,2V liegt
>
> Klar, nur wird der Akku da nicht voll, 1% macht 10% Ladung aus.

damit kann ich für die ersten tests leben.

>> also ich verwende einen lm324, aber wurscht
>
> wurscht ist das nur, wenn der Fehler addiert nicht ueber 1% geht, und
> der LM324 trägt alleine 3mV Offset (0.1%) und 30nA Fehlstrom (bei 100k
> Widerständen der Spannungsteiler wären das nochmal 3mV) bei, zudem kann
> er nicht MOSFETs wie den BUZ11 über 100 Ohm ansteuern ohne zusätzliche
> Kompensation.

die größte sorge mache ich mir derzeit über den fehler im 
differenzverstärker, und da wäre ich mit 3mV zufrieden (0,071% fehler) 
hatte bei meinen ersten messungen fehler von 100mv also 2,53% mit 
soeinem fehler kann ich den lader schmeißen! mit genaueren widerständen 
sollte der fehler um den faktor 10 (10mv 0,25%)runtergehen. das würde 
bedeuten ich könnte fast voll laden (90-95%) und das bedenkenlos !

der addierer, der dann in folge den fet schaltet arbeitet eigentlich 
recht gut, habe ich bereits getestet.
meinst du mit zusätzlicher kompensation, er zeiht mehr strom? soll ich 
den widerstand raus tun und durch eine brücke ersetzen?


meine alternative zum L200 wäre der  mc34063 
http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/2300/50... gewesen, 
wahrscheindlich eignet sich der besser!

was ich vorher noch vergessen habe ist, dass die gekauften lader zu 
beginn mit konsanten strom laden und erst wenn die zellen 4,2V ereicht 
haben auf konstanspannung umschalten - habe ich so im www gefunden .
würde bedeuten, dass die ladespannung zu beginn eher unwichtig ist, erst 
wenn der akku auf 4,2V ist sie wichtig.
jetzt noch eine frage, was würde theoretisch zu beginn passieren wenn 
die ladespannung um 1V zu hoch ist? wie beeinflusst der akku die 
ladespannung wen zb jede zelle erst 3,8V hat (macht bei 6zellen 22,8V) 
die ladespannung 26,2V (1V höher ist) wirkt sich das einfach auf den 
ladestrom aus?

sorry für die fragen, jedoch habe ich recht wenig zu den chemischen und 
technischen eigenschaften zu liIon im www gefunden. meist steht nur 4,1V 
bzw 4,2V (je nach technologie) darf man beim laden nicht überschreiten.


mfg
low

Autor: MaWin (Gast)
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> meine alternative zum L200 wäre der  mc34063

Dein Problem ist das Verständnisproblem, wo die Genauigkeit notwendig 
ist, und wo man nur halbwegs genau sein muß. Ja, man kann mit dem 
MC34063 LiIon Akkus laden (jedes KFZ Handyladekabel enthält nichts 
anderes), aber dazu gehört einen Abschaltung, die LiIon-Protection, die 
bei exakt 4.2V abschaltet. So genau ist der MC34063 nicht. Ebensowenig 
wie der L200. Beide sind aber geeignet, eine unkaputtbare 
Strombegrenzung zu realisieren, die aber keineswegs exakt arbeitet. Muss 
sie auch nicht.

Und wenn man mehrere Zellen hat, kann man mit LM324 und 1% Widerständen 
balancen, nur wird das Balancing dabei nicht auf 1% genau. Das ist 
letztlich auch egal, so lange bei EXAKT 4.2V der vollsten Zelle 
aufgehört wird zu laden. Dann sind sie halt nicht zu 99% ge-balan-ct.

Also JA: LM324 und L200/MC34063 gehen irgendwie, aber irgendwo braucht 
man noch eine auf 1% genaue Abschaltung. Und mir scheint, die hast du 
bisher ignoriert, du willst einerseits auf besser 1% balancen, und dann 
auf besser 1% die Gesamtspannung begrenzen. Das kann man manchen, aber 
dann eben nicht mehr mit LM324 und MC34063/L200. Dann muss die ganze 
Kette so genau sein, wie es LiIOn fordert.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Lowtzow .... schrieb:
>>Der Fehler von 0,1V in der Subtrahierer-Schaltung

> ratet mal was rausgekommen ist - richtig 0,025V Fehler = 0,60%.

Von den Widerständen kommt der Fehler dann jedenfalls nicht,
0,025V sind ja nur ein Viertel von 0,1V.


>> verorgt wird alles mit gnd & 34V
>Die Versorgungsspannung ist nur mit max. 32V spezifiziert.
Hast du schon geprüft ob der Fehler mit 30V auch noch auftritt?

>jetzt noch eine frage, was würde theoretisch zu beginn passieren wenn
>die ladespannung um 1V zu hoch ist?
Der Akku explodiert mit einer guten Wahrscheinlichkeit!

http://video.google.de/videosearch?q=li-ion%20exploding

Autor: Lowtzow .... (lowtzow)
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>>>Der Fehler von 0,1V in der Subtrahierer-Schaltung
>
>> ratet mal was rausgekommen ist - richtig 0,025V Fehler = 0,60%.
>
> Von den Widerständen kommt der Fehler dann jedenfalls nicht,
> 0,025V sind ja nur ein Viertel von 0,1V.

war auch nur ein simulationsbeispiel, natürlich könnten die werte noch 
schwanken, tatsache ist, dass die widerstände einen großen anteil am 
fehler haben.

hab mich gestern noch ein bisschen im www umgeschaut und da ein paar 
nette bauteile gefundne die wahrscheindlich noch besser für die die 
messung meiner akkus geeignet sind INA111 
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/BurrBrow..., der ist 
mir ehrlichgesagt ein bisschen zu teuer, kennt vielleicht einer einen 
gleichwertigen bauteil zu einem günstigeren preis? oder einen 4fach op 
der besser ist als er lm324.

>
>
>>> verorgt wird alles mit gnd & 34V
>>Die Versorgungsspannung ist nur mit max. 32V spezifiziert.
> Hast du schon geprüft ob der Fehler mit 30V auch noch auftritt?

danke hatte ich vergessen, werd ich noch testen, das einzige problem ist 
nur, dass mein verwendetes netzteil nur 35v hergibt und ich sonst kein 
anderes zur verfügung habe, müsste also die spannungen runterteilen. 
werde ich aber probieren!

mfg
low

Autor: Esko (Gast)
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Der OP07 ist zwar auch schon älter aber für solche Aufgaben recht gut 
geeignet.
OFFSET: 150µV
BIAS CURRENT: 1.8nA

>> Hast du schon geprüft ob der Fehler mit 30V auch noch auftritt?
> mein verwendetes netzteil nur 35v hergibt und ich sonst kein anderes zur
> verfügung habe, müsste also die spannungen runterteilen.

Nicht runterteilen. Mach ein paar Dioden davor, die du mit 10kohm 
belastest.

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