Lithium-Ionen Akku, Lade-Zustand anzeigen

[Alexander H. (ill_son)]

Hallo,

ich möchte für den im Anhang befindlichen Akku eine Ladezustandsanzeige 
vorsehen. Da ich es nicht übertreiben will, soll es drei Zustände geben: 
grün(bis 70%), gelb (bis 15%) , rot( ab 15%). Dazu messe ich mit dem 
Controller die Spannung und möchte entsprechen dieser den zustand 
anzeigen. Dazu hätte ich einige Fragen an euch.

1. Da die Entladekurve nicht linier ist, möchte ich gern wissen, wie ich 
aus der Akku-Spannung auf den prozentualen Ladezustand schließen kann.

2. Bei welcher Spannung ist definitiv Ende, sodass das Gerät nicht mehr 
gestartet werden darf?

3. Ist die prozentuale Abstufung so sinnvoll oder eher nicht?

Grüße, Alex

[Michael P. (mipo)]

-Hm, die "typische" Entlade-Kurve ist doch auf der zweiten Seite des 
Datenblatts; daraus sieht man aber auch, dass die Zellspannung stark von 
der Belastung und Temperature abhängt. Bei 25°C und 5000mA sind 50% ca. 
3.25V, bei nur 500mA ist die selbe Spannung erst bei nahezu 90% 
Kapazität erreicht. Ergo, den Ladezustand einfach von der Spannung 
ableiten ist nicht.
-LiOn sollten IMHO  nur bis zu 3.2 V entladen werden
-nicht sinnvoll

[Alexander H. (ill_son)]

Danke für die schnelle Antwort.

Der Entladestrom ist einigermaßen konstant, wenn ich den bestimme, 
könnte ich vielleicht was machen. Fällt Dir zur Berechnung des 
Ladestroms ein besserer Ansatz ein?

Grüße, Alex

[Carsten R. (kaffeetante)]

> 1. Da die Entladekurve nicht linier ist, möchte ich gern wissen, wie ich
> aus der Akku-Spannung auf den prozentualen Ladezustand schließen kann.

Böse formuliert: Gar nicht.

Solche Systeme überwachen die ein- und ausgehenden Ströme und rechnen. 
Verwendet man nur die Akkuspannung, so muß die Anzeige genau auf die 
Kennlinie des jeweiligen Akkus abgestimmt sein. Tut man das nicht, so 
spielt man "Rate mal mit Rosenthal" Folglich muß der Akku immer der 
selbe oder sehr sehr ähnlich sein oder die Daten in einem kleinen 
Speicher im Akku sein. Verschiedene Akkus gleicher Serie altern 
unterschiedlich. Das System wird zunehmend ungenau. Im Datenblatt 
erkennt man auch den Temperatureinfluß. Daher macht es mit einem 
Spannungsbezogenen System kaum Sinn das genauer als dreistufig 
anzusetzen.

Deine Idee ist dahingehend gut, daß du die Skala nicht einfach nur 
drittelst sondern die Bereichsgrenzen schon eher an markanteren Stellen 
ansetzt(Übergänge sehr voll und fast leer) Für Schätzungen reicht das. 
Es funktioniert aber nur mit diesen Panasonic Zellen und nicht für 
18650er allgemein. Nimmst Du andere Zellen mit auch nur leicht anderen 
Kennlinien, so kommen falsche Ergebnisse heraus oder Du mußt neu 
abgleichen auf die andere Kennlinie.

> 2. Bei welcher Spannung ist definitiv Ende, sodass das Gerät nicht mehr
> gestartet werden darf?

Es gibt da keine ganz harte Grenze. Flache Entladungen sind schonender. 
Tiefentladungen sind schlecht. Der Übergang ist fließend. Eine gute 
Orientierung ist der Knick in der Kennlinie, ab der die Spannung 
zunehmend schneller abfällt, bei den genannten Akkus also bei ca 3 volt 
und ca. 2500 mAh Entladung. Der Spanungsknick ist ein Indikator für die 
innere Chemie.

Auch wenn man teilweise liest, daß man bis 2,5 Volt entladen kann, so 
kann man sich merken: Jenseits des Knickes ist kaum noch Energie 
gespeichert. Diese winzige Reserve zu nutzen belastet den Akku 
unverhältnismäßig und ist daher nur in Notfällen zu nutzen um 
beispielsweise eine Bruchlandung des Modellfliegers zu vermeiden. Es 
lohnt sich normalerweise nicht unter 3 Volt zu gehen. Im allgemeinen hat 
eine Notabschaltung bei dieser Akkuchemie bei ca. 2,5 Volt zu erfolgen. 
Darum sind die integrierten Schutzschaltungen daran ausgerichtet.

> 3. Ist die prozentuale Abstufung so sinnvoll oder eher nicht?
Technisch gesehen:

Ja, so ungefähr. "Knicke" der Kennlinie erleichtern die die Erkennung 
des aktuellen Zustandes.

Praktisch gesehen hängt es von dir ab ob du mit diesen Werten etwas 
anfangen kannst, oder ob dir Beispielsweise 15 % Reserve zu wenig ist.

[Alexander H. (ill_son)]

Hallo Carsten,

danke für die sehr ausführliche Antwort. Ich werde mir jetzt mal 
Gedanken machen, ob ich mir die Mühe mache, den Strom "zu zählen". Aber 
wahrscheinlich reicht es, die drei Stufen - wie schon angedacht - zu 
belassen. Am Ende möchte ich nur signalisieren, dass bald Schluss ist 
und das Gerät geladen werden muss.

Grüße, Alex

[Carsten R. (kaffeetante)]

Ah ok,

ich bin irgendwie Gedanklich bei einer Art Ladegerät gewesen, weil das 
meistens das Thema ist. In dem Falle wird das Gerät mit vielen 
unterschiedlichen Akkus konfrontiert. In Deinem Falle könnte es 
erheblich einfacher werden wenn das Akku integriert ist bzw immer wieder 
die selbe Zelle eingesetzt wird.

Wenn dann auch noch der Stromverbrauch einigermaßen konstant ist und 
nicht wie bei einem Modellflieger oder Akuschrauber extrem schwankt, 
kann man auch mit ein paar Bytes und Zeitstempeln das Gerät auf den Akku 
anlernen.

Man legt beim Passieren eines ausgewählten Spannungslevels einen 
Zeitstempel an und bildet bei nächsten Schwellwert und/oder bei der 
unteren Entladegrenze die Differenz. Nach und nach bildet man über 
mehrer Zyklen einen Mittelwert. So kann man Abschätzen wie lange der 
Saft noch reicht. Das ist eine rein zeitbezogene Abschätzug. Sollte dann 
mal der Akku ersetzt werden, hat man zunächst ungenaue Werte bis sich 
die Statistik über mehrere Zyklen auf den neuen Akku angepaßt hat. Ein 
solches System würde auch automatisch die Alterung/den Verschleiß des 
Akkus mit berücksichtigen.

Soll es genauer werden kann man noch den Strom und die Temperatur mit 
einbeziehen. Wie sinnvoll das ist, hängt von der geforderten Genauigkeit 
ab und davon wie sehr Strom und Temperatur schwanken.