Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik NiMH Akkus - Wie lädt man mit Konstantstrom ?


von Petr t. (vicon)


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Hallo liebe Community,

vielleicht eine etwas dumme Frage, aber da ich so daran gewöhnt bin 
Lithium Akkus zu laden und ich bei NiMh Akkus nie darauf geachtet habe 
wie ich sie lade (via 8V Solarzelle ein 7,2V Akkupack).

Ich frage mich aber was mit Konstantstrom gemeint ist ?
Wenn ich einen Nimh Akku auf 1V (entladen) an ein Labornetzteil 
anschließe und als Ladespannung am Netzteil 1,4V einstelle, dann kommt 
ein Strom.
Je wie im Netzteil eingestellt (Begrenzt (CC) oder unbegrenzt) bis der 
Akku voll ist. Aber ist das so richtig oder mache ich was falsch?
Ich lese oft das mit Konstantstrom geladen werden soll aber nicht mit 
Konstantspannung.

Kann ich das so richtig interpretieren, das ich am Netzteil die 
Strombegrenzung (CC) einstelle und die Maximale Spannung (Bevor ich den 
Akku anschließe) auf 1,4V stelle?

Ich möchte nämlich gerne ein 1-2 Zellen Ladegerät bauen, aber außer das 
mit der Temperaturerkennung weiß ich nicht wie ich das mit dem Delta U 
verfahren messen soll. Die Schaltung soll sich auf einen Diskreten 
aufbau beschränken, eventuell auch ein ATTiny.

Schon mal danke für eure antworten :)

von Hp M. (nachtmix)


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Petr t. schrieb:
> Ich frage mich aber was mit Konstantstrom gemeint ist ?

Ein Strom, der von der Spannung weitestgehend unabhängig, also konstant, 
ist.

von Joachim B. (jar)


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Petr t. schrieb:
> Kann ich das so richtig interpretieren, das ich am Netzteil die
> Strombegrenzung (CC) einstelle und die Maximale Spannung (Bevor ich den
> Akku anschließe) auf 1,4V stelle?

da ein voller NiMh über 1,4V geht sollte die  Ladespannung höher sein

der Ladestrom eben begrenzt auf das gewünschte, die Temperatur überwacht 
werden und auf -delta U geachtet werden

von Andreas S. (igel1)


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@vicon:

Jetzt mal Hand auf's Herz: hast Du wirklich vor Deinem Posting hier im 
Forum ein bißchen im Internet recherchiert? Ich glaube: eher nicht.
Dort wird man nämlich halb totgeschmissen mit NiMH-Akkuladern auf 
AVR-Basis.

Sogar Atmel selbst gibt Application Notes heraus:
http://www.atmel.com/images/doc8098.pdf
http://www.gaw.ru/pdf/Atmel/app/avr/AVR450.pdf

Oder hier eine Seite mit 37-Akkulader-Projekten:
http://www.electroschematics.com/tag/battery-charger-circuits/

Und Wikipedia kann ebenfalls Dein Freund werden:
https://de.wikipedia.org/wiki/Ladeverfahren#Abschaltkriterien

Viele Grüße

Igel1

von MaWin (Gast)


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Petr t. schrieb:
> Aber ist das so richtig oder mache ich was falsch?

Du ruinierst auf die Art nach Kräften den Akku.

Ein NiMH ist KEIN LiIon Akku.

Er ist NICHT voll wenn er 1.4V erreicht.

Er ist voll, wenn die Spannung wieder SINKT (nach sie vorher 1.3 oder 
1.5V erreicht hat, je nach Laune).

Petr t. schrieb:
> Ich frage mich aber was mit Konstantstrom gemeint ist

Im wesentlichen braucht man den halbwegs konstanten Strom wenn man einen 
NiMH Akku nach zeit vollmachen will, mit der üblichen Lademethode !14 
Stunden lang C/10", also 50mA für einen 500mAh Akku.

Wäre da der Strom nicht konstant, sondern schwankt von 250 zu 1000mA, 
dann könnte man die Zeit nicht berechnen.

Deine Solarzelle ist nicht konstant genug.

Die andere Lademethode ist -DeltaU, die Spannung sinkt weil der Akku 
warm wird wenn er voll ist. Das kann man aber auch nur erkennen, wenn 
man mit halbwegs konstantem Strom lädt, sonst sinkt die Spannung auch 
wenn der Ladestrom sinkt, oder der Akku wird bei zu geringem Strom gar 
nicht warm genug.

Eine Solarzelle geht da ebenfalls nicht.

Solarzellen sind für NiMH Akkus also komplett ungeeignet, wie man an den 
Gartenwegfunzeln sieht, die den Akku schon nach einem halben Jahr 
ruiniert haben.

Nimm LiIon Akkus und begrenze auf Ladespannung (4.2V), da kann dir auch 
der Strom egal sein so lange er nicht zu hoch ist.

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.21

von Petr t. (vicon)


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Hallo,

danke für die zahlreichen antworten :)
Das mit dem Konstantstrom habe ich verstanden.
Jetzt möchte ich nur wissen wie man diese -Delta U Erkennung mit 
analoger Technik bauen kann ?

Also soweit habe ich verstanden, die Spannung kann über 1,4V sein, aber 
es muss abgeschaltet werden nach dem -Delta U erkannt wurde, richtig ?

Ich habe Schaltungen gesehen wo ein LM317 als Stromregler eingesetzt 
wird, kann mir das jemand erklären wie das verschaltet funktioniert, 
wenn die Referenzspannung 1,25V hat.


Danke :)

Ps. Mit Lithium akkus kommt mir das einfacher vor ^^

von Stefan F. (Gast)


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Ich würde das gar nicht Analog machen, weil

1) Die absolute Ladespannung unbekannt ist.
2) Die Größe des Deltas unbekannt ist.
3) Unbekannt ist, in welchem Zeitraum das Delta zu messen ist.
4) Störungen zu erwarten sind, die herausgefilter (bzw herausgerechnet) 
werden müssen.

Mit einem programmierbaren Ladecontroller hast du große Freiheiten bei 
der Umsetzung und späteren Anpassung.

Falls du nicht programmieren möchtest, würde ich an deiner Stelle einen 
fertigen Ladecontroller als IC kaufen, statt das Rad neu zu erfinden. 
Den eigenen Hirnschmalz kann man besser für Sachen einsetzen, die 
spannender sind.

von Stefan F. (Gast)


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> ein LM317 als Stromregler ...
> kann mir das jemand erklären wie das verschaltet funktioniert

Siehe Datenblatt http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm117.pdf Kapitel 
9.2.8

I = U / R

von Petr t. (vicon)


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Stefan U. schrieb:
> 1) Die absolute Ladespannung unbekannt ist.
> 2) Die Größe des Deltas unbekannt ist.
> 3) Unbekannt ist, in welchem Zeitraum das Delta zu messen ist.
> 4) Störungen zu erwarten sind, die herausgefiltert (bzw herausgerechnet)
> werden müssen.

Warum gibt es dann analoge Schaltungen die man aufbauen kann?

Kann ich denn nicht einen Transistor in einer Basisbeschaltung mit ein 
paar Widerständen auf 1,4V  einstellen, somit kann der Akku nur bis 1,4V 
aufgeladen werden (1,4V ist ja die Ladeschlussspannung), dann würde sich 
der Strom nur in ein paar Milliampere ~5mA fließen. Dann noch ein 
Zusatzbeschaltung die am Akku die Spannung misst und den Ladevorgang 
unterbricht wenn der Akku voll ist ?

von MaWin (Gast)


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Petr t. schrieb:
> Kann ich denn nicht einen Transistor in einer Basisbeschaltung mit ein
> paar Widerständen auf 1,4V  einstellen, somit kann der Akku nur bis 1,4V
> aufgeladen werden (1,4V ist ja die Ladeschlussspannung),

Klarer Fall vor borniert lernresitent bei dem jedes Wort zu viel ist.

von Lurchi (Gast)


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Man kann delta U auch analog aufbauen, wenn man unbedingt will. Man muss 
sich halt bei den Parametern wie die Zeit zum mitteln und die größe des 
Delta U halt festlegen - das muss man einer realisierung per µC auch.
Die Schwierigkeit liegt darin, das sich die Spannung relativ langsam 
ändert. Man muss also eine eher langsam Änderung von vielleicht 1 
mV/minute erkennen. Da braucht man recht große Zeitkonstanten, so im 
Bereich 1-10 Minuten, also eher unhandlliche große hochwertige 
Kondensatoren.

Für NiMH ist auch das einfache delta U noch nicht ideal - besser wäre da 
die 2. Ableitung (abschalten schon im Wendepunkt), was noch etwas 
aufwändiger wird.

Ein µC mit ADC ist da halt einfacher, ggf. günstiger und man hat es 
leichter die Spezialfälle abzufangen, wie Laden bei niedriger 
Temperatur, Anfang der Ladung bei kleiner Spannung, Laden eines schon 
heißen Akkus.

von Petr t. (vicon)


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MaWin schrieb:
> Klarer Fall vor borniert lernresitent bei dem jedes Wort zu viel ist.

Vielleicht möchtest du dich bitte etwas genauer dazu äußern anstatt nur 
den Mund aufzumachen und nichts brauchbares schreiben ;)

Bisher haben meine NiMh akkus auch mit Solarladung normal funktioniert 
und keinen Stress gemacht und das die Kapazität gesunken sei, kann ich 
auch nicht sehen.
Warum soll es nicht gehen das ich einen Konstanten Ladestrom einstelle 
und die Spannung auf 1,4V begrenze (Anmerkung: Das ist die 
Ladeschlussspannung wie sie in der Wikipedida angegeben ist 
https://de.wikipedia.org/wiki/Ladeverfahren#Ladeschlussspannung)
Und ja da steht 1,45V aber man muss es ja nicht strapazieren.

Oder hätte da jemand eine anderen Einfall ?
Ich möchte bitte konstruktive Kritik und Lösungsvorschläge anstatt 
unnötige Kommentare. Wenn Irgendjemand mal ein ähnliches Problem hat, 
dann soll dieser nicht verzweifeln müssen.

Wie wurde das denn realisiert als es noch keine IC´s für die NiMh ladung 
gab ?

von Petr t. (vicon)


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Wie wäre es denn mit dieser Schaltung ?

http://www.stefanv.com/electronics/usb_charger.html
Ich finde diese scheint doch zu funktionieren.

Lurchi schrieb:
> Man kann delta U auch analog aufbauen, wenn man unbedingt will. Man muss
> sich halt bei den Parametern wie die Zeit zum mitteln und die größe des
> Delta U halt festlegen - das muss man einer realisierung per µC auch.
> Die Schwierigkeit liegt darin, das sich die Spannung relativ langsam
> ändert. Man muss also eine eher langsam Änderung von vielleicht 1
> mV/minute erkennen. Da braucht man recht große Zeitkonstanten, so im
> Bereich 1-10 Minuten, also eher unhandlliche große hochwertige
> Kondensatoren.

Hmm, ja das macht Sinn. da wäre ein µC sicher besser.
Was ich aber nicht ganz verstehe ist, wenn man die Spannung messen kann 
dann weiß man doch, das wenn der Akku bereits bei 1,41V zb ist, das er 
jetzt abgeschaltet werden kann, da sonst überladung droht, oder ist da 
soviel Restkapazität in den 0,04V das man es auf die Spitze treiben 
müsste?
Danke

von MaWin (Gast)


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Petr t. schrieb:
> Vielleicht möchtest du dich bitte etwas genauer dazu äußern

Wozu ? Du liest es ja doch nicht.

von Petr t. (vicon)


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MaWin schrieb:
> Petr t. schrieb:
>> Vielleicht möchtest du dich bitte etwas genauer dazu äußern
>
> Wozu ? Du liest es ja doch nicht.

Ok, dann schwenke ich mal auf deinen Beitrag zurück.
Das mit der Zeit lässt sich analog eher schwer machen.
Bei -Delta U muss es doch dann eine Möglichkeit geben diese Analog 
erkennen zu können, ich meine mit einem OPV wäre das doch möglich oder 
nicht?
Die Messung mit Temperatur wäre etwas ungenau denke ich, da der Strom 
bei ca. 100mA liegen sollte.
Aber ein TMP37 sollte bei ~40°C eine Sppannung von 0,7V haben, also 
genau der Bereich ab dem man einen Transistor ansteuern könnte um den 
Akku abzutrennen und den Ladevorgang beenden.

von Joachim B. (jar)


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Petr t. schrieb:
> Bei -Delta U muss es doch dann eine Möglichkeit geben diese Analog
> erkennen zu können, ich meine mit einem OPV wäre das doch möglich oder
> nicht?

klar ist nur Mathematik
1.Ableitung nennt man auch differenzieren,
 usw.

http://www.brinkmann-du.de/mathe/gost/diff_01_02.htm
https://www.abiweb.de/mathematik-analysis-1/verstaendnis-der-ableitung/graphische-ableitung/graphen.html

dann kommt der Wendepunkt und die negative Steigung die gesucht wird.

machs mit OP, ich habe das seit dem Studium aufgegeben, µC scheint mir 
persönlich einfacher, aber es gibt auch Analogkünstler, ich zähle mich 
nur bedingt dazu.

von Praktikus (Gast)


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Beim -Delta U - Verfahren werden die Akkus überladen.

Messung einer Temperaturerhöhung ist schonender.

Petr t. schrieb:
> Die Messung mit Temperatur wäre etwas ungenau denke ich, da der Strom
> bei ca. 100mA liegen sollte.

Dann mache doch folgendes:
Statt den Temp-Sensor mit einer Uref zu vergleichen,
vergleiche ihn mit einem 2. Temp-Sensor, der auf der jeweiligen 
Umgebungstemperatur gehalten wird.

Stelle den Komparator so ein, dass abgeschaltet wird, wenn die Akkus 
etwa 2..4°C mehr haben (ausprobieren).

von MaWin (Gast)


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Praktikus schrieb:
> Stelle den Komparator so ein, dass abgeschaltet wird, wenn die Akkus
> etwa 2..4°C mehr haben (ausprobieren).

Na ja, so viel bekommt ein Akku schon vom Ladestrom alleine. Eher 10-20.

von Praktikus (Gast)


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MaWin schrieb:
> Na ja, so viel bekommt ein Akku schon vom Ladestrom alleine.

Er schreibt, dass sein Strom bei ca. 100mA liegt.
Das wären ca. 140mW pro Zelle.

Ich schrieb ja schon:
> ausprobieren

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