In einem Projekt möchte ich eine Ladezustandsanzeige für die enthaltenen Li-Ion-Akkus integrieren. Dazu soll über einen Shunt der Lade- bzw. Entladestrom gemessen werden und so die entnommene bzw. eingeladene Kapazität gezählt werden. Beim Vollladen wird rekalibriert. Nun meine Frage, ob es zielführender/präziser ist, in Ah oder Wh mitzuzählen.
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Bei hohen Entladeströmen sinkt die nutzbare Kapazität, dadurch gibt es Abweichungen. Meine Frage ist, ob diese Abweichungen beim Zählen der Ah oder der Wh geringer sind.
Das kommt auf dein Projekt an. Mit der Anzeige soll ja erreicht werden, dass man abschätzen kann, wie lange das Gerät noch einsetzbar ist. Wenn die Spannung direkt genutzt wird und die Schaltung mit 2,5V etwa genauso viel Strom zieht wie mit 4,2V reicht eine Ah-Zählung. Wenn aber mit einem Step-Up-Wandler eine konstante Spannung erzeugt wird, ist Wh sinnvoller, da bei niedrigerer Spannung des Akkus mehr Strom gebraucht wird.
Die Restlaufzeit soll aus der durch Abzählen bekannten Restkapazität und dem aktuellen Strom bzw. der aktuellen Leistung (beides stets bekannt) berechnet werden. Mein Gedankengang war, dass bei hoher Belastung die nutzbare Kapazität in Ah zahlenmäßig weniger stark sinkt als die in Wh, da hier ja auch die Spannung berücksichtigt wird, die durch den Innenwiderstand des Akkus sinkt. Somit wäre Ah/A stets näher an der Realität als Wh/W. Nachvollziehbar erklärt? Mir erscheint das zwar logisch, aber kontra-intuitiv, daher frage ich.
Wenn das Gerät eine bestimmte Leistung braucht, ist die Ah-Zählung irreführend. Sie täuscht mehr Kapazität vor, als da ist. Wenn der Akku voll ist, wird weniger Strom verbraucht für die gleiche Leistung als wenn er fast leer ist. Der Ah-Zähler zählt also anfangs langsam und mit fallender Spannung immer schneller. Er würde bei halber Leistungskapazität zB immer noch 75% anzeigen.
dercr schrieb: > Dazu soll über einen Shunt der Lade- bzw. Entladestrom gemessen werden > und so die entnommene bzw. eingeladene Kapazität gezählt werden. Suche mal nach INA219 (Texas Instruments) und schaue Dir bei Adafruit die zugehörige Arduino-Library an - das IC will das können.
dercr schrieb: > Die Restlaufzeit soll aus der durch Abzählen bekannten Restkapazität und > dem aktuellen Strom bzw. der aktuellen Leistung (beides stets bekannt) > berechnet werden. Du berechnest aber nur einen groben Schätzwert. Es gibt da noch einige Effekte: -Die Temperatur spielt auch eine große Rolle. -Nach einer großen Belastung und anschließender Ruhephase steigt der Ladezustand wieder an. - Die vorherigen Zyklen haben Einfluss auf den aktuellen Zyklus - ein starker Zyklus verhält sich anders als ein schwacher. ... Und alles hängt von der Zellchemie und dem Aufbau ab.
Schau mal bei Maxim vorbei, z.B. sowas hier: https://www.maximintegrated.com/en/products/power/battery-management/MAX17055.html MfG, Hans
Servus, um den Ladezustand des Akkus zu kennen, ist es meiner Meinung nach Quatsch, die Wattstunden zu zählen! Wenn man aus einem vollen 1 Ah Akku 0,5Ah entnimmt, ist er immer zur Hälfte leer, egal, ob es ein geringer oder hoher Entladestrom war. Die entnommene Leistung ist aber bei hohem Strom weniger, da die Spannung bei höheren Strömen geringer ist. Würde man also Wattstunden zählen, bekäme man bei höheren Entladeleistungen das falsche Bild, den Akku weniger tief entladen zu haben!
Thomas E. schrieb: > Wenn man aus einem vollen 1 Ah Akku > 0,5Ah entnimmt, ist er immer zur Hälfte leer, egal, ob es ein geringer > oder hoher Entladestrom war. nur wenn er aktuell tatsächlich 1Ah hat und es kann sein das er bei 1A Entnahmestrom 1,1 Ah liefert aber bei 5A nur 0,9Ah bis zu Tiefentladegrenze. Das geben aber die Datenblätter der Zelle grob an.
Üblich sind mAh, denn das ist direkt messbar. Beisiele: http://cds.linear.com/docs/en/product-selector-card/2PB_29421b.pdf Ich bau die in meine Projekte auch manchmal ein. Ist recht praktisch, und um Häuser präziser als eine Spannungsmessung, vor allem wenn man oft Teilladungen macht.
Volle22 schrieb: > nur wenn er aktuell tatsächlich 1Ah hat > > und es kann sein das er bei 1A Entnahmestrom 1,1 Ah liefert > aber bei 5A nur 0,9Ah bis zu Tiefentladegrenze. Aber entnommene 500mAh bleiben 500 mAh, egal, ob ich die über 5 Stunden mit 100mA Last entnehme, oder in 3 Minuten mit 10A. Ein evtl. Verlust an nutzbarer Gesamtkapazität hat doch mit der Protokollierung der ge- und entladenen Strommenge nichts zu tun.
Thomas E. schrieb: > Aber entnommene 500mAh bleiben 500 mAh, egal, ob ich die über 5 Stunden > mit 100mA Last entnehme, oder in 3 Minuten mit 10A. Ein evtl. Verlust an > nutzbarer Gesamtkapazität hat doch mit der Protokollierung der ge- und > entladenen Strommenge nichts zu tun. aber mit dem Ladezustand und den will der TO ja laut Titel ermittel. Das ist die noch verfügbare Energie die hängt aber von vielen Parametern ab
Volle22 schrieb: > aber mit dem Ladezustand > und den will der TO ja laut Titel ermittel. Ok, dann schlag eine bessere Messtechnik vor, mit der Du den Ladezustand genauer ermittelst! Wenn Du nicht in die Zukunft sehen kannst, kannst Du bei einem teilentladenen Akku sowieso nicht angeben, wieviel Kapazität noch genau entnommen werden kann, weil Du ja auch nicht weißt, mit welchem Strom er für die Restentladung belastet wird. Also, was ist Deine Alternative, den Ladezustand vernünftig anzuzeigen? Vielleicht den Akku wiegen?
Thomas E. schrieb: > Wenn man aus einem vollen 1 Ah Akku > 0,5Ah entnimmt, ist er immer zur Hälfte leer, egal, ob es ein geringer > oder hoher Entladestrom war. Aber eben nur, wenn man es strommäßig sieht. Leistungs- oder energiemäßig ist er dann nur noch etwa ein drittel voll, da die Spannung gesunken ist und weiter sinken wird. Ob jetzt der Strom oder die Leistung wichtiger ist, hängt von der Anwendung ab, über die uns der Fragesteller leider im Dunkeln lässt.
dercr schrieb: > Nun meine Frage, ob es zielführender/präziser ist, in Ah oder Wh > mitzuzählen. Ah. Aber auch die Kapazitäts-Änderung mit der Zeit rekalibrieren. Z.B. Kapazität je begonnenem Ladevorgang um 1% reduzieren. Bei nachgewiesen höherer Stromentnahme hochsetzen. Je nach Bedarf für Teilentladungen optimieren. Der Ladezustand von Lithium-Akkus lässt sich ja ganz gut aus der Spannung ableiten.
Stephan schrieb: > Der Ladezustand von > Lithium-Akkus lässt sich ja ganz gut aus der Spannung ableiten. Naja, je nach Zellchemie - bei LiFe z.B. klappt das überhaupt nicht!
Jobst Q. schrieb: > Aber eben nur, wenn man es strommäßig sieht. Leistungs- oder > energiemäßig ist er dann nur noch etwa ein drittel voll, da die Spannung > gesunken ist und weiter sinken wird. Völlig aus der Luft gegriffen und deshalb auch stark daneben! Das rechnen wir doch nochmal nach, gelle? Ist schon richtig und klar, daß die Energie in der 2. Entladehälfte weniger ist, als in der ersten, aber nicht 2/3 zu 1/3... Jobst Q. schrieb: > Ob jetzt der Strom oder die Leistung wichtiger ist, hängt von der > Anwendung ab, über die uns der Fragesteller leider im Dunkeln lässt. In der Regel interessiert natürlich eher die Leistung bzw. die noch zur Verfügung stehende Energiemenge, aber es geht hier doch um das geeignete Messverfahren - Du willst doch nicht etwa behaupten, daß es besser/genauer wäre, für die Restenergie im Akku die abgegebenen Wattstunden heranzuziehen, statt die abgegebenen Amperestunden zu zählen?
dercr schrieb: > Meine Frage ist, ob diese Abweichungen beim Zählen der Ah oder der Wh > geringer sind. Was verwenden denn fast alle Ladegeräte? Das scheint ja soweit hinreichend zu sein. Fehlerhaft/ungenau bei variabler Stromentnahme sind eh beide Varianten...
Thomas E. schrieb: >> Der Ladezustand von >> Lithium-Akkus lässt sich ja ganz gut aus der Spannung ableiten. > > Naja, je nach Zellchemie - bei LiFe z.B. klappt das überhaupt nicht! Da hast recht. Bei LiFePo kann die aktuelle Kapazität nur bei tiefen Entladezyklen aktualisert werden. Der TE sprach aber von Li-Ion, da kann aus der Spannung (in Verbindung mit Temperatur und Strom) schon einiges abgeleitet werden. Prinzipfrage: Wie hängen Kapazität beim Entladen und unmittelbar anschließendem Laden bei Li-Akkus zusammen? Ich bin bislang von C-Entladung >= 95% C-Ladung ausgegangen (egal bei welcher Temperatur). Dass bei tiefen Temperaturen die Entladeschlusspannung früher erreicht wird / der Innenwiderstand steigt ist klar. Die nutzbare Kapazität sinkt damit, aber das Laden geht auch entsprechend schneller. Die >=95% stammen glaube ich von Gerd Giese. So meine bisherige Annahme... Stimmt das? Dann könnte man etwa wie folgt rechnen (Selbstentladung ignoriert): 1. aktuelle Akku-Kapazität mit Nenndaten ansetzen 2. Akku voll aufladen, Ladezustand auf aktuelle Akku-Kapazität setzen 3. Akku teilentladen, Ladezustand mit entnommener Kapazität/95% anpassen 4. Akku an Ladegerät anschließen, aktuelle Akku-Kapazität um 1% reduzieren 5. Ladezustand mit geladener Kapazität*100% anpassen 6. aktuelle Akku-Kapazität hochsetzen wenn im aktuellen Ladevorgang der bisherige Wert überschritten wird, ggf. auch Restkapazität berücksichtigen 7. weiter zu 3. Akku-Kauf Akku-Kapazität: 1000mAh (Nennwert) Vollladung (600mAh), Akku-Kapazität 1000mAh, Ladezustand 1000mAh Entladung 300mAh (/95%) Ladezustand 684mAh Vollladung (305mAh), Akku-Kapazität(-1%) 990mAh, Ladezustand 990mAh Entladung 300mAh (/95%) Ladezustand 674mAh Ladung (100mAh), Akku-Kapazität(-1%) 980mAh, Ladezustand 774mAh Entladung 300mAh (/95%) Ladezustand 458mAh Ladung (100mAh), Akku-Kapazität(-1%) 970mAh, Ladezustand 558mAh Entladung 300mAh (/95%) Ladezustand 242mAh Vollladung (750mAh), Akku-Kapazität(-1%) 960mAh, Ladezustand 960mAh Rekalibrierung Akku-Kapazität 992mAh, Ladezustand 992mAh ... Ladezustand 300mAh Vollladung (300mAh), Akku-Kapazität(-1%) 500mAh, Ladezustand 500mAh Rekalibrierung Akku-Kapazität 600mAh, Ladezustand 600mAh ... Ladezustand -200mAh (reale Kapazität > als geschätzte, Verluste geringer als angenommen) Vollladung (700mAh), Akku-Kapazität(-1%) 400mAh, Ladezustand 400mAh Rekalibrierung Akku-Kapazität 700mAh, Ladezustand 700mAh Ohne Deep-Cycles driftet der Ladezustand und die aktuelle Akku-Kapazität halt nach unten weg. Bei hohem Strom / geringer Temperatur ist auch nicht die volle Ladung nutzbar. Als untere Abschätzung kann das aber finde ich gut taugen.
Stephan schrieb: > Der TE sprach aber von Li-Ion LiFe-Akkus sind auch Lithium-Ionen Akkus, AFAIK sind alle Li-Akkus Lithium-Ionen Akkus. Stephan schrieb: > Prinzipfrage: Wie hängen Kapazität beim Entladen und unmittelbar > anschließendem Laden bei Li-Akkus zusammen? Bislang bin ich immer davon ausgegangen, daß bei Li-Akkus der Unterschied der entnommenen zur eingeladenen Ladung praktisch vernachlässigbar ist, also unter 1%. Daß man trotzdem deutlich mehr Energie einladen muss, als 'rauskommt, ist eher dem Spannungsunterschied zwischen Laden und Entladen geschuldet. Deshalb ja auch den Ladezustand durch zählen der Ah, statt der Wh, ermitteln. Eine zusätsliche Spannungsüberwachung braucht man sowieso, damit kann man dann ggf. die Prozent-Anzeige abgleichen, also bei Vollladung einfach auf 100% setzen, und wenn beim Entladen die Spannung niedriger ist, als durch den Ladezustand in % erwartet, die % entsprechend korrigieren und ggf. auch die Variable mit der Kapazität anpassen (der Akku altert ja schließlich auch irgendwann und verliert Kapazität). Wenn man es perfekt machen will, berücksichtigt man bei der Spannungsmessung auch den aktuellen Ent-/Ladestrom, um die Leerlaufspannung zu berechnen. Wobei der so gemessene Ri auch ein guter Indikator für den "Gesundheitszustand" des Akkus ist, zumindest, wenn man die Temperatur nicht außer acht lässt.
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Thomas E. schrieb: > Bislang bin ich immer davon ausgegangen, daß bei Li-Akkus der > Unterschied der entnommenen zur eingeladenen Ladung praktisch > vernachlässigbar ist Dazu habe ich eben mal spontan das folgende Experiment durchgeführt: Probant: eine alte, ausgemusterte A123-Zelle (LiFe, 26650, 2.3Ah nominal), die ich wegen schlechter Daten aus einem Akku ausgebaut hatte. Die Zelle lag schon mehrere Jahre leer 'rum, leider habe ich es versäumt, vor dem Experiment mal das Multimeter dranzuhalten, aber der Lader zeigte zu Beginn der Ladung eine Spannung deutlich unter 3V. 1. Ladung (Strom ca. 3,5A, mehr macht der Lader nicht wegen Verlustleistung 12V Input -> 3,6V Zelle - der hat halt nur einen Boost- aber keinen Buck-Converter): ~2Ah eingeladen bis Zelle voll. 2. Entladung mit 5A um definierten Betrag (1000 mAh) 3. unmittelbar danach wieder Voll-Ladung: eingeladen 1001 mAh. 4. wieder entladen. Hier gab es eine kleine Ruhepause, weil ich nicht zugegen war und den nächsten Zyklus sofort gestartet habe 5. Vollgeladen, eingeladene Kapazität: 1011 mAh. 6. Entladen (1000mAh mit 5A) 7. Vollgeladen, eingeladene Kapazität: 1003 mAh Da der Lader kein hochpräzises, geeichtes Labormessgerät ist, würde ich der mAh-Einerstelle jetzt keine allzu hohe Bedeutung beimessen - die Differenzen zwischen eingeladener und entnommener Kapazität würde ich als im Bereich der Messungenauigkeit des Ladegerätes beurteilen. Überrascht hat mich die geringe Differenz schon beim ersten Zyklus - hier hätte mich eine größere Abweichung wegen irgendwelcher Formierungseffekte nach der langen Lagerzeit nicht gewundert. Ergebnis: eine praktisch relevante Differenz zwischen eingeladener und entnommener Ladung gibt es nicht.
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