Hallo, ich möchte einen NiMH Akku (140mAh, 1,2V) mit einer Solarzelle mit 1,5V und ca. max. 30 mA laden. Die Schaltung geht dann an einen Schaltregler. Das EN auch, welches dafür sorgt das bei ca. 1V Zellenspannung der Schaltregler in "Schlafmodus" geht und kaum mehr Strom zieht. Der Regler ist ein MCP1640. Die zwei antiparallelen MOSFET's schalten den Ladestrom der Solarzelle. Normalerweise sind die im AN-zustand, damit wenn der µC (AVR) keinen Strom mehr (Zelle < 1V -> Schaltregler geht aus) immernoch weiter geladen wird aber jedoch nur in die eine Richtung. Um eine Überladung zu vermeiden schaltet der µC die beiden Mosfet's high (ergo aus). Hier kommt auch die Frage auf welche Lademethode verwendet werden soll. Die Zeitgesteuerte Methode geht nicht da der Akku oft nicht vollkommen leer wieder geladen werden soll. Es soll alles an Energie was die Solarzellen geben gespeichert werden.(also geht es nicht erst Solarzelle anklemmen wenn der Akku leer ist und dann mit dem µC die Zeit stoppen) Die Temperatur Methode (Zelle wandelt die Energie in Hitze um wenn sie Voll ist und weiter geladen wird, das wird erkannt und abgeschaltet) geht nach meiner Anschicht auch nicht, da alles sehr klein ist und verschiedenen Temperaturen ausgesetzt ist. Bleibt nur noch die deltaU Methode. Da hab ich aber Zweifel wegen dem niedrigen Ladestrom welcher zu einem geringen Spannungsrückgang führt und ob dieser mit dem 10bit ADC messbar ist. Oder einfach bei 1,45V Zellenspannung die Solarzelle abschalten? Wie soll ich den Akku am besten vor Überladung schützen? Ist meine Schaltung so funktionsfähig? MfG, Steven
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Mit der kleinen Solarzelle überlädst du den Akku sowieso nicht so sehr. Abschaltung bei Überladung brauchst du gar nicht. "Akku Voll" ist bei NiMH sowieso nicht so leicht zu detektieren. Wenn dir 30mA Dauerladestrom (sind sowieso max 12h pro Tag) bei 140mAh zu unheimlich ist, nimm einen 300mAh Zelle.
Danke für die Antwort. Die 140mAh Zelle ist schon die größt mögliche für mein Vorhaben (kleiner Roboter). Ich würde lieber eine "richtige" Lösung vorziehen, da ich auch möchte das der Akku lange hält. Der Besagte Akku ist der hier: https://www.reichelt.de/Memopuffer/1-100-DKO/3/index.html?ACTION=3&LA=5&ARTICLE=1142&GROUPID=1016&artnr=1%2F100+DKO Das ist der einzige der von der Form her passt. MfG, Steven
Steven J. schrieb: > Um eine Überladung zu vermeiden schaltet der µC die beiden Mosfet's high > (ergo aus) Du könntest auch einfach die Solarzelle mit dem FET kurzschließen und ne Diode vor den Akku setzen. Aber dafür sind die 1,5V natürlich zu knapp dimensioniert. Steven J. schrieb: > Es soll alles an Energie was > die Solarzellen geben gespeichert werden. Das ist ohne Leistungsanpassung eh kaum möglich. Steven J. schrieb: > Oder einfach bei 1,45V Zellenspannung die Solarzelle abschalten? Ja. Macht auch jede Solarlampe so. Steven J. schrieb: > Wie soll ich den Akku am besten vor Überladung schützen? Indem du die Energiezufuhr stoppst. Entweder so wie du: Solarzelle abtrennen. Oder indem du die Solarzelle kurzschließt. Das wiederum ginge schon mit nem kleinen NPN, 2n3904 oder so. Steven J. schrieb: > Ist meine Schaltung so funktionsfähig? Im Datenblatt vom BSS83 steht nichts davon, dass der sich bei 1V Ugs sicher einschalten lässt.
Meine Herangehensweise an das Problem wäre folgende: -Akku mit höherer Spannung verwenden, beispielsweise Li-Ion oder Reihenschaltung von Zellen -Solarmodul-Leerlaufspannung unter die Nennspannung des Akkus auslegen - Low Voltage Step-Up wie den MCP1640 zur Spannungserhöhung einsetzen - Den uC die Spannung des Solarmoduls und des Akkus messen lassen - Den uC den Step-Up so steuern lassen, dass der MPP ungefähr eingehalten wird (nach der Konstantspannungsmethode um eine Strommessung zu vermeiden). Da hat man eine Leistungsanpassung mit drin UND der Step-Up beinhaltet schon die Diode die verhindert dass sich der Akku nachts in das Solarmodul entlädt. Und man kann den Step-Up abschalten sobald der Akku voll ist.
Steven J. schrieb: > ich möchte einen NiMH Akku (140mAh, 1,2V) mit einer Solarzelle mit 1,5V > und ca. max. 30 mA laden. Durch die Transistoren werden aber kaum viel mehr als 3mA kommen, wenn ich das richtig überschlage. Bei so kleinen Spannungen sollte man wohl die Spannung besser per Last regeln.
Hallo, ich habe die Frage falsch gestellt: Wie erkenne ich wenn der Akku voll ist? Das mit den 1V als Ugs ist mir entgangen. Gibt es selbstleitende (n oder p) Mosfets die ab 3V Ugs sperren? Die Mosfets sind natürlich Antiseriell geschaltet wie im Schaltplan. Der 1,5V Akku ist wegen der beschränkten Baugröße/Gewicht. Li-Ion/Li-po ist schwierig zu laden (CC dann CV) und hätte bedenken wegen der Sicherheit ohne einen extra IC (sowas wie MAX1811). Auch ist wenig Platz da und der Preis sollte niedrig sein. Mehrere Zellen hab ich nicht gefunden die so winzig sind das sie passen würden. MfG Steven
Steven J. schrieb: > Gibt es selbstleitende (n oder > p) Mosfets die ab 3V Ugs sperren? Machs nicht so kompliziert. Es gibt PNP Transistoren die ab ner Ube von 0,6V leiten. Das sollte reichen. Steven J. schrieb: > Li-Ion/Li-po > ist schwierig zu laden (CC dann CV) und hätte bedenken wegen der > Sicherheit ohne einen extra IC (sowas wie MAX1811). Laden ist bei dem geringen Solarmodulstrom kein Problem und es gibt ja sowas zum Glück auf fertig. Kauf dir nen Ipod Nano Ersatzakku oder nen alten Handyakku. Ne runde NiMH Industriezelle ist jetzt auch kein Platzwunder, vor allem nicht in nem eckigen Gehäuse. Steven J. schrieb: > Wie erkenne ich wenn der Akku voll ist? An der Spannung. Sobald die Ladeschlussspannung erreicht ist, schaltest du ab. Bei den geringen Ladeströmen reicht das völlig.
> Wie erkenne ich wenn der Akku voll ist?
Gut gefragt, das ist nämlich die Königsdisziplin and der immer noch
viele Ladegeräte aus dem 21. Jahrhundert scheitern. Zumindest wenn man
auf Zuverlässigkeit Wert legt.
Wenn der Akku voll ist und mit ausreichend Strom weiter geladen wird,
wird er warm. Diese Temperaturänderung kann man messen und erkennen,
aber nur, wenn man keine anderen störenden Temperatureinflüsse hat (wie
Sonnenlicht, Erwärmung durch Laststrom, andere Bauteile, etc).
Zweitens sinkt die Spannung ein kleines bisschen (einstellige mV), wenn
der Akku wegen Überladung warm wird. Das kann man messen und erkennen.
Setzt aber auch einen ausreichend hohen Ladestrom voraus.
Mit der kleinen Solarzelle wird das nicht gehen. Sie liefert dazu nicht
genug Strom und nicht konstant genug.
Der Witz ist: Man kann nicht erkennen, wann der Akku voll ist. Man kann
nur erkennen, wenn er überladen wird.
Normale Ladegeräte begrezen sicherheitshalber den Ladevorgang zusätzlich
nach Zeit. Was bei deiner Solar-Anwendung aber auch kaum Sinnvoll
erscheint.
Bei LiIo Akkus ist das viel einfacher. Schade ist bei denen nur, daß sie
so gefährlich sind.
Danke für die Antworten @ Thor Du möchtest also einen Lipo/Li-Ion Akku mit interner Schutzschaltung verwenden? Schützt die auch gegen Unterspannung? Ist das sicher? Dann würde ich das so machen wie Vorgeschlagen, also die Solarzelle an den MCP1640 und dahinter den Lithium Akku. Spannung von Akku und Solarzelle messen. Wie würde ich aber mit dem µC den Schaltrgler dazu bringen am MPP der Solarzelle zu arbeiten?
Fürs Gröbste kann man die Spannung als Indikator für die Ladung nehmen. Ist aber mit den ganzen Toleranzen aufwändig einzustellen. Der µC muß ab und zu anlaufen und die Spannung kontrollieren. Ist sie zu hoch (Akku überlädt), muß er mit Ballast dagegenhalten.
Steven J. schrieb: > Du möchtest also einen Lipo/Li-Ion Akku mit interner Schutzschaltung > verwenden? Schützt die auch gegen Unterspannung? Ist das sicher? So sicher wie ein Handy halt. Keine Samsung Akkus nehmen. Steven J. schrieb: > Wie würde ich aber mit dem µC den Schaltrgler dazu bringen am MPP der > Solarzelle zu arbeiten? Den Feedback-Pin manipulieren. Strom reindrücken oder rausziehen. Man kann natürlich auch den uC direkt als Schaltwandler verwenden. Je nachdem ob der sowieso ständig läuft oder nicht.
Also mit PWM den ENable Pin manipulieren, dass ich an der Solarzelle die MPP Spannung messe? µC direkt als Schaltwandler eher nicht, weil ich nicht genug Pins habe und die Schaltfrequenz eh niedrig ist (max. 31khz) und ich keinen Platz für große Spulen habe. Auch glaube ich nicht das die Effizienz so berauschend wäre. Und der µC schläft wahrscheinlich auch manchmal.
Steven J. schrieb: > und die Schaltfrequenz eh niedrig ist (max. 31khz) Mein Attiny85 läuft deutlich schneller. Man muss den Timer ja nicht mit maximaler Auflösung arbeiten lassen. Steven J. schrieb: > Also mit PWM den ENable Pin manipulieren, dass ich an der > Solarzelle die > MPP Spannung messe? Ja. Ich hab das mit der Konstantspannungsmethode gemacht. I=0, Leerlaufspannung Voc messen. Dann I steigern bis U = Voc*Faktor ist. Faktor ist vom Solarmodul abhängig. Ich hab so 60% genommen was eigentlich nen Tick zuwenig ist. Aber dann bekommt man bei bewölktem Himmel mehr Strom was mir wichtiger war als maximaler Erntegrad. Je nach Füllfaktor des Solarmoduls sind so 70-85% wahrscheinlich. Musst du entweder vorher durchmessen oder (wie ich) ein Poti zum Verstellen einbauen.
@ Steven J. Darf ich ausnahmsweise mal fragen, was du da für eine Solarzelle geplant hast? Was ich bis jetzt getestet habe, war sicher Bastelkram. Wenn da zur Mittagszeit eine Wolke im Norden aufgetaucht ist, war der Kurzschlussstrom nur noch im µA-Bereich :-(
die hier zwei mal: https://www.conrad.de/de/solarzelle-ixys-kxob22-04x3lkxob22-04x3f-15-vdc-44-ma-1-st-l-x-b-x-h-22-x-7-x-18-mm-160839.html
Achte mal auf die Produktbeschreibung. Kurzschluss-Strom 0,015A Nennstrom 44mA Klingt nicht sehr glaubwürdig. In Wirklichkeit ist der Nennstrom laut Datenblatt 13mA.
Steven J. schrieb: > Die zwei antiparallelen MOSFET's schalten den Ladestrom der Solarzelle. Dein BSS83 ist zufällig einer der wenigen MOSFETs mit herausgeführtem Bulk, der keine parasitäre Diode hat, die in diesem Fall stört, also reicht von ihm einer. ABER: Der BSS38 braucht zumindest -3.2V bis er leitet, und du hast nur -1.2V, bei lerem Akku gar -0.9V, der leitet also nie. Selbst wenn man -3.2V per invertierendem Schaltregler erzeugen würde, leitet der BSS83 mit 120 Ohm was bei deinen gewünschten 33mA zu 4V Spannungsabfall führt. Du könntest deinen Akku also gar nicht laden. Der 140mAh Akku verträgt laut Varta Datenblatt 14mA Ladestrom dauerhaft, da kann deine beiden Solarzellen in Reihe direkt dran, denn miss mal was bei denen im stockdunmklen bei 1.3V fliesst. Es werden nur Mikroampere sein, so sparst du die Rückwärtsstromdiode und deren Verluste. Zudem bringt eine 44mA Solarzelle in Deutschland draussen (Hausdach Südrichtung ohne Bäume) im Schnitt (nachts wie tags) nur 100uA, ein Überladen ist also ausgeschlossen, eher die Frage, ob die Selbstentladung (10% pro Monat maximal) nicht grösser ist..
Stefan U. schrieb: > In Wirklichkeit ist der Nennstrom laut Datenblatt 13mA. Ja, der Praktikant bei Conrad hat dort Mist eingetragen. Steven J. schrieb: > die hier zwei mal: Danke. Hmm. Ich habe mich mal in Diagrammdeutung versucht: 1000W/m² (feinste Sommersonne) -> Leerlaufspannung 1,89V -> 13mA bei 1,5V Ist zwar noch etwas hin. Aber: Winter, wolkenverhangen, 200W/m² -> Leerlaufspannung könnte noch bei 1,73V sein, aber fließt da noch Strom? Müsste man das aus den Diagrammen rauslesen können (wenn man Ahnung hat)?
Hallo, der Fehler mit den 13mA statt 44mA ist mir schon aufgefallen. Conrad sollte das mal korrigieren. Und ich habe mich für einen Lipo Akku entschieden, weil der nur einen Euro mehr kostet, kleiner und leichter ist. der hier: https://www.reichelt.de/MP3-Player-Smartphone-Akkus/AKKU-IPD-SH-2G-2/3/index.html?ACTION=3&LA=2&ARTICLE=178971&GROUPID=4351&artnr=AKKU+IPD+SH+2G+2&SEARCH=%252A MfG, Steven
Michael B. schrieb: > Zudem > bringt eine 44mA Solarzelle in Deutschland draussen (Hausdach > Südrichtung ohne Bäume) im Schnitt (nachts wie tags) nur 100uA Das ist deutlich zu wenig, selbst wenn man feste 30° Süd Ausrichtung und die Nachtphasen mit einbezieht. Ralf G. schrieb: > Ist zwar noch etwas hin. Aber: Winter, wolkenverhangen, 200W/m² -> > Leerlaufspannung könnte noch bei 1,73V sein, aber fließt da noch Strom? > Müsste man das aus den Diagrammen rauslesen können (wenn man Ahnung > hat)? Strom linear zur Beleuchtunsstärke. Aber Winter wolkenverhangen gern auch nur 50W/m². Wenn so richtig schwarze Wolken sind. > Leerlaufspannung könnte noch bei 1,73V sein, aber fließt da noch Strom? Bei der Leerlaufspannung fließt definitionsgemäß nie Strom. Umpp wird etwas absacken, so auf 1,4V vielleicht. Impp ist Imppmax * 50W/m²/1000W/m² = 650uA. Also so ziemlich gar nichts. Das ist das bereits bekannte Problem der Solartechnik: Im Dunklen nutzlos. Wenn im Winter die Sonne scheint, gehts nochmal auf so 300W/m² hoch, aber durch die meistens suboptimale Ausrichtung kommt davon wenig auf dem Solarmodul an.
THOR schrieb: > das bereits bekannte Problem der Solartechnik: Im Dunklen nutzlos. :-) THOR schrieb: > Bei der Leerlaufspannung fließt definitionsgemäß nie Strom. Das ist schon klar. Ich wollte damit nur ausdrücken, dass ist das, was man aus dem Datenblatt noch ermitteln kann. Die 'Sommerwerte' kann man ja aus den Diagrammen und der Tabelle nachvollziehen. THOR schrieb: > Strom linear zur Beleuchtunsstärke. Aber Winter wolkenverhangen gern > auch nur 50W/m². Wenn so richtig schwarze Wolken sind. > ... > Umpp wird etwas absacken, so auf 1,4V vielleicht. Impp ist Imppmax * > 50W/m²/1000W/m² = 650uA. Also so ziemlich gar nichts. Die 1,4V: Ist das geraten? Erfahrungswert? Ergibt sich das aus dem Verhältnis der Leerlaufspannung bei den verschiedenen Beleuchtungsstärken? (Würde bei mir 1,37V ergeben bei 200W/m², bei 50W/m² noch darunter) Nochmal zum Thema: Steven J. schrieb: > Ist meine Schaltung so funktionsfähig? Man braucht viel Sonne!
Lustig, wie kompliziert und ohne Kenntnis hier herangegangen wird... . Die hier erwähnte kleine Solarzelle ist eine "weiche" Spannungsquelle, also ihre Spannung bricht schnell bei Last zusammen und sie ist als Spannungselement sehr hochohmig. Ist eben KEIN Netzteil. Daher besteht keine Gefahr der Überladung. Man schalte einfach eine Schottky-Diode gegen Rückstrom in Reihe und alles ist gut. Mache ich seit Jahren mit Temperaturaußensensoren und NiMH-Akkus so - musste nie mehr Batterie wechseln!
Ausserdem, warum muss es denn so ne Flachzelle sein, Um den Preis, den die eine kostet, kriegt man 5 - 6 Stück AAA oder AA NiMh mit 1000 oder 2600mAh. Wobei man manchmal auch schon die Solarzelle mit Ladeschaltung und LEDs für nen Euro kriegen kann.
> Man schalte einfach eine Schottky-Diode > gegen Rückstrom in Reihe und alles ist gut Habe ich genau so in einem solargetriebenen PIR getriggertem Notlicht gesehen. Der Akku war ein 2000 mAh Li 16450(?). Das fand ich nun etwas optimistisch. :)
Super M. schrieb: > Lustig, wie kompliziert und ohne Kenntnis hier herangegangen wird. Du hast offensichtlich keine Kenntnis davon, dass die Frage vor 5 Jahren gestellt wurde und den Fragenden deine Antwort sicher nicht mehr interessiert. Übrigens wurde genau derselbe Inhalt schon vor 5 Jahren geäussert. Motopick schrieb: > Der Akku war ein 2000 mAh Li 16450(?). > Das fand ich nun etwas optimistisch. :) Na ja, protected mit PCB oder nicht ?
> Na ja, protected mit PCB oder nicht ?
Naja, eher das der ueberhaupt mal eine Chance hat voll zu werden.
Im Lieferzustand waren noch 3.88 V auf dem Akku.
Die verbaute Solarzelle erzeugt aber relativ viel Spannung. :)
Motopick schrieb: > Im Lieferzustand waren noch 3.88 V auf dem Akku. Also zu 40-50% geladen. Das ist so ziemlich der perfekte Ladezustand für eine Lagerung. Motopick schrieb: > Naja, eher das der ueberhaupt mal eine Chance hat voll zu werden Solange mehr geladen als entladen wird. Da ist es egal welcher Ladezustand am Anfang war. Nur die Bilanz zählt über einen längeren Zeitraum Motopick schrieb: > Die verbaute Solarzelle erzeugt aber relativ viel Spannung. Eine Solarzelle ist eine Stromquelle. Die Spannung muss hoch genug sein, dass sie den Akku laden kann. Dann bricht die Spannung soweit ein wie es dem aktuellen Ladezustand des Akkus entspricht. Abschaltung bei Erreichen der Ladeschlussspannung.
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