Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik el Last für einzelne Li Zelle


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von Lastabhängiger (Gast)


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Hallo zusammen,

ich möchte mir einen vollautomatischen Akku Tester bauen. Getestet 
werden sollen LiIon Akkus.

Folgendes Konzept:

Zelle wird angeklemmt
Gerät misst Spannung über 16bit ADC und schreibt ihn weg (SD, RS232 tbd)
Akku wird über LiIon Lade IC geladen (TP4056, eher was besseres)
Lade IC meldet "Zelle voll", 1h Relaxationszeit beginnt
Zelle wird mir Konstantstrom entladen (hier beginnt meine Frage)
Strom wird über die Zeit gemessen und die Ladung berechnet
Zelle schaltet bei 3,x Volt ab (je nach Zelle) und Gerät speichert 
Messdaten auf SD oder schiebt sie auf RS232 raus (passiert schon während 
der Messung)

Jetzt suche ich nach einer elektronischen Last und kenne die Schaltung 
mit OPV und Shunt aus der dse-faq.

einfache elektronische Last (Konstantstromsenke):
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.24.1

(wenn ich den Schaltplan kopiere zerschießt es mir den :(.

Jetzt wüsste ich gern, ob ich die Schaltung noch aufbohren könnte, 
damit:

1. Offset Kompensation (0A sollten auch 0A sein)
--> kann ich hier einen OPV mit Offset Einstellung nehmen? Wenn ja 
welchen? Gibts da eine Möglichkeit das irgendwie automatisch zu machen? 
(Also nicht jeden Monat mit einem Trimmer justieren?)

2. Einstellbereich von 0-5A bei bei 3-5V
Ich meine mich zu erinnern, dass der Stromfluss bei geringer 
Lastspannung ein Problem war (MosFet)
Kann ich hier einen bipolar Transistor einsetzen um das Problem zu 
beheben?
Voraussetzung: mein OPV kommt unter 0,7V. Welcher würde sich anbieten? 
Am besten er erschlägt auch gleich die Anforderung aus Punkt 1

Gibts noch was zu beachten?

VG

von Rudi Rüssel (Gast)


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Hatte sowas mal mit einem LEM-Stromsensor gemacht.
Ausgang von einem DAC an das Gate vom FET und einen PID Regler 
entworfen.

Dadurch war sogar der Strom dynamisch einstellbar.

von Lastabhängiger (Gast)


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Danke für die Idee, das wäre natürlich auch keine schlechte Sache!
Aber bleibt da nicht mein Offset Problem bestehen?

von Dieter (Gast)


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Elektrische Energie ist eigentlich immer zu schade um nur verheizt zu 
werden.

Wenn für die Zelle jeweils bei 3.x V Schluss sein sollte, könnte es auch 
eine Überlegung wert sein ob auf eine 2.x V Sammelschine gespeist werden 
könnte und die Energie mit einem DCDC-Wandler wieder dem System 
zugeführt werden könnte.

Lastabhängiger schrieb:
> 1. Offset Kompensation (0A sollten auch 0A sein)
> 2. Einstellbereich

Mit einer Ladungspumpe, ließe sich leicht eine negative Spannung 
erzeugen, wenn dies notwendig sein sollte. Diese muss ja nur gering 
belastet werden.

Zur gänzlichen Abschaltung wird ein Transistor ergänzt am Gate oder der 
Basis. Die CE-Sättigungsspannung liegt dann unter 0.2V. In dem Falle 
fließt nur noch der Leckstrom von wenigen 100nA. Wenn das zuviel ist, 
dann benötigst Du eine zusätzliche Abschaltung mit einem Relais.

Es macht keinen Sinn einen Offsetabgleich zu machen, der genauer ist als 
der Messwiderstand. In dem Falle müßtest Du einen weiteren Mosfet 
vorsehen für eine Bereichsumschaltung der Meßwiderstände bzw. Shunts. 
Nach dem das Ganze von einen µC-Board gesteuert wird, sollte das kein 
Problem bereiten, außer auf genügend Ausgangspins des µC zu achten.

von MaWin (Gast)


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Lastabhängiger schrieb:
> Gibts noch was zu beachten?

Du misst die Spannung per A/D-Wandler mit einem uC der die Energiemenge 
erechnen soll, da reicht ein einfacher Widerstand als Last für einen 
halbwegs konstanten Strom zwischen 4.2V und 2.5V, ausreichend um 
Herstellerangaben "3Ah bei 300mA mittlerem Entladestrom" verifizieren zu 
könnne, den Strom durch diesen Widerstnd kann dann der uC berechnne. Man 
braucht keine Konstantstroquelle, die ist overengineering, höchstens 
wegen unterschiedlicher Akkukapazität (per MOSFET vom uC aus) 
umschaltbare Widerstände

von Lastabhängiger (Gast)


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Dieter schrieb:
> Wenn für die Zelle jeweils bei 3.x V Schluss sein sollte, könnte es auch
> eine Überlegung wert sein ob auf eine 2.x V Sammelschine gespeist werden
> könnte und die Energie mit einem DCDC-Wandler wieder dem System
> zugeführt werden könnte.

Gute Idee, aber ich glaube das überfordert meine Fähigkeiten. Ich müsste 
ja sicherstellen das der DCDC aus der 2,5V Schiene nicht zu viel 
Leistung entnimmt, da ja sonst meine Akkus zu stark belastet werden.

Dieter schrieb:
> wenigen 100nA.

Das ist vernachlässigbar wenig, passt für mich.

MaWin schrieb:
> den Strom durch diesen Widerstnd kann dann der uC berechnne.

Was wieder mehr Mathematik in den Controller bringt, aber wahrscheinlich 
hast du recht, dass Ganze bläht sich recht schnell auf. Mir war eben der 
konstante Strom sympatisch, da er die Berechnung und vereinfacht.

Danke für eure Hilfe!

VG

von Udo S. (urschmitt)


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Lastabhängiger schrieb:
> Was wieder mehr Mathematik in den Controller bringt

Die eine Multiplikation mehr kriegt man sogar in Arduinosprech hin.

von Crazy H. (crazy_h)


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LM317 als KSQ (so hab ich das gemacht)

von Manfred (Gast)


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Lastabhängiger schrieb:
> Was wieder mehr Mathematik in den Controller bringt,

Na und, dafür ist der da!

> aber wahrscheinlich hast du recht,
> dass Ganze bläht sich recht schnell auf.

Dsa liegt im Auge des Erbauers. Von Nichts kommt Nichts.

> Mir war eben der konstante Strom sympatisch,
> da er die Berechnung und vereinfacht.

Mir ist der konstante Strom sympatisch, weil alle Akkudatenblätter 
diesen nutzen.

-------

Ich habe vor 2 Jahren eine digitale Regelung gemacht. Weil ein Akku 
langsam ist, sehe ich die Einschwingzeit unkritisch. Das Hirn ist ein 
A*-Nano, mit zwei Kanälen, LC-Display und SD-Karte randvoll.

Strom und Spannung wird mit INA219 gemessen, in der Plusleitung, das 
Ding ist verdammt gut.

Als Last sitzt ein IRF540 am Akku, angesteuert wird der über einen 
DA-Wandler MCP4725. Ich habe aber einen großen Arbeitsbereich 
realisiert, von 0,8 bis 14 Volt bei 1,5 Ampere. Da wird es dem IRF540 
etwas zu warm am Hemdchen, also schalte ich per IRLZ44 Lastwiderstände 
zu.

Wenn Du nur eine LiIon-Zelle messen willst, sind Zusatzwiderstände 
verzichtbar und der Sourcewiderstand kann größer werden.

Was die Ladung des Akkus angeht, kann man am TP4056 den Ausgang 
"beendet" abfragen. Er muß dann aber gesperrt werden, damit er nicht 
wieder von selbst anspringt und nachlädt. Ich mache das nicht, meine 
Akkus werden extern geladen, bevor ich an den Entladetester gehe.

Im Schaltplan fehlen die digitalen Leitungen zu den LEDs und zum 
Drehencoder, die analoge Ecke sollte passen.

von Jakob (Gast)


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Batteriekapazitäten auf  < 5% genau zu erfassen, ist doch mehr,
als ausreichend.
16-Bit-DAC, Konstantstromquelle braucht es nicht: Passender
Leistungs-R, Logic-Level-NFET und der übliche 10-Bit-ADC im
Standard-µC reichen aus.

- Ein guter Logic-Level-NFET schließt den Stromkreis Akku
  Leistungs-R.
- In passenden konstanten Zeitabständen die Spannung über dem
  Lastwiderstand messen. Alle Messwerte addieren.
- Erreicht die gemessene Spannung die Entladeschlussspannung
  öffnet der NFET - die Messung ist beendet.

Allerdings muss man den µC ein wenig rechnen lassen!
Die Summe aller Messwerte ist proportional zur Kapazität.
Bei bekanntem Leistungs-R, Spannungsteiler, Uref, Zeitabstand
und Anzahl der Messwerte lässt sich die Kapazität in
SI-Einheiten errechnen.  Ist eine simple Multiplikation.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Lastabhängiger schrieb:
> MaWin schrieb:
>> den Strom durch diesen Widerstnd kann dann der uC berechnne.
>
> Was wieder mehr Mathematik in den Controller bringt

WTF? Du glaubst, der µC wäre überfordert damit, den Strom durch eine 
Division aus der Spannung zu berechnen?

> Mir war eben der
> konstante Strom sympatisch, da er die Berechnung und vereinfacht.

Das ist doch albern. Genau so eine Entladeschaltung habe ich vor einiger 
Zeit mal an einem Wochenende zusammengestrickt. Siehe den 
Beitrag "Projekt Li-Ion Akkutester"

Der Teil, der nichttrivial ist, ist die Wahl des Entladewiderstands (und 
wenn man laden will: des Ladestroms und der Ladeschlußspannung). Aber 
nachdem es da keine zuverlässige automatische Detektion gibt und im 
Fehlerfall schon mal das Labor abbrennen könnte, wird man das wohl durch 
den Anwender einstellen lassen müssen.

von Lastabhängiger (Gast)


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Crazy H. schrieb:
> LM317 als KSQ (so hab ich das gemacht)

Danke für die Bilder, schaut gut aus!

Manfred schrieb:
> von 0,8 bis 14 Volt bei 1,5 Ampere.

OK, ich hätte da jetzt eben noch den OPV mit rein geschaltet und dem per 
DAC die Spannung vorgegeben. Aber so gehts auch. Wie groß ist der 
Leckstrom? Also DAC auf 0 gestellt, was fließt dann noch?

Axel S. schrieb:
> WTF? Du glaubst, der µC wäre überfordert damit, den Strom durch eine
> Division aus der Spannung zu berechnen?

Nein, ich ;). Ich wollte es einfach simpel halten, deshalb die Idee mit 
dem Konstantstrom. Allerdings ist Manfreds Argument noch etwas stärker:
Die Akkudatenblätter nutzen ihn auch.

von Manfred (Gast)


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Lastabhängiger schrieb:
> Manfred schrieb:
>> von 0,8 bis 14 Volt bei 1,5 Ampere.
> OK, ich hätte da jetzt eben noch den OPV mit rein geschaltet
> und dem per DAC die Spannung vorgegeben.
> Aber so gehts auch.

Bei der Schaltungsentwicklung gibt es viele Möglichkeiten, wie man zum 
Ziel kommt. Die klassische Stromlast hat einen OP als Regelung. Ich bin 
eben einen anderen Weg gegangen, den Regelkreis per µC zu realisieren 
und mich nicht darauf zu verlassen, dass der OP genau das macht, was ich 
ihm als Spannung vorgebe.

> Wie groß ist der Leckstrom?
> Also DAC auf 0 gestellt, was fließt dann noch?

Dazu darf man das Datenblatt der FETs befragen. Ich löse in meinem Gerät 
'nur' eine Nachkommastelle auf = 100µA. Gemessen habe ich ihn nicht, 
aber er wird weit drunter liegen.

> Axel S. schrieb:
>> WTF? Du glaubst, der µC wäre überfordert damit,
>> den Strom durch eine
>> Division aus der Spannung zu berechnen?
>
> Nein, ich ;). Ich wollte es einfach simpel halten,
> deshalb die Idee mit dem Konstantstrom.

Simpel heißt dann eben, fest vorgegeben, nicht einstellbar - für eine 
einzelne LiIon-Zelle kann man das mit dem LM1117 hinreichend stabil 
aufbauen. Siehe Anhang, bei 400mA kann ich bis 2,9V herunter den Strom 
gewährleisten - leider nicht unter Betrachtung aller 
schlechtestmöglichen Toleranzen.

> Allerdings ist Manfreds Argument noch etwas stärker:
> Die Akkudatenblätter nutzen ihn auch.

Es ist Deine Entscheidung, es so oder so umzusetzen.

Aus Deinen Postings lässt sich kaum einschätzen, wie Dein Wissensniveau 
ist. Deine Fragen lassen mir aber den Verdacht aufkommen, dass Du es 
fertig bekommst, wenn Du es willst - aufhören zu Fragen, ab an den 
Lötkolben und den PC.

von Manfred (Gast)


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Lastabhängiger schrieb:
> Wie groß ist der Leckstrom?
> Also DAC auf 0 gestellt, was fließt dann noch?

Heute gemessen, je nach Spannung bis 80µA.

Wie viel davon durch die FETs oder in den INA219 geht, untersuche ich 
nicht weiter, der Strom ist gering genug.

von Viel zu kompliziert (Gast)


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Bei ebay ein gebrauchtes HP/Agilent 6632B für kleines Geld kaufen und 
ein serielles Schnittstellenkabel dazu. Der Rest in Software, z.B. 
Beitrag "LabView Community Edition kostenlos erhältlich"

Sollen mehrere Zellen geladen/entladen/vermessen werden dann halt mit 
einer HP3488A zum umschalten dazu, aber alles per GPIB.

Alles andere ist nur sinnfreies Gebastel und Gefrickel.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Den passenden Entladewiderstand kann man nicht automatisch detektieren, 
weil das ja von dem Szenario abhängt, dass man testen will.

Ein Fotoapparat hat z.B. ein völlig anderes Entlade-Verhalten, als ein 
Ebook-Reader und der wiederum völlig anders als eine Wanduhr.

Je nach Entlade-Verhalten kommt man da auf völlig unterschiedliche 
Messergebnisse. Weil das die Hersteller wissen, drucken sie auch gerne 
eine Phantasiezahl auf den Akku auf - es kann ja niemand überprüfen.

Da kann ein Laptop mit einem 37 Wh Akku länger laufen, als mit einem 
anderen 44 Wh Akku - obwohl beide von der gleichen Bauart sind. Das 
Einzige, was am Ende zählt ist, wie lange das Gerät wirklich läuft.

Also muss der Test auch das jeweilige Gerät und Nutzerverhalten 
simulieren, um aussagekräftig zu sein. Ansonsten kannst du dir die 16 
Bit sparen, dann würde schon 8 Bit mehr als ausreichend sein.

von Manfred (Gast)


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Viel zu kompliziert schrieb:
> Bei ebay ein gebrauchtes HP/Agilent 6632B für kleines Geld kaufen und
> ein serielles Schnittstellenkabel dazu. Der Rest in Software, z.B.
> Beitrag "LabView Community Edition kostenlos erhältlich"
>
> Sollen mehrere Zellen geladen/entladen/vermessen werden dann halt mit
> einer HP3488A zum umschalten dazu, aber alles per GPIB.
>
> Alles andere ist nur sinnfreies Gebastel und Gefrickel.

Großmaul

von Dieter (Gast)


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Ein µC Forumler, der typischer Software-Bastler ist. Für den ist das 
analoges Gefrickel, weil er mit Analogtechnik nicht viel am Hut hat.

von Manfred (Gast)


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Dieter schrieb:
> Ein µC Forumler, der typischer Software-Bastler ist. Für den ist das
> analoges Gefrickel, weil er mit Analogtechnik nicht viel am Hut hat.

Irgendwie erkenne ich den Bezug zu Deinem Posting nicht.

Ich habe hier bei mir keine einzige µC-Anwendung, wo nicht irgend eine 
Schnittstelle zur Außenwelt vorhanden ist. Und ja, die böse Außenwelt 
ist leider analog.

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