Moin, ich arbeite aktuell an einem Konzept für einen ferngespeisten 4–20 mA-Sensor. Da ein intermittierender Strombedarf von 120 mA für maximal 10 s pro Stunde (entspricht ca. 0,02 C) den Schleifenstrombereich deutlich übersteigt, soll ein 3,6 V / 160 mAh NiMH-Akku diesen kurzzeitigen Leistungsbedarf abdecken. Der minimale Ladestrom von 4 mA/Hr führt etwa das Vierfache der stündlich entnommenen Energie zurück. Zugleich möchte ich sicherstellen, dass die Sensor-Compliance-Spannung 10 V nicht überschreitet. Was mir dabei Sorgen bereitet, ist die potenziell schädliche Dauerladung des Akkus durch den Schleifenstrom, die dessen Lebensdauer unnötig verkürzen könnte. Auch wenn schnurlose Telefone ähnlich betrieben werden, ist mein Ziel eine deutlich längere Lebensdauer. Bekanntlich halten solche Akkus in derartigen Anwendungen oft nur wenige Jahre. Ein Fuel-Gauge-IC möchte ich bewusst vermeiden. Das Konzept soll robust und einfach bleiben und ohne aufwändige Algorithmen, die nicht nur zusätzlichen Entwicklungsaufwand bedeuten, sondern in der Praxis oft weniger zuverlässig arbeiten, als gewünscht. Ein Supercap ist für mich keine Option; der Spannungsverlust über die Zeit, die extrem lange Ladezeit sowie die begrenzte Ladespannung machen diese Lösung unattraktiv. Stattdessen plane ich, den Akku nur dann zeitlich begrenzt zu laden, wenn eine Innenwiderstandsmessung bei Nennlast auf eine etwa 50 %ige Entladung hinweist. Dabei soll der Akku jedoch nie vollständig entladen werden, um auch bei kontinuierlichem 4 mA-Verbrauch noch ausreichend Reserve für die Anwendung sicherzustellen, bis eine Nachladung erfolgt. Erreicht die Zellspannung diesen Schwellwert, soll der Mikrocontroller den Ladestrom für eine definierte Zeit freigeben – gewissermaßen „blind“ – und so lange nachladen, bis mit ausreichender Sicherheit ein voller Ladezustand erreicht ist. Zwar lässt sich eine gewisse Überladung dabei nicht vermeiden, doch dürfte diese Strategie die langfristige Dauerüberladung deutlich verringern und die zu erwartende Lebensdauer spürbar verlängern. Mein Ziel ist es, möglichst eine Lebensdauer von über fünf Jahren zu erreichen. Vorstellbar wäre auch, bei jeder Akkustromentnahme einfach, sagen wir 100-200%, blind nachladen. Sollte später eine Innenwiderstandsmessung ergeben, daß der Akku halbleer ist, dann so lange wieder laden, bis der Akku wieder voll ist. Dann hält sich das Überladungs-budget in Grenzen und sollte hoffentlich dem Akku nicht zu sehr schaden. Mit dieser Strategie wäre grundsätzlich auch der Einsatz eines LiFePO4-Akkus denkbar. Allerdings ist mir (noch) unklar, ob sich ein solcher Akku überhaupt zuverlässig mit konstanten 4 mA (Worst Case) im CC-Modus laden lässt. Zudem müsste man, wie beim NiMH, eine Dauerladung unbedingt vermeiden. Dies ließe sich allerdings ebenfalls vom Mikrocontroller überwachen. Ich bin dem LiFePO4-Typ gegenüber also grundsätzlich aufgeschlossen, nicht zuletzt wegen seiner robusten Bauweise und hohen Betriebsicherheit. Normale Li-Ion-Zellen sind mir für unbeaufsichtigte Anwendungen hingegen zu heikel. Meine Fragen: Hat das Konzept einen grundsätzlichen Haken? Ist die Innenwiderstandsmessung unter Last als Indikator für den Ladezustand praktikabel? Hat jemand eine bessere, möglichst einfache Alternative – insbesondere im Hinblick auf LiFePO4? Gibt es sonst noch Vorschläge für robuste Konzepte in dieser Richtung? Ich freue mich über jeden durchdachten und praxistauglichen Beitrag. Allerdings soll das (hoffentlich) kein ellenlanger Forums-Frustrationsfaden werden. Mir würde schon ein gutfundierte Meinung nützlich sein. Viele Grüße, Gerhard
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Ich habe auch eine Anwendung die ca. 1 Mal am Tag Strom braucht und die ich über 2 NiMh-Zellen puffere. Ich lade sie dauerhaft mit 1,5mA über die Sensor-Leitung. Einen derart geringen Strom steckt jeder NiMh-Akku locker weg. Meine Zellen sind jetzt nach 15 Jahren Betrieb quick lebendig, obwohl sie schon bei Einbau aus einem ausgeschlachtetem Schrauber stammten.
Also: GP sagt man könne seine NiMH mit C/20 über 2 Jahre laden und der Akku hätte immer noch 80% Kapazität. Aber du willst 5 Jahre. Ob dein C/40 das auf 5 Jahre verlängert wage ich zu bezweifeln. Meine Zeitschaltuhr hält jedenfalls nicht mal 2 Jahre, 60mAh mit 4mA geladen. Ein 1F GoldCap mit 5.5V der bis 4V entladen werden darf bringt jedenfalls deine 120mA über 10s und ist in der Stunde wieder voll. 120mA für 10s jede Stunde sind 8mAh/Tag. Bei 2800mAh einer Mignonbatterie reicht die 350 Tage also 1 Jahr.
Ich habe Solar-Funkbewegungsmelder. Eigenbau. Die laden mit weniger als C/100. Also Akku 1000mA, Ladestrom 8mA oder weniger. Je nach Sonne. Mittlerweile schon über 10 Jahre alt. Geht. Hier grummelt sich was am Himmel zusammen. Ich gehe mal Offline. Gruß Thomas
Gerhard O. schrieb: > Auch wenn schnurlose Telefone ähnlich betrieben > werden, ist mein Ziel eine deutlich längere Lebensdauer. Bei schnurlosen Telefonen sollen diese bei Vielquatschenden möglichst schnell wieder lange Gespräche ermöglichen. Daher werden die Akkus lieber kaputt gegrillt, als schonend betrieben. Schau mal, ob Du ein Datenblatt auftreiben kannst, wie im Thread Beitrag "Achtfach-NIMH Ladegerät ohne Erhaltungsladung für AA und AAA Zellen" erwähnt, also wenige tausend Stunden mit 50 oder 18mA überladen. Beitrag "Re: Achtfach-NIMH Ladegerät ohne Erhaltungsladung für AA und AAA Zellen" Hermann W. schrieb: > Meine Zellen sind jetzt nach 15 Jahren Betrieb quick > lebendig, Bei Hermann funktionierts, also muss es nicht immer Li sein.
Thomas B. schrieb: > Hier grummelt sich was am Himmel zusammen. > Ich gehe mal Offline. Hier kommt auch was, ist aber noch etwas weg.
Moin, Danke erstmal für Eure Ansichten. Naja, meine Bedanken waren auf die Herstellerangaben gestützt, die das Dauerladen von NiMh nicht gerne sehen. Vielleicht sollte man es darauf ankommen lassen. Aber wie das Beispiel von Hermann zeigt, ist es anscheinend möglich da ungeschoren davonzukommen. Allerdings ist der Ladestrom bei mir je nach Größe der Messung im Bereich von 4-20mA. Aber diese Variation könnte man in den Griff bekommen. Wäre das möglicherweise ein Fall von "Versuch macht kluch"? Ich bau es ja nur für mich selber. Da kann ich natürlich ein gewisses Risiko bezüglich der Akku Lebenserwartung sicherlich eingehen und es darauf ankommen lassen. Was den SuperCap betrifft, würde es meine Schaltung etwas komplizieren, weil die Lastspannung dann ohne Buck Regler nicht konstant genug wäre. Aber vielleicht sollte ich diese Möglichkeit nicht übergehen. Nur die Wiederaufladezeit wäre dann extrem, da mein Ladestrom sehr begrenzt ist. Gruß, Gerhard
Gerhard O. schrieb: > Allerdings ist der Ladestrom bei mir je nach Größe der > Messung im Bereich von 4-20mA. In der Vergangenheit waren die Mignon NiMH reif für den Markt, als diese 50mA Dauerüberladestrom über wenige tausend Stunden ertrugen mit noch hinnehmbaren Kapazitätsverlusten. Wenn der Stromverbrauch zwischen 4-20mA liegen sollte, dann sollten die Zellen nicht kleiner als Mignonzellen gwewählt werden.
Dieter D. schrieb: > Gerhard O. schrieb: >> Allerdings ist der Ladestrom bei mir je nach Größe der >> Messung im Bereich von 4-20mA. > > In der Vergangenheit waren die Mignon NiMH reif für den Markt, als diese > 50mA Dauerüberladestrom über wenige tausend Stunden ertrugen mit noch > hinnehmbaren Kapazitätsverlusten. Wenn der Stromverbrauch zwischen > 4-20mA liegen sollte, dann sollten die Zellen nicht kleiner als > Mignonzellen gwewählt werden. Hallo Dieter, Überschlägig aus Deiner Sicht betrachtet, wäre dann der Bereich 400-800mAh in einem besseren Verhältnis zum variierenden Ladestrom. Es wäre natürlich auch möglich den Ladestrom relativ zum Schleifenstrom unabhängig zu machen. Und trotzdem, den Datenblättern nach, sehen die Hersteller eine Dauerladung als eher ungünstig bezüglich deren Lebensdauer. Ich fand noch keinen Hersteller, der im Datenblatt eine Trickle-Ladung befürwortete. Da hält man sich definitiv in einen grauen Bereich auf. Dann wieder gibt es die Erfahrungen von Hermann hier. Je nach Fabrikat könnten also die Ergebnisse unterschiedlich sein. LSD Typen sind allerdings von vornherein vom Trickle-Ladebetrieb ausgeschlossen und als vollkommen ungeeignet für diese Anwendung anzusehen. Da es eine Hobby Anwendung ist, könnte man ja durch Versuch herausfinden, ob man eine vernünftige Standzeit bekommen könnte. Gruß, Gerhard
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Gerhard O. schrieb: > Mit dieser Strategie wäre grundsätzlich auch der Einsatz eines > LiFePO4-Akkus denkbar. Allerdings ist mir (noch) unklar, ob sich ein > solcher Akku überhaupt zuverlässig mit konstanten 4 mA (Worst Case) im > CC-Modus laden lässt. Zudem müsste man, wie beim NiMH, eine Dauerladung > unbedingt vermeiden. NiMH setzt man nur ein, wenn man gerne ein Problem haben möchte, ich hasse diese. Wenn Du kleine LiFePO4 bekommen kannst, sind diese die beste Lösung. Wegen Deiner Schnittstelle musst Du den Strom unter 4mA begrenzen, aber hast kein Problem mit dem Ladeende. Begrenze die Spannung kurz unter 3,6 Volt, dann hört der LiFePO4 von selbst auf, Strom zu ziehen. Im Gegensatz zu NiMH musst Du nicht nachladen (Erhalten), die Selbstentladung von Li tendiert gegen Null. Der Ladewirkungsgrad von Li ist sehr hoch, Deine 10mA@120s hast Du bei 3mA unter 7 Minuten wieder drin. Leider sind LiFePO4 extrem sensibel auf Tiefentladung. Den 9V-Block hat es zerlegt, eine Zelle dick, weil dessen interne Schutzschaltung nichts taugt.
Manfred P. schrieb: > Gerhard O. schrieb: >> Mit dieser Strategie wäre grundsätzlich auch der Einsatz eines >> LiFePO4-Akkus denkbar. Allerdings ist mir (noch) unklar, ob sich ein >> solcher Akku überhaupt zuverlässig mit konstanten 4 mA (Worst Case) im >> CC-Modus laden lässt. Zudem müsste man, wie beim NiMH, eine Dauerladung >> unbedingt vermeiden. > > NiMH setzt man nur ein, wenn man gerne ein Problem haben möchte, ich > hasse diese. > > Wenn Du kleine LiFePO4 bekommen kannst, sind diese die beste Lösung. > Wegen Deiner Schnittstelle musst Du den Strom unter 4mA begrenzen, aber > hast kein Problem mit dem Ladeende. Begrenze die Spannung kurz unter 3,6 > Volt, dann hört der LiFePO4 von selbst auf, Strom zu ziehen. Im > Gegensatz zu NiMH musst Du nicht nachladen (Erhalten), die > Selbstentladung von Li tendiert gegen Null. > > Der Ladewirkungsgrad von Li ist sehr hoch, Deine 10mA@120s hast Du bei > 3mA unter 7 Minuten wieder drin. > > Leider sind LiFePO4 extrem sensibel auf Tiefentladung. Den 9V-Block hat > es zerlegt, eine Zelle dick, weil dessen interne Schutzschaltung nichts > taugt. Hallo Manfred, Dein Vorschlag hat viel für sich, wenn so ein Akku einen unter der Endspannung liegenden CV Betrieb permanent aushält. Ich hätte ohnehin drei HFC14500 500mAh zum Experimentieren herumliegen, die ich aus einen Spielzeug ausgeschlachtet hatte. Deinen Vorschlag werde ich umgehend testen und wäre die einfache Lösung die ich anstreben möchte. Die Meßschaltung und der Akku liegen in Reihe, so daß dem Akku der gesamte Schleifenstrom zur Verfügung steht. Wenn der Akku also 75-80% CV-Spannung unbegrenzt aushält, könnte der vielleicht sogar 5-10J betriebsfähig bleiben. Die Spannung könnte man mit einem TL431C, auf die gewünschte Spannung eingestellt, begrenzen. Allerdings müsste in Serie mit dem TL431C noch eine Sperr-Diode eingefügt werden, um im stromlosen Zustand nicht den Akku zu belasten. Also Danke für Deinen Vorschlag. Gruß, Gerhard
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Gerhard O. schrieb: > Überschlägig aus Deiner Sicht betrachtet, wäre dann der Bereich > 400-800mAh in einem besseren Verhältnis zum variierenden Ladestrom. Die ganz normalen billigen NiMH Mignon, muesste AAA lauten, vom Dollar Tree mit 1800...2500 mAh passen gut dazu.
Statt NiMH NiCd verwenden. Die gibt es die EU-Konform für Werkzweuge und Nischenanwendungen für außen (< 0°C). Die französische Firma SAFT (S.A.F.T) stellt soche her, auch Versionen mit echter Dauerladung, wie sie in (Hotel-) Notbeleuchtungen verbaut sind. SAFT ist schwierig im Netz zu finden (MIL-Lieferant), Distributor auch. Wie das in USA/CAN aussieht, weiß ich nicht.
Demnach: https://mediap.industry.panasonic.eu/assets/custom-upload/Energy%20&%20Building/Batteries/Secondary%20Batteries/Nickel%20Metal%20Hydride%20Batteries/Panasonic%20Ni-MH%20Batteries%20Handbook.pdf Gibt es von Panasonic U-Typen (extra für Backup) die mit trickle charging 10 Jahre (70% Kapazität) durchhalten sollen. Abgesehen davon kommt bei mir sowieso nur Panasonic (aka Eneloop) als NiH Akku in Frage. Das sind bei mir die einzigen von denen noch keine ihren Geist aufgegeben hat.
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Andreas B. schrieb: > Abgesehen davon kommt bei mir sowieso nur Panasonic (aka Eneloop) als > NiH Akku in Frage. Die sind aber bekannt dafür Dauerladung besonders übel zu nehmen. Aber der U-Type sieht interessant aus.
Michael B. schrieb: > Die sind aber bekannt dafür Dauerladung besonders übel zu nehmen. Dafür waren die halt nicht spezifiziert. Bei Panasonic bekommt man recht gute DB, die auch den Anwendungsfall gut beschreiben. Wenn man sich daran hält, halten die Teile ewig.
Gerhard O. schrieb: > Deinen Vorschlag werde ich umgehend testen und wäre die einfache Lösung > die ich anstreben möchte. Die Meßschaltung und der Akku liegen in Reihe, > so daß dem Akku der gesamte Schleifenstrom zur Verfügung steht. Reihenschaltung sehe ich als nicht machbar, im Gegensatz zu NiXX kann man durch Lithium nicht beliebig Strom schicken. Wenn Li voll ist, begrenzt er selbst den Strom. Auch teilgeladen kann man nicht unbedingt 20mA durchprügeln. > Wenn der > Akku also 75-80% CV-Spannung unbegrenzt aushält, könnte der vielleicht > sogar 5-10J betriebsfähig bleiben. Davon gehe ich aus. Du hast einen µC im System, damit ließe sich evtl. auch ein flacher Zyklenbetrieb einrichten, nur alle xx-Meßzyklen nachladen.
Manfred P. schrieb: > Wenn Li voll ist, begrenzt er selbst den Strom Wodurch, durch Abbrennen oder weil die Schutzschaltung den Stecker zieht ? Man müsste einen 4.2V Shuntregler parallel schalten. Leider ist ein TL431 nicht so stromsparsam unter 4.2V.
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Manfred P. schrieb: > Gerhard O. schrieb: >> Deinen Vorschlag werde ich umgehend testen und wäre die einfache Lösung >> die ich anstreben möchte. Die Meßschaltung und der Akku liegen in Reihe, >> so daß dem Akku der gesamte Schleifenstrom zur Verfügung steht. > > Reihenschaltung sehe ich als nicht machbar, im Gegensatz zu NiXX kann > man durch Lithium nicht beliebig Strom schicken. Wenn Li voll ist, > begrenzt er selbst den Strom. Auch teilgeladen kann man nicht unbedingt > 20mA durchprügeln. Reihenschaltung ist für mein Konzept zwingend notwendig, weil meine Sensor Elektronik rund 3mA braucht. Da muss ich den Akku in Reihe schalten, weil sonst nicht genug Strom für die Ladung übrig bleibt. Bei über 4mA muesste man den Strom bei Dauerladung in den Akku begrenzen. > >> Wenn der >> Akku also 75-80% CV-Spannung unbegrenzt aushält, könnte der vielleicht >> sogar 5-10J betriebsfähig bleiben. > > Davon gehe ich aus. Du hast einen µC im System, damit ließe sich evtl. > auch ein flacher Zyklenbetrieb einrichten, nur alle xx-Meßzyklen > nachladen. Daran hatte ich auch schon gedacht – das wäre tatsächlich eine praktikable Lösung. Ich habe gestern noch einige Versuche mit dem LiFePO4-Akku gemacht. Wenn man die Ladespannung sehr genau einstellt, lässt sich der Strom im CV-Modus tatsächlich fast auf Null reduzieren. Sobald man den Akku jedoch nur für ein paar Sekunden belastet, dauert es ewig, bis er sich wieder stabilisiert, und er bleibt anschließend für längere Zeit im CC-Modus. Das Ganze wirkt ziemlich schwachbrüstig und scheint auch recht temperatur- sowie, planetenstandabhängig zu sein. 😉 Ich hatte deshalb schon überlegt, den Akku nach jeder Energieentnahme für eine definierte Zeit nachzuladen. Die Li-Ionen-Chemie ist eben ziemlich empfindlich gegenüber verschiedensten Randbedingungen. Werners Vorschlag, stattdessen NiCd-Zellen zu verwenden, wäre auch eine Option. Ich habe noch ein paar gute Schnurlostelefon-Sätze herum liegen. Im Moment erscheint mir auch eine zeitgesteuerte Nachladung nach der Nutzung als vielversprechender Ansatz. Damit ließen sich Überladungen einigermaßen im Zaum halten ind eine Dauerladung vermeiden. Durch die Erfassung des Innenwiderstands könnte man grob auf den Ladezustand und eventuell sogar auf die verbleibende Lebensdauer schließen. So ließe sich das Lademanagement vielleicht dynamisch anpassen. Wie gesagt: Mein Ziel ist eine möglichst robuste Lösung mit langer Lebensdauer, soweit das eben machbar ist. Momentan bin ich unsicher welcher Pfad der vielversprechendste sein wird. Ohne Experimente wird es wahrscheinlich nicht gehen. Gruß, Gerhard
Dieter D. schrieb: > Bei schnurlosen Telefonen sollen diese bei Vielquatschenden möglichst > schnell wieder lange Gespräche ermöglichen. Daher werden die Akkus > lieber kaputt gegrillt, als schonend betrieben. nicht bei meinen Panasonic DECT, die Akkus werden echt voll, besser als in den IVT Ladern die nur 2/3 Akkukapazität einlagern. AA und AAA Akus sind eh Verbrauchsmaterialien und in meinen DECT Telefonen mit bis zu 5 Jahre Laufzeit kann ich kaputt grillen nicht bestätigen.
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Joachim B. schrieb: > Dieter D. schrieb: >> Bei schnurlosen Telefonen sollen diese bei Vielquatschenden möglichst >> schnell wieder lange Gespräche ermöglichen. Daher werden die Akkus >> lieber kaputt gegrillt, als schonend betrieben. > > nicht bei meinen Panasonic DECT, die Akkus werden echt voll, besser als > in den AVM Ladern die nur 2/3 Akkukapazität einlagern. > AA und AAA Akus sind eh Verbrauchsmaterialien und in meinen DECT > Telefonen mit bis zu 5 Jahre Laufzeit kann icht kaputt grillen nicht > bestätigen. Dann sind fuenf Jahre Joachim B. schrieb: > Dieter D. schrieb: >> Bei schnurlosen Telefonen sollen diese bei Vielquatschenden möglichst >> schnell wieder lange Gespräche ermöglichen. Daher werden die Akkus >> lieber kaputt gegrillt, als schonend betrieben. > > nicht bei meinen Panasonic DECT, die Akkus werden echt voll, besser als > in den AVM Ladern die nur 2/3 Akkukapazität einlagern. > AA und AAA Akus sind eh Verbrauchsmaterialien und in meinen DECT > Telefonen mit bis zu 5 Jahre Laufzeit kann icht kaputt grillen nicht > bestätigen. Das klingt auf jeden Fall positiv. Weißt du zufällig, wie groß der Erhaltungs-/Ladestrom ist? Und wird dort einfach mit einem konstanten Strom (CC) geladen, oder kommt eine "gescheite" Ladesteuerung zum Einsatz? Hast du nach etwa fünf Jahren einen deutlichen Unterschied bei der Sprech- oder Standby-Zeit festgestellt? In meinem Fall geht es eigentlich nur darum, periodisch ganz kurz einen Strom von ca. 120 mA für ein paar Sekunden entnehmen zu können. Die restliche Zeit ist der Strombedarf quasi null. Insofern lässt sich meine geplante Anwendung nicht direkt mit einem schnurlosen Telefon vergleichen.
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