Komisches Verhalten eines NimH Akkus beim Entladen.

[MrNiemand]

Ich habe eine Ladeeinheit für meinen Bot gebaut, die Akkus laden sowie entladen kann, basierend auf einem kleinen AVR.

Der AVR erledigt auch die Stromregelung. Aber nun zum eigentlichen Problem:
Der folgende Graph zeigt in blau die aktuelle Akkuspannung als ADC Wert. Rosa ist die Aussteuerung des PWM Ausgangs, dass ein Fet ansteuert, der einen Ballastwiderstand steuert. Die XAchse zeigt einen Wert, der alle 2sec inkrementiert wird.
Entladen wurde mit einem Strom von 1A bis zu einer Zellenspannung von 1V.

Das Problem sind die beiden mir unerklärlichen Sprünge, die ich auch bei mehrmaligem Durchlaufen immer wieder identisch entdecken kann. Dabei bleibt der Strom allerdings konstant bei 1A, so wie es sein sollte.

Wer hat ne Idee, woher das kommt?

http://mrnd.dyndns.org/entlade1.PNG

[Hubert.G]

Ist das eine Einzelzelle oder ein Akkupack? Bei einem Akkupack würde das auf eine Zelle hinweisen die sich nach vollständigen entladen umlädt.

[MrNiemand]

Hallo, es ist ein Akkupack, bestehend aus 14 Einzelzellen a 2,5Ah.
Mittlerweile kann ich noch dazu sagen, dass ich bei einem 2ten Pack das selbe Phänomen habe. Auch habe ich beim nachfolgenden Laden einen ähnlichen Sprung im PWM Signal, allerdings ist beim laden nicht im geringsten was an komisches an der Akkuspannung zu sehen.

Das lustige ist ja, dieser Sprung passiert in einer Zeit <2sec, das heist ich habe an der Schräge von dem Sprung keinerlei Zwischenwerte. Geht das wirklich so schnell?

[Hubert.G]

Ich kann dir nicht sagen ob es wirklich so schnell geht. Um welchen Betrag sinkt denn die Spannung ab, den Wert sieht man in der Grafik nicht. Du könntest nach dem Entladen jede einzelne Zelle messen, dann hast du gewissheit.

[MrNiemand]

Hallo,

also ich habs mal genauer rausgesucht in der Tabelle, die Änderung ist ca. 1,02V.

Ich habe mal noch die Graphik zum laden angehängt, blau entspricht wieder der Akkuspannung, rosa der PWM Ansteuerung, die einen Stepdown versorgt.
An der YAchse entspricht diesmal eine Änderung von 1 einer Änderung von 10sec.
Hier fällt ebenfalls ein Sprung im PWM Signal auf, allerdings sieht man davon ja nicht im geringsten was an der Akkuspannung.

Wäre eine Zelle nach dem umladen defekt? Dann dürfte ich ja beim nächsten Entladevorgang schonmal deutlich weniger Spannung am Anfang haben, aber bis auf ein paar mV ist es identisch.

http://mrnd.dyndns.org/lade1.PNG

[Hubert.G]

Eine Zelle ist nach dem Umladen nicht defekt. Die Zellenkapazität verringert sich allerdings mit jedem Umladen.

[MrNiemand]

Hast du ein paar nähere Infos parat, was dann in dem Moment beim Akku passiert? Bleibt sie dann bei der geänderten Polarität?
Dann dürfte ich ja nach dem entladen, und erneutem Laden die gesamte Spannung vom Akku kleiner sein als vorher? Du sagst ja die Kapazität verringert sich, kann man da ne grobe Hausnummer sagen, wie oft man sich das erlauben kann, bis die Kapazitätsverringerung einsetzt?

Sind meine Parameter zum entladen überhaupt brauchbar? Dort scheiden sich ja die Geister gewaltig, ich habe momentan bei 2,5Ah Akkus einen EntladeStrom von 1A bis zu einer Schwelle von 1V Zellenspannung.

[Hubert.G]

Ich möchte dich da nicht in Panik versetzen, das mit dem Umladen war nur mein erster Gedanke. Vergewissere dich durch nachmessen der einzelnen Zellen.
Eine Seite zum nachlesen kann ich dir jetzt nicht anbieten. Beim Laden polt sich die Zelle wieder zurück. Die verringerte Spannung kannst du nur im entladenen Zustand messen.
Die Kapazität verringert sich mit jedem Umladen, einen Wert kann ich dir nicht sagen.
Lade und Entladeparameter hat fast jeder Hersteller seine eigenen. Daher dort nachlesen und etwas Sicherheit einfügen.

[Majus]

Hallo,
ich nehme an das du die Werte direkt in Excel mit VB einließt?
Passiert der Fehler immer bei bestimmten Vielfachen von 50?
Im ersten Bild sieht es so aus als ob genau beim ADC- Wert 700 der Sprung kommt. Sonst schau dir die Werte mal im Terminal an. Kannst du dort auch so einen Sprung entdecken?
(Ich hatte mal ein ähnliches Problem, bei dem VB mit der RSAPI.dll bei bestimmten Werten immer genau so einen Knick erzeugt hat)

Gruß,
Majus

[MrNiemand]

Naja, der erste Gedanke ist oftmals der beste. Zumal die Amplitude von dem Sprung ja auf etwas derartiges hindeutet.

Was halt nachteilig ist, ist die hohen Zellenzahl. Dadurch wäre es sehr aufwendig jede Zellenspannung beim laden einzeln zu überwachen.
Allerdings will ich bei den verwendeten Motoren meines Bots eine ausreichende Spannung für genug Reservern zum Regeln über haben, und dem Umwege über einen StepUp wollte ich nur ungern gehen.

Die Zellenspannungen werde ich messen, sobald der nächste Akkupack wieder entladen wird.

[MrNiemand]

Hallo Majus,
nein ich logge die werte per Terminal > Textfile mit. der Sprung kommt immer bei einem konstanten Spannungsunterschied zum Ladungsbeginn, d.h. nicht bei fix 700 sondern leicht abweichend, da die Entladung nicht immer exakt zum selben Zeitpunkt startet.

[CRothe]

Verstehe ich richtig, dass die Kurve den (durch den FET und nen Controller gesteuerten) Entladevorgang zeigt? Warum seid Ihr so sicher, dass die Ursache im Akkupack zu suchen ist. Es sieht mir mehr nach der Entladesteuerung aus. Ist vielleicht in den Regelkreisen irgend etwas nicht lineares an der Aussteuerungsgrenze? Ich würde hier mal suchen. Um den Akku gänzlich auszuschließen kannst Du auch ein Strombegrenztes regelbares Netzteil als Quelle nehmen (statt des Akkus) und die Spannung bis zum kritischen Punkt (der mit dem Sprung) runterdrehen.

Gruß
Christian

[MrNiemand]

Ja genau, lade und entlade Vorgang werden beides durch einen AVR geregelt.
Nein ich gehe nicht davon aus, das etwas an der Aussteuergrenze ist. Beim entladen verwende ich pwm mit 8bit und habe ca noch 10% Reserve. Beim Laden verwende ich pwm mit 9bit, und auch dort habe ich ca 10% Reserve.
Ich habe den gemessenen Strom Istwert nur nicht in den Diagrammen eingeblendet, weil ein schnur gerader Strich nicht so interessant aussieht. Er wird ja ebenfalls mitgeloggt, ist wie gesagt nur einfach nicht eingeblendet.

Den Gedanken mit dem regelbaren Netzteil hatte ich auch vorhin, allerdings muss ich dafür die AVR Firmeware deutlich modifizieren, sonst raucht es gewaltig. Allerdings denke ich nicht, das ich eine Stromgrenze brauche, denn die Regelung des Stroms zeigt ja keine sichtbare Abweichung.
Das wollte ich machen, nachdem ich einen erneuten Entladevorgang durch habe, allerdings ist gerade der andere Akkupack erst beim laden, von daher dauert es noch etwas, bis wieder mal entladen auf dem Plan steht, und ich danach die Einzelspannungen messen kann.

Hier mal noch der Link zum Schaltplan http://mrnd.dyndns.org/supplyunitV21.PNG. Habe ihn nicht direkt eingebunden, er wär von der Auflösung her doch etwas groß.

Der relevante Teil ist oben in der Mitte zu sehen. Das Signal "laden" ist die PWM Frequenz zum laden. Das Signal "Rimess" ist die PWM Frequenz zum entladen. R16 ist allerdings momentan bei 9Ohm.

[Michael]

Hallo MrNiemand,

deine Entladekurve (erste Grafik, blaue Linie) ist auf eine defekte Zelle zurückzuführen.
Ich habe mit einem ähnlichen Entlader so eine Grafik bekommen und konnte einzelne Zellen mit geringerer Kapazität als Ursache ausmachen.
Beim Entladen des gesamten Akkupacks fließt ein Strom durch alle Zellen. Ist eine schwache Zelle entladen, bricht ihre Spannung zusammen. Weiterer Entladestrom führt zur Umpolung der Zelle und sollte unbedingt vermieden werden.

http://www.team-iwan.de/technik/elektronik/pics/6Zellen.png (http://www.team-iwan.de/technik/elektronik/akkuentlader.php)
6 Zellen NiMH, rot= Spannung in V, gelb Strom in A
X Achse = Kapazität in mAh

Gruß, Michael

[MrNiemand]

also hier mal die gemessenen Akkuspannungen direkt nach dem entladen. Gemessen wurde ohne Last, und auch alle Polaritäten der Akkus stimmen noch.

@Michael: Danke für die Graphik. Bei dir sieht man allerdings ein zunehmendes Gefälle, kurz vor dem Einbrauch, davon ist bei mir ja leider garnichts zu sehen. Welche Zeitbasis verwendest du, wie oft werden deine Werte akutalisiert? Wie kontest du die defekten Zellen ausfindig machen?
Sieht man solche defekten Akkus beim laden irgendwie?

http://mrnd.dyndns.org/akkuspannungen.PNG

[Michael]

Hallo MrNiemand,


also hier mal die gemessenen Akkuspannungen direkt nach dem entladen. Gemessen wurde ohne Last, und auch alle Polaritäten der Akkus stimmen noch.
ohne Last erholt sich der Akku schnell wieder auf die Entladeschlußspannung, du solltest mal während des Entladens messen.


Bei dir sieht man allerdings ein zunehmendes Gefälle, kurz vor dem Einbrauch, davon ist bei mir ja leider garnichts zu sehen.
es gibt Akkus, die weicher sind und Hochstromakkus, die halt etwas knackiger sind.


Welche Zeitbasis verwendest du, wie oft werden deine Werte akutalisiert?
Bei einem Entladestrom(gelb) von 1A und einer X-Anzeige in mAh bedeutet die X-Achse gleichzeitig die Millistunden, also ungefähr 1 Stunde Entladezeit.


Sieht man solche defekten Akkus beim laden irgendwie?
Eher nicht. Mit dem Entladen steigt der Innenwiderstand, mit dem Laden sinkt er wieder. Der Ladestrom ist also bei einer richtig leeren Zelle anfangs sehr gering, bis sie halt "Blut geleckt" hat ;)

Gruß, Michael

[MrNiemand]

Naja, während des Entladens 14Zellen zu messen ist leider für mich etwas schwer.

Danke für deine weiteren Antworten, das sagt mir, das ich einen weiteren Pack zusammen bauen sollte. Wobei es schon ein bisschen komisch ist, dass 2 Packs die selbe Kennlinie zeigen, und eigentlich alle Akkus fast neuwertig sind.

[Michael]

Hallo MrNiemand,

ich habe hier 4 Akkupacks mit dieser Kennline:( Auch fast neuwertige Akkus, aber alle von einem Hersteller.
Leider sorgt schon eine kaputte Zelle dafür, daß der ganze Pack unbrauchbar wird. Stichwort Innenwiderstand und Spannungslage.

Ich versuche zukünftig auf Lithium umzusteigen.

Gruß, Michael

[MrNiemand]

Mit Innenwiderstand sprichst du was an, was ich auch mal noch implementieren muss in der Software.
Bei deinem Artikel zum entladen lese ich, du entlädst bis 0,7V/Zelle. Da streiten sich ja die Geister, einen verlässlichen Wert konnte ich bisher nirgends finden. Im Datenblatt zu meinen GP Akkus sind z.b. die Entladekennlinien bis 0,9V eingezeichnet. Aber eine konkrete Angabe, bis zu welchem Wert man maximal entladen sollte, konnte ich dort nicht finden. Kommst du wenn du bis zu dieser Schwelle entlädst auf korrekte Kapazitätswerte?

Warum verwendest du eigentlich eine analoge Regelgung, der AVR fühlt sich doch bei dir gelangweilt ohne Ende?

Ich versuche dem ganzen ja immernoch was postives abzugewinnen. Da bei mir das Laden von insgesamt 4Packs ja autonom erfolgen soll, kann ich durch dieses extrem starke Delta beim entladen wenigstens sehr sicher feststellen, das ein Akku defekt ist.

[Michael]

Hallo MrNiemand,


Bei deinem Artikel zum entladen lese ich, du entlädst bis 0,7V/Zelle. Da streiten sich ja die Geister, einen verlässlichen Wert konnte ich bisher nirgends finden. Im Datenblatt zu meinen GP Akkus sind z.b. die Entladekennlinien bis 0,9V eingezeichnet.
Ja, klar, aber gerade bei diesem (meinem) Entlader würde ein Abbrechen des Entladens bei 1V pro Zelle einen gesunden Akkupack vortäuschen.
Bei hohen Strömen ist meiner Recherche nach ein Entladen bis 0,6 V herunter nicht so schlimm, wenn der Akku danach eine Erholzeit bekommt.

Hier ist ein Datenblatt von einem Akkuhersteller (http://www.duracell.com/oem/Pdf/others/TECHBULL.pdf). Punkt 5.6 auf Seite 9, letzter Satz, da ist die Rede von einer Abschaltspannung von 1V pro Zelle.


Kommst du wenn du bis zu dieser Schwelle entlädst auf korrekte Kapazitätswerte?
ich habe festgestellt, daß sich mit jedem Laden/entladen die Kapazität ändert. Wenn es volle Zyklen sind und der Akku neu dann vergrößert sich die Kapazität und stimmt bis auf +/- 20% mit den Angaben des Herstellers überein ;)
Mit jeder längeren Lagerung nimmt die Kapazität wieder ab.
Die Kapazitätswerte auf den Akkus sind also nur Hausnummern.



Warum verwendest du eigentlich eine analoge Regelgung, der AVR fühlt sich doch bei dir gelangweilt ohne Ende?
ähh, ja, irgendwie hatte ich keinen Ansatz gefunden und es ging mir bei diesem Projekt primär um das Grafikdisplay ;)

Gruß, Michael

[MrNiemand]

danke für die Antworten und den Link. Werde mir das Datenblatt zu gemüte führen.

Was du bei dir relativ leicht machen könntest, wäre die ReferenzSpannung durch PWM zu erzeugen.

Kannst dir ja bei Bedarf meinen Schaltplan anschauen, ist halt ein bisschen aufwendiger, da es eben für 4Akkupacks ist. Wenn du darüber hinaus fragen hast, kann ich dir gerne helfen. Ist halt ein kleines bisschen größer als dein Source, denn ich versuch ja auch noch die Akkus zu laden usw....
Wegen mir kannst du auch den nicht perfekten (Bascom) Source haben, den werde ich allerdings nicht hier posten, ich finde fragen wie "warum raucht und stinkt mein Akku so erbärmlich, wenn ichs mit deinem Source laufen lasse" nicht so prikelnd. ;)

Will mir ja nach dem Projekt des großen Ladeteils mal auch einen eigenen Entlader wie bei dir bauen, da ich gemerkt habe, das durch das Entladen die Kapazität die man durchs laden wieder zuführen kann, deutlich steigt.

[Michael]

Hallo MrNiemand,

Hier habe ich noch ein interessantes Datenblatt (http://www.hardingenergy.com/pdfs/NiMH.pdf) zum Thema Entladeschlußspannung gefunden.
Punkt 3.7.4 auf Seite 7 beschreibt eine Formel, die auf eine MPV (Mid Point Voltage) Bezug nimmt.
Der letzte Satz (bereits auf S.8) beschreibt, daß bei großen Strömen die MPV sinkt. was nach der Fomel auch das Sinken der Entladeschlußspannung bedeuten müßte.

Dieses Datenblatt (http://data.energizer.com/PDFs/nickelmetalhydride_appman.pdf)beschreibt eine interessante Entladekurve auf Seite 15, Figure 14. Da sieht man, was wann passiert, wenn die schwache Zelle im Pack verpolt wird.

Nach einigen Suchen habe ich aber diesen Testbericht (http://flyheli.helitron.eu/pana3000.htm) aus der Praxis gefunden. Wie man an den Entladekurven sieht, werden die Akkupacks alle erst bei 0,7V pro Zelle abgeschaltet.

Gruß, Michael

[MrNiemand]

danke für die weiteren Links. Gerade die Kurve aus dem vorletzten fand ich echt interessant, deckt sich ja gut mit deiner Vermutung bezgl. meiner Kurve. Da ich ja die Akkus nicht übermäßig entlade bei einem sehr großen Strom, gehe ich auch davon aus, das 1-2Zellen defekt sind.

[avion23]

Hi MrNiemand,
deine Zellen sind nie absolut gleich. Selbst selektierte Zellen weisen noch große Unterschiede auf. Z.B. werden die äußeren Zellen besser gekühlt als die Inneren.

Aus diesem Grund wurden z.B. die Wildflyer entwickelt. Bei diesen werden die Zellen nach jedem Entladen formiert. Im Idealfall werden die Zellen also immer auf gleichem Spannungsniveau gehalten. Ich wollte einmal einen balancer für li-ion Akkus verwenden. Der Link befindet sich in meinen Beiträgen, hier habe ich ihn nicht. Ausprobiert habe ich es noch nicht, weil mir Akkupack/Zeit fehlt.

[MrNiemand]

Hallo Avion,

dass die Akkus nie identisch sind, ist mir klar.
Habe jetzt mal einen defekten Akku ausfindig machen können, und tausche diesen mal aus. Mal schauen ob sich die Akkus angleichen, verlieren kann ich ja nichts mehr O-)