PWM Konstantstromsenke

[eule22]

Hallo zusammen,

Wie ihr hier vor einigen Tagen gesehen habt, wurde mittels PWM Signal eine einstellbare Konstantstromquelle realisiert.

https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=51180

Ich hab die Schaltung in den letzten Tagen mal ausgiebig getest und bin mit der Stromstabilität sowie der Leisung sehr zufrienen.
Da ich aber NiMh/NiCd akkus laden möchte, benötige ich noch eine Konstantstromsenke um den Akku vor dem aufladen komplett zu entladen, um dem Memory bzw Lazy battery effect vorzubeugen.

Einzige Bedingung für die Konstantstromseke ist, dass sie eben mit der restlichen Schaltung (Anhang) kompatiebel ist, sodass der Akku an seiner aktuellen Position zum entladen verbleiben kann. Der Entladestrom sollte auch einstellbar sein idealerweise über PWM.
Hat jemand von euch eine Idee wie ich so etwas realisieren könnte? Denn alles was ich brauchbares an Schaltungen finde, ist der Bezugspunkt des Akkus auf Masse, und das geht ja bei dieser Beschaltung nicht.
Was ich mir auch vorstellen könnte, dass man durch setzen eines zusätzlichen Ausgangs am Atmega diese Schaltung so umfunktionieren kann, dass sie als Konstanstromseke wirkt. Ist so etwas möglich?

Ein weiteres kleines Problem das ich noch habe: Durch die Beschaltung des Subtrahierers bekomme ich eine höhere Ausgangsspannung als 5V an Uout, was auf dauer der Atmega wohl nicht so mag. Gibt es da auch eine Möglichkeit das zu umschiffen?

Danke schon mal!!

[PICture]

Hallo eule22!

Es ist am einfachsten mit einem Relais (doppelter Umschalter) möglich, dass die gleiche Schaltung in Stromsenke umkonfiguriert wird.

MfG

[eule22]

Hi PICture,

wie darf ich mir das konkret vorstellen? der eine Umschalter des Relais trennt mir die Verbindung zwischen +12V und der zweite Umschalter stellt im selben moment eine Verbindung nach Masse her?

Oder wie hast du dir das gedacht?

[PICture]

Ich habe mir das so wie im Code gedacht.

MfG

VCC = 12 V
+
R8 |
___ o-+
<-|___|-+-o--__ A Laden
|+ o-+ |
- | | |
R11 --- | |
___ |- | o-+--+ V Entladen
<-|___|-+-o--__ |
o-+ |
| |
=== |
GND |
|
R7 ||-+
___ ||<-
<-+-|___|-||-+
| |
--- |
--- C4 |
| |
<-+----------+
|
.-.
| | R1
| |
'-'
|
===

[Besserwessi]

Damit die Schaltung als Stromsenke funktioniert, muß man die 12 V Versorgung durch den Akku ersetzen. Als den + Pol des Akkus zum Drain des FETs und den - Pol des akkus an GND. Der Differenzverstärker kann mit dem Akku verbunden bleiben, so wie er jetzt ist.
Man braucht da also ein Relais mit 2 Schaltkontakten.


So kritisch ist das mit dem Memmoryeffekt nicht. Der tritt nur auf, wenn man den Akku eher langsam entlädt und längere Zeit bzw. mehrmals nur zu einem kleinen Teil entlädt. Neuere NiCd und NiMH akkus sind da auch nicht so empfindlich wie die ersten NiCd-Akkus.
Bei NiMH wäre es aber eventuell sinnvoll den Akku erstmal etwas zu entladen, damit ein voll geladener Akkus keinen Schaden nehmen kann, denn da funktioniert die Erkennung des Ladeendes die ersten paar Minuten nicht immer zuverlässig.

[eule22]

Hi PICture,

die Idee ist klasse und auch sehr schön zu realisieren, da werde ich mich morgen gleich mal dran setzen und das ausprobieren.

Selbstverständlich werde ich dann über meine Erfahrungen berichten.

Danke schon mal

[PICture]

Ich freue mich schon auf positive Ergebnisse, die ich zukünftig skrupellos anwenden werde ! :)

MfG

[eule22]

@Besserwessi: Mein gedanke war den Akku bis zu einem Akkuspannung von ca. 0,9V zu entladen, bevor ich mit dem eigentlichen Ladevorgang beginne. Habe mal wo gelesen, dass das diese Akkutypen dann mit längerer Lebensdauer zurückzahlen. Variabel soll der entladestrom deshalb sein, damit der durch den Atmega je nach Akkukapazität angepasst werden kann.

[Besserwessi]

Das entladen hat auch schon seinen Grund. Man kann so z.B. auch mal testen wie gut die Akkus eigentlich noch sind.

[PICture]

Ich möchte mir sowas bauen (mit einer Uhr) um die tatsächliche Kapazität von voll aufgeladenen Akkus zu messen, die ich selber benutze.

MfG

[eule22]

Bei mir soll das ganze irgendwann mal ein Ladegerät werden, das beim einlegen des Akkus anhand des Innenwiderstandes den optimalen Ladestrom einstellt und den Akku dann auflädt. Das ganze soll nicht nur mit einem Akku sondern mit 4 gleichzeitig erfolgen, also benötige ich diese Schaltung 4x. Das Laden soll durch eine der gängigen Abschaltmethoden (-deltaU, Steigung der Kennlinei) beendet werden.

Und wenn das mal soweit läuft, dann muss das ganze so erweitert werden, dass es 12V Blei/Bleiegel Akkus laden kann.
Zur Anzeige gibt es ein kleines Nokia 3310 Display wo eben ein kleines Menu zur Einstellung sowie während des ladens der jweilige Ladezustand zu sehen ist. Und mit dem PC kanns auch noch reden, da müssen die genzen Kennlinien hin übertragen werden.

Also wenn du irgendwelche Tips, Anregungen, Verbesserungsvorschläge etc. hast, lass es mich wissen!
Was meine nächste größere Baustelle sein wird: Wie bestimme ich aus dem Innenwiderstand den idealen Ladestrom?

[PICture]

Ich möchte es ohne PC nur mit einem µC bauen, weil ich es klein und kompakt ohne Kabeln haben möchte.

Vor allem, würde ich anstatt PWM echte DACs verwenden, was das analoge Teil erheblich reduziert und die Software vereinfacht.

Zum Verteilen und Abspeichern der Sollwerte an DACs würde ich adressierte Schieberegister nehmen.

Die optimale Ströme würde ich auf Grund angegebenen Kapazitäten der angeschlossenen Akkus berechnen lassen oder würden sie direkt laut Herstellerdaten angegeben, weil den inneren Widerstand ich als nicht genug zuverlässig finde.

Aber die Entwicklung ist wie das Kochen, jeder macht es nach seinem Geschmack... :)

MfG

[Besserwessi]

PWM Statt DAC ist nicht schlimme, denn man braucht ja wirklich keine schnellen Änderungen des Stroms. Einmal Programmiert braucht man sich um das PWM Signal auch nicht mehr kümmern. Da kann ein DAC per I2C schon komplizierter werden.

Zum Akkusmessen habe ich schon eine ähnliche Schaltung: Strom fest auf 1 A eingestellt, eine einfache einstellbare Abschaltung dazu, und per Ladungspumpe wird dann noch eine analoge Uhr mit 12 V versorgt. Wenn der Akku leer ist kann man einfach die Zeit ablesen.

[PICture]

Eigentlich braucht man keine PWM und DACs, weil die Lade- Entladeströme können per Potis bzw. Umschalter/Jumper einzeln eingestellt werden und der µC soll nur die Spannungen der Akkus per ADCs überwachen. Das wäre für mich das einfachste.

MfG

[eule22]

mir wäre es der einfachheit halber auch lieber den Strom dirket vorzugenen (über poti oder jumper), jedoch ist das ganze ein Schulprojekt und hat gewisse Anforderungen. Für mich privat würde ich das ganze auch etwas anders (unkomplizierter) lösen.

Und wie Besserwessi schon sagt, wird das PWM Signal einmal eingestellt und bleibt dann auf dem Wert stehen während des gesamten Lade / Entladevorgangs.

Aber wozu ich immer noch keinen richtigen Ansatz gefunden habe: Wie stelle ich anhand des Innenwiderstandes den Ladestrom ein? Klar, je größer Ri, desto kleiner mein Ladestrom, aber in welchem Verhältniss müssen diese beiden Werte stehen.
Und wenn ich eine "Schnellladung" mache, was ja die Voraussetzung für ein -deltaU Abschaltvorgang ist, ist der Ladestrom ja nicht ganz so wichtig, er sollte sich nur irgendwo zwischen C/3 und C/2 bewegen.
Für den "normalen Ladevorgang" mit C/10 über 14 Stunden werde ich eine manuelle Einstellung der Akkukazität programmieren.

[Besserwessi]

Wie schon oben gesagt, gibt es keinen einfachen zusammenhang vom Innenwiderstand zum zulässigen Ladestrom. Der Innenwiderstand ändert sich auch mit dem Ladezustand und der Temperatur. Man kann höchstens eine obere Grenze finden für den Ladestrom, den man bei einem gegebene Widerstand sicher nicht überschreiten sollte. Alle Akkus das dann auch vertragen ist eine andere Sache.

Mit Werten von etwa C/2 bis 2 C sollte ein Schnellladung ganz gut gehen. Wenn man auch NiMH Akkus laden wiill, sollte man besser zusätzlich auch noch die Temperatur messen. Bei Akkus die länger gelagert waren funktioniert die Abschaltung nach der Spannung oft nicht zuverlässig.

[eule22]

Ich freue mich schon auf positive Ergebnisse, die ich zukünftig skrupellos anwenden werde ! :)

dann wünsch ich dir viel Spaß dabei.
Ich hab das ganze jetzt so getestet wie im Schaltplan weiter oben gepostet. Und das ganze läuft soweit ganz gut. Das einzige Problem ist die momentan doch noch sehr hohe Verlustleistung. Aber da werde ich die 12V auf einen Schaltregler (LM2576) geben und dann nur noch 5V an der seleben Stelle anlegen. Das ändert ja an der eigentlichen Funktion der Schaltung nichts.
Aber sonst wie gesagt läuft soweit ganz stabil, Lade bzw. Entladestrom ist für meine Anwendung sehr konstant.

[PICture]

Hallo!

@ eule22

Herzlichen Glückwunsch! :)

Dein Erfolg freut mich sehr und ich werde das irgendwann nachbauen mit zusätzlicher Option zum Messen der tatsächlicher Kapazität der Akkus, die beim Entladen ermittelt wird.

Ich habe zwar einfachen fertigen Ladegerät mit delta U Erkennung und Entladefunktion, aber ohne Display und die Kapazität wird dabei leider nicht gemessen... :(

MfG