Akku-Ladungszustand

[vitja09]

Guten Tag :wink:
ich möchte gerne eine Akku-Ladungszustandsanzeige bauen.
Meine Schaltung sieht wie folgt aus:
Es ist ein NiMH Akku mit einer Spannung von 6V und einer Kapazität von 1800mAh verbaut, dieser betreibt eine Spannungsregelung auf 5 V.
Eine direkte Messung am Akku ist nicht möglich da der MC nur bis 5V messen kann. Ich dachte da an einen Spannungsteiler. Da aber im Betrieb die Last sich ständig ändert, muss die Messung irgendwie so erfolgen, das immer die gleiche Belastung anliegt.
Oder währe es sinnvoll den Spannungsteiler nur hin und wiedermal an den Akku schalten zu lassen, dass dieser dann die Last darstellt und in dieser Zeit keine anderen Lasten angeschlossen werden? So währe auch das Problem mit der Verlustleistung beseitigt.
Wie berechne ich den Spannungsteiler? Da ja eigentlich nur ein Verhältnis erreicht werden muss, sind ja unendlich viele Möglichkeiten richtig, nur welche ist die Beste? Eher Niederohmig währe warscheinlich am Besten, nur wie genau?
Eigentlich handelt es sich doch bei meinem Vorhaben um ein alltägliches Problem oder nicht? Finde aber überhaupt nichts hierzu.
Wo finde ich Informationen zu meinem Akku wie z.B. Innenwiderstand, Spannung auf die maximal entladen werden sollte, usw. Gibts da irgendwo Richtwerte weil ich kein Datenblatt zu meinem Akku habe.
Oder gibt es ganz andere Lösungen?

[PICture]

Hallo vitja09!

Eine Akkuspannungsanzeige ist einer Akku-Ladungszustandsanzeige nicht gleich, da sowohl die Spannung als auch der Innenwiderstand keine zuverlässige Information über verbliebene Ladung des Akkus gibt.

Als zulässige Endspannung bei Entladung einer NiMH Akkuzelle 1,2 V gilt üblicherweise 1 V. Bei seriell geschalteten Zellen kann man aus der gesammter Spannung über Spannungen der einzelnen Zellen nichts sagen, da sie (fast) immer unterschiedlich sind. Bei höheren Strömen kann deswegen sogar vernichtende schon "schwache" Zellen Umpolungen geben.

Was brauchst du ganz genau und was willst du bauen ?

MfG

[avion23]

Spannung ist schon der richtige Weg. Alles andere führt zu einem Ladungszähler und das wird aufwendig.

Den Spannungsteiler würde ich als Dauerlast lassen. Dein 5V Regler (7805?) verbraucht wahrscheinlich eine Größenordnung mehr Strom. Der ADC benötigt eine Signalquelle mit einer Impedanz <10kΩ. Wird die Impedanz größer musst du in der Frequenz heruntergehen weil der interne Sample & Hold Kondensator nichtmehr schnell genug aufgeladen wird.

Benutz ruhig den internen ADC.

[Besserwessi]

Bei einem 6 V Akku (5 Zellen) geht ein 7805 schon nichtmehr. Da braucht man einen low Drop regler, dann kann man auch bis etwa 5.2 V Akkusspannung noch 5 V bekommen. Wenn man will könnte man den Zustand Akku leer auch daran erkennen das die 5 V anfangen abzusinken.


Der Spannungsteiler kann ruhig relativ hochohmig sein. Bei den AVRs sind 20 kOhm als Grenze angegeben (bei den PICs ähnlich, 10 K wenn ich mich richtig erinnere). Mit einem Kondesator von z.B. 100 nF parallel kann man auch in den Bereich 1 MOhm gehen, denn so schnell ändert sich die Spannung nicht. Dann lohnt es sich auch nicht mehr den Teiler abzuschalten.

[Artur]

Hi,
eine Akku-Ladungszustandsanzeige über Spannungs-Messung ist nur bei Lithium-Accus möglich zu bauen.

Bei Allen Anderen Accus ist da nichts mit .

Da kannst nur die Accus erst mal Voll Laden und dann eben LadungsRechner dran die Entlade- genauso wie Lade-Ströme + Temp + Accu Alter mit berechnet nehmen.

www.ELV.de - hat / hatte mal so was zusammen gebastelt gehabt

Gruss
Artur

[vitja09]

@PICture: Also ich wollte das ganze in einen Roboter einbauen, sodas frühzeitig ein Grundzustand angefahren werden kann, befor die Batterien leer sind. Finde ich irgendwie eleganter als das der Roboter irgednwann einfach stehen bleibt weil der Spannungsregler wegknickt. Wenn es nicht über die Spannung und über den Ri gemessen werden kann, wie dann?
@avion23: Es handelt sich dabei um einen LM 2940, der 7805 würde bei einer Eingangsspannung von 6V nicht funktionieren. Ich benutze eine C-Control. Benötigt da der ADC auch eine Impedanz von <10kOhm? Das Problem ist aber ja auch, dass ich zur Messung den Akku auf jeden Fall belasten muss, sonst messe ich im lastlosen Zustand ja annähernd immer die volle Spannung.

[PICture]

Jetzt verstehe ich genau dein Problem und würde einfach die Spannung bei normalem Betrieb, also bei nominaler Belastung des Akkus messen und die Eibrüche der Spannung überwachen. Du kannst durch Experimente ermitteln, welche Spannungsgrenze soll dein Roboter zum Anfahren des Grundzustands zwingen.

MfG

[avion23]

LM2940 ist schon vieel besser :) Mit (angenommenen) 10kΩ Widerstand fließen bei 7V nur U/R = I, 7V / 10kΩ = 0,7mA was wirklich wenig ist. Falls dich das stört über einen portpin schalten. Besser noch ein n-fet kleinsignal weil bei ~5,7V die campdioden des mikrocontrollers einsetzen. Falls du den Spannungsteiler noch höher machen möchtest würde ich ihn über kondensatoren puffern (parallel zu jedem Widerstand, Größe ~100nF bzw. faktor 10 vom sample &hold kondensator).

Zur C-Control kann ich nichts sagen. Datenblatt raussuchen, schauen welcher µC drauf ist. Dann davon Datenblatt anschauen und ADC Daten vergleichen. Größenordnung <10kΩ ist nicht verkehrt.

Du musst den Akku nicht belasten. Du bekommst durch die Spannungsmessung eine grobe Einteilung, die nicht ganz richtig ist, für dich aber genau genug. http://images.google.de/images?q=nimh%20entladekurve&oe=utf-8&rls=org.gentoo:en-US:unofficial&client=firefox-a&um=1&ie=UTF-8&sa=N&hl=de&tab=wi liefert dir bilder dazu. Wichtig für dich ist es, ab zu schalten bevor die Akkus alle sind. Das sind sie bei 0,9V, der Bereich davor fällt auch schön steil ab. Es reicht aus einen linearen Zusammenhang an zu nehmen oder kurz vor U_min des Spannungsreglers deinen Grundzustand an zu fahren.

Wie man an http://images.google.de/images?q=alkaline%20entladekurve&oe=utf-8&rls=org.gentoo:en-US:unofficial&client=firefox-a&um=1&ie=UTF-8&sa=N&hl=de&tab=wi sehen kann ist die lineare Annahme bei Alkaline sogar halbwegs gerechtfertigt, deswegen wird sie in sehr vielen kommerziellen Geräten verwendet - wobei die Anzeige bei ~50% natürlich total spinnt.

[vitja09]

Ok vielen Dank für die schnellen Antworten. Werde es einfach mal ausprobieren :)

[Besserwessi]

Der Spannungsteiler, den man braucht wäre hier etwas auf 1/2 oder 2/3 der Batteriespannung. Um bei 1:1 auf 10 K Impedanz zu kommen könnte man schon 2 mal 20 K nehmen. Das Abschalten des Spannugsteilers ist gar nicht so einfach, deshalb lieber 1 mal 1 M und 1-2 Kondensatoren dazu.

Wenn man einen Kandensator braucht zum puffern für den Strom in den Sample and Hold Kondensator, sollte der Externe Kondensator 1000 mal größer sein, nämlich so groß, dass sich die Spannung nicht merklich ändert wenn der Sample Kondensator daraus geladen wird. Ein kleiner Kondensator im Bereich 10 mal dem Samplekomdesator ist sogar kontraproduktiv, da bricht die Spannung dann merklich zusammen und der Spannungsteiler sieht beide Kapazitäten parallel. Da Stimmt der Wert dann erst nach ein paar Samples.

Bei C Controll ist ein Atmel AVR drin. Da hat man ca. 5-10 pF als Samplekondensator.

[vitja09]

Ich habe nun aus einem 10kOhm und einem 3kOhm Widerstand einen Spannungsteiler gebastelt, im Mittelpunkt über einen 10kOhm Widerstand das ganze an einem MC angeschlossen. Habe dann die Werte ausgelesen und bei 6,4V beträgt dieser 220 und bei 5,1V 176. Der Spannungsregler arbeitet sogar noch bei 5,1V einwandfrei. Die Messung währe für mich schon Zufriedenstellend aber währe es möglich den Messbereich auf die kompletten 256 aufzuteilen? Was mir an der Sache immer noch nicht einleuchtet ist, warum sich die Spannung überhaupt verändert. Ich dachte immer die Urspannung einer Batterie ist immer konstant. Lediglich der Innenwiderstand wird größer wenn die Batterie leer wird. Deshalb fällt im unbelasteten Zustand ja keine Spannung an diesem ab und ich messe auch bei einer leeren Baterie die volle Spannung. Wird sie belastet, fließt ein Strom, Es fällt eine Spannung am Innenwiderstand ab, deshalb wird die Klemmenspannung kleiner. Da aber ja ein Spannungsmesser sehr hochohmig ist, stellt er wohl keine Last dar, sodass ich eigentlich nicht verstehe warum die Spannung sich an einer Batterie/Akku abhängig vom Ladungszustand verändert.

[PICture]

Hallo!

@vitja09

Stell dir ein Akku als ein Behälter mit Wasser vor. Wenn du aus dem Behälter das Wasser entnimmst, der Pegel sinkt. Wenn man sich die Wasserteilchen als elektrische Ladungen, der Wasserpegel im Behälter als Spannung und das entnomenes Wasser als Strom vorstellt, sollte es hoffentlich verständlicher sein.

MfG

[Besserwessi]

Das mit der Spannungsänderung hängt vom Batterie bzw. Akkutyp ab.
Bei NiCd und NIMH ändert sich die Spannung ganz am Anfang des Entladens etwas (von etwa 1,5 auf 1,25V) also etwa vom 100% bis 98 % Ladezustand. Danach sind die Änderungen eher klein und erst bei vielleicht 10% Restladung fällt die Spannung dan schnell.

Bei Alkalinen Batterien geht die Spannung auch mit der Ladung zurück, auch schon relativ früh. Auch bei nur noch 1 V Leerlaufspannung (also ziehmlich leer) kann man noch recht viel Strom ( >100 mA) ziehen.

Bei den alten Zink Kohle Batterien bleibt die Leerlaufspannung dagegen bis praktisch zum Ende fast konstant und hier ist wirklich der Innenwiderstand die bessere Größte die Restladung zu bestimmen. Hier hat auch eine leere Zelle die nicht mal 1 mA an Kurzschlußstrom liefern kann noch 1,5 V.