Umbau Roomba 581 von NiMh auf LiFePO4 (Lithium)... Testphase

[Zündfunke]

Hi,

ich suche schon seit ca. 2 Wochen nach einer Lösung und meine auch ein gefunden zu haben.

Ich hoffe es ist soweit bekannt, wie das teil Arbeitet? Wen nicht dann müsste ich weiter ausholen. ;)

Das Teil dockt Automatisch an eine Ladestation (22,5Volt, 1,2A). An den Kontakten Mist man ohne Roboter 2,9 V, mit diesem sind es 22,5 V. Dabei wird die Elektronik und das verbaute NiMh Ladegerät versorgt, das wiederum vorsorgt dann den Akku, ein Temperaturfühler überwacht das Ganze.

Nun würde ich an den 2 Kontakten am Roboter selbst eine 2. Leitung abgreifen, die ein Relais versorgt. Das zieht beim andocken an und "entkoppelt" denn Lithium Akku von der Roboter Elektronik, gleichzeitig schalte ich damit die Versorgung für einen 8-28V, 1,5A Lithium Lader frei, dieser lädt über eine Schutzschaltung den Akku (Kurschluss-, Tiefenentladung-, Überladungsschutz). Beim Starten (runter fahren v. der Station) fällt das Relais wieder ab und der Akku wird wieder genutzt.
Ich lass also die Schaltungen vom Roboter unangetastet. Soweit sollte das machbar sein?

Könnte es beim Runterfahren von der Station zum Stillstand kommen? In diesem Moment schaltet das Relais und es ist für mili sek. kein Strom vorhanden, vernachlässigbar? Ich muss das noch testen (teile noch nicht da), aber wie könnte man das verhindern?

Gruß und Danke im Voraus
Zündfunke

[Andre_S]

Hallo,

mal unabhängig davon, das es sicher interessant ist, aber brauchst Du wirklich längere Laufzeiten?
Er startet doch selbstständig (nach Plan) und findet mit den Lighthouse zur Ladestation zurück. Falls er nicht alle Räume geschafft hat macht er nach dem Laden in dem Raum weiter wo er nicht fertig geworden ist.
Allerdings schafft er bei mir meistens 4 Räume, da zwei nicht so groß sind. Also unter 1,5-2h kommt der bei mir nicht zurück in die Ladestation und dann ist es auch schon an der Zeit ihn mal zu entlerren und da würde ich mir wünschen, dass die Station dies könnte.
Aber um das laden hatte ich mir noch nie einen Kopf gemacht oder hast Du viele Räume wo Du ihn mit Hand rein stellen musst?

Zum Thema:
Du hast den alten Akku beim Laden noch drin, sonst könnte er ja nicht runter fahren, da Du den Lithium ja entkoppeln wolltest...
Also kannst Du ihn auch normal mit laden und über eine Akkuweiche beide nutzen.


Gruß André

[Zündfunke]

Hi,

danke für deine Antwort.



... brauchst Du wirklich längere Laufzeiten?

Nicht wirklich, es würden 4 Zellen in Reihegeschaltet mit einer Leistung von 2,3A. Eine längere Laufzeit wird sich auch nicht ergeben, da der Roomba scheinbar keine Spannungsmessung durchführt. Es wird nur die Durchschnittszeit Zeit ermittelt, wie lange er rum fahren durfte, bis der Akku nix mehr abgegeben hat. Das brauch wohl eine Anlernphase von einigen Putzvorgängen, so wie ich gelesen habe. Naja für meine kleine Wohnung ist es egal. Ich will das ändern, weil es auch Wirtschaftlicher ist (kostet weniger).



Zum Thema:
Du hast den alten Akku beim Laden noch drin, sonst könnte er ja nicht runter fahren, da Du den Lithium ja entkoppeln wolltest...
Also kannst Du ihn auch normal mit laden und über eine Akkuweiche beide nutzen.

Hi, eben nicht. Hab mich da wohl nicht richtig ausgedrückt. Der alte Akku fliegt komplett raus (kein Platz). Die Umrüstung erfolgt wegen der Längeren Lebenszeit, schon wegen der "intelligenteren" Aufladung.
Beim auffahren kommen an den Kontakten von Roomba die 22,5 Volt an, was den Lithium Akku von der Elektronik trennt (übers Relais). Ursprünglich führt von diesen Kontakten eine Leitung zur Platine, was den Roboter mit stromversorgt und die Ladeelektronik starten läst. Das bleibt auch weiterhin vorhanden! Die alte Ladelektronik braucht unbedingt den Temperaturfühler vom alten Akku, schließt man den an, dann sieht die Elektronik das keine Spannung an den Kontakten vorhanden ist (klar weil akku entkoppelt). Somit wird angenommen das der Akku tiefentladen ist und es wird eine Refreshladung gestartet (die ins nirvana geht). So tuts auch und so hab ich es mir das erklärt.

Aber was passiert beim runterfahren? Da kommt es ja nun zum kurzeitigen Spannungsabfall?! Da das Relais beim runterfahren abfällt, aufgrund das die Spannung von der Station weg fällt, so wird der Lithium akku eingekoppelt. Wie kann ich nun weiterhin die Elektronik am leben erhalten, bis der Akku angeschlossen ist(denke es sind ein paar mili sek.)?

gruß


edit: Hm, ich glaub der Lüfter vom Schmutzbehälter startet bevor er los fährt und geht erst aus, wenn er auf der Station ist. Wenn nicht muss darüber das Relais für den akku und der neuen Ladungschaltung gesteuert werden. Denke das wird gehen. ;)

[Andre_S]

...
edit: Hm, ich glaub der Lüfter vom Schmutzbehälter startet bevor er los fährt und geht erst aus, wenn er auf der Station ist. Wenn nicht muss darüber das Relais für den akku und der neuen Ladungschaltung gesteuert werden. Denke das wird gehen. ;)

Hallo,

so unterschiedlich sind die Versionen?
Meiner ist ca. 1 Jahr,... bei mir fährt er ohne Lüfter von der Station, dreht dann um 180°, erst danach startet bei mir die Reinigungsfunktion und der Lüfter.

Wie meinst Du das mit "wirtschaftlicher"?

Versuch es doch erst mal mit einem Elko, wenn es nur ein paar ms sind.


Gruß André

[Zündfunke]

Hallo,

so unterschiedlich sind die Versionen?
Meiner ist ca. 1 Jahr,... bei mir fährt er ohne Lüfter von der Station, dreht dann um 180°, erst danach startet bei mir die Reinigungsfunktion und der Lüfter.

Och nee... hat meinen lange nicht mehr an... mein Fehler...
Hm, irgendwo muss ich Strom für ein Relais abgreifen. Dachte das der Lüfter nun ideal wäre, so könnte der Lipo Akku getrennt und eingekoppelt werden, ohne das die Roomba Platine Strom verliert. Hab auch schon eine schaltung gezeichnet, auch alles beachtet das nix irgendwo reinspuckt, das nun fürn Po... Mist... eine Idee wo ich beim starten des Roombas Strom abgreifen könnte? Beim ankoppeln an der station muss dieser weg sein.

Teile sind bestellt, dann kann ich endlich testen. ^^




Wie meinst Du das mit "wirtschaftlicher"?


Ich verwende zellen die von Heli Modellbauer genutzt werden. Die misshandeln die regelrecht und kommen auf gute 1000zyklen und die nutzen den Ladestrom von 4c (2,3A Zelle ~10A) und den Entladestrom von 20c burst 43C! Nun besteht meine berechtigte Hoffnung darin, das ich weit aus mehr erreichen werden (1500-2000zyklen?). Ich nutze max. 1c beim laden bzw. 3c beim entladen.
Der normale NiMh Akku hält ca. 500 zyklen kostet 36€ ohne versand bei ebay. Ich verblase ca. 50€ für etwas was 2-3 mal länger hält (teuerst ist die schutzschaltung und die Ladungsschaltung > 30€)... daher wirtschaftlich und so ;)

Gruß und danke für die Info mit dem Lüfter
zündfunke

edit:
Versuch es doch erst mal mit einem Elko, wenn es nur ein paar ms sind.
jo hast recht, hoffe das klappt

[Andre_S]

Hallo,

na misshandeln ist sicher übertrieben, dass vertragen auch die nicht. Aber mit entsprechender Leistung laden und Entladen das brauchen die auch, die sind dafür ausgelegt aber ohne es zu übertreiben.
Ich habe 3 E-Helis und 3 E-Flieger, der größte Heli mit Rotor von ca. 1,40cm. Vor 2 Jahren hätte ich Deinen Optimismus mit wirtschaftlicher noch nicht geteilt, allerdings habe ich auch das Thema nicht mehr verfolgt, da ich mehr oder weniger kaum noch zum fliegen komme.

Meine LiPos und auch die LiFePo4 (allein für den großen 450 Euro) haben nur ca. 2 Jahre gehalten, danach war die Leistung ziemlich im Keller. Und das obwohl Sie zwischen den Flugzeiten nicht mit 100% gelagert waren, was ja bei Dir prinzipiell so wäre. Auch wäre ich nie an 1500 bis 2000 Zyklen gekommen.

Ist das wirklich so viel Besser geworden, meine Handy Akku halt auch bisher nur ca. 2 Jahre bei ca. 500 Zyklen


Gruß André

[Zündfunke]

Das mit dem 20c/43c sind hersteller angaben bei der 2300er Zelle.

Es handelt sich um diese
http://shop.lipopower.de/A123-Systems-ANR26650M1A-B-Ware-2300mAh
http://shop.lipopower.de/A123-Systems-ANR26650M1A-2300mAh

und dazu ein paar infos http://www.google.de/imgres?q=a123+systems+entladekurve&um=1&hl=de&safe=off&biw=1711&bih=978&tbm=isch&tbnid=CPosD0VexmimwM:&imgrefurl=http://www.pedelecforum.de/forum/showthread.php%3F724-Lebensdauer-A123-Fepo4-M1-gt-bis-15-Jahre&docid=sWGtfLsLYyzFOM&imgurl=http://www.pedelecforum.de/forum/imgcache/370.png&w=640&h=501&ei=Z83tT9qGDMvntQaSicSNDw&zoom=1&iact=hc&vpx=606&vpy=474&dur=1978&hovh=199&hovw=254&tx=78&ty=104&sig=107566918019328541136&page=1&tbnh=140&tbnw=179&start=0&ndsp=38&ved=1t:429,r:18,s:0,i:131

Ich kann bisher nur aus der Theorie erzählen, mein Praxis wissen mit LiFePO4 geht gegen null. Ich rede nur von den A123 Systems und da wurde wohl einiges gemacht.

Mein Handy Akku LI-Polymer 3,6 V ist bei 80% und 5 jahre alt. ;)

[Andre_S]

...
Mein Handy Akku LI-Polymer 3,6 V ist bei 80% und 5 jahre alt. ;)

wow... ;)
So lange halten meine Handys gar nicht...
Und mein Galaxy S2 ist auch fast jeden Abend zum laden, da es sehr schnell runter ist. Da bin ich mal gespannt ob ich jetzt länger als 2 Jahre komme...

Gib mal weiter über die Fortschritte Bescheid!


Gruß und viel Erfolg
André
p.s. Interessante Links, da sollten meine Fepos ja dieses Jahr auch noch gehen. Wobei ich die Infos in dem Link, zum Thema "geheime Infos" doch für sehr optimistisch halte

[Zündfunke]

Hi,

ich bräuchte Hilfe bei der Berechnung eines Stützkondensators. Leider nie gemacht und die Formeln verwirren mich gerade :( .... es muss für den Zeitraum des Schaltvorgangs des Relais (schätze max. 500ms) ca. 2,5A/22,5 volt gespeichert werden. Könntet ihr mir bitte Helfen?

Gruß und Danke
Zündfunke

[Zündfunke]

So,

hab mich jetzt nochmal hin gesetzt! ^^

Also wegen der Berechnung des Kondensators:
Ich habe ein Netzteil mit 22,5 Volt was 1,25A liefert. Nun möchte ich die Kapazität ermitteln. Der Kondensator selbst hat mehrere Minuten (mindesten 90min.) zeit zum laden, sollte also nicht relevant sein.

Also Kapazität = C = A*s/V = F
Somit ist es bei mir C= 1,25*1/22,5V = 0,0556 Farad?... da Q=C*U = 1,25ist... richtig oder?

Zum verständniss... für 1 sek. kann ich somit die Schaltung vom Roboter am leben erhalten?

[Andre_S]

Hallo,

Ermittel noch mal genau...
Ich glaube nicht, dass Die Relaisumschaltzeit 500ms ist und was benötigt die Platine in dem Moment tatsächlich, es ist nur der Fahrmotor in Betrieb, (kein Lüfter und keine Bürsten, zumindest bei mir) also glaube ich ist die Leistungsaufnahme nicht so hoch...

Gruß Andre

[Zündfunke]

Hallo,

Ermittel noch mal genau...
Ich glaube nicht, dass Die Relaisumschaltzeit 500ms ist...

Hi,

es ging mir nur um die Rechnung ob die stimmt. Schaltzeit beträgt 7ms-12ms (Ein-/Abschaltzeit)... naja egal, schnee von gestern... konnte endlich rumbasteln

Ich hab jetzt alles soweit fertig, funktioniert tadellos soweit (wenn man über die Ladebuchse lädt). Ein Kondensator ist bisher nicht nötig.

Aber es gibt nur noch ein Problem.
Das Relais stört die Schaltung vom Roboter (wenn man über die ladestation lädt). Das äußert sich darin, das wenn die Steuerspannung vom Relais abfällt (abdocken von der Ladestation), das sich die Relais Spule den Reststrom aus der Schaltung vom Roboter zieht und dann abfällt, das passiert im 20ms bereich. Das wiederum führt dazu, das ein einschalten unmöglich wird. Leider benötigt die Schaltung vom Roboter diese Restspannung um koreckt zu Arbeiten.
Jetzt hab ich leider kein Plan, wie ich die Spule daran hindere das nicht zu tun. Eine 1N4001 Diode verhindert das "zurückfließen" nicht! Ein Kondensator >2000µF auf der Roboter Schaltung funktioniert, diese schaltet aber erstmal ab beim abdocken und dann wieder ein um den Kondensator zu entladen. Egal was ich bisher anstelle, das einschalten wird unmöglich, die Uhrzeit und das Wochenprogramm ist weg und nur weil die Ralaisspule den Saft aus der Schaltung zieht. Eine idee?

Ein Halbleiterrelais will ich erstmal nicht einsetzen, wäre toll wenn es mit den vorhandenen mitteln gehen würde.

gruß und Danke
zündfunke

[Zündfunke]

So fertig... im groben erzählt...

... das Projekt ist abgeschlossen mit meinem 3 Jahre alten 581. Sicherlich gibt es noch Verbesserungspotential, aber fürs erste wird alles erfüllt.
Jeder der sich einmal mit Elektronik beschäftigt hat, weiß wie bescheiden es ist, eine Schaltung um eine vorhandene zu bauen. Meist muss man mit Abstrichen/Nachteilen rechnen, die erkläre ich am Ende dieses Posts.


Der Umbau
Benötigt wird:
- eine 4S Schutzschaltung für LiFePO4, die mind. 3A Dauerstrom liefert, sowie einen Überspannungs- /Tiefentlade- und Kurzschlussschutz bietet, ich habe bei 4 Zellen bewusst auf einen Balancer verzichtet... fertig Lösung ~11€
-cccv Ladegerät mit Breitbereichseingang, das muss in dem Roomba verbaut werden (muss extrem kompakt sein), beim selbst löten (SMD) kommt man auf ~15€, fertig Lösung 28€
-A123 System ANR26650M1A mit 2300mAh ~ 4x5€
-Der Temperaturfühler vom alten Akku
-diverse klein Teile (2x100µF Elko, 2x Dioden, 5A Relais 1x Wechsler, Kabel) ~5€
-Schaltzeituhr ~5€?

Zeitaufwand:
Schätze 4 std. mit anpassen/Löten/auseinander und zusammenbauen? Hab 2 Wochen benötigt, weil einiges herausgefunden werden muste.

Bastel Arbeit:

1. Temperaturwiderstand ausbauen und auf dem Roomba Board verlöten.

22881

2. Umbau der Ladestation, so das an den Kontakten immer die 22,5 Volt anliegen.

22882

3. 2 Parallel geschaltete Elkos (16V) mit jeweils 100µF an der Ladebuchse verlöten. Dadurch bleibt beim ein koppeln/auskoppeln des Akkus, das Wochenprogramm und die Uhrzeit erhalten.

22883

4. Hier wirds sehr eng.... Einpassen des CCCV Ladegeräts, es muss soweit eingepasst werden, so das es keinen Kontakt zum Roomba board hat. Versorgt wird es über die Ladestationskontakte.
Auf der Linken Seite wird das Relais mit 1x Wechsler verbaut +Diode. Dieses wird auch über die Ladestationskontakte Versorgt. Im ausgeschalteten zustand (roomba nicht an der Station) versorgt der Akku das Board. Bei Bestromung entkoppelt das Relais das Board und schaltet den Ausgang des Ladegeräts frei für den Akku.
Eine weitere Diode muss noch am Stromeingang des Roomba boards verbaut werden. Wenn alles fixiert ist und soweit funktioniert, dann muss das Board wieder einwandfrei aufliegen.
Am Ende kommen 3 Löcher in die Verkleidung, so dass man den Status des Ladegeräts/Akkus über 3 LED´s ablesen kann.

22884

5. Zusammenbau des Akkus mit Schutzschaltung.

22885

....

[Zündfunke]

...

6. Anschließen und Akku laden. Drauf achten das, dass Relais schaltet...

22886

7. Netzteil über eine Wochenschaltzeituhr anschließen

Vorteile:
- Die Laufleistung beträgt 100min. / Laden auch 100min. bei 1,5A (2x bisher getestet)
- Diese Akkus versprechen wie schon gesagt eine wesentlich länger Lebensdauer min. ~1000zyklen
- wenn man alles selber macht 55€

Nachteile:

-eine menge Arbeit

-Der Roomba stellt nach ca. 30 min. fest, das er keinen Akku lädt und blinkt mit einem Error (kein Problem), die cccv Schaltung Lädt trotzdem. Damit man das nicht ständig sieht und wenn der Akku voll ist, schaltet die Zeitschaltuhr ab.
-zeitversetztes starten... erst muss der Roomba von der Station starten und nach ca. 90 min. muss die Zeitschaltuhr die Station aktivieren (ka. wie sich das mit Lighthouse verträgt, muss noch getestet werden)... entsprechend wird die Station mit gesäubert (fixieren), empfand ich nun nicht so schlecht.
Das alles kann umgangen werden, wenn die Station ausgetrickst wird. Sprich es muss herausgefunden werden, wann die Ladestationsschaltung aus den 2,9Volt die 22,5 volt macht. Durch den neuen Akku funktioniert das nicht mehr... ich tippe auf eine Widerstandsveränderung durch den Nimh Akku, wenn der Roomba sich verbindet. Hier wäre also noch potential... war mir aber wurscht.

Am Ende ist es ein großer Eingriff und leider auch nicht mal eben gemacht.

Gruß
zündfunke

[Andre_S]

Hallo zündfunke,

vielen Dank für Deine ausführlichen Informationen zum Umbau des Roomba.
Finde es sehr gut wenn nach dem Abschluss die Ergebnisse in ausführlicher und nachvollziehbarer Form präsentiert werden!
Allerdings werden hier nicht ganz so viele Nutzer eines 581er sein, welche den Umbau in Erwägung ziehen, mich eingeschlossen. Bin eigentlich ganz froh dass meiner seine Arbeit zuverlässig verrichtet während niemand zu Hause ist und eingreifen kann.

Hast Du Deinen Umbau den schon im Roomba Forum gepostet?
http://www.roombaforum.com


Gruß André

[Zündfunke]

uhhhhhhh 22897 feedback


Hallo zündfunke,

vielen Dank für Deine ausführlichen Informationen zum Umbau des Roomba.
Finde es sehr gut wenn nach dem Abschluss die Ergebnisse in ausführlicher und nachvollziehbarer Form präsentiert werden!
Allerdings werden hier nicht ganz so viele Nutzer eines 581er sein, welche den Umbau in Erwägung ziehen, mich eingeschlossen. Bin eigentlich ganz froh dass meiner seine Arbeit zuverlässig verrichtet während niemand zu Hause ist und eingreifen kann....

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Hast Du Deinen Umbau den schon im Roomba Forum gepostet?
http://www.roombaforum.com

Hi, naja zumindest zeig ich einen neuen weg, für diejenigen die über die kosten des NiMH Akkus meckern und das dieser (bei vielen)nur ein Jahr hält.
Umbau hin o. her ...hab ein "sinniges" bastel Projekt gesucht. ^^

Hab mich hier Hauptsächlich angemeldet, weil es das Forum schon ewig gibt (viel info Material) und auch entsprechend Leute unterwegs sind die etwas unterstützen können... will nun das Roombaforum nicht schmälern... ich denke ich brauch nicht weiter schreiben. ;)

Gruß und Danke
zündfunke