Ich bin Anfänger und suche Ideen, die ggf. besser oder einfacher meine Aufgabe lösen
Ausgangslage: Arduino mit 9V Akku (eigentlich 8,4V 260mAh NiMh) betreiben. Messen und abschätzen, wie lange die Kapazität des Akkus reicht.
Meine Lösung: (Funktioniert ganz gut, aber gibt es bessere Alternativen?)
Akkukapazität messen per kontrolliertem Entladen mit diesem Aufbau der Schaltung:
+9V (vom Akku), 150R, A1 (AD Wandler 1 vom Arduino), 150R, A2, 10R (Als Shunt), GND
Messung Spannung (V): A1-GND (Spannungsteilerschaltung Umrechnungsfaktor ist Messwert/1024310/160)
Messung Strom (mA): A2-GND (also über den Shunt mit 10 Ohm, Umrechnung Messwert/1024100)
a) Sind diese Berechnungen richtig? (Hab versucht, damit die Belastungsgrenze der Widerstände einzuhalten).
U=RI also 9V/(150+150+10 Ohm)=29mA entspricht 9,029=0,26W. Mich irritiert, dass die Widerstände nicht besonders warm werden. Wie könnte ich die Leistung (Entladestrom) mit weiteren 1/4W Widerständen erhöhen?
b) Bei welcher Voltzahl sollte ich das Entladen des Akkus stoppen? Wann würde der Akku tiefenentladen oder wann würde der Arduino daraus nicht mehr die nötigen 5V runterwandeln können. (NiMh 8,4V bei Vollladung mit 260mAh Nennkapazität.)
c) Kann man das Messen geschickter und einfacher machen? (als mit den 3 Widerständen)
Messung Spannung (V): A1-GND (Spannungsteilerschaltung Umrechnungsfaktor ist Messwert/1024310/160)
Messung Strom (mA): A2-GND (also über den Shunt mit 10 Ohm, Umrechnung Messwert/1024100)
ist falsch
Du mußt die Referenzspannung des ADC berücksichtigen.
b) das sagt Dir das Datenblatt des Akkus bzw andere quellen zB Tiefentladung – Wikipedia. Die entladeschlußspannung hängt auch vom Entladestrom ab da durch diesen die Spannungverluste am Innenwiderstand zunehmen und so eine niedrigere Spannung an den Polen herrscht.
Das wäre dann bei 7 Zellen 7V.
c) nein Einfacher nicht, koplizierter zb durch Batteriemanagement Bausteine. Diese messen den Lade/Entladestrom und geben dann die Restkapazität des Akkus an.
a) stimmt, der Code muß dann so sein: (Also mit 5V im ersten Faktor)
float Voltread = analogRead(VPin);
float mAread = analogRead(APin);
float Volt = Voltread 5/1024310/160;
float mA = mAread 100/10245;
b) mmh. Also 1V Entladeschlussspannung je Zelle. Mangels verfügbarem Datenblatt frage ich mich, ob es wohl 7 Zellen sind oder doch 6. Der Akku bringt eine maximale Spannung nach dem Aufladen von 8,4V. Wenn NiMh ca. 1,4V Ladeschlussspannung hat, können das doch auch 6 Zellen sein oder? Entladeschlussspannung wäre dann 6V. Damit wäre wahrscheinlich der Spannungswandler vom Arduino die Engpassstelle. Ich schätze, der braucht wohl 2V(?) über 5V, was widerum auf 7V beim Ausstieg der Stromversorgung hinausläuft.
c)..mich interessiert, wieviel der geladenen Akkukapazität tatsächlich nutzbar sind. Ich will die Stromentnahme aus dem Akku über Zeit loggen und damit die nutzbare Strommenge feststellen.
b) die angegebene Spannung ist die Nominalspannung nicht die Ladeschlußspannung also 7*1,2V
Ja, Du brauchst minimum 7V für den Arduino. 0,5V weniger wenn Du die Spannungsversorgung an Vin anschließt. (Achtung auf Polarität)
c) die Akkukapazität hängt stark von der Größe des Entladestroms ab und ist umgekehgt propotional zu diesem. Die angegebene Werte sind mit einem Entladestrom von 1/20 der Kapazität gemessen; bei 260mAh also 13mA
Ich nehme an daß Du für die Messung der Batteriekapazität den Arduino nicht über den Akku mit Spannung versorgst.
Der ATmega hat verschiedene Stromsparmodi. Um auf niedrigeren Stromverbrauch zu kommen ist ein Arduino nicht angebracht da die Zusatzelektronik weiterhin gleichviel Strom verbraucht auch wenn der Controller im Schlafmodus nur ein paar µA verbraucht. Ein L-LED verbraucht schon 10mA!!! Da hilft nur ein Standalone mit stromsparender Zusatzelektronik.
danke Uwe, ich werde jetzt mal komplette Messreihen machen, und die Ergebnisse dann posten.
b) - 8,4V hab ich unmittelbar nach vollständigem Laden gemessen. Ist also nicht bloss Nominalwert. Demnach doch 6 Zellen?
Vin ist eine interessante Alternative. Ich habe im Schaltplan des Boards gesehen, dass der Strom hier einen anderen Weg geht als beim Speisen über den Stecker. Ich bin gespannt, wie sich die Stromaufnahme ändert, wenn ich den Arduino auf diesem alternativen Weg speise. Vermutlich ist bei 0,5V Spannungsbedarf weniger ja deutlich mehr der Akkukapazität zu nutzen.
c) Stimmt, erst mal wird der Arduino extern versorgt und nur zum Messen des Akkus genutzt. Die Abhängigkeit vom Entladestrom werde ich also mit einer zweiten Messreihe austesten und dazu die Widerstände verdoppeln um die halbe Leistung abzunehmen, das dürften dann etwa 1/20 C sein. (Schaltung: +8,4V,330R, A1, 330R, A2, 10R, GND). Summe 670 Ohm, bei 8,4V also 12,5mA.
Schnell mal 2 nachgemessen. In einem undefinierten Zustand, vor ettlichen Monaten gekauft und nie geladen haben sie 8,5 bzw 8,8V also doch 7 Zellen?
Grüße Uwe
Ich hatte auch schon beides bekommen 6 und 7 Zeller 9V Blocks, eine Preisfrage.
Tilo vermutlich willst Du mit einem kleinen handlichen Akku möglichst lange auskommen, daher die Idee,
komplett ungetestet und wirklich nur eine IDEE.
Ersetz den 7805 Spannungsregler gegen einen Low Drop Spannungsregler, der braucht nur 0,5-1 Volt mehr
Eingangsspannung als er Ausgangsspannung hergibt, wenns dann mit der Entladeschlussspannung klappt läuft
Dein Maschinchen evtl. länger.
So jetzt muss ich gschwind zum Club...
Thema interessiert mich selbst auch sehr, werde mich So Abend damit näher auseinandersetzen.
@ Gerhard: Danke, das wäre eine Idee (Low drop Regler), kommt dann nach der Messung vielleicht zum Tragen.
@ Uwe: "Also muss ich ein Röntgenbild machen?" .. oder so:
.. ich habs nach "Metzgerart" gelöst (bitte nicht nachmachen, kann gefährlich sein): Hier (siehe angehängtes Bild) sind die Innereien des Akkus (hatte einen defekten Akku zur Verfügung). Lösung also in diesem Fall: 7 Zellen.
Jetzt frag ich mich, warum ich nur max. 8,4V erhalte. a) schlecht geladen? b) Zellen mit geringerer Endspannung?.
Geladen habe ich neue Zellen mit konstant gemessenen 22 mA ca. 13h. (Alter Universal NiCd Charger manueller Ladeabbruch, erstes Laden der neuen Zellen)
Das war mehr für mich gedacht.
Da ich im Krankenhaus arbeite, kommt es schon manchmal vor, daß bei "undurchsichtigen" Fällen ich mal ein Röntgenbild machen lasse. zB wenn ich nicht verstehe wie etwas zu öffnen ist.
Grüße Uwe
@ Uwe: Super, das sind ja tolle Möglichkeiten, den Dingen zerstörungsfrei auf den Grund zu gehen.
Problem Zellspannung gelöst:
Ich habe jetzt mal den geöffneten 9V Akku Zelle für Zelle gemessen und finde einige defekte Zellen.
Daraus läßt sich vermuten, das auch beim bisher als nicht defekt vermuteten zweiten Akku eine der 7 Zellen defekt ist. Und siehe da: die gemessene Endspannung von 8,4 V passt (zu 6 guten und einer defekten Zelle).
Hier meine Messergebnisse für den geöffneten Akku im Bild:
Summe der Spannung an den Druckknöpfen: 6,57V (vor 3 Tagen vollgeladen)
Einzelspannung der Zellen: 1,26V 0V 1,35V 1,36V 1,23V 1,36V 0V
Hier waren also sogar 2 Zellen komplett ausgefallen, zwei weitere sind deutlich schwächer als der Rest.
In Deinem Fall hast Du also also kuzgeschlossene Zellen. Bei NiMH Akkus passiert nicht viel außer daß Du weniger Kapazität und spannnung zur verfügung hast und bei einer Entladeschlußspannungskontrolle der Akku sehr viel vor dem entladungsende abgeschaltet wird.
Das Gleiche mit einem Li-Akku gibt ein Feuerwerk.
Achtung bei in Reihe geschaltenen NiMH Zellen kann es passieren daß wen eine Zelle eine wesentlich kleinre Kapazität aufweißt durch den Stromfluß der anderen Zellen Sich die Zelle umpolt und so die Ausgangspannung noch kleiner wird.
Endlich ist einer von jetzt 4 gelieferten 9V Akkus i.O. (Fabrikat Profitexx). Die 4 Akkus hatten 2x eine defekte Zelle und 1x 2 defekte Zellen. So kann jetzt endlich an dem 4. Akku gemessen werden:
Es funktioniert XD
Im Anhang ist der Arduino-Code und eine erste kurze Messreihe von 10 min.
Die Daten sind auf eine SD-Karte geloggt und werden zusätzlich seriell ausgegeben. Auswertung als Grafik in Open Office.
Frage zum Code: Kennt jemand einen eleganteren Weg, die Messwerte umzurechnen und in mV auszugeben? Ich habe hier glaube ich noch nicht die Optimalen Zahlenformate gefunden und verwende float Variablen zum umrechnen, long integer für die Ausgabe. Habe den Verdacht, dass dies noch besser zu lösen ist. (Funktioniert, aber wie geht es eleganter?)
Als nächstes werde ich eine automatisierte Abschaltung des Entladens einbauen, wahrscheinlich per Relaiskarte. Alternative Ideen?
Prinzipiell beim Umrechnen zuerst Multiplizieren und dann Dividieren und kontrollieren ob der Variablentyp geeignet für die größte zu erwartende Zahl ist. Alle Multiplicatoren bzw Divisoren zusammenrechnen und kürzen; mit 10, 100 oder 1000 multiplizieren für die Kommastellen
zB:
statt:
float Volt = Voltread 5/1024310/160;
long Volt = Voltread *155000/16384 //in mV.
Im Anhang ist eine Grafik des Messergebnisses und der fertige Messsketch für den Arduino. Es loggt auf SD Karte und schaltet den Akku vom Verbraucher ab, wenn die Spannung unter 7V sinkt.
Mein Akku zeigt allerdings wieder ein recht merkwürdiges Verhalten, kann sich von Euch jemand erklären, warum die Spannung schon weit über 8V plötzlich abfällt und dann einen neuen Boden findet? Steigt hier gerade eine Zelle aus? (Der Sprung ist ja ca. 1,2V).
Grüße und danke an alle, die bei diesem Thema mithelfen,
Tilo.
