Hallo alle zusammen! Ich habe eine Ladeschaltung zum Laden eines NiMH-Akkupacks gebaut. Das Akkupack wird Konstantstrom geladen. Als Abschaltkriterium sollen sowohl dU/dt und dT/dt dienen. Um für mein Akkupack diese Werte zu ermitteln, hab ich meine SChaltung so programmiert, daß ein leeres Akkupack einmal vollgeladen wird und dabei Klemmspannung und Temperatur gemessen werden. Aus den Ladekurven will ich dann die genauen Werte für die Abbruchkriterien entnehmen. Das Problem ist jetzt, daß die Akkus im teilgeladenen Zustand geliefert wurden (Mein Akkupack besteht aus 6 Zellen in Reihe mit einer Kapazität von 9000mAh). Also mußten die Akkus erstmal entladen werden. Da kein Datenblatt erhältlich ist, habe ich ein Datenblatt von einem ähnlichen Akku (Gleiche Kapazität, nur andere Bauform) zu Rate gezogen . Darin stand, daß die Akkus entladen sind, wenn die Klemmspannung auf 1V pro Zelle abgesunken ist. Der Akku sollte dabei mit einem Strom ab 1,8A entladen werden. Allerdings ging nicht daraus hervor, ob die 1V als Leerlaufspannung oder Spannung bei entnommenem Ladestrom gemeint sind. Hat jemand von euch da Ahnung? Ich habe bei der Entladung die 1V Grenze unter Belastung gewählt. Nach dem Laden (4h bei 2400mA, laut Aufdruck auf den Zellen)ließ sich der dT/dt Effekt in der Ladekurve einigermaßen gut erkennen. Der dU/dt Effekt trat aber schon bei rund der Hälfte des Ladevorgangs auf. Waren die Akkus jetzt nicht richtig entladen? Hätte ich die 1V Grenze ohne Entladestrom messen müssen? Ich habe mal die Meßwerte angehängt, vielleicht kann mir jemand mal was dazu sagen. Vielen Dank. Grüße Daniel
Entladeschluss-Spannung kann man wohl nur unter Last messen . Bei Strömen von ca. 1C würde ich bei 0,9 V pro Zelle abschalten . Bei grössere Belastung ( so ca. 5C ) erst bei 0,8 V / Zelle . Zum Thema Hochstromladen ( mehr als 1/10 C !) bei NiMH : es gibt schön aussehende , relativ teuere , fertige Ladegeräte , die nicht in der Lage sind , zuverlässig abzuschalten ! Entweder zu früh , oder zu spät , oder mal auch richtig ... Das "Zellenrauschen" ( Spannung ) ist bei : alten , lange nicht benutzten , oder ganz neuen Akkus so gross , dass man den delta-peak nur schwer ermitteln kann . ( delta-peak war bei NiCd viel grösser )
Zur ersten Frage: ich würde das Entlade-Abbruchkriterium ebenfalls unter Belastung bestimmen. In diesem bereich fällt die Spannung bei Belastung sowieso steil ab. Die Bestimmung des Ladeendes ist soviel ich in meiner "Karriere" bis heute mitbekommen habe, eine sehr heikle Sache, wo sich schon einige Ingenieure die Zähne ausgebissen haben. Erstens ist der Effekt v.A. bei NiMH sehr klein und zugleich abhängig von Temperatur, Ladestrom und individuellen unterschieden zwischen verschiedenen Zellen. Ganz zu schweigen von schlechten Kontakten... Zu deinem Problem während der Hälfte des Ladevorgangs meinte ich gelesen zu haben, dass in diesem Bereich die Kurve sehr flach verläuft und sich deshalb leicht Fehler einschleichen können. Nicht umsonst haben einige Lade-IC Hersteller ihre Algorithmen patentieren lassen (Galaxy-Power, CCS, Maxim...)! Ich denke, Du wirst mit schwerem mathematischem Geschütz auffahren müssen, um in jedem Fall zuverlässige Resultate zu erhalten! Trotzdem viel Glück!
Danke erstmal. Also, das Akkupack ist immer dasselbe und die Akkus sind miteinander verlötet. Also müßten Kontaktprobleme eigentlich nicht vorkommen. Aber ich schau mal weiter...
@buz11 Hab auch gelesen, daß der Delta Peak bei NiMH geringer ausfällt und variieren kann. Daher will ich ja auch noch den dT Peak mit verwerten. Was mich nur gewundert hat, ist das die Kurve nach der frühen Abflachung wieder ansteigt. Gruß
Ich hab mir zwar ein NiMH Schnell-Ladegerät (dU/dt) gebaut , traue der Kiste noch nicht so ganz ... Im Vergleich zu NiMH haben NiCd Akkus einen Riesenbuckel in der Spannungskurve . Bei ca. 3000 Ladezyklen (in etwa 6 Jahren RC-Car Racing ) nicht eine Fehlabschaltung ! ( Eigenbau mit ICS1700 ) Am sichersten wäre ein Temeraturfühler im Akkupack . Dann kann ja nix schiefgehen .
Neue Akkus sollten erst formiert werden, bevor sie mit 1C oder höher geladen werden. Die Zellen haben noch unterschiedliche Ladezustände, d.h., Deine Entladeschlußspannung von 6,00 V bei 1,8 A bedeutet NICHT, das ALLE Zellen die gleiche Entladeschlußspannung von 1,00 V hatten! Formiert wird üblicherweise 1x bis 3x mit Normalladestrom über 16h (die Überladereserve wird dabei nicht angegriffen) mit anschließenden Entladen mit 0,1C! bis 6,00 V. Das garantiert, das keine Zelle umgepolt wird. Erst danach sollte die erste Schnell-Ladung mit 2,5C bis 3C erfolgen. Kleinere Ladeströme haben einen zu kleinen Delta Peak und sind für dieses Ladeverfahren ungeeignet. Die erste Schnell-Ladung kannst Du temperaturüberwacht durchführen (max. 45 °C, besser darunter), wenn Deine Ladeendeerkennung noch nicht "geeicht" ist. NiMH-Akkus auf keinen Fall umpolen! Blackbird
ok, dann werde ich nochmal eine Formatierung durchführen und die Ladekurve nochmal neu aufzeichnen. Bin mal gespannt wie die dann aussieht. Ok, bei 9000mAh ist ein Ladestrom von 2400 mA ja nur eine Ladung mit 0,26C, aber auf den Akkus stand drauf: "Schnelladung max. 2400mA 4h". eigentlich wollte ich ja mit 3A laden, aber anscheinend ist das nicht gestattet, was mich allerdings wundert, da ander NiMH-Zellen ja auch mit mehreren C geladen werden. Vielen Dank für alle Infos. Grüße Daniel
PS: nochmal zum Vertändnis; ich entlade den Akku nochmal grob und lade dann mit ca. 570 mA 16 h lang und entlade dann bis zu einer Spannung von 1V pro Zelle unter Belastung. Temperaturfühler ist im Akkupack drin. Gruß
Hier mal einige Ladekurven von mir. In der Tat ist der "Spannungsbuckel" von NiMH kleiner als bei NiCd. Allerdings ist bei den NiMH-Kurven zu beachten, dass mit C=0,64CmAh<1CmAh geladen wurde, und sich trotzdem die Spannungsüberhöhung gut erkennen lässt. Gruß Marco -
Schauen gut aus deine Ladekurven, allerdings ist 0,26C bei mir noch um einiges geringer. Mehr geht aber nicht, laut Aufschrift der Akkus. Gruß
0,26C erscheinen mir recht wenig. Wenn man die Spannungsüberhöhung als Abschaltkriterium heranzieht, sollte man mindestens mit 1CmAh laden. Dies gilt allerdings nur für eine Schnellladung. Wenn ich dass richtig verstanden habe, dann sagt das CCS-Verfahren, daß man jeden Akku mit sehr hohen Strömen laden kann, solange man rechtzeitig abschaltet. Gruß Marco -
Also bei meinem Robbe Ladegerät (Power Peak Ultimate Li) läuft das so ab (mit Delta-Peak): Jede Minute macht er eine Pause bei Laden und mißt die Spannung (ohne Ladestrom). Ist die Spannungsdifferenz größer als 0,1 V zur letzten Messung (bei NiMH), bricht er ab und Akku voll (naja, zu 99%). Manchmal macht er auch Mist und bricht schon mal bei einem 2000Ah Akku bei 200mAh einfach ab. So macht er sein Delta Peak Verfahren zumindest. Funktioniert bis jetzt eigentlich ganz gut.
Ich werde erstmal noch Versuche mit geringeren Strömen machen, wenn ich dann immer noch keine sinnvollen Ergebnisse erziele, dann werde ich den Strom erhöhen. Vielmehr als 3,5 A wird meine Ladeschaltung aber nicht mitmachen. Aber ich mach ja auch noch ne Temperaturmessung, der dT/dt Effekt sah ja eigentlich schonmal ganz gut aus. Grüße
CCS-Laden und Delta-Peak-Laden sind doch zwei verschiedene Ladeverfahren. Beim CCS-Laden wird jede Sekunde nach der (Beruhigungs-)Pause eine Entladung (ca. 3x Ladestrom) durchgeführt und die (Entlade-)Spannung gemessen. Über viele solcher Messungen wird dann eine Spannung-VERÄNDERUNG (durch eine mathematische Differenzierung) detektiert und abgeschaltet, wenn sie einem Abfall (der Spannung) entspricht. Beim Delta-Peak-Laden wird das auch gemacht, nur OHNE die Pause und das Messen der Spannung unter 3facher Belastung. Der Peak ist hier beim Ladestrom aber auch da. Nur eben geringer. Meine Angaben beziehen sich auf das Schnell-Laden (kein CCS) mit ca. 3C (entspricht 27A bei einem 9000 mAh-Akku). Der Strom zum Formieren ist 0,1C zum Laden und Entladen, also hier 900 mA. 2- bis 3-maliges Formieren bringt alle Zellen eines Akkus auf das gleiche Niveau und den gleichen Lade-/Entladezustand. (Wenn die Zellen vom gleichen Hersteller, gleiche Charge, gleiche Behandlung ... sind/hatten.) Blackbird
Wenn die 9000mAh-Akkus nur 2,4A verkraften, so sind sie für das Delta-Peak-Ladeverfahren nicht geeignet. Der Peak ist einfach zu gering, um ihn zu detektieren. Hier hilft nur das Temperatur-Ladeverfahren. Richtig schnell-lade-fähige Akkus gibt es hier: www.batt-mann.de Blackbird
@ Blackbird: Sorry, aber hier verwechselt du was. Schaust du dir den Schaltplan zum CCS9310B2 an (den mit LM393 und TIP123), so erkennst du, das ein CCS-Lader gar nicht Entladen kann. Entladeimpulse werden auch als Reflexladen bezeichnet. Ein geeigneter Reflexladecontroller ist z.B. der ICS1702. Auch schaltet ein ICS1702 nicht beim Delta-V ab, sondern er wertet d²U/dt² aus, schaltet also verfrüht ab und lädt den Rest über 2h mit C/10 voll (ob das so richtig ist?). Gruß Marco -
@Marco S, hast recht, das habe ich jetzt durcheinandergebracht 8( Mit beiden ICs habe ich je ein Ladegerät gebaut, beide Datenblätter und Schaltpläne (waren von Conrad) habe ich auch noch irgendwo. Ist aber schon lange her, so daß ich jetzt das voll durcheinander gehauen habe. Den CCS-Lader benutze ich kaum noch (schaltete immer mal zu früh ab, wenn die Akkus nicht topfit waren), den Reflex-Lader öfter (aber nur für NiCd). Den "Rest" meiner ca. 40 Modellbau-Akkus (NiCd, NiMH, LiPo, Pb) lade ich mit einem Orbit Microlader RACE. Meist mit Reflex- oder Automatik-Modus (der bestimmt noch zusätzlich den Ri und regelt den Ladestrom dann entsprchend hoch oder runter). "Müde" Akkus (lange unbenutzt, zu hoher Ri) kann man mit der Reflexlade-Methode wieder schnell zum Leben erwecken. Blackbird
Danke erstmal für die interessanten Antworten. Ich werde erstmal die Formierung vornehmen; mit 900mA. Dann mache ich erstmal einige weitere Messungen. Ich werde wahrscheinlich auch einige Messungen mit höheren Strömen als 2,4A machen (max. werd ich 3.5A nehmen). Kann mir nicht vorstellen, daß diese dicken Dinger nicht mit höheren Strömen fertig werden. Leider gibts kein Datenblatt, aber bei ähnlichen Akkus hab ich im Datenblatt gesehen, daß sie auch höhere Ströme abkönnen. Die Akkus sind übrigens Industriezellen mit Lötfahne von Reichelt. Viel höher als 3.5A kann ich den Ladestrom aber nicht wählen. Die Ladeschaltung soll in ein mobiles Gerät eingebaut werden, da kann ich nicht so verschwenderisch mit Verlustleistung umgehen. Ich hab zwar schon einen Buck-Converter eingebaut, aber der Mosfet Grillt noch ganz gut... Grüße
So, ich hab jetzt mal die Formierung durchgeführt und werde bald eine richtige Messung machen. Die Daten, die ich bei der Formierung aufgezeichnet habe sind allerdings auch sehr interessant. Beide Effekte (Spannungs-Peak; Temperaturanstieg) sind deutlich zu erkennen und das bei einem Ladestrom von nur 800mA. Bin mal gespannt, was die Messung mit dem höheren Ladestrom ergibt. Ich hab mal die Daten von dieser Messung angehängt, ihr könnt ja mal was dazu sagen, wenn ihr möchtet. Grüße
Jetzt hab ich mal eine Messung mit formiertem Akkupack gemacht. Man kann den Spannungspeak und den Temperaturanstieg gut sehen. allerdings treten die Effekte erst im Bereich der Überladung auf. Sollen diese Effekte nicht bei ca. 100% Ladung erfolgen und nicht darüber? Bei der Ladung ist der Akku allerdings auf kurzeitig auf 52°C erwärmt worden. Ich hoffe das nimmt er mir nicht übel... Gruß Daniel
Hallo Daniel. Leider kann ich unter Linux deine *xls-Dateien nicht öffnen. Da mich deine Ladekurven interessieren, würde ich mich freuen, wenn du sie in Form von *.gif, *.jpg, *.png, *.pdf oder *.ps (halt eins davon) noch einmal veröffentlichen könntes. Gruß Marco -
NiMH's mögen es wärmer lieber. Steht in einem guten Buch über Akku's. NiMH sind empfindlicher gegebüber kälte, da dort der Innenwiderstand extrem größer wird. Es wird empfohlen, bei normaler Umgebungstemperatur, die Abschalttemperatur bei 45-50°C einzustellen. Deine 52°C sind noch human :) Der Spannungspeak ist leider immer mit einer "leichten Überladung verbunden. Daher sollte man den Spannungsgradienten (dU/dt)ermitteln. Diese schaltet zwar etwas früher ab, bei ca. 95%. Durch kurzzeitiges nachladen mit kleineren Strömen, wird der Akku dann vollends gefüllt. Mfg Sascha
So, hier sind die Daten nochmal im jpg-Format. Hier der Temperaturverlauf der Formierung.
Sieht doch ganz gut aus. Das die Spannung unter Strom(Laden) größer ist, ist normal. Es fällt zu der Akkuspannung, noch der durch den Innenwiderstand bedingte Spannungsabfall hinzu. Mfg Sascha
So, ich hab jetzt noch mal eine Messung gemacht; sieht praktisch genausu aus, wie die vorhergegangene. Danach hab ich etwas anderes versucht. Ich hab das Akkupack halb entladen und dann wieder vollgeladen. Nach dem Auswerten der Daten stellte ich fest, daß die Effekte (dT/dt und dU/dt) nicht auftraten. Woran liegt das? Treten die Effekte nur auf, wenn der Akku zu Ladebeginn ganz entladen war? Gruß
Ich hab mal die Ladekurven von älteren NiCd Akkus (AA) aufgezeichnet. Wenn man z.B. 4 Zellen in Serie mit Konstantstrom aufläd, so sieht mann alles andere als einen dU/dt Peak. Durch die Alterung (Kapazitätsverluste) sowie unterschiedliche Anfangsladungszustände überlangern sich die einzelnen Zellen Ladekurven zu einem undefinierbaren Ganzen. Während eine Zelle schon längst im dU/dt Abfall ist marschiert eine bessere/leerere Zelle immer noch mit seiner Zellspannung weiter nach oben und überdeckt dadurch das Abschaltkriterium für die schwächste Zelle. Worauf diese Zelle im Lauf der Zeit immer mehr geschädigt wird. Für mich hab ich den Schluss gezogen dass man Zellen, wenn immer möglich, einzeln laden sollte oder eben peinlich genau auf Zellengleichheit und rechtzeitiges (d.h. frühzeitiges) Abschalten achten muss.
Mit der Zellengleichheit gibt es keine Probleme. Das Akkupack ist gut formiert. Wenn ich das Akkupack entlade und dann voll lade, dann treten der Spannungspeak und der steigende Temperaturgradient ja auch auf. Das Problem entsteht erst, wenn das Akkupack teilentlade und dann wieder vollade. Dann treten die Effekte nicht auf. Aber die müssen doch eigentlich immer auftretem wenn der Akku voll ist, sonst macht ein Ladegerät mit dem man teilentladene Akkus laden kann ja wenig Sinn. Gruß
So, ich hab jetzt den Versuch nochmal wiederholt; also halb entladen und dann wieder aufgeladen. Ich hab diesmal etwas länger geladen und der dT/dt- bzw. dU/dt-Effekt traten wunderbar auf. Jetz habe ich insgesamt natürlich länger geladen, als bei einer Ladung des leeren Akkus. Ist das normal? Kann ich 100%ig davon ausgehen, daß der Akku richtig geladen wurde, wenn die Effekte auftreten? Oder gibt es auch da Abweichungen, je nach dem, von welchem Ladezustand des Akkus man zu laden beginnt? Noch eine Frage: mein Ladegerät soll beim anstecken des Akkus erkennen, ob der Akku geladen werden muß. Wie mache ich das am besten? Die Klemmspannung ist ja eher ein schlechtes Kriterium... Vielleicht die Klemmspannung bei einem Ladestrompuls? oder unter Belastung? Hoffe, jemand hat einen Tip für mich. Gruß
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