Energieversorgung mobiler Geräte

Jan 28, 2008 13 Replies

Hallo,



ich habe gerade ein Problem auf den Tisch bekommen, bei dem ich keine wirklich nennenswerten Erfahrungen habe.



Die Eckdaten:



Zu versorgendes Gerät besteht aus mehreren Komponenten mit recht unterschiedlichen Bedarfsprofilen.


1) Hauptkomponente: 12V: Strombedarf stark schwankend zwischen ca. 5 und 250mA. Praktisch keine Zwischenwerte, Duty im normalen Betrieb vielleicht bei 2% der Gesamtzeit, maximale Duty-Zeit 2s, dann 1s Pause garantiert.
2) Hilfskomponenten, 5V: Strombedarf ebenfalls stark schwankend zwischen knapp 0 und 40mA. Typisch ist ein "Knick" bei 5mA. Wenn die Hauptkomponente vollen Strom zieht, ist garantiert, daß die Hilfskomponenten maximal 5mA ziehen, 40mA werden nur benötigt, wenn die Hauptkomponente Pause macht. Duty für die 40mA geschätzt 15% der Gesamtzeit. 5mA geschätzt 35% der Gesamtzeit.

Angestrebte Betriebszeit ohne Nachladen: 10h Minimum.


  1. Fragenkomplex: Energiespeicher (angedacht) 8 Li-Polymerzellen zu je 3,7V; 650mAh. Je vier in Reihe und dann die beiden Akkubatterien parallel. Alternativ 4 parallelgeschaltete Paare in Reihe. Was ist besser? Was läßt sich einfacher/zuverlässiger laden? Wie laden?


  1. Fragenkomplex: Welche Stepdown-Regler für die Komponenten verwenden? Anforderungen sind klar: gute und dauerhafte Beschaffbarkeit, Preis (incl. Hühnerfutter) minimal, Energieeffizienz maximal für den beschriebenen Anwendungsfall.



Any hints?



Wegen der stark schwankenden Belastung wird der effektive Wirkungsgrad eines Step-Down Wandlers in der Anwendung wohl nicht so groß sein, dass es sich wirklich lohnt. Die Forderung nach 10h Laufzeit ist ja auch nicht so kritisch. Was spricht eigentlich gegen "normale" NiMH Akkus?

10 Stück Mignon-Akku mit 1500mAh in Reihe?

Akkus parallel schalten, wie von dir vorgeschlagen, würde ich möglichst vermeiden.

Man könnte auch den Akku für die 5V-Versorgung auslegen, d.h. ca. 7V Akku, Längsregler auf 5V und Step-Up-Wandler auf 12V. Spart teure Akkus...

Gruß

Stefan DF9BI

Hm, das hatte ich befürchtet. Ungefähr dies ist bei meinen überschlägigen Berechnungen am Beispiel eines LM2704 nämlich auch herausgekommen.

Baugröße und Masse. Es muß ein wirklich mobiles Gerät werden, nicht nur ein portables. Dazu kommt, daß wir die genannten Akkus chargenrein in größeren Mengen und zu einem sehr attraktiven Preis beziehen könnten.

Ja klar. Leider sind welche mit doppelter Kapazität aber nicht doppelt, sondern gleich viermal so teuer. Passen auch von der Bauform her nicht so schön in's vorhandene Gehäusekonzept. Na gut, das könnte man ja notfalls nochmal ändern.

Gefällt mir bezüglich der Energieffizienz noch viel weniger als meine Variante. Wennschon in dieser Art, dann müßte der Stepup natürlich mit an die Rohspannung, nicht an die 5V des Langsreglers. Das würde aber wieder ein Problem für den Längsregler geben, denn der hätte dann nur noch die Hilfskomponenten zu versorgen und deren Strombedarf kann fast bis auf 0 fallen (einige nA). Da regelt ein Längsregler dann nix mehr. Außerdem: Es würde dazu führen, daß ich statt zwei sogar vier Akkus parallel schalten müßte.

Ganz schön vertrackte Scheiße, dieser Mobilkram.

Du meinst umgekehrt. Mobil ist mein Wohnwagen auch, portabel ist er weniger.

Parallelschalten ist State of the Art bei LiPo. Frag die Modellflieger.

Ei freilicht, wie auch sonst.

Wie meinen? Bei 2S-Li hast Du Ganz schön vertrackte Scheiße, dieser Mobilkram.

Ach was. Das einzige was ich hier kritisch sehe ist das Lade-Balancing für

2S-Li, darauf würde ich nicht verzichten. B

So hatte ich mir das natürlich auch gedacht. Der Längsregler mit geringer Spannungsdifferenz für den 5V Teil und der Step-Up Wandler direkt am Akku und für den Betrieb des 12V Teils.

Eventuell den Step-Up Wandler abschalten. Ich weiss ja nicht, was deine

5V Technik macht. Wenn es eine Steuerung für den an der 12V Leitung hängenden Motor ist, weiss die ja vieleicht, wann die 12V benötigt werden und wann nicht. Da schaltet man dann einfach passend den Step-Up Wandler komplett aus.

Gruß

Stefan DF9BI

Nein. Du kannst kein Latein, das merkt man.

Mobil kommt von einem lateinischen Wort, was "beweglich" bedeutet. Portabel kommt ebenfalls von einem lateinischen Wort, was auch beweglich bedeutet, aber begrifflich eingeschränkt auf "umsetzbar" oder "transportierbar".

Und genauso werden diese Begrifflichkeiten auch für elektronische Geräte benutzt. Es ist "mobil", was man problemlos am Mann mit sich rumtragen und dabei auch benutzen kann. Ein Handy z.B. "Portabel" ist hingegen, was man relativ leicht transportieren und an wechselnden Standorten einsetzen kann, was aber nicht wirklich für einen (längeren) Betrieb während des Transports geeignet ist. Der Urahn der Handies, das C-Netz-Telefon wäre nach heutigen Begriffen z.b. zwar ein portables Gerät, aber sicher kein Mobilgerät.

Aber Scheiß auf diese Begriffsdefinitionen. Die müssen zwangsläufig immer ein wenig verwaschen sein und können auch im Laufe der Zeit durchaus Bedeutungen ändern. Als es nur das C-Netz gab, waren die damaligen Aktenkoffer von Telefonen durchaus als "Mobilgeräte" akzeptiert. Heute würde sich jeder totlachen, wenn man ihm so'n Ding als Mobilgerät anhängen wollte. Heute würde man sowas allenfalls noch als Portable durchgehen lassen.

Modellflieger mögen Modelle bauen und fliegen können. Aber ob sie wirklich was von Akkus verstehen, würde ich nicht unbedingt als gegeben voraussetzen. (Nix gegen Modellflieger und ich bin auch gern bereit zu glauben, daß es unter ihnen Akkuspezialisten gibt, aber ich glaube nicht, daß jeder Modellflieger oder auch nur die einfache Mehrheit welche sind)

Wenn aber der Akku voll ist und die Komponenten nur ein paar nA ziehen, dann macht der generische Linearregler aus den ca. 7,4V Rohspannung etwa

6,7V Sekundärspannung. Die killen meine Komponenten, denn die können regulär nur 5,25V ab, kurzzeitig vielleicht auch noch 6, aber niemals 6,7. Sie würden durchknallen. Dann würde der Regler zwar erstmal wieder regeln (zumindest bis seine Überlastsicherung kommt), aber meine Elektronik wäre dann bereits irreparabel kaputt. Auch wenn es dir komisch vorkommen mag: diesen Zustand strebe ich nicht an.

Nein, auch auch der 12V-Teil ist (sogar recht teuere und empfindliche) Elektronik.

Das ist aber trotzdem eine sehr gute Idee. Im Moment weiß der 5V-Teil noch so gut wie nichts über den 12V-Teil. Es ist bei genauerer Überlegung aber überaus einfach, ihm die komplette Steuerung des

12V-Teils zu übertragen, inclusive dessen Stromversorgung. Die ursprünglichen Hilfskomponente zum Master des Systems zu machen, das ist eindeutig der beste denkbare Weg. Das vereinfacht nebenbei auch an einigen anderen Stellen noch einiges.

Warum bin ich nicht selber darauf gekommen? Ich glaube, dieses Scheiß-Denken in "Haupt"- und "Hilfs-"Komponenten hat mir den Blick für die einzig sinnvolle Lösung verstellt. Dürfte sowas wie Betriebsblindheit gewesen sein.

Danke Dir auf jeden Fall, das war definitiv der richtige Schubs zur Lösung des Problems.

Heiko Nocon schrieb:

Ne 5.1V-Zenerdiode parallel? Dürfte nen lustigen Arbeitspunkt geben. Geht sowas oder kommt der Regler dann eventuell auf dumme Gedanken?

Definitiv, mit toten Sprachen hab ich schon überhaupt nix am Hut. Eher schon mit Amateurfunk, da ist "mobil" und "portabel" ziemlich eindeutig.

Au weia.

So what.

Du würdest Dich wundern, da sind durchaus Akku-Experten zu finden. Aber schließlich sprachst Du originär vom Parallelschalten, oder?

Ich habe noch nie einen Linearregler gesehen, der (bei korrekter Beschaltung) mehr als die Nennspannung rausgibt, selbst im Leerlauf. Beziehungsweise mit Belastung per 10M-Multimeter. Vielleicht habe ich noch nicht alles gesehen; aber selbst in diesem Fall dürfte ein x00 KOhm-Widerstand als Grundlast regeln.

B

Wenn es billig und ewig beschaffbar sein muss, kommt beinahe nur der MC34063 in Frage. Oder selbstgestrickt mit Schmitt Invertern, was etwas besseren Wirkungsgrad und kleinere Induktivitaeten ergibt.

Gruesse, Joerg http://www.analogconsultants.com/

Stefan Brröring schrieb:

Hallo,

bei der Ladung könnte die Parallelschaltung ein Problem sein, aber auch die Serienschaltung von zu vielen Akkus. Während der Entladung sehe ich bei der Parallelschaltung kein Problem.

Bye

Warum sollte das? Li-Akkus werden I-U - geladen, d.h. der Ladeendstand wird allein durch die Spannung definiert. Wo siehst Du da ein Problem bei Parallelschaltung?

Das allerdings, deswegen braucht man Balancer.

B

Wo hast du das denn her? Die lateinischen Herkünfte sind: mobilis = beweglich porto = tragen

Die Bedeutung ist damit so, wie von Bernd geschildert. Der Fremdwörter-Duden ist übrigens der gleichen Meinung: mobil = beweglich, nicht an einen festen Standort gebunden portable = tragbar

Heiko Nocon schrieb:

[...]
[...]

Was spricht gegen LiIon Rundzellen, sind erheblich preiswerter (in Kleinstückzahlen), und mit zwei 18650 müsstest du gut auskommen. Für einfaches Laden parallel schalten, und die Spannungen über Step-Up erzeugen. Wenn die 12V nicht besonders genau sein müssen reicht sogar ein einzelner Regler.

Gruß Dieter

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