Überwachchung einzelner Akkus in einer "Akkusäule"

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Hallo,

ich habe einen "Universalakku" d.h. es handelt sich hierbei um eine
Reihenschaltung von 11 NiCD-Babyzellen (angeblich 1,5Ah - in der Tat
können die Zellen aber mehr ;)in einem Gehäuse mit "12V-Kfz anschluß".
Da ich aber je nach Anwendungsfall unterschiedliche Spannungen brauche
und auch zum Laden bzw Reaktivieren, Zugriff auf einzelne Zellen haben
will, hab ich 12 zusätzliche Buchsen (2mm) "eingebaut", so, das ich
zwischen jeder Zelle jetzt einen Abgriff habe. Dadurch, das ich nun
die Spannung zwischen beliebigen Zellen abgreifen kann, kann ich jetzt
auch die Energie des Akkus besser ausnützen, wenn ich kleinere
Spannungen brauche. In dem Gehäuse ist zwar eine eine kleine
"Stabilisationsschaltung" für 3V, 6V, 9V eingebaut, dieses ist aber
ziemlich verschwenderisch, wenn man bedenkt, das alle 11 Zellen
entladen werden, obwohl man blos 3V braucht. Durch meine zusätzlichen
Abgriffe kann ich für 3V jetzt einfach die Spannung an 2 Zellen
abgreifen und wenn die leer sind, dann greife ich die Spannung an den
nächsten 2 Zellen ab. Damit kann ich 4 mal soviel "Saft" aus dem Akku
holen, als wenn ich den vorgesehenen Anschluß in der 3V Stellung
verwende.

Das ganze möchte ich jetzt noch um eine Überwachungsschaltung
erweitern, die mich rechtzeitig davor warnt, das eine einzelne Zelle
leer wird, bevor diese Zelle umgepolt geladen und damit zerstört wird.

Dieses ist insbesondere wichtig, wenn ich eine höhere Spannung aus
mehreren Zellen entnehme und die einzelnen Zellen eine unterschidliche
Ladung haben, da die schwächsten Zellen sehr schnell umgekehrt geladen
und dabei zertört werden.

Für jede Zelle soll eine LED vorhanden sein, die leuchtet, bevor diese
leer wird.

Hierzu dachte ich mir folgende Schaltung:

Für jede Zelle, die zu überwachen ist, wird ein OPV so geschalten, das
vom + Pol der Zelle eine Diode auf den invertierenden Eingang des OPV
(Anode am + Pol, Kathode an den inbertierdenden Eingang) und vom
invertierenden Eingang einen R auf "das ganz negative Potential =
-Ub). Der nichtinvertierede Eingag kommt an den Minuspol der zu
überwachenden Zelle.

Solange die Zellenspnnung größer als die Schleusenspannung der Diode
ist, ist der Ausgang auf "-Ub". Wird die Zellenspannung kleiner als
die Schleusenspannung der Diode, so geht der Ausgang auf "+Ub".

Damit die OPVs auch bei er "obersten" und der "untersten" Zelle
funktionieren kann, muß imho das +Ub Potential größer als die größte
Eingangsspannung und das -Ub Potential kleiner als die kleinste
Eingangsspannung sein. Daher denke ich, das es nötig ist, mit je einem
zusätzlichen Akku am oberen und unteren Ende der Akkusäule die
Betriebsspannung auszudehen.

Soweit meine bisherige denke.

Um Bauteile einzusparen wäre es imho geschickt, 2 ICs mit je 4 OPVs
einzusetzen. Bei C*nrad hab ich hier den LM2902N und den LM348N (= 4
mal (UA 741).

Fragen:

1. Reicht die "Erweiterung der Betriebsspannung" nach "Oben" und
"Unten" um je 1 Zelle (1,2V) aus, damit das Ganze auch bei der
obersten und der untersten Zelle funktioniert.

2. Reicht der Ausgangsstrom der von mir ausgesuchten OPVs aus, um eine
LED direkt zu treiben, oder muß ich da noch einen zusätzlichen
Transistor je LED einsetzen oder gibbet es OPVs, die LEDs direkt
treiben können?

3. Sonstige Hinweise, Ideen und Tips?

4. Soweit ich gelesen hab, ist das komplette Entladen einer NiCd-Zelle
auf 0V nicht schädlich. Erst wenn die Zelle umgekehrt geladen wird,
wird die Zelle zerstört. Kann das jemand bestätigen oder widerlegen.

Das würde z.B. bedeuten, wenn ich ca. 12V aus meiner Akkusäule
benötigen würde (also alle 11 Elemente) und eine Zelle wurde vorzeitig
leer werden, so müsste ich doch die Zelle, die gerade leer wurde
gefahrlos kurzschließen können, um eine umgepolte Ladung verhindern zu
können.

TIA

mfG Ottmar
--
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Re: Überwachchung einzelner Akkus in einer "Akkusäule"
On Sun, 15 Feb 2004 20:34:23 +0100, Ottmar Ohlemacher

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Das wäre sogar überflüssig, wenn du sog. rail-to-rail OPAmps benutzt,
die auch dann noch funktionieren, wenn die Spannung an einem der
Eingänge auf dem Niveau der Versorgungsspannung liegt.

In jedem fall aber daran denken, dass Schutzwiderstände in Serie zu
den Eingängen der OPAmps liegen.
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Es gibt high efficiency LEDs, die erstaunlich wenig Strom benötigen,
andererseits muss man fragen, unter welchen Beleuchtungsszenen
das funktionieren soll.

Norbert


Re: Überwachchung einzelner Akkus in einer "Akkusäule"
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Es ist so ziemlich das bloedeste was man bei einem Akkupack tun kann.
Einzelne Zellen schneller altern zu lassen durch bevorzugtes Entladen.

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Wenn es ein Step-Down Schaltregler waere, kann das die effizenteste,
beste Methode sein, die bei kleiner Spannung auch noch viel mehr Strom
liefern kann, als ein einzelner Akku (ein Schaltregler wirkt wie ein
Trafo: 1V raus/10A zieht nur 1A aus 10V rein), Kapazitaet sowieso, und
die Entladeeffizienz (1 Zelle mit 1A entladen vs. 11 Zellenh mit 0.1A)
ist auch um Welten besser und wiegt die nur 90% Wirkungsgrad eines
guten Schaltreglers etwa auf. Vielleicht hat die Kiste ja so was drin.

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DAS ist allerdings bei deiner Methode sehr notwendig und soweit eine
gute Idee.

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Das ist ein bischen zu spaet. Abschalten musst du da.

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Ja.

Nein, unnoetig. Einerseits gaebe es Rail-To-Rail und gar Over-The-Rail
OpAmps, andererseits kann man Differenzbildung auch innerhalb des
Versorgungsspannungsbereichs machen. Die Schaltung unten macht das
mit je 2 Spannungsteiler (47k) an Stelle deines einen Widerstandes
zur Diode.

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Es gibt extra Komparatoren, die haben in diesem Anwedungsfall den
einen Vorteil, das sie einen open collector Ausgang haben und
parallelschaltbar sind fuer wired or. (Das geht ansonsten nur mit
speziellen OpAmps wie TAA765 die kaum zu bekommen sind)

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Stimmt.

Nicht kurzschliessen. Dein Akku ist leer. Abschalten, laden, dann
weitermachen.

Du kannst so mit 3 LM339 erkennen, ob eine Zelle umpolt.
Statt der LED lieber ein Relais odr MOSFET der die Last
sofort trennt.

Nur der 'obere' und 'untere' OpAmp haben die diese zu deinerm
Vorschlag zusaetzcliehn Widerstaende, die 9 mittleren sind
ebenso direkt angeschlossen wie hier der mittlere entsprechend
deinem Vorschlag

  +-----------+---+-+---+---+---+
Akku1   +-|<|-+   R R   |   |  LED
  +-----(-+   |   | +--|-\  |  1k (Vorwiderstand fuer LED)
Akku2   R R   |   | |  |  >-(---+
  :     | +--|+\  | +--|+/  |   |
  :     | |  |  >-(-(---(---(---+   Alle R nimm 47k Ohm.
  :     +-(--|-/  | |   |   |   |
  :     : :   :   : :   :   |   :
  +-|>|-(-(---(---(-(-+-(--|+\  |
AkkuX   | |   |   | | | |  |  >-+
  +-----(-(---(---(-(-(-(--|-/
AkkuM   | |   |   R R R |   |
  +-----(-(---(---+ | | |   |
AkkuN   R R   +-|<|-+ | |   |
  +-----+-+---+-------+-+---+----
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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Re: Überwachchung einzelner Akkus in einer "Akkusäule"

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Na ja, ich kann ja die Akkus "abwechseln", die ich für
"Kleinspannungsanwendungen" verwende. Außerdem kann ich auch einzelne
Zellen des Akkupaks laden. Sicher wird damit kein "Gleichlauf" des
Akkupacks erreicht. Die Frage ist allerdings, ob es bei diesen
Billigakkus überhaupt sowas wie einen "Gleichlauf" gibt, oder, ob
nicht aufgrund der Billigproduktion einzelne Akkus ohnehin schneller
leer werden.
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Ne, neee,....so Nobel ist die "Kiste" nicht. Es handelt sich hierbei
um ein Produkt welches durch die Fa. Penny vertrieben wurde, und so
billig war, das man garnicht glaubt, dass das jemand für den Preis
herstellen kann (15 Euro) für - Akku 12V/1,5Ah+Energiesparlampe (230V
Lampe mit Schaltregler für 12V im Sockel) und Stecker"lade"netzeil.
Die Lampe tut in meinem Womo hervorragende Dienste und den Akku lag
jetzt einige Wochen in meiner Bastelkiste.


Der "Niedrigspannungausgang" wird einfach durch einen Längstransistor,
der über einen Umschalter an der Basis mit verschiedenen Spannungen
versorgt wird.

Als mir jetzt eine "sinnvolle" Anwendung für den Akku eingefallen ist,
musste ich feststellen, das der ratzebutz leer war :-(, obwohl ich den
Akku geladen hatte, bevor ich ihn in die Bastelkiste legte.

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Eben ;-)
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Na ja, wenn die LED leuchtet, wenn der Akku 0,7V hat, dann reicht es
ja noch. Es ist nämlich in der Tat so, das durch meine
"unsysmetrische" Stromentnahme als auch durch die zweifelhafte
Qualität der Akkus nicht vorhersehbar ist, wann welcher Akku leer
wird, wenn ich beispielsweise "12V" aus allen Akkus in Reihe verwende.


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Ist Rail-To-Rail eigentlich bereits "Standart" oder muß man da schon
aufpassen, das man einen OPV erwischt, der Rail-To-Rail kann?

(Irgendwelche Rail-To-Rail, die auch noch 15mA am Ausgang ziehen
können um eine LED zu treiben als Empfehlung?)


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Yepp, wenn ich keine Rail-To-Rail erwische, mache ich es wie unten
vorgschlagen.

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Was unterscheidet einen Komparator von einem OPV?

Das mit dem open collector ist schon klar und dam man damit ein wired
OR - Glied erstellen kann.....will ich aber nicht, sondern ich will
wissen, welche Zelle schwach ist, d.h. jede Zelle bekommt ihre eigene
LED. Damit wird mir dann auch auffallen, wenn es immer die gleiche
Zelle ist, die sich ergibt. Ich kann dann entweder versuchen die Zelle
mit einem Spziellen Ladeprogramm nachzuladen bzw mit "Alive" versuchen
zu regenerieren. Kurzfristig kann ich diese Zelle dann auch einfach
kurzschließen, um zumindest im Moment die Zelle vor Zerstörung zu
schützen, falls ich in diesem Moment gerade keinen Ersatzakku zur Hand
hab.

Ich denke auch daran, das ich einfach eine Akkusäule aus
Batteriehaltern herstellen könnte, bei denen ich dann alle möglichen
Akkus ohne Rücksicht darauf ob NiCd oder NiMh oder auch eine Batterie,
ob alt ob neu darin verwenden kann und mir keinerlei Gedanken über die
Kapazität des Akkus machen muß - der Akku, bei dem die LED leuchtet
wird einfach gegen einen anderen ersetzt und fliegt in die Kiste mit
den leeren Akkus, die dann bei nächster Gelegenheit geladen wird.
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Geht nicht, wenn ich mit dem Flugzeug über der Wüste Sahara wegen
Spritmangels SOS an den Rest der Welt funke, während ich den letzten
Tropfen Strom aus dem Akku rauswinge ;), bevor ich eine brilliante
Notlandung in den Sand setzte.

Nee, ohne Flachs. Mir ist klar, das bei diesem billigen Akkupack immer
mal ein Akku vorzeitig das Handtuch werfen kann. Nun hat man nicht
immer gleich einen Reserveakku zur Hand und häufig sind die anderen
Zellen dann noch halbvoll. Wenn aber die Schaltung auch noch mit 10V
funktioniert, dann wird der Akku, der das Handtuch geworfen hat
einfach kurzgeschlossen und weiter gehts :).




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Ist jeder LM339 ein extra Bauteil oder gibbet es den auch in einem
Dualinlinegehäuse mit mehreren OPVs drinne?


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Klar - bei einem vernünftigen Akkupack, bei dem alle Akkus die gleiche
Kapazität haben wäre das wohl die vernünftigste Lösung. Allerdings hab
ich die Erfahrung gemacht, das es immer mal wieder vorkommt, das ein
Akku nur halb so voll ist, als der restliche Akkupack.
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Am invertierenden Eingang des "oberen" OPV ist das "+" fschla gesetzt.



Jetzt stimmts

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BTW: gibt es da ein Programm zu, um solche ASCII - Schaltpläne zu
zeichnen?


mfG Ottmar


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Re: Überwachchung einzelner Akkus in einer " Akkusäule"
On Mon, 16 Feb 2004 16:01:37 +0100, Martin Lenz

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Bei der Findigkeit zu billig Produzieren schrechen die Hersteller auch
vor keiner Schandtat zurück :(.
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Hm....draußen stand aber NiCd drauf.

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Jaaa.


Selection guides _HABEN_ steht auf dem Kochrezept. Mein "Selection
guide" besteht aus der einzeiligen Beschreibung des C*nrad-Katalogs.
Zur Anschlußbelegung und weiteren Infos werf ich dann mal google an.

BTW: Muss man solche selection guides für teures Geld kaufen, oder
kann man dir irdendwo downloaden oder gibt es von bestimmten
Herstellern auch günstige (kostenfreie?) CDs?


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Ich weiß - wenn man aber momentan nur den C*n*a*-Katalog, dann
erwischt man Bauteile ;-)

BTW: Ich hab jetzt für einen Batteriehalter (6 Zellen) die
Überwachungsschaltung gebaut, funktioniert gut, und da hab ich eben
den LM2902N (4 OPV im DIL-Gehäuse) "erwischt".....sicher, hätte ich
ein passendes Datenbuch zur Hand gehabt, so hätte ich vielleicht einen
anderen Baustein (FET-Eingänge und Rail - to Rail) gewählt.

So aber ziehen die Eingänge meiner Schaltung (die ja direkt an die
Zellen angschlossen sind) so zwischen 100...400µA. Sicherlich nicht
viel, aber ein 800mAh Akku wird bei 400µA in 111 Tagen entladen, aber
deswegen werd ich die Schaltung nicht ändern. Bei der nächsten
Schaltung werd ich dann evtl OPVs mit FET-Eingängen verwenden.



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Hm....da muß man wohl auch ein Datenbuch zur Hand haben, um da einen
Überlick zu gewinnen - leider hab ich das jetzt nicht :(

(Etwas zu basteln tue ich blos, wenn mich irgendetwas so sehr nervt
und es passende Lösung zu kaufen gibt. Daher wandelt sich mein
Schreibtisch für die Bastelzeit immer zu einem mittelschweren Chaos
:-/)

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Das ist gut möglich.

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Ist ja alles ganz schön und nett. Wenn man aber ein Elektrogerät
selten benutzt, so sind die Akkus meist leer oder es sind keine
drinne. Neue und gut geladen Akkus hat man auch nicht immer zur Hand,
aber meistens fliegen in der Grabbelkiste jede Menge Akkus älteren
Datums mit unbekanntem Ladezustand und unbekannter Qualität rum.

Und jedesmal den Akku extra austesten bevor ich ihn einsetze ist auch
Arbeit, insbesondere, wenn man genau in diesem Moment eben keine Zeit
hat. Hier ermöglicht mir meine Schaltung einfach die Akkus in den
Batteriehalter einzusetzen (ohne mir über die Qualität des Akkus
Gedanken zu machen) - da wo es leuchtet wird der Akku ersetzt und
basta. (Ich bin es einfach leid, jedesmal 6 Akkus durchzumessen um den
schwachen Kandidaten herauszufinden und ich hab auch keine Lust, das
mir immer wieder Akkus kaputt gehen, weil sie in einer Akkusäule "den
kürzeren gezogen haben" :(.

Ich werd deshalb meine Schaltung noch um einen Summer erweitern, der
fiept, sobalt einer der Akkus unter die 0,7V ist.




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Na ja, unverhofft kommt oft und nicht immer denkt man daran, die Akkus
voll zu laden, insbesondere wenn man den Akku bei jedem Einsatz nur zu
einem geringen Prozentsatz entläde, so ist es nich einzusezen, den
Akku jedesmal erneut voll zu laden. Was bei NiCd wegen Memory-Effekt
auch nicht ratsam ist, aber einen halbvollen Akku immer wieder
"unsinnigerweise" mit dem Ladegerät erst leerzuaugen um in dann wieder
zu füllen ist auch nicht so der Hit. Lieber verwende ich da den Akku,
bis er "wirklich" leer ist, erstezte ihn dann gegen einen "Neuen" und
lade den "Alten" bei "nächster" Gelegenheit.


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Zu Aufwendig. Bei 11 Zellen müste ich 11 Schalter einbauen. Nee, da
löte ich mir einfach zwei Stecker an ein Kabel und kann dann einfach
"von außen" die betreffeden Zelle kurzschließen.


mfG Ottmar
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Re: Überwachchung einzelner Akkus in einer " Akkusäule"
On Wed, 18 Feb 2004 20:02:36 +0100, "Gerd Kluger"

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Hast du eine URL parat, um nach passenden Bauteilen (Linear ICs,
OpAmps, TTL und div. SpzialICs (Schaltregler...) zu recherschieren,
oder verwendest du einfach google?

mfG Ottmar
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Re: Überwachchung einzelner Akkus in einer " Akkusäule"
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Hallo Ottmar,

ein Blick zu den Herstellerseiten bringt schnell weiter. Über die
Clickstrategie "Produkte" "interaktiv, selection guide, parametric
search..." findest Du Dich schnell zurecht. Wenn Du jetzt noch ne Linkliste
brauchst, um von den Herstellernamen zu deren WWW-Seiten zu kommen, da nehm
ich www.aufzu.de .
Wenn Du lieber auf Papier liest, dann gibts von einigen das Zeugs auch
darauf zu haben. Ebenso auf CD. Allerdings wollen die meisten aufwändig
unstallieren... ich mag das nicht.
Ich hab noch nie für Datenblätter bezahlt.....
Für eine knappe herstellerübergreifende Übersicht empfiehlt sich auch ein
(ggfs alter) Katalog von Farnell, Spoerle, RS, Schuricht. Man braucht als
Hobbyist ja nicht auch noch immer die neuesten, das würde nur die Preise
kaputmachen, da die Berge von Papier ja auch Kosten verursachen, die erst
mal wieder verdient sin wollen. Vielleicht kannst Du aber von einem
E-Betrieb oder Ingenieurbüro mal was abstauben, was sonst ins Altpapier
fliegt.
Was war ich vor 12 Jahren stolz auf meinen Spoerle, den ich von einem
Bekannten geerbt hatte...

Martin

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Ja ja... und recherchieren tun wir im Voraus alle ;-)



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