Anwenderprojekte mit der Open-Micro, Open-Mini, Open-Midi, Open-Macro und Open-Maxi
Projekt "Spannungsüberwachung von Lithium-Ionen-Akkuzellen bei Entladung und Ladung in einem Akku-Rasenmäher" mit der Open-Macro
Kurzbeschreibung
Es werden Schaltpläne und der Source-Code zur Verfügung gestellt, in denen gezeigt werden, wie die Spannungsüberwachung von LiIo-Akkuzellen bei Entladung und Ladung in einem Akkupack für einen Akkumäher, realisiert mit der OPEN-Macro funktioniert.
Detaillierte Beschreibung
Viele Jahre hatte ich mit Blei-Gel Akkus von 2x 12V/7Ah meinen Akku Rasenmäher betrieben, das funktionierte im Mittel 2 Jahre mit jeweils 2 St. 12v/7Ah Blei-Gel Akkus. Alsbald wurden die Blei-Gel Akkus jedoch immer schwächer, z.T. hatten die Akkus im Innenwiderstand zu genommen bzw. sind Zellen gänzlich ausgefallen. Nachdem LiIo Zellen immer günstiger wurden, habe ich vor 4 Jahren auf LiIo Zellen umgestellt. Von einem Elektronikshop gab es Laptop Akkupacks mit LiIO Zellen 18650 zu ca. 2000mAh recht günstig. Aus diesen Zellen baute ich je ein Akkupack von 10 Zellen parallel und dann 7 solcher Packs in Serie, sodass 29,4V Ladeschlussspannug zustande kam. Erste Mäh-Versuche machte ich damit, jedoch noch ohne Akku-Überwachung. Mit einem Akkupack konnte ich fast 4 mal soviel Rasenfläche mähen, wie mit Blei-Gel Akkus. Grundsätzlich hatte es gut funktioniert, jedoch beim 2-ten mal hatte ich zu lange gemäht und dann waren gleich mal 30 Zellen zerstört und unbrauchbar. Werden 18650 LiIo Zellen bei hohem Strom z.B. 2A betrieben und wird die Zellenspannung von 3V deutlich unterschritten z.B. bis zu 2V, dann werden die meisten Zellen unwiderbringlich zerstört, in dem diese z.T. rel. hochohmig werden und die Kapazität wesentlich reduziert wird, z.T. misst man sogar keine Akkuspannung mehr. Als begeisterter Anwender der OMICRO's und OMACRO's baute ich deshalb einen Lösung mit der OMACRO. Die Lösung hat sich nun mittlerweile 2 Sommer bewährt.
Der beschriebene Schaltungsaufbau und der dazugehörige Source-Code dienen zur Spannungsüberwachung von LoIo Akkuzellen bei Entladung und Ladung in einem Akkupack für einen Akku Rasenmäher. Da die OMACRO AD Wandler Eingänge jeweils zwischen Masse/GND und den AD-Eingängen der OMACRO anliegen, musste ich von den einzelnen Akkupacks mittels Stromspiegel bestehend aus den Transistoren Q1 bis Q12 die hohe Akkuspannung auf eine Spannung bezogen auf GND wandeln. Die Spannung an den AD-Eingängen der OMACRO ist nun jeweils ein Abbild eines einzelnen 10P Akkupacks von den 7 Packs in Serie. Die OMACRO überwacht nun im Mähbetrieb alle 7 Spannungswerte der einzelnen 10P Akkupacks und schaltet bei mehrfachen unterschreiten der Zellenspannung unter 3.1V ab. Am Schaltausgang zum DC Brush Motorcontroller wird über einen weiteren Motorcontroller mit der OMICRO der Gleichstrommotor des Rasenmähers eingeschaltet. Die Beschreibung dazu machte ich bereits vor einigen Jahren und ist unter den Projekten mit den O-Micros/Macros zu finden. Im Ladebetrieb überwacht die OMACRO ebenfalls den Ladezustand und beendet den Ladevorgang bei erreichen von 4.1V eines Akkupacks. Da kein Balancing erfolgt, muss nach einigen Ladezyklen mit einem Ladegerät mit Balancer z.B. aus dem Modellbau die Ladung erfolgen, da sonst die Akkupacks zu weit auseinanderlaufen in der Kapazität. Ein LCD Display dient zur Kontrolle aller Spannungswerte und Entlade-/Ladezustände. Die Beschreibung der LCD Anzeige machte ich bereits vor einigen Jahren und ist ebenfalls unter den Projekten mit den O-Micros/Macros zu finden. Durch die Überwachung sind mir bisher keine Packs mehr total ausgefallen. Anhand der ausgegebenen Entladeparameter kann ich feststellen, welcher 10P Akkupack für die Abschaltung verantwortlich war. Nach mehreren Mähzyklen sieht man recht deutlich, dass meistens bei ein und demselben Akkupack die Unterspannungsabschaltung anspricht. Sollte ein Akku-Pack allmählich in der Kapazität nachlassen oder der Innenwiderstand der Zellen zunehmen, so kann man frühzeitig den betreffenden Akku Pack identifizieren und Zellen aus dem 10P Pack eventuell entfernen.
Die Schaltpläne habe ich gezeichnet mit Basic Schematic (BSch3V).
Dieser freie Schaltplaneditor für Windows (98/Me/2000/XP/Vista/7) ist zu finden unter
http://www.suigyodo.com/online/e/index.htm.
In der Anlage sind die Schaltpläne, Bilder und der Source-Code enthalten.
Josef Fenk
Bilder
Schaltpläne
Bauteileliste
Sourcecode
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