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Laderegler mit Microcontroller
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BID = 420425
AlexL
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Hallo Elektronik-Freunde!
Ich beschäftige mich seit kurzem mit Mikrocontrollern und entwickle gerade eine Schnelllade-Schaltung um einen Akku über einen Konstantstrom zu laden. Nachdem der Akku voll ist soll über die Software des Mikrocontrollers (gemessen über den Analogeingang PC0) der Akku vom Konstantstrom befreit werden.
Das folgende Beispiel ist für einen 2,3Ah-Akku NiMH gemacht. Ich versuche parallel dazu noch eine Ladeschaltung für Li-Ionen Akkus zu entwickeln, weiß jedoch noch nicht genau, ob diese Akkus auch Konstantstrom zum Laden vertragen.
Da ich recht neu auf dem Gebiet bin (was Mikrocontroller angeht) würde ich mich freuen, wenn ein Erfahrener mal über diese Schaltung schaut und Fehler beanstandet.
Als Erklärung:
Die links befindlichen Bauteile sind nur für den Betrieb des Mikrocontrollers zuständig.
Mir geht es vor allem um den Zweig rechts vom Controller. Da ich in der Schaltungsentwicklung und Dimensionierung der Bauteile nicht (mehr) so firm bin.
Über PD0 soll gewählt werden (0=Akku messen; 1=Akku laden)
Über PD1 wird der Konstantstrom erzeugt. Wenn dort ein 5V-Signal anliegt soll über die 5 Dioden (5 x 0,7V = 3,5V) eine Konstante Spannung die für U BE und U R4 erzeugt werden. Da der Transistor TIP110 eine U BE von 2,8V hat fallen über den Widerstand R4 immer 0,7V ab. Nach dem Ohmschen Gesetz entsteht somit ein Strom von 0,7V : 1,4Ohm = 2A.
Über PD2 wird während des Messens ein 5V-Signal angelegt um den Akku auf Masse zu ziehen. Ansonsten ist PD2 immer 0V.
Da der Controller max. 5,5V Spannung messen kann wurde der Spannungsteiler aus R1 und R2 eingebaut, damit die Akkuspannung von 7,2V in 3,6V angepasst wird. Da der Eingang des Controllers sehr hochomig ist sollten 500k nicht zu hoch sein.
Die Software des Controllers macht dann Folgendes:
Akku messen - Ladung nötig?
Wenn ja, dann Laden (5 min)
Akku messen - Ladung nötig?
Wenn ja, dann Laden (5 min)... usw.
Sollte die Akku-Spannung an PC0 irgendwann fallen, so ist der Akku voll und der Controller soll dann nur noch intervallweise Strom liefern (Ladungserhaltung).
Später sollen dann noch LEDs über den Zustand des Ladevorgangs angeschlossen werden - die sollten aber in keinster Weise das Problem sein.
Das es fertige Laderegler-ICs gibt weiß ich - ich möchte aber mal selbst versuchen sowas auf die Beine zu stellen.
[ Diese Nachricht wurde geändert von: AlexL am 7 Apr 2007 19:19 ] |
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BID = 420431
DonComi
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Mahlzeit
Was mir auffällt:
* Das Relais zum Umschalten zwischen Ladung und Messung sollte nicht direkt an den µC-Ausgang angeschlossen werden; sondern über einen Treiber. (irgendein Wald-und-Wiesen Transistor oder besser mit einem kleinen FET
* Der ADC-Eingang ist nicht so hochohmig (ich meine irgendwas bei 10kΩ), daher würde ich die Spannung nach dem Spannungsteiler entweder mit einem OPAMP als Impedanzwandler puffern oder aber den Spannungsteiler kleiner bemessen (so 2x5kΩ) Gemessen wird ja eh nicht so lang, der Strom durch den Teiler ist also vernachlässigbar.
Mit dem Laden ansich kenne ich mich nicht aus, da muss ein Spezialist was zu schreiben.
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BID = 420433
AlexL
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Erst mal Danke für deine Antwort.
Das angeschlossene Relais hat einen Anzugsstrom von 10mA. Deswegen dachte ich es sollte kein Problem sein, da der µC 50mA Ausgangsstrom schafft. Oder meinst Du das, weil im Falle des Anzugs ein höherer Strom fließen kann
Mit dem Analogeingangswiderstand muss ich Dich korrigieren... habe nämlich gerade nochmal im Datenblatt des Mikrocontrollers ATMega8 nachgeschaut: Analog Input Resistance 55-100 Mega-Ohm
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2486.pdf
(Seite 248)
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BID = 420436
DonComi
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Zitat :
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The ADC is optimized for analog signals with an output impedance of approximately
10 kΩ or less. If such a source is used, the sampling time will be negligible. If a source
with higher impedance is used, the sampling time will depend on how long time the
source needs to charge the S/H capacitor, with can vary widely. The user is recommended
to only use low impedant sources with slowly varying signals, since this
minimizes the required charge transfer to the S/H capacitor. |
Hmm.
Das hatte ich noch im Hinterkopf und eben auf Seite 199 Datenblatt ATmega8 "Vollversion" gefunden.
Aber es würde auch gehen, wenn das analoge Signal eine höhere Impedanz hat, es dauert dann eben länger, den Sample&Hold-Kondensator zu laden.
Aber bei dir sind denke ich mal keine schnellen Änderungen zu erwarten.
Aber Recht hast du, in den Electrical Characteristics für den ADC sind diese Impedanzen für den Eingang angegeben.
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BID = 420438
AlexL
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Hmm... dann wäre es aber auch nicht schlecht, wenn irgendwo eine Zeitspanne angegeben würde, wie lange es benötigt mit Widerstand X am ADC-Eingang bis der Kondensator den anliegenden Wert übernommen hat. Er piepst schließlich nicht 
Man muss die Software dann eben ein wenig länger messen lassen - nur eben wie viele Taktzyklen...
Ich könnte den Spannungsteiler auch kleiner machen - nur - wenn der Akku voll ist befindet sich der Controller aufgrund der schaltungstechnischen Gegebenheiten öfter im Mess-Modus, da ansonsten ja geladen würde.
Was denkst Du über meine Aussage über das Relais?
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BID = 420443
DonComi
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Es würde sicherlich klappen, das Relais direkt zu treiben.
Ich ganz persönlich würde dennoch einen Treiber einsetzen. Ist einfach ordentlicher 
Irgendwo im Datenblatt müsste die Größe des Sample&Hold-Kondensators angegeben sein, darüber ließe sich die Zeit errechnen, die er braucht, um geladen zu werden.
Aber überlege mal, wie groß der Stromfluss bei 2x5kΩ wäre. Das sind bei vollem Akku läppische 720µA. Die Samplezeit ist sehr kurz.
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BID = 420462
Ltof
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Zitat :
AlexL hat am 7 Apr 2007 19:18 geschrieben :
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Ich versuche parallel dazu noch eine Ladeschaltung für Li-Ionen Akkus zu entwickeln, weiß jedoch noch nicht genau, ob diese Akkus auch Konstantstrom zum Laden vertragen.
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Nein!
Bevor Du mit dem falschen Ladeverfahren für Lithium-Akkus eine Katastrophe erlebst, mach Dich mal schlau. Fang mal da an: http://de.wikipedia.org/wiki/Ladeverfahren
Ansonsten: Viel Erfolg mit Microcontrollern! 
Gruß,
Ltof
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(Hanlon’s Razor)
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BID = 420607
AlexL
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Hallo Ltof!
Danke, den Spaß werde ich haben 
Habe mich gerade ein wenig informiert. Konstantspannungsladung wäre für einen Li-Ionen-Akku okay... aber wenn dieser Akku richtig entladen ist dann ist doch mal ein Anfangsstrom von 5 Ampere nicht unrealistisch. Schadet das nicht dem Akku? Sollte man dann nicht anfangs mit Konstantstrom laden, bis sich die Leerlaufspannung im Bereich 3,3-3,4 Volt (bei 3,6V-Li-Ionen Akku) befindet?
Noch eine Frage: Gibt es alternative Analogschalter, die einen Strom von 2A schaffen und mehr als 1 Umschalter (als Ersatz für das Relais) besitzen? Idealerweise wäre ein 4fach Schalter gut, damit der 3te Modus Konstantspannungsladung und ein 4ter Modus Leerlauf damit umgesetzt werden könnte.
Quasi sollte dieser Schalter 2 Eingänge haben und an 2 Ausgängen am µC angeschlossen werden:
Pegel µC = Modus Analog-Schalter
==================================
0 | 0 = Messen
1 | 0 = Laden Konstantstrom
0 | 1 = Laden Konstantspannung
1 | 1 = Leerlaufmodus (nach erfolgtem Laden)
[ Diese Nachricht wurde geändert von: AlexL am 8 Apr 2007 14:36 ]
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BID = 420620
DonComi
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Sowas sollte mit MOSFETs gehen.
Es muss sichergestellt sein, dass immer nur ein MOSFET leitet, also geschlossen ist.
Dazu bräuchte man dann vier Datenleitungen vom µC (unkodiert) oder zwei wie oben beschrieben, aber dann mit einem Enkoder (Binär-zu-Dezimalenkoder).
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BID = 420632
Ltof
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Zitat :
AlexL hat am 8 Apr 2007 14:26 geschrieben :
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aber wenn dieser Akku richtig entladen ist dann ist doch mal ein Anfangsstrom von 5 Ampere nicht unrealistisch. Schadet das nicht dem Akku?
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Doch, das schadet dem Akku. Dafür gibt es das IU-Ladeverfahren. Der Anfangsladestrom ist begrenzt.
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BID = 420675
Esko
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Also mal ganz ehrlich, die Schaltung so wie sie ist, bzw. du sie bauen willst ist etwas umständlich. Warum die Umschalterei, wenn du sowieso einen µC verwendest.
Ich würde nur einen Mosfet nehmen, der per DAC den Ladestrom/spannung regelt. Die Messung muss man nicht extra zuschalten; einfach das Laden pausieren. Dazu noch ein Shunt um den Strom zu messen.
Der Rest in Software.
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