Ladungsmessung mit ATmega32

Elektronik-Labor Projekte NiZn

Die Kapazität eines NiZn-Akkus wird hier mit einem ES-M32 bei einer Entladung über 10 Ohm gemessen. Diese Methode ist besonders einfach und wird oft auch für normale Batterien verwendet, sodass die Messergebnisse vergleichbar bleiben. Wichtig ist, dass die Messung bei der Entladeschlussspannung von 1,2 V automatisch beendet wird und dass dann die Last abgeschaltet wird, um den Akku nicht zu schädigen. Dazu wird ein Power-FET eingesetzt, der von der Software eingeschaltet wird.

Das Messprogramm ist eine Erweiterung des ES-M32-Datenloggers. Bei Bedarf kann die Entladekurve aus dem EEPROM abgerufen und ausgewertet werden. Beim Start der Messung schaltet das Programm den Power-FET ein. Am Display wird laufend die Messzeit, die aktuelle Spannung und die bisher entnommene Ladung angezeigt. Sobald die Spannung von 1,2 V unterschritten wird, wird der FET abgeschaltet. Die letzte anzeige bleibt im Display stehen.

Download: Akku1.zip

Sub Test1
  Porta.4 = 1
  C = 0
  For N = 1 To 1000
    D = Getadc(2)
    U = D / 1023
    U = U * 5
    If U < 1.1 Then Porta.4 = 0
    Locate 2 , 1
    Lcd Fusing(u , "#.###")
    Lcd " V"
    I1 = U / 10             '10 Ohm
    I1 = I1 * 1000          'mA
    Cd = I1 / 60            '/h
    C = C + Cd
    Locate 2 , 9
    Lcd Fusing(c , "#.#")
    Lcd " mAh"
    D = D / 4
    B = D
    Locate 1 , 9
    Lcd N
    Lcd " min"
    Writeeeprom B , N
    Print B
    For I = 1 To 60
      D = Getadc(2)
      U = D / 1023
      U = U * 5
      If U < 1.2 Then       'Abschalten bei 1,2 V!
         Porta.4 = 0
         Exit Sub
      End If
      Waitms 1000
      If S2 = 0 Then Exit Sub
    Next I
  Next N
  Porta.4 = 0
End Sub

Ergebnisse:

Akku 3 nach 2 Monaten Leerlauf: Entladung an 10 Ohm bis 1,2 V Restladung gemessen: 332 mAh. Neu geladen, neue Entladung an 10 Ohm zeigt: 352 mAh.

Akku 4 nach zwei Monaten in einer IR-Fernbedienung im eifrigen Einsatz mit dem üblichen Dauer-Zappen: 378 mAh. Das ist mehr Restladung als beim Akku 3, die gleiche Zeit nichts zu tun hatte. Neu laden und erneute Messung: 429 mAh. Wenn die Ergebnisse nicht innerhalb der Messunsicherheit lägen könnte man daraus den Schluss ziehen, dass es für NiZn-Akkus wie für Blei-Akkus gesunder ist, wenn sie im aktiven Einsatz sind. Die IR-Stromimpulse könnten die Akkus frisch halten.

Messung mit Konstantstrom

Die Schaltung zeigt eine steuerbare Konstantstromquelle. Der Strom kann hier in 100-mA-Schritten zwischen 100 mA und 1 A eingestellt werden. Der gewünschte Strom wird über das Poti an ADC0 eingestellt.

Download Akku2.zip

Do
  D = Getadc(0)
  D = D / 96
  I1 = D * 100
  D = D * 20
  Pwm1b = D
  Locate 1 , 10
  Lcd I1
  Lcd " mA  "
  Waitms 1000



If S1 = 0 Then
  Cls
  Locate 1 , 1
  Lcd "Logger"
  Test1
  Locate 1 , 1
  Lcd "Beendet"
  Porta.4 = 0
  Do
  Loop
End If
...
Loop


Sub Test1
  Porta.4 = 1
  C = 0
  For N = 1 To 1000
    D = Getadc(1)
    U = D / 1023
    U = U * 5
    If U < 1.1 Then Porta.4 = 0
    Locate 2 , 1
    Lcd Fusing(u , "#.###")
    Lcd " V"
    Cd = I1 / 60                                            '/h
    C = C + Cd
    Locate 2 , 9
    Lcd Fusing(c , "#.#")
    Lcd " mAh"
    D = D / 4
    B = D
    Locate 1 , 9
    Lcd N
    Lcd " min"
    Writeeeprom B , N
    Print B
    For I = 1 To 60
      D = Getadc(1)
      U = D / 1023
      U = U * 5
      If U < 1.0 Then                                       'Abschalten bei 1,2 V!
         Porta.4 = 0
         Pwm1b = 0
         Exit Sub
      End If
      Waitms 1000
      If S2 = 0 Then Exit Sub
    Next I
  Next N
  Porta.4 = 0
End Sub

Messung an einem kleinen AAA-Akku (Akku 2) bei einem Entladestrom von 500 mA: Der Akku wird in nur 42 Minuten entladen. Die Kapazität ist mit 350 mAh etwas geringer als bei einer Entladung über 10 Ohm (Entladestrom im Schnitt ca. 160 mA).

Messung an den größeren AA-Akkus bei unterschiedlichen Entladeströmen: Die vier Akkuzellen waren einige Monate lang überwiegend in meinem Retroradio-Deluxe im Einsatz, wobei sie bei eingeschalteter Röähre den Strom von ca. 200 mA liefern mussten. Sie wurden einige Male nachgeladen. Der subjektive Eindruck war gut, d.h. sie waren immer fit, wenn sie gebraucht wurden. Die genaue Messung zeigte diese Ergebnisse:

Akku 1: Entladestrom 1000 mA: Kapazität = 505 mAh
Akku 2: Entladestrom 500 mA: Kapazität = 567 mAh
Akku 3: Entladestrom 200 mA: Kapazität = 627 mAh
Akku 4: Entladestrom 100 mA: Kapazität = 662 mAh

Wie erwartet sinkt die Kapazität mit dem Entladestrom. Die Messergebnisse zeigen auf den ersten Blick einen starken Kapazitätsverlust bereits nach etwa vier Monaten. Der Fairness halber muss ich allerdings dazusagen, dass ich nicht das "offizielle" Ladegerät verwendet habe, und dass nicht ganz sicher ist, dass die Akkus mit meiner Lademethode ganz voll wurden.

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