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Thema: Umschaltung zwischen 2 Akkus und Ladung

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Umschaltung zwischen 2 Akkus und Ladung

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    Hallo,

    für ein zukünftiges Projekt mach ich mir gerade Gedanken über das Board für die Stromversorgung.

    Es soll zwischen 2 Akkus umschalten können und auch mit der Ladung derselben zurecht kommen.
    Fetter Akku anstatt zwei kleineren wäre möglich, aber es geht ums Prinzip

    Das Umschalten von Akku 1 auf Akku 2 ist dabei noch das geringste Problem: Ich dachte daran die Spannung zu messen und per bistabilen Relais umzuschalten. Das ist mit einem kleinem Atmel ja nicht das Problem.

    Allerdings sollten die Akkus auch geladen werden ohne sie aus dem Projekt zu entnehmen. Die Ladung soll ein vorhandenes, externes NiMh - Ladegerät übernehmen.

    Dazu die Fragen:
    Was wäre bei 7,2V Akkus der epmfehlenswerte Punkt um auf den Ersatz-Akku umzuschalten?

    Wie könnte ich den Ladevorgang ablaufen lassen ohne Ladegerät und im Projekt befindliche µC-Boards zu stören? Weiteres Relais? Wie würdet ihr das lösen?

    Das Ladegerät (http://www.conrad.de/ce/de/product/2...archDetail=005) schaltet je nach Zustand LEDs. Wie könnte ich diese Änderung ohne Eingriff ins Ladegerät detektieren und dann auf Ladung des 2. Akkus umschalten? RGB Sensor aka KPS-5130PD7C hab ich zwar schon mal verwendet, erscheint mir aber übertrieben.

    Wenn fertig soll das Board folgende Eigenschaften haben und in ein Projekt auf Heng Long Chassis (mit Metallwanne und entsprechenden Getrieben) wandern:
    - Umschalten zwischen 2 gleichen Akkus
    - Laden derselben von externer Quelle
    - Temperaturüberwachung der Akkus (I2C)
    - Strom messen (Hall-IC ACS712?)
    - aus den 7V2 Akkus 5V, 3V3 und 12 V bereitstellen (gelöst per Recom und entsprechenden Module)
    - Debugging Möglichkeit per USB (Modul RS232 auf USB von ELV)
    - Anschluss für Odometrie
    - Weitergabe der Daten an weitere Boards per I2C

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Ich dachte daran die Spannung zu messen und per bistabilen Relais umzuschalten.
    Das Umschaltkriterium wird im wahrscheinlichsten Fall im Moment der maximalen Stromentnahme eintreten. Das Relais sollte dafür ausgelegt sein. Vielleicht sollte man an dieser Stelle alternativ über einen Halbleiterschalter nachdenken.

    Der andere Schalter (Zuschaltung Ladestrom) könnte eher ein Relais sein, weil der Spannungsabfall im Schalter minimal sein sollte. Das Ladegerät misst über diese Verbindung die Akkuspannung und bestimmt daraus das Ladeende.

    Was wäre bei 7,2V Akkus der epmfehlenswerte Punkt um auf den Ersatz-Akku umzuschalten?
    Das hängt in hohem Maß von dem Innenwiderstand des Akkupacks und dem entnommenen Strom ab, kann man also pauschal schlecht beantworten. Soweit ich weiss, ist es vor allem wichtig, dass keine der Zellen umgepolt wird.

  3. #3
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Ja, da könnte schon etwas Strom durch das Relais wandern.

    Pollin hat gerade RT314F03 von Schrack im Angebot. Bistabiles Relais mit 2 Spulen, Schaltleistung 16A bei AC. Lt. Datenblatt kommt das bei der geringen Spannung auch bei DC hin. Eine Sicherung vor dem Relais hätte ich auch noch eingeplant.

    An Halbleiterschalter hatte ich auch schon gedacht. Aber die Relais sind günstig, einfach anzusteuern und relativ klein. Abgesehen von der Möglichkeit der akustischen Funktionsprüfung

    Zum Zuschalten des Ladestroms werde ich wohl ein weiteres Relais einplanen und mal überlegen wie der Stromlaufplan aussehen müsste.

  4. #4
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    Moin!

    Mal ne blöde Frage: Hat es irgendwelche speziellen Gründe, dass du die Akku's getrennt entladen willst?
    Beim laden bin ich mir nicht sicher, aber zumindest zum entladen könntest du die doch einfach parallel schalten und wie einen einzelnen Akku entladen?
    Bin nicht wirklich fit was NiMh angeht aber ich würd fast drauf wetten, dass man die auch parallel laden kann...
    Gruß Jan

  5. #5
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Gehen würde das vermutlich schon, ich finde es aber unsauber. Da die Akkus nie 100% gleich sind dürften auch Ausgleichsströme auftreten, zumindest wenn ansonsten kein oder nur ein geringer Strom entnommen wird. Bin aber auch nicht wirklich fit bei dem Thema.

    Abgesehen davon geht es mir wie gesagt um das Prinzip der sauberen Umschaltung bei leerem Akku.

    Am einfachsten wäre ansonsten ein "fetter" Akku statt 2 kleinerer

  6. #6
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    Hallo,
    möglich ist auch, Dioden zwischen die Akkus zu schalten. Also quasi eine ODER-Schaltung aus Dioden. Dann wird immer erst der Akku mit der höheren Spannung entladen (bzw. der Strom teilt sich auf beide Akkus auf).
    Dafür bräuchtest du 2 Dioden für's Laden und 2 Dioden für's Entladen.
    Bei Bedarf mache ich auch eine Skizze
    Grüße, Bernhard

  7. #7
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Unten mal ne schnelle Skizze wie ich mir das gedacht hätte.

    2 Relais, damit könnte der gerade nicht aktive Akku geladen werden ohne die restliche Schaltung zu beeinflusse. Oder hab ich da nen Denkfehler?

    Klicke auf die Grafik für eine größere Ansicht

Name:	Umschaltung.jpg
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Größe:	22,3 KB
ID:	18942

  8. #8
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    Hallo,
    das dürfte soweit gehen, nur im Moment sieht's im Schaltplan so aus, dass 1 Akku sowohl geladen als auch in Benutzung (Entladen) wird. Also da musst du lediglich einen Kontakt "in die andere Richtung" zeichnen, ich hoffe, du weißt was ich damit meine
    Musst nur noch dafür sorgen, dass im Umschaltmoment (10-50ms?) deine Schaltung keinen Reset macht, also die Versorgungsspannung ausreichend mit Elkos puffern, aber daran hast du bestimmt schon gedacht
    Grüße, Bernhard

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Fleißiges Mitglied
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    Danke für den "Kontrollblick"

    Die Stellungen der Schalter bzw. Relais sind in der Skizze zufällig, das sind einfach die Symbole aus DesignSpark bzw. Eagle.

    Die Ansteuerung soll dann ein kleiner Atmel übernehmen, muss nur beim programmieren darauf achten das die Stellungen immer korrekt sind. Als Pufferung dachte ich an einen Golden Cap mit ausreichender Kapazität.

    Interessant wäre auch noch eine Prüfung ob die Relais auch geschaltet haben. Lässt sich vielleicht über die Spannung an den Akkuklemmen erfassen (Akku unter Last = Spannung X, Last weg = Spannung etwas höher, Ladegerät druff = Spannung noch etwas höher) , die Spannung der Akkus soll ja sowieso gemessen werden. Wohl per Spannungsteiler und ADC. Strom Messung dann über Hall IC.

    Mal schauen was ich alles unterbringe, soll nicht grösser werden als 80 x 40 mm *g*

  10. #10
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    Mal schauen was ich alles unterbringe
    Um noch Platz zu sparen, könnte man eine Schmelzsicherung einsparen und die verbliebene hinter dem lastschaltenden Relais anordnen. Das würde auch verhindern, dass nach einer Sicherungsauslösung nochmal Strom aus dem zweiten Akku auf den Kurzschluss gegeben wird. Die Spannungs/Strommessung dürfte funktionieren um festzustellen wie die Relais gerade geschaltet sind. Zumindest beim Lastrelais, das Laderelais kann man dann explizit nochmal entgegengesetzt schalten damit alles stimmt. Bei bistabilen Relais weiss das der Kontroller nach dem Einschalten nicht unbedingt (ausser man hat es in der brown-out Prozedur ins Eprom geschrieben). Eine andere Möglichkeit wäre, nach jedem Hochlauf des Prozessors eine definierte Relaisstellung herbeizuführen. Das könnte aber z.B. zum Abschalten des Ladegeräts führen (dass der Prozessor während des Ladens booten muss ist aber eine Situation, die man im allgemeinen vermeiden kann).

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