Archiv der Kategorie: Batterie Analyse

Immer wieder stellt sich die Frage nach der Leistungsfähigkeit von Batterien und Akkus. Hier möchte ich unter Anderem mit Hilfe des ABA nach Antworten suchen.

Vergleich von verschiedenen Alkaline Batterien in Voerbereitung

Ich habe mit einem Vergleichstest von Alkaline Batterien der Größen Micro (AAA) und Mignon (AA) begonnen.
Ich möchte herausfinden, ob die Preisunterschiede zwischen Marken-Batterien und Billig-Batterien gerechtfertigt sind.
Im Testfeld sind voraussichtlich Varta High Energy, Varta Longlife, Varta Max Tech, Ansmann Alkaline und GoldenPower Alkaline Zellen.
Es wird einige Zeit in Anspruch nehmen alle Zellen auf ihre tatsächliche Kapazität zu testen. Derzeit stecke ich noch die genauen Testparameter ab.

Eneloop Datenblatt verifiziert

Ich konnte die Messung der Kapazität der Eneloop Eneloop HR-4UTGB entsprechend dem Datenblatt bei 160 mA und 1,0 V Abschaltspannung reproduzieren.

D600_HR-4UTGB Datasheet

Eneloop Vergleichsmessung zu Datenblatt

Eneloop gibt bei 160 mA und einer Abschaltspannung von 1,0 V eine Kapazität von ca. 750 mAh an. Meine beiden Messungen mit dem ABA ergaben 743 mAh und 756 mAh.

Die Werte stimmen also sehr gut überein. Ich halte diese Übereinstimmung nicht für Zufall, daher bedeutet dies, dass Eneloop wahrheitsgemäße Angaben im Datenblatt macht und der ABA sehr genau misst.
Mich irritiert dabei nur noch, dass im Diagramm von Eneloop eine höhere Spannung gehalten wird und dafür die Spannung später stärker einbricht. Eventuell ist der Verlauf der Spannungskurve von Eneloop gefaked. Ich werde das noch mal weiter verfolgen.

2. Generation der Eneloop Akkus

Ich habe heute auf der Website von Sanyo / Eneloop die Second Edition der Eneloop Akkus gesehen. Es gibt nun zwei verschiedene Serien. Zum einen eine Serie, die wieder für 1.000 Ladevorgänge ausgelegt ist, und eine, welche für 1.500 Ladevorgänge ausgelegt ist. Eneloop wirbt mit einer Selbstentladung von nur 25% in 3 Jahren für die „1.500er“ Serie.
Die „1.000er“ Serie soll eine Selbstentladung von 15% in einem Jahr haben. Die Kapazitäten sollen bei beiden Serien wieder wie gehabt wieder bei 2.000 mAh für die Mignon Zellen und 800 mAh für die Micro Zellen betragen.

Die neuen Eneloop Akkus haben im 4er Pack folgende Produktbezeichnungen:
Mignon Zelle  (AA) 1.500 Ladevorgänge: SEC-HR3U4BPN
Micro Zelle (AAA) 1.500 Ladevorgänge: SEC-HR4U4BPN
Mignon Zelle  (AA) 1.000 Ladevorgänge: SEC-HR3UTG4BP
Micro Zelle (AAA) 1.000 Ladevorgänge: SEC-HR4UTG4BP

Sanyo zeigt auch, wie man die verschiedenen Akkus leicht unterscheiden kann.
difference1500-1000

 

Im Augenblick sind die neuen Eneloops auf dem Europäischen Markt noch sehr schwierig zu bekommen. So bald ich aber ein paar Päckchen der neuen Eneloops in der Hand halte, werde ich sie gründlich testen und meine Ergebnisse hier veröffentlichen.

Verifizierung der Messgenauigkeit des ABA

Nachdem ich nun die Messgenauigkeit meines Referenzgerätes Powerex WizardOne MH-C9000 untersucht habe, konnte ich dessen Messwerte mit denen meines Arduino Battery Analysers vergleichen – mit erstaunlich geringer Abweichung!

Ich habe dazu jeweils zwei  Messungen mit gleichen Parametern auf beiden Geräten durchgeführt.
Es wurden zwei Paare Eneloop HR-4UTGB im MH-C9000 mit der Refresh Funktion aufgeladen und verblieben nach der Aufladung bis zur Messung auf Erhaltungsladung im Gerät.
Entladen wurde bei 183 mA bis zu einer Abschaltspannung von 0,90 V.

ABA
gemessene Kapazität

MH-C9000
gemessene Kapazität

Abweichung ABA

Eneloop HR-4UTGB – Paar 1

763 mAh

769 mAh

0,8 %

Eneloop HR-4UTGB – Paar 2

761 mAh

766 mAh

0,7 %

Spannungsverlauf Eneloop HR-4UTGB bei 183 mA

Ich finde eine Abweichung < 1% im Vergleich zum kommerziellen Gerät kann sich durchaus sehen lassen. Abweichungen dieser Größenordnung können auch durch den unterschiedlichen Zustand der Zellen bedingt sein. An der Software des ABA wurden keine Maßnahmen zur Kalibrierung auf den MH-C9000 vorgenommen. Es wurden lediglich die tatsächlichen Parameter einiger wichtiger Widerstände individuell gemessen und in der Software des ABA eingestellt.

Die Messgenauigkeit bei höheren Spannungen habe ich schon in der Vergangenheit geprüft, so dass auch hier keine Differenzen zu erwarten sind. Sollten im späteren Verlauf des Projektes weitere Vergleiche zu Verifizierung der Messwerte notwendig sein, werden weitere Messreihen folgen.

Als nächstes möchte ich Werte aus dem Datenblatt der Eneloop HR-4UTGB Zellen mit eigenen Messungen vergleichen.

Die Genauigkeit des POWEREX WizardOne MH-C9000

POWEREX WizardOne MH-C9000
POWEREX WizardOne MH-C9000

Beim Versuch die Genauigkeit des Arduino Battery Analyser, kurz „ABA“ mit Hilfe von Vergleichsmessungen mit dem POWEREX WizardOne MH-C9000 zu bestätigen, habe ich mit dem Powerex immer wieder etwas zu hohe Kapazitäten gemessen. Bei genauerer Betrachtung der Werte, die der MH-C9000 anzeigt, konnte ich schnell die Ursache feststellen.

Der MH-C9000 hat Schwierigkeiten mit dem eingestellten Entladestrom und mit seiner Zeitmessung.
Während sich der Entladestrom in im 100 mA Schritten einstellen lässt, und auch der eingestellte Wert während des Entladevorgangs angezeigt wird, fließt eigentlich ein niedrigerer Strom. Zudem läuft die Zeit etwas zu schnell ab. Die Spannung misst das Gerät richtig, mein Multimeter gibt mir exakt die selben Spannungen zurück.

Beispiel 1:
Kapazität: 783 mAh
Entladestrom: 200 mA
Zeit angezeigt: 258 min
Zeit tatsächlich: 255 min

Zunächst muss die gemessene Kapazität unter Beachtung der fehlerhaften Zeitmessung neu berechnet werden.
So ergibt sich eine Kapazität von 783 mAh * (255/258) = 774 mAh
Berechnet man nun auf Basis der korrekten Zeit und der korrigierten Kapazität den tatsächlichen Strom, so erhält man: 774 mAh / (255 min / 60) = 182,1 mA anstatt von 200 mA.

Beispiel 2:
Kapazität: 810 mAh
Entladestrom: 100 mA
Zeit angezeigt: 535 min
Zeit tatsächlich: 530 min

Korrigierte Kapazität: 810 mAh * (530/535) = 802 mAh
Korrigierter Strom: 802 mAh / (530 min / 60) = 90,8 mA anstatt von 100 mA.

Man kann also von 1% niedrigerer Kapazität und von ca. 10% niedrigerem Strom sprechen, als der MH-C9000 anzeigt.
Aufgrund der Tatsache, dass ein Akku oder eine Batterie bei einem höheren Strom eine niedrigere Kapazität aufweist, ist es erforderlich mit beidem Messgeräten bei möglichst gleichem Entladestrom zu messen.

Die Referenz Messungen und Vergleiche zur Verifizierung der Genauigkeit des ABA werde ich unter Berücksichtigung oben genannter Korrekturfaktoren durchführen.

Die Visualisierung der Messdaten funktioniert

Inzwischen kann ich die gewonnenen Messdaten mit jpGraph visualisieren. Hier im Beispiel findet sich die Entladekennlinie einer Eneloop AAA Zelle.

Der Hersteller SANYO gibt auf der Zelle eine Kapazität von mindestens 750 mAh an. Im Datenblatt wird sogar eine typische Kapazität von 800 mAh (bei 160 mA Entladestrom) angegeben.

Bei einem Entladestrom von 96 mA messe ich einen Kapazität von 817 mAh.

Der gemessene Wert ist durchaus realistisch, da die nutzbare Kapazität eines Akkus vom Entladestrom abhängig ist. Es gilt: je höher der Strom, desto niedriger die Kapazität. Diese Effekt werde ich demnächst genauer Untersuchen.
Des Weiteren wird in der Eneloop Referenz im Datenblatt bis zu einer Abschaltspannung von 1,00 V gemessen. In meiner Messung lag die Abschaltspannung hingegen bei 0,95 V.

Bei meinen künftigen Messungen von Ni-Mh Zellen werde ich bis zu einer Endspannung von 0,90 V entladen. Das hat zwei Gründe. Zum einen entlädt mein Powerex MH-C9000 auch bis 0,90 V, so dass ich bei einer Endspannung von 0,90 V meine Ergebnisse zur Verifizierung der Messgenauigkeit vergleichen kann, zum Anderen würde eine Zelle, welche ich mit einem sehr hohen Strom entlade die 1,0 V Marke erreichen, bevor die Zelle wirklich leer ist.

Als nächstes möchte ich einige Messungen durchführen, welche die Richtigkeit der Messdaten von meinem Messgerät verifizieren.

Visualisierung der Messdaten mit JpGraph

Ich habe inzwischen eine geeignete Möglichkeit gefunden, meine Messdaten für die Analyse von Batterien und Akkus zu visualisieren.

Ich habe mich für JpGraph entschieden, eine sehr mächtige PHP Library zur Erstellung von Diagrammen. Mit nur wenigen Zeilen Code erhält man ein Liniendiagramm, das sich sehen lassen kann. Mit nur etwas Mehraufwand lässt sich die Optik nahezu beliebig anpassen.

Derzeit bin ich damit beschäftigt, das Backend zur Verwaltung der Messdaten zu scripten.

Ich hoffe schon bald die ersten Diagramme zeigen zu können.

Arduino basiertes Batterie Analysegerät – „ABA“

Immer wieder stellt sich mir die Frage nach der tatsächlichen Leistungsfähigkeit von Batterien und Akkus. Dabei ist es sehr schwierig verlässliche und vergleichbare Informationen zu finden.
Wie viel leisten Handy- oder Notebook-Akkus von Drittherstellern wirklich? Wie sehr leiden Akkuzellen unter vielen Ladezyklen? Wo liegt eigentlich der Unterschied zwischen High Energy oder Longlife Alkalinebatterien?

Diesen und weiteren Fragen möchte ich auf den Grund gehen. Die Idee zum Arduino Battery Analyser
Dazu habe ich basierend auf einem Arduino Uno ein Messgerät gebaut, der Arduino Battery Analyser, kurz „ABA“. Der ABA ist in der lage beliebige Batterien oder Akkus mit konstantem Strom zu entladen und dabei Spannung und Zeit zu protokollieren. Am Ende einer Messung erhalte ich also die Kapazität der Zelle in Ah, die elektrische Energie in Wh  sowie den Spannungsverlauf beim Entladen der Zelle, also die Entladekurve.

Arduino based battery analyser
Arduino based battery analyser

Die Genauigkeit von meinem Messgerät ist sehr hoch. Ich habe die Messergebnisse von meinem Eigenbau mit denen vom  MH-C9000 verglichen und erreiche eine eine Abweichung von weniger als 2,5%. Durch Reihenschaltung mehrerer AAA Zellen konnte ich auch die Genauigkeit bei höheren Spannungen überprüfen.

Ich werde hier in nächster Zeit einige Messergebnisse veröffentlichen. Im Augenblick suche ich noch nach einer Möglichkeit die Diagramme zur Veröffentlichung im Web aufzubereiten.

Update: 14.01.2015
Ich veröffentliche hier die vorläufigen Infos zum nachbauen des ABA. Platinenlayout und Code werde ich zu einem späteren Zeitpunkt auch noch einmal in überarbeiteter Form veröffentlichen.
– Der Schaltplan ist schon final.
– Das Platinenlayout für eine Lochrasterplatine ist eher als Vorschlag zum Layout zu sehen.
– Der Sourcecode, den ich jetzt veröffentlichen möchte, läuft stabil, die Messungen hier im Blog wurden mit dieser Version durchgeführt. Allerdings bedarf es noch einiger Optimierung und Vereinheitlichung im Code.

Download der Ressourcen zum Nachbau des ABA:
ABA_v_RC8_1_ressources