Lithium-Akku-Monitor LAM 5
Aus ELVjournal
04/2006
0 Kommentare
Technische Daten
| Geeignete Akku-Technologie | Lithium-Ionen, Lithium-Polymer |
| Zellenzahl | 1 bis 5 (konfigurierbar) |
| Anzeige | LC-Display (Spannung, Energieinhalt in 5-%- Abstufungen, grafische Symbolanzeige) |
| Bedienung | 2 Miniatur-Taster |
| Ladeschluss- und Entladeschluss-Spannung | konfigurierbar |
| Betriebsspannung | 3 bis 21 V |
| Stromaufnahme | <50 μA |
| Abmessungen (Platine) | 31 x 23 mm |
Diese
kleine Schaltung zeigt den aktuellen Energieinhalt von Lithium-Akkus in
Prozent und in grafischer Form auf einem Display an. Unnötige,
lebensdauerverkürzende Ladevorgänge können dadurch vermieden werden.Allgemeines
Lithium-Akkus,
insbesondere die modernen Lithium-Polymer-Zellen, setzen sich sowohl im
Consumer-Bereich als auch im Modellbau-Bereich aufgrund der Vorteile,
wie geringes Gewicht, hoher Energieinhalt und geringe Selbstentladung,
mehr und mehr durch. Nachteilig sind die nach wie vor hohen Preise für
diesen modernen Zellentyp und die hohe Empfindlichkeit gegenüber
Überladung und Tiefentladung. Da der aktuelle Füllstand eines Akkus oder
Akku-Packs aber in der Regel nicht bekannt ist, wird oft schon
nachgeladen, obwohl noch eine ausreichende Nutzungsdauer zur Verfügung
stehen würde. Abgesehen von dem damit verbundenen Aufwand verkürzt jeder
Ladevorgang die Lebensdauer des teuren Akkus. Wünschenswert ist daher,
jederzeit eine Information über den aktuellen Füllstand des Akkus zu
haben, um die verbleibende Nutzungsdauer kalkulieren zu können. Der
Lithium-Akku-Monitor LAM 5 ist für den universellen Einsatz ausgelegt
und kann sowohl in Verbindung mit Lithium- Einzelzellen als auch an bis
zu 5 in Reihe geschalteten Zellen betrieben werden. Aufgrund der äußerst
geringen Stromaufnahme kann die Schaltung ständig mit dem Akku
verbunden bleiben.Angezeigt
wird der aktuelle Füllstand des Akkus von 0 % bis 100 % in 5-Prozent-
Abstufungen. Des Weiteren kann direkt die Akkuspannung angezeigt werden,
wobei mit einem Taster zwischen der Spannungsanzeige und der Anzeige
des Füllstandes in % beliebig umgeschaltet werden kann. Eine zusätzliche
grafische Balkenanzeige in 20-Prozent-Abstufungen steht ständig zur
Verfügung. Zur Anpassung an die individuellen Betriebsbedingungen können
die Zellenzahl, die Ladeschluss-Spannung und die maximal zulässige
Entladespannung (0-Prozent-Anzeige) individuell konfiguriert werden. Die
Konfigurationsdaten werden in einem nicht flüchtigen Speicher (EEPROM)
gespeichert und bleiben auch bei Spannungsausfall erhalten. Im Gegensatz
zu anderen Akku-Systemen kann bei Lithium-Zellen aufgrund der
Leerlauf-Zellenspannung eine Aussage über den aktuellen Ladungsinhalt
gemacht werden. Da zur Füllstandsanzeige bei diesem Akkutyp die
Erfassung der Lade-/Entladeströme nicht erforderlich ist, ist die
Realisierung der Schaltung recht einfach möglich. Es ist nur noch die
Erfassung der Leerlaufspannung und eine Umrechung in Prozent
entsprechend der vorgenommenen Konfiguration erforderlich. Die Belastung
des zu überwachenden Akkus durch die Schaltung kann aufgrund der
äußerst geringen Stromaufnahme von ca. 50 μA vernachlässigt werden. Der
Anwender muss somit keine nennenswerte Verringerung der Betriebsdauer in
Kauf nehmen. Bedienung und Konfiguration
|
| Konfiguration der Zellenzahl |
|
| Bild 1: Typischer Entladespannungsverlauf einer Lithiumzelle |
Schaltung
|
| Bild 2: Schaltbild des LAM 5 |
Die
mit relativ wenig Aufwand realisierte Schaltung des
Lithium-Akku-Monitors LAM 5 ist in Abbildung 2 dargestellt. Zentrales
Bauelement der Schaltung ist dabei der Single- Chip-Mikrocontroller IC
1, der mit wenig externer Beschaltung auskommt. Über 8 Segmentleitungen
und 4 Com- Leitungen ist das Display (LCD 1) direkt mit dem
Mikrocontroller verbunden, der zur Messwerterfassung mit einem
integrierten A/D-Wandler ausgestattet ist. Das EEPROM IC 3 speichert die
Konfigurationsdaten und ist über den I2C-Bus (SDA, SCL) mit dem
Mikrocontroller verbunden. Dabei handelt es sich um eine unidirektionale
Taktleitung (SCL, Pin 6) und eine bidirektionale Datenleitung (SDA, Pin
5). Die Widerstände R 1 und R 2 dienen in diesem Zusammenhang am Bus
als „Pull-ups“. Für das interne Zeitmanagement verfügt der Controller
über 2 integrierte Taktoszillatoren, die extern an Pin 7 und Pin 8 sowie
an Pin 10 und Pin 11 zugänglich sind. Der mit einem
4,19-MHz-Keramikschwinger beschaltete schnelle Oszillator an Pin 7 und
Pin 8 ist nur während der Messwerterfassung aktiv. Um den
Energieverbrauch auf ein Mindesmaß zu reduzieren, arbeitet der
Controller während der überwiegenden Zeit mit dem langsamen Uhrenquarz
(Q 2) an Pin 10 und Pin 11 des Bausteins. Hier sind zusätzlich noch die
Kondensatoren C 1, C 2 und der Widerstand R 12 erforderlich. 
|
| Bild 3: Interner Aufbau des Spannungsüberwachungsbausteins BD4823G |
Nachbau
|
| Bild 4: Die Glasnase des Displays muss nach oben zeigen |
|
| Ansicht
der fertig bestückten Platine des LAM 5 mit zugehörigem
Bestückungsplan, oben von der Bestückungsseite, unten von der Lötseite |
Fachbeitrag online und als PDF-Download herunterladen
Inhalt
Sie erhalten den Artikel in 2 Versionen:
als Online-Version
als PDF (3 Seiten)
Sie erhalten folgende Artikel:
- Lithium-Akku-Monitor LAM 5
- 1 x Journalbericht
- 1 x Schaltplan
Hinterlassen Sie einen Kommentar:
Videos
