Kathodentester

Hi,

bin gerade dabei, eine einfache Zelle zu bauen, ohne jedwede Zuführungen und Ableitungen die zum testen und quervergleichen von Kathoden etc. dienen soll.

Weitere Bilder davon sind im Wiki zu sehen unter
http://wiki.opensourceecology.de/wiki/Kathodentester

Desweiteren bin ich jetzt auch endlich mal dazu gekommen, Bilder von einer Zelle die Gschnack gebaut hat und die bereits über eine Elektrolytspülung verfügt,

ins Wiki zu setzen unter
http://wiki.opensourceecology.de/wiki/Zelle_von_Gschnack

Gruss, Oliver

Hi,

ich glaube ich habe vorletzte Nacht einen substanziellen Erfolg erzielt, :wink:
mit dem Kathodentester, den ich jetzt endlich fertig gemacht habe.

Wenn (!) ich richtig gemessen habe, dann hatte ich anfangs ca. 3,32 Ampere
und 1.38 Volt.

Bei einer aktiven Kathodenfläche von 8 x 4 = 32cm^2 wären das immerhin
rund 104 Milliampere pro Quadratcentimer !!! Zwar noch kein Rekordwert,
aber doch schon mal ganz ordentlich.

Die Amperezahl ging dann im Verlauf des Experiments über 4 Stunden etwa
um die Hälfte zurück, auf 1,66 Ampere, danach habe ich den Versuch
abgebrochen. Der Rückgang der Amperezahl lässt sich einigermaßen
wahrscheinlich mit Oxidation der Zinkanode erklären.

Ausserdem glaube ich durch den Versuch auch einige weitere interessante
Erkenntnisse gewonnen zu haben, nähere Details dazu unter

http://wiki.opensourceecology.de/Kathodentester

sowie ein „Videomitschnitt“ des Versuchs unter

http://www.youtube.com/watch?v=JhOguVRo7hM

Das Video ist grauenhaft, ich hatte keinen Ständer für die Cam und diese dabei in der Hand gehalten und Mühe, immer das Geschehen zu fokussieren während ich gleichzeitig mit einer Hand am Experiment am rumfummeln war und ausserdem dazu noch gleichzeitig was zu erzählen. Aber zumindest kann man das worauf es ankommt erkennen.

Viel Spass damit und Gruss,
Oliver

Hallo Oliver

Ich hatte gestern 4 ZinkLuft-Knopfzellen gekauft, welche eine Spannung von 1,4V und Strömlinge von 600mAh haben. :wink:
Krass finde ich den Vergleich mit gleichen Knopfzellen aus z.B. Lithium, welche gerademal 150mAh bei gleicher Baugröße hatten.

Irgendwie schon krass, wie man Kunden mit sinnlosen Technologien abzuzocken versucht, vor allem weil man in den Verpackungen 9x Lithium Batterien und 4x Zink-Luft zum gleichen Preis verkauft.

Also nur weiter so, ich würde mich jedenfalls freuen, wenn ich mir eines Tages meine Autobatterie oder auch Solarspeicher gut und günstig selbst bauen könnte :wink:

TF

Hi Sebastian,

die 600mAh von deinen Batterien sind die Kapazität, also die Gesamtmenge an Energie die da drinsteckt bzw. genutzt werden kann.

Die 104 mA/cm² sind damit nicht zu vergleichen sondern eher ein Maß für die Güte der Kathode. Allerdings ein relatives Maß, denn es hängt natürlich auch von der Arbeitsumgebung, also von der Zelle ab.

Das genügt aber für unsere Zwecke, denn nun können wir in dieser definierten Testumgebung auch andere Gaskathoden einsetzen und diese untereinander vergleichen, oder später vielleicht auch mal selbsthergestellte Gaskathoden darüber optimieren.

Das ist auch der Hauptzweck dieser einfachen Zelle und deswegen hab ich das Ding auch Kathodentester genannt, um es von dem eigentlichen Prototyp abzugrenzen. Während dieser mit KOH-Durchfluss und automatischer Zinkzuführung ausgestattet sein wird und damit einer echten Brennstoffzelle entspricht, welche nicht aufhört Energie zu liefern solange der Brennstoff (das Zink) zugeführt wird, handelt es sich beim Kathodentester eher noch um eine Art nachfüllbarer Batterie. OK, das sind Haarspaltereien. Aber jedenfalls richtet sich die Kapazität dieser Batterie nach der Menge des enthaltenen Zinks und wie gut dieses umgesetzt wird. Bislang kennen wir aber die Kapazität unseres Systems noch nicht.

Gruss, Oliver

Hi Oli,
schöne Fortschritte!
Die Kurzschlussstrommessung ist nicht so gut, weil die Messung nicht niederohmig genug ist. Mach da mal dicke Kupferlitzen an die Zelle. Keine Krokoklemmen bei der Strommessung. Schon 0.1 Ohm können theoretisch einen Messfehler von 1000% verursachen :wink:
Ich weiss nicht ob ich das schonmal erklärt habe: Die Spannung ist nur die unbelastete Leerlaufspannung und der Strom hat keine Leistung, denn beim Kurzschluss liegen 0V an. Besser vergleichbar wäre die Leistung zu messen, noch besser das nicht konstant sondern in Abhängigkeit vom Entladestrom die Kapazitätswerte zu bestimmen.

@Oliver
Stimmt, hast natürlich recht, wie dumm von mir :wink:

Hi Alex,

Ich hab statt dicker Kupferlitze die Verbindungen mit mehreren Krokoklemmen gemacht um den Kabel-Durchmesser zu vervielfachen. Hat auch was gebracht, ich konnte einen Unterschied von rund 20% feststellen.

Ich weiss nicht ob ich das schonmal erklärt habe: Die Spannung ist nur die unbelastete Leerlaufspannung und der Strom hat keine Leistung, denn beim Kurzschluss liegen 0V an. Besser vergleichbar wäre die Leistung zu messen, noch besser das nicht konstant sondern in Abhängigkeit vom Entladestrom die Kapazitätswerte zu bestimmen.

Ja, Du hattest das schonmal angeschnitten, das war die Sache mit den C-Werten, C1, C2 usw. Da ich die genaue Kapazität noch nicht kenne, kann ich nur versuchen mich durch Schätzung (basierend auf der vewendeten menge an Zink) da heranzutatsten, allerdings ist mir noch nicht ganz klar, wie ich die gezielte Entladung und Messung derselben berwerkstellige.

Insbesondere hab ich eine Denkblockade bei der Art des Verbrauchers. Ich hab hier Widerstände von 10K, 1K, 100 Ohm, 10 Ohm und 1 Ohm, welchen davon soll ich nehmen ? Mein Denkproblem ist folgendes: Eigentlich würde ich meinen, fällt an einem großen Widerstand viel Spannung ab und wird wenig Strom durchgelassen (zumindest zeigte die Messung das), welcher als Verlustleistung in Wärme umgewandelt wird, also großer Widerstand = großer Verbraucher.

Andererseits ist die schnellste Art eine Batterie zu entladen ein Kurzschluss, bei welchem der Widerstand quasi unendlich klein wird. Also müsste mir ein niederohmiger Widerstand besser helfen, die Batterie recht schnell, also etwa binnen einer Stunde (=C1) leerzukriegen.

Nachdem ichs den ganzen Tag abwechselnd mit 1K, 100 Ohm und 10 Ohm versucht hatte, ohne das ich nennenswerte Abschwächungen feststellen konnte, versuche ichs im Moment gerade mit 1 Ohm (d.h., ein extrem dicker Kupferdraht mit diesem Widerstand, hat glaubich 4.2 qmm Querschnitt) und jetzt rührt sich anscheinend langsam was :wink:

Bleibt noch die Frage, wie soll ich am besten messen und welche Größe ?

Im Moment messe ich direkt Ampere, indem ich das Messgerät in Reihe mit dem Verbraucher geschaltet hab. Ich glaub das hattest Du auch damals so empfohlen.

Ich könnte aber auch noch die Spannung über dem Verbraucher messen.

Und ich könnte ausserdem noch zu jedem Zeitpunkt X an dem ich die Messwerte notiere, die aktuelle Klemmenspannung messen - bisher hat sich da noch nix geändert, aber irgendwann muss die ja auch mal runtergehen.

Wenn ich diese Spannungsmessungen mache, ist das ok ein zweites Messgerät da zusätzlich dranzuklemmen, d.h., ohne, dass dieses die Ampermessung stört ? Ih könnte natürlich auch zu jedem Messzeitpunkt an dem ich die Werte notiere, die Amperemessung in Reihe kurz abklemen, Spannungmessen und danach wieder umklemmen, aber ich hab festgestellt das jede Unterbrechung des Messvorgangs zu Erholungseffekten der Batterie führt, also einen Einfluss auf die Messung hat.

Besser vergleichbar wäre die Leistung zu messen, noch besser das nicht konstant sondern in Abhängigkeit vom Entladestrom die Kapazitätswerte zu bestimmen.

Meinst Du damit bei wechselnden Lasten ? OK, ich könnte mir vorstellen, mittels eine uC-gesteuerten Relais zwischen 1 Ohm, 10 Ohm, 100 Ohm und 1KOhm in- und her zu schalten, sowas in der Art vielleicht ?

Und wo wie gerade schonmal dabei sind: Es ist ja ohnehin abzusehen, dass für dieses Projekt häufig solche Messungen durchgeführt und Kennlinien, Entladungskurven usw. erstellt werden müssen, da wäre es doch angebracht, eine kleine Messchaltung aufzubauen die automatisch die Kurven erstellt und mittloggt. Ich habmir neulich mal ne einfache Arduinoschaltung gemacht, um den Ladungszustand eines 12V Blei-Akkus anhand der Spannungsmessung grob zu bestimmen. Das Prinzip schien zunächst einfach, ein Spannungsteiler aus zwei Widerständenan einen Analogeingang vom Arduino. Das Problem war dann die Messungenauigkeit, die in den Nachkommastellen gravierend Abweichungen zeigte (gegenüber der Direktmessung mit Messgerät). Ich habs dann schliesslich geschafft das irgendwie hinzufrickeln, indem ich die verwendeten Widerstände mit dem Messgerät gemessen habe, anstatt mich auf deren „Nennwert“ zu verlassen, und diese Abweichung im programm berücksichtigt habe. Seitdem zeigt die Schaltung exakt das Gleiche wie auch das Messgerät, einschliesslich der Nachkommastellen und zwar hochaufgelöst im Bereich zwischen 10.5V und 14V (das ist der für die Bleiakku-Ladung relevante Bereich).

Na, wieauchimmer, im Grunde könnte man das Ding doch schon verwenden, d.h., ich könnte die Klemmspannung direkt an einem Analogport messen, da diese niemals höher als 1.6V liegen kann (bei einer Monozelle) und er Analogeingang bis zu 5V verträgt. Und meinetwegen noch die Spannung über dem Verbraucher an einem zweiten Analogeingang.

Und denn halt die Messung des Entladestroms über eine Spannungsmessung mit einem Shunt-Widerstand parallel zum Verbraucher an einem dritten Analogeingang. Wobei mir vor allem letzterer Punkt noch nicht so ganz klar ist, aber ich glaub,m auch da bräuchte ich keinen Spanungsteiler !?.

Also, soweit die grobe Idee, was mir am meisten unklar ist, das ist der genaue Schaltungsaufbau des eben beschriebenen, also quasi das Messinterface. Die Sammlung der Daten im Arduino und Auswertung und grafische Aufbereitung der Kurven etc. ist alles kein Problem.

Ich könnte ja mal versuchen, die Messschaltung als Skizze darzustellen und vielleicht könntest Du da mal drüberschauen und ev. noch Korrekturen vorschlagen, ok ?

Gruss, Oliver

PS: Ich seh gerade, sowas ähnliches gibts schon, und zwar hier http://electronics-diy.com/70v_pic_voltmeter_amperemeter.php und hier http://wiki.happylab.at/w/Arduino_VoltAmmeter , sowas in der Art schwebt mir vor, aber vielleicht noch besser angepasst an einen engeren Messbereich und dafür mit einer besseren messauflösung.

ich glaub ich hab grad noch was besseres gefunden, unter

http://www.komputer.de/wordpress/archives/358

ich glaub das werd ich nehmen.

Anstatt dem Mosfet könnte man auch ein Relais verwenden.

Gruss, Oliver

So, das mit dem 1 Ohm Widerstand hat funktioniert. Hab dabei die Ampere in Reihe gemessen. Allerdings ist da die Zelle vorher schon ein paar Stunden gelaufen mit größeren Widerständen. Wieauchimmer, hier die letzten 3 Stunden:

23:20 1,22A
00:09 1,12
00:28 1,05
01:30 0,86
01:40 0,82
02:18 0,76
02:31 0,72
02:36 0,69

Es ist verblüffend, ich hab das gradmal in ein Diagramm gezeichnet, da kann ich eine absolut exakte Gerade durchlegen, die Abnahme ist linear.

Grob zusammengerechnet kann man sagen, in der ersten Stunde wurden im Schnitt 1,10 A geliefert, in der zweiten ca. 0,8A und in der dritten 0.7A. Das macht, wenn ich richtig rechne rund 2,7 Ah, die in dem Teil gesteckt haben und es ist ja auch noch nicht ganz leer, also vielleicht rund 3 Ah. Allerdings leider nicht bei gleichbleibender Voltzahl. Die hab ich leider nicht mitgemessen, erst am Schluss, und die (Klemmspannung) betrug am Anfang noch 1.3V und ging dann aber runter bis auf 0,15V um 01:30 und 0.12V um 02:30. Wenn ich das mal im Durchschnitt mit einem Mittelwert von 0,7V einschätze, dann wäre jetzt insgesamt eine Leistung von 1.82 Wh geliefert worden, vorausgesetzt die Voltzahl wäre ähnlich linear abgesunken. Das entspräche ungefähr einer AA Batterie mit 1500 mAh.

Gruss, Oliver

Ich bin auf jedenfall an Deiner Zink Luft Batterie sehr interessiert, als Zwischenspeicher für elek. Energie , diese können wir sowohl in der Windkraft als auch in der Solarthermie nutzen.

Hallo zusammen,

ich komm grad nicht weiter, kann mir vielleicht einer von Euch auf die Sprünge helfen ?

Ich möchte gerne folgende Schaltung realisieren:

Die Schaltung hab ich dem Link drei Beiräge weiter oben entnommen und soll dazu dienen, einen Akku oder eine Batterie (oder eben meine Zelle) gezielt und kontrolliert zu entladen und dabei die entahltene Kapazität an Strom in Intervallen zu bestimmen.

Rechts ist die Batterie. R ist ein Lastwiderstand von 1.5 Ohm. Darunter befindet sich ein Mosfet. Im Link wird ein IRFZ45N verwendet, ich habe bei mir einen BUZ11, den ich vorrätig hatte verwendet.

Vor und nach dem Lastwiderstand befindet sich jeweils ein Messpunkt, welcher an den Analog-Eingang A0 und A1 beim Atmel (bzw. Arduino) angeschlossen ist. D0 ist ein digitaler Ausgang, über welchen den Mosfet amAfang der Messung eingeschaltet und am Ende, also z.B. bei Erreichen einer Entlade-End-Spannung (oder meinetwegen auch wenn die Zelle völlig leer ist) wieder ausgeschaltet wird.

Dazwischen wird über den einen Analogeingang die Leerlaufspannung der Batterie sowie die Klemmspannung bei eingschaltetem Lastwiderstand bestimmt und die Differerenz aus beiden geeilt durch den Widerstand ergibt die jeweilige Stromstärke, welche in Intervallen aufsummiert wird, so dass man am Ende über die Gesamt-Zeit die Kapazität erhält.

Theoretisch sollte diese Schaltung funktionieren, zumindest habe ich im Internet weitere Schaltungen nach dem gleichen Prinzip gefunden.

Bei mir funktionierts aber irgendwie nicht, d.h., genauer gesagt kriege ich nicht beide Spannungen gleichzeitig gemesen, als Klemmspannung wird immer 0V angezeigt.

Was mich auch vom Prinzip her nicht wundert, denn wenn ich es richtig verstehe, dann fungiert der Mosfet hier wie ein digital betriebener Schalter, welcher den Lastwiderstand mit GND verbindet und damit quasi aktiviert oder eben die Verbindung unterbricht und ihn damit inaktiviert.

Um etwaige Fehler und Probleme mit dem Mosfet auszuschliessen, hab ich ihn daher wieder ausgelötet und beide möglichen Schaltzustände einfach durch eine direkte Verbindung oder Unterbrechung derselben simuliert und dabei mit zwei Voltmetern gleichzeitig anbeiden Messpunkten die Spannung gemessen, so dass sich folgende Schaltung(en) ergab(en) (die beiden Volmeter entsprechen dabei im Grunde dem Arduino):

Bei geöffnetem Schalter bzw der Verbindung wird auf beiden Voltmetern die Leerlaufschaltung angezeigt.

Bei geschlossenem Schalter wird auf dem einen Voltmeter die Spannung über dem Widerstand angezeigt und auf dem anderen Voltmeter 0V, was mich auch nicht weiter wundert, weil ja beide Anschlusspunkte des Voltmeters direkt nebeneinander, also quasi auf demselben Potential liegen.

Bei geschlossenem Schalter Leerlauf- und Klemmspannung gleichzeitig messen zu können kann also demnach gar nicht funktionieren. Trotzdem scheint das aber in der Vorlage der Fall zu sein und auch in dem dazugehörigen Programm wird direkt nacheinander erst der eine und dann der andere Analogeingang abgefragt und damit U_Batterie und U_Fet bestimmt. Es ist also nicht etwa so, dass das eine bei geöffnetem und das andere bei geschlossenem Schalter bestimmt wird, was mir noch halbwegs einleuchten würde.

Wo liegt mein Fehler oder mein Denkfehler ? Gibt es vielleicht bezüglich des Mosfets noch irgendeine besondere Eigenschaft welche die Sache beeinflusst ? Ich weiss z.B. das der Mosfet, wenn er einmal eingeschaltet wurde, auch eingeschaltet bleibt, selbst wenn man die Digital_out-Verbindung unterbrechen würde, er schliesst erst dann wieder, wenn das Gate auch wirklich gegen 0V gezogen wird. Aber das dürfte eigentlich egal sein, weil er laut Programja ohnehinnicht während der Messung ausgeschaltet wird der Digitalausgang wird nur in jedem Schleifendurchlauf des Main-Loops immer wieder erneut auf High gesetzt.

Und andererseits habe ich die Sache ja extra auch ohne Mosfet aufgebaut und auch da kann ja eigentlich nur auf dem einen Voltmeter immer nur 0V anliegen.

Kann mir einer erklären, was das Problem ist, oder wo ich falsch liege ?

Gruss, Oliver

Der MOSFET hat einen (R_DSon > 0 Ohm) und somit einen Widerstand, wenn er im leitenden Zustand ist und voll durchgeschaltet. Der Shuntwiderstand (1.5 Ohm) wird da differentiell gemessen, damit man bei der Messung parasitäre Widerstände (wie vom Kabel und vom Halbleiter) nicht beachten muss. Die Schaltung ist also voll okay.

Beachte, dass Vcc vom Controller möglichst konstant und präzise sein sollten, da der ADC Vcc als Referenzspannung nimmt. Der Messfehler vom MOSFET (Promille) ist bei dem Strom zu vernachlässigen im Gegensatz zu der Genauigkeit von der Versorgungsspannung (10 Prozent bei USB, am Ausgang des USB-Host muss die Spannung zwischen 4,65 V und 5,25 V liegen).

Sidenote: Der BUZ11 ist kein logic level type, aber ist mit Ugs=5V wohl hinreichend bei den niedrigen Strömen.