Kathodentester

Ein Brennstoffzellen-ähnliches System zur langfristigen Energiespeicherung / A semi-fuelcell system for energy storage
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case
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Re: Kathodentester

Beitrag von case » Do 21. Mär 2013, 04:20

Hallo zusammen,

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

Ich möchte gerne folgende Schaltung realisieren:

Bild

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):

Bild

Bild

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
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shure
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Re: Kathodentester

Beitrag von shure » Do 21. Mär 2013, 15:07

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.
“With great power come great heat sinks.”

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