Akkutester ELV HET-20 -Kurzvorstellung-

[Hiltihome]

Hallo,

kürzlich habe ich mir einen Akkutester aufgebaut, aus einem Bausatz von ELV.
Der HET-20 kann Einzelzellen mit 0,5A bis 20A entladen und eignet sich für Lithium-Ionen Akkus, Lithium-Polymer Akkus,
Blei Akkus, NiMh und NiCa -Akkus.
Als Besonderheit verfügt das Gerät über ein Vierleitersystem, mit separaten Messleitungen, direkt zum Akku.
Es werden Leerlaufspannung, Lastspannung, Ladestrom, Leistung, Energie und Innenwiderstand erfasst und aufgezeichnet.
Das Gerät wird über ein 12V Steckenetzteil versorgt und hat eine serielle Schnittstelle, die mit einem PC verbunden werden kann.
Mit der kostenlosen Software LogView lassen sich die Messwerte darstellen.
Auch ohne PC zeigt der HET-20 die Messwerte in seinem Display an.

Der Aufbau des Bausatzes ist nicht sehr schwierig, aber kein Anfängerprojekt.
Man sollte im löten geübt sein und ein gute Lötstation besitzen, besonders wenn man die Display und Bedieneinheit im rechten Winkel montieren möchte, so wie ich es gemacht habe.

Bau und Bedienungsanleitung

Mit den starren Litzen, die mitgeliefert werden, war ich nicht zufrieden.
Deshalb habe ich hochflexible 2,5mm² Messleitung und die Sensleitung in einen Silikonisolierschlauch eingezogen.
Am Ende ist jeweils ein Reinsilberplättchen 7x1mm angelötet, das den Kontakt zum Akku herstellt.
Die Leitungen sind in eine Zwinge von LUXtools eingeführt, die dazu durchbohrt wurde.
Das ergibt eine handliche Akkuhalterung, die sicher und niederohmig Kontakt gibt.
Bei 5A Entladestrom beträgt der Spannungsabfall nur 12mV pro Leitung.
Das ergibt insgesamt nur 5mOhm Einfügewiderstand für die Akkuhalterung incl. Kabel und Kontakten.

Als erster Kandidat wurde ein 4Sevens 26650/4000mAh protected Akku gemessen.
Das Diagramm zeigt den Verlauf der Lastspannung und die Energie in Wattstunden, über der Zeit.
Die anderen Messwerte lassen sich ebenfalls darstellen und einblenden.
Der 4Sevens ist ein guter Akku mit ~4000mAh, bei 3A Entladestrom und 56mOhm Innenwiderstand.
Maximaler Entladestrom war 7A, die Überstromabschaltung erfolgte bei 8A.

Leider war das der einzige protected Akku, den ich messen konnte.
Bei allen anderen protected Akkus hat sofort die Schutzschaltung des Akkus angesprochen,
sobald die Messung gestartet wurde. Egal, wie hoch oder niedrig der Entladestrom eingestellt war.
Unprotected Zellen lassen sich problemlos messen.


Wer hat auch so einen Entlader/Tester und kann über seine Erfahrungen berichten?



Heinz

Von lightwolff habe ich bereits einige Anregungen, wie man die Schaltung modifizieren könnte, um den hohen Stromimpuls, beim Start des Entladevorgangs, zu unterdrücken.

 

[balloonix]

Ich habe das gleiche Gerät und das gleiche Problem. Im TLF haben wir das diskutiert und ich habe ein paar Messungen gemacht. An einem ungeschützten CGR18650K flossen beim Start für eine Millisekunde dann über 100A. Ursache dürfte das PWM Signal vom µC sein. Das hat ständig ein Tastverhältnis von ca. 0,05. Damit liegt eine Stromanforderung von 0,5A vor, aber T4 ist durchgeschaltet und damit ist die Entladung nicht frei gegeben. Wenn T4 dann sperrt um die Entladung zu starten, gibt es erst einmal für eine Millisekunde den vollen Strom, ehe die Regelung sich dann nach ein paar Millisekunden auf die 0,5A einregelt. Das Tastverhältnis des PWM Signal wird dann schrittweise erhöht bis der eingestellte Strom fließt. Es gibt also einen Sanftanlauf, der aber nicht bei null beginnt. Das Voltmeter zeigt im Ruhezustand an PIN 6 des IC2 ca 45mV, an Pin 5 ca 65mV. Das Tastverhältnis sollte also im Ruhezustand niedriger sein oder ganz auf null, dann sollte das Problem behoben sein. Abhilfe könnte auch ein Kondensator parallel zu R24 bringen. Aber T4 wird nicht nur für die Freigabe gebraucht. Beim Entladen wird darüber auch regelmäßig die Entladung unterbrochen um die LL Spannung zu messen. MAn würde dann also die Messung der LL-Spannung und Impedanz verlieren. Ich behelfe mir im Moment damit, das ich beim Entladestart kurz einen ungeschützten Hilfsakku dazu nehme. Ich habe jetzt eine Mail an ELV geschrieben, vielleicht gibt es ja bals ein Firmwareupdate.

 

[Hiltihome]

...Man könnte mit dem Freigabesignal für T4 auch das gefilterte PWM-Signal durch einen weiteren Transistor auf low zwingen. Das sollte das Problem beheben, falls es kein Firmware-Update gibt. Ist halt HW-Bastelei.

Den Gedanken verstehe ich.
Mit der Dimensionierung des nötigen Spannungsteilers, oder notfalls nur Vorwiderstands, an der Basis des Transistors,
bin ich aber derzeit überfragt.
Der Transistor müsste sicher durchsteuern, ohne dass der zulässig Basisstrom und Kollektorstrom überschritten werden, sonsts rauchts.

Im Betrieb ist mir aufgefallen, dass sich R8 erheblich erwärmt, wenn die Displaybeleuchtung an ist.
Das ist normal und kein Grund zur Sorge.
Aufgefallen ist aber auch, dass sich der Entladestrom kurzzeitig verändert, wenn die Beleuchtung an, oder aus geht.
(Ich habe 30sek. Leuchtdauer eingestellt)
Bei 3A Entladestrom steigt der Wert auf 3,04A, oder fällt auf 2,96A.
Es dauert höchsten 10sek. bis sich der Sollwert wieder eingestellt hat.

Ebenfalls aufgefallen ist mir, dass die Abschaltspannung die Leerlauspannung des Akkus ist und nicht die Lastspannung.
IMPO ein Schönheitsfehler. Wenn man es weiß, kann man die Entladeschlussspannung um 0,1V bis 0,2V höher einstellen.
Das hängt vom Innenwiderstand des Akkus ab. Hoher Innenwiderstand: 0,2V.

Auf ein Firmware Update braucht man nicht hoffen. ELV hat bereits erklärt, dass kein FW-Update geplant ist.
Wäre auch nicht selbst einspielbar, da keine passende Schnittstelle aus dem HET-20 heraus geführt ist.

Ich hoffe auf eine Hardware Lösung von ELV, oder von einem findigen Elektronik Spezialisten,
da meine eigenen Kenntnisse eingerostet sind und ich auch keine Bauteile für Experimente mehr habe.

Eine wenig elegante Lösung wäre ein Taster, mit dem man einen Kondensator parallel zu R24 schaltet.
Den Taster müsste man drücken und gedrückt halten, bevor man den Entladevorgang startet.
Nach höchstens einer Sekunde könnte man den Taster los lassen und der Entladevorgang würde normal ablaufen.



Heinz

 

[Hmblgrmpf]

a) Einfach gegen GND kurzschließen.
Das kann ein NPN-Transistor oder N-FET parallel zu R20/C9/C10 besorgen. Nennen wir ihn T20. Der muss durchschalten, solange T4 gesperrt ist. Also müsste man ihn mit dem invertierten "EIN"-Signal ansteuern. Bisschen umständlich.

Ist das "EIN"-Signal nicht schon invertiert?

Vielleich sollte T20 aber nicht direkt an R20/C9/C10 angeschlossen werden sondern hinter einem zusätzlichen Widerstand zwischen R20/C9/C10 und dem Opamp-Eingang. Wenn der deutlich größer ist als R20 ändert sich die Spannung über C10 beim Schalten des Transistors nur langsam und wenig, die Spannung am Opamp Eingang aber schnell.

 

[Hmblgrmpf]

Bei den hohen Strömen, die hier im Entladestromkreis auftreten können, ist es vielleicht ratsam zumindest den Schaltungsteil um den Entladestromregler zu simulieren. Ich habe mich damit bisher leider kaum beschäftigt. Mein erster Versuch mit mit LTspice und dem ELV Schaltungsteil (mit in LTspice willkürlich gewähltem Opamp und MOSFET) brachte prompt deutlich über 100 A hohe Stromspitzen zu Beginn der Entladung bei 4 V Akkuspannung.
Müssten die nicht eigentlich auch nach jeder Entladeunterbrechung zur Leerlaufspannungsmessung auftreten?

 

[Hiltihome]

Gut, dass ich noch nicht zum Cutter und Lötkolben gegriffen habe.

So eine Simulation hat was.

An diesem WE bin ich ausgebucht, werde aber demnächst die harmlose Variante, mit Kondensator und Taster, testen.
Dabei wird es wenigstens nicht rauchen, hoffe ich.

Bevor ein ernsthafter Eingriff in die Schaltung kommt, möchte ich abwarten, ob ELV eine Lösung vorschlägt.
Die haben genug von den HET-20, um einige zu opfern...
Das Gerät ist zwar nicht sehr teuer, aber es wäre dennoch schade, wenn es raucht.
Der Aufbau, wenn man ihn sorgfältig macht, ist nämlich nicht in den 1,25 Stunden erledigt, die ELV angibt.
Zumindest nicht beim ersten Exemplar.


Danke an die Mitglieder, die sich hier engagiert und kompetent eingebracht haben.



Heinz

 

[Hmblgrmpf]

Mein HET-20 Bausatz, der seit Jahren schon hier rumlag, ist endlich zusammengebaut und eine erste einfache Lösung für das Problem beim Messen geschützter Akkus ist auch gefunden.

Mein erster Versuch zur Problemlösung hatte nicht funktioniert. Ich hatte den 10 Megaohm Widerstand R13 durch einen 6.8 M ersetzt um vor der Entladung die Spannung am invertierenden Eingang des Opamps leicht über die am nicht invertierenden zu bringen. Der Strom-Abgleich lief problemlos aber nach Start einer Entladung wurde nicht entladen und das Gerät zeigte auch einen Entladestrom von Null Ampere an. Die Firmware (bei mir Version 1.5) scheint mit der Verzögerung mit der der Strom hochläuft nicht zurechtzukommen. Ich musste den Original 10 M Widerstand wieder einbauen.

Der zweite Versuch war dann erfolgreich: ein zusätzlicher 10 M Widerstand vom "EIN"-Signal zum invertierenden Eingang des Opamps. Ich hab mir die Sache noch nicht mit dem Oszilloskop angesehen aber kurze Tests mit verschiedenen Trustfire, Ultrafire und AW Akkus liefen problemlos und der angezeigte Entladestrom stimmte auch in etwa mit dem vom Multimeter angezeigten überein. Wegen der regelmäßigen Entladeunterbrechungen ist mit einer exakten Übereinstimmung nicht zu rechnen.
Den zusätzlichen 10 M Widerstand kann man einfach an R23 und C11 anschließen: am R23 an der Seite die zum Akku- Anschluss zeigt und an C11 am in Richtung Anzeige gelegenen Lötpad.

 

[Hmblgrmpf]

Wie lange ist diese Unterbrechung zum Messen?
Evtl. kurz genug, dass der Regler nicht allzu weit hochläuft und deshalb keine oder nur sehr kleine Stromspitzen auftreten

Die Entladung wird alle 500 ms für 0,9 ms unterbrochen. Die Stromspitzen nach den Unterbrechungen sind viel kleiner als das Riesending zu Beginn des Entladevorgangs.
Bei einem eingestellten Entladestrom von 4 A beginnt die Entladung etwa so:

Aufgezeichnet ist die Spannung über einem 0,1 Ohm Widerstand zwischen HET-20 und einem auf 4 V eingestellten Netzteil.

Wie oben beschriebem modifiziert fällt die erste Stromspitze weg und der Entladestrom steigt etwas langsamer auf den Sollwert an:

 

[Hiltihome]

Hallo,

da ich keinen 10MOhm Widerstand vorrätig hatte, habe ich mir die Wartezeit mit Elkos über R24 vertrieben.
Ein 100μF temporär parallel zu R24 reichte, um den Stromimpuls so weit zu unterdrücken, dass bei protected Akkus mit zwei MOSFETs die Schutzschaltung nicht mehr angesprochen hat.

Zu früh gefreut:
Bei Akkus wie dem Efest 2600mAh, der nur einen MOSFET hat und für 2,5A Enladestrom ausgelegt ist, hat die Schutzschaltung jedes Mal angesprochen. Selbst ein 1000μF Kondensator konnte daran nichts ändern.
Sehr wahrscheinlich sind die Stromimpulse, nach den kurzen Entladepausen für die Ermittlung der Lerrlaufspannung, weiterhin zu hoch für das PCB.

Panne gehabt:
Das Ergebnis von mehrmaligem an und ablöten von Kondensatoren war ein geschrotteter R24...
Von einer 3COM Netzwerkarte konnte ich einen mechanisch noch kleineren Widerstand gewinnen und in den HET-20 einlöten.
Der HET-20 hat zum Glück überlebt, da ich vor der Inbetriebnahme gemessen habe, ob in der Region noch alles in Ordnung ist.

Erfolg:
Dank der Mithilfe vieler kompetenter Forenmitglieder, ist eine funktionierende Lösung gefunden.
Ein 10MOhm Widerstand, nach der Empfehlung von Hmblgrmpf eingelötet, lässt den HET-20 nun auch mit "empfindlichen" Akkus funktionieren.
Eine Entladung des Efest 2600mAh, mit 2,5A, läuft gerade...


Dank:
Danke an Hmblgrmpf und alle, die hier mitwirken.


Heinz

Das Thema HET-20 ist aber noch nicht ganz erledigt.
Noch steht die Reaktion von ELV aus, die den Entlader modifizieren müssen, damit er mit protected Akkus klar kommt.
Eine Ungereimtheit ist auch noch die Abschaltung nach Leerlaufspannung, statt nach Lastspannung
und der springende Entladestrom, wenn die Dispalybeleuchtung ein, oder aus schaltet.

 

[Hiltihome]

Hallo,

das ELV HET-20 ist nicht mehr bei ELV gelistet und anscheinend auch sonst nirgends mehr lieferbar. Schade.

Die Beschreibung findet sich noch im Google-Cache vom 16.Jan.2013
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Heinz

Im ersten Post habe ich einen Link zu Reinsilberronden und die Messwerte der Akkuzwinge eingefügt.
Nur 5mOHm Einfügewiderstand, incl. Litzen und Kontakten.