{"id":661,"date":"2017-03-26T21:33:17","date_gmt":"2017-03-26T20:33:17","guid":{"rendered":"http:\/\/skunklog.de\/?p=661"},"modified":"2021-01-24T20:14:53","modified_gmt":"2021-01-24T19:14:53","slug":"primaerzellenentladelogger","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/skunklog.de\/?p=661","title":{"rendered":"Prim\u00e4rzellenentladelogger"},"content":{"rendered":"

Die Frage ist,
\nwo sind die Unterschiede bei Batterien? Wie verhalten sie sich unter bestimmten Bedingungen und vor allem: sind die Alkaline-Teile aus dem Discounter f\u00fcr schlappe 1,59\u20ac pro 8 St\u00fcck wirklich schlechter als die k\u00fcrzlich von mir gekauften Edelteile zu 6,99\u20ac pro 4 St\u00fcck? Das ist fast der neunfache (in Worten: neunfache!) St\u00fcckpreis. Im Vergleich zu den Zink-Kohle-Zellen (8 f\u00fcr 1\u20ac) ist dies sogar fast der Faktor 14. Bisweilen wird man ohnehin von dem Gef\u00fchl beschlichen, als zahlender Konsument wo immer es geht, \u00fcbers Ohr gehauen zu werden. Schau mer mal, ob das auch hier der Fall sein k\u00f6nnte.<\/p>\n

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es kommt drauf an, was drin ist<\/figcaption><\/figure>\n

Die Messungen laufen.<\/p>\n

Nicht ganz knusper?<\/h3>\n

In der Freizeit Batterien entladen? Bescheuert. So k\u00f6nnte man das sicher sehen und wenn ich dar\u00fcber nachdenke, kann ich fast zustimmen. Andererseits fallen mir spontan einige Besch\u00e4ftigungen ein, mit denen auch andere ihre freie Zeit vermeintlich sinnlos verprassen. Rasenballsportarten am 60-Z\u00f6ller verfolgen zum Beispiel. Oder dabei zusehen, wie andere auf k\u00fcnstlichem Schnee Berge runterrutschen. Jeder wie er m\u00f6chte und sch\u00f6n, wenn man Begeisterung f\u00fcr das hat, was man macht. Leider wird sich Letzteres wegen des fortschreitenden Klimawandels bald von selbst erledigt haben. Auch wieder nicht gut aber die Hinweise darauf sind eindeutig. Zum Gl\u00fcck entladen sich die Prim\u00e4rzellen im Prim\u00e4rzellenentladelogger \u00fcber Widerst\u00e4nde quasi von selber und es reicht, beim Z\u00e4hneputzen ab und an das Blinkmuster der LEDs zu \u00fcberpr\u00fcfen, um zu erkennen, wie weit die kleinen Dinger bereits leergelutscht sind. In sofern bleibt dann auch ausreichend Zeit um hier den n\u00e4chsten Beitrag zu schreiben, f\u00fcr den n\u00e4chsten Marathon zu trainieren<\/del> oder eine der inflation\u00e4r gesendeten Kochsendungen zu gucken.<\/p>\n

Wie Kn\u00f6del essen<\/h3>\n

Immer sch\u00f6n der Reihe nach. Im vorhergehenden Beitrag<\/a> hatte ich kurz den Prototyp des Ger\u00e4tes gezeigt und die grunds\u00e4tzliche Vorgehensweise dargelegt: eine Prim\u00e4rzelle wird \u00fcber einen Widerstand kurzgeschlossen, die Spannung dabei abgegriffen und aufgezeichnet. Von der Idee her trivial und gar nicht so schwer, um von einem selber in Hard- und Software umgesetzt zu werden.<\/p>\n

Was gelogen ist, sofern man nicht schon im Vorschulalter selber Platinen ge\u00e4tzt und eigene Radios gebaut hat. Ich hatte Freunde, f\u00fcr die trifft das zu. Auf mich allerdings nicht und ich glaube, das ist auch gut so. Mir also bleibt das Internet (das war damals noch nichtmal Science Fiction), diverse Literatur (ja: in Papier! Gebunden und im Buchladen um die Ecke gekauft) und die zeitweise Begeisterung, sich damit auseinandersetzen zu wollen. Eigene Ideen umsetzen. Manchmal scheitern. Weitermachen. Lernen.<\/p>\n

Batteriefolterbank #1<\/h3>\n

Der Prototyp ist, was er ist: ein Prototyp. Funktioniert – zeigt aber gleichzeitig, was besser zu machen ist.<\/p>\n

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Batteriefolterbank #1 – Schaltzentrale mit Widerstand<\/figcaption><\/figure>\n

So wurden als Widerstand zum Entladen einfach normale Metallschichtwiderst\u00e4nde mit begrenzter thermischer Belastbarkeit verwendet. F\u00fcr jede der beiden anzuschlie\u00dfenden Prim\u00e4rzellen drei St\u00fcck in Parallelschaltung. Das hat den erw\u00fcnschten Effekt, dass sich der Strom aufteilen kann<\/del> muss. Au\u00dferdem ist der Gesamtwiderstand niedriger als jeder einzelne der drei nominell gleichen Einzelwiderst\u00e4nde. Physik halt.<\/p>\n

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drei sind weniger als einer<\/figcaption><\/figure>\n

Im Prototyp hatte ich drei St\u00fcck mit je 33Ohm gew\u00e4hlt, was in der gezeigten Parallelschaltung einen Gesamtwiderstand von 11Ohm ergibt. Die Herleitung sei mir an dieser Stelle erspart. Steht in jedem Physikbuch. Bei angenommenen 1,5V flie\u00dft gem\u00e4\u00df I=U\/R ein Gesamtstrom von etwa 136mA. Das h\u00f6rt sich als anf\u00e4nglicher Entladestrom doch ganz vern\u00fcnftig an. Aber vorsicht: ein einzelner der eingesetzten Widerst\u00e4nde vertr\u00e4gt nur bis etwa 0,6W. Das ist die Sache mit Strom x Spannung. Durch jedes der drei Kerlchen flie\u00dft zum Gl\u00fcck nur ein Drittel des Gesamtstromes, also etwa 45mA aber es liegt die gesamte Batteriespannung an. Im Neuzustand der Batterie sind das in guter N\u00e4herung 1,5V und damit dissipieren ca. 0,07W pro Einzelwiderstand als W\u00e4rme auf Nimmerwiedersehen in den Ozean der Entropie. Wieder ein kleiner Beitrag zur Erderw\u00e4rmung. Aber doch deutlich: zu Beginn der Entladung wird das Widerstandstrio ordentlich warm. Nicht hei\u00df aber doch warm. Das legt sich nach einiger Zeit, wenn die anliegende Spannung nachl\u00e4\u00dft und damit auch der Strom. Es ist beruhigend, dass es nicht umgekehrt ist. Unsch\u00f6n dabei ist, dass es eine gewisse Abh\u00e4ngigkeit des Widerstandes von der Temperatur gibt. Egal wie genau diese Abh\u00e4ngigkeit hier zu beziffern ist, sie hat die Auswirkung, dass der Widerstand w\u00e4hrend des gesamten Entladevorgangs eben nicht konstant ist.<\/p>\n

Erste Messungen<\/h3>\n

Mit dem Prototyp konnten bereits zahlreiche Entladungskurven bei mehr oder weniger gleichbleibendem Widerstand gewonnen werden. Die Spannungs-Zeit-Verl\u00e4ufe hatte ich schon im Beitrag „Visualisieren hilft“<\/a> gezeigt, ohne diese im Detail zu diskutieren.<\/p>\n

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Entladungskurven<\/figcaption><\/figure>\n

Was ich auch hier nicht tun werde, weil die ersten Messungen noch mit verschiedenen Unsch\u00e4rfen, wie etwa sich erw\u00e4rmenden Widerst\u00e4nde, belegt waren. Das wichtigste Ergebnis aber war, dass die Hard- und Software zuverl\u00e4ssig funktionieren. Was auch an den glatten Kurvenverl\u00e4ufen der gezeigten Originaldaten \u00fcber die relativ langen Zeitr\u00e4ume zu sehen ist.<\/p>\n

Messkonzept<\/h3>\n

Kommen wir zum eigentlichen Messkonzept. Vielleicht w\u00e4re ein Begriff wie „Ermittlungskonzept“ etwas besser gew\u00e4hlt, denn f\u00fcr das Ziel, sch\u00f6n glatte Spannungs-Zeit-Verl\u00e4ufe aufzuzeichnen, braucht man zwar einerseits halbwegs verl\u00e4\u00dfliches Equipment, andererseits aber auch ein ebenso halbwegs sinnvoll gew\u00e4hltes Vorgehen. Da mir kein Labor mit s\u00fcndhaft teurer Messtechnik zur Verf\u00fcgung steht, soll ein Arduino (nun, es reicht sein Herz, der ATmega328) mit seiner M\u00f6glichkeit, Spannungen von analog auf digital zu wandeln, ausreichen. Dem kommt entgegen, dass wir es mit relativ langsamen Vorg\u00e4ngen zu tun haben und in sofern keine aberwitzigen Samplingraten ben\u00f6tigen: wir haben durchaus Zeit, einzelne Messwerte in aller Ruhe aufzunehmen. Und die zur Verf\u00fcgung stehende 10bit Aufl\u00f6sung d\u00fcrfte ausreichend sein. Damit kann die maximale Spannung von (hier) etwa 3,3V in 2^10=1024 St\u00fccke gehackt werden. Das sind Schritte von etwas mehr als 3mV. Klingt gut.
\n(\u00dcbrigens, das wurde mir erst die letzten Tage bewu\u00dft, als ich mich wegen eines anderen Projektes etwas intensiver mit dem Raspberry Pi besch\u00e4ftigte: dort ist von Haus aus gar keine M\u00f6glichkeit zur direkten A\/D-Wandlung vorgesehen! Daf\u00fcr werden nochmal separate Module ben\u00f6tigt<\/em>).
\nAusgehend von der vorhandenen M\u00f6glichkeit einzelne Messungen vorzunehmen, stellt sich anschlie\u00dfend direkt die Frage, was mit einem aufgenommenen Messwert in der Folge geschehen soll. Zusammen mit der Zeitangabe sofort abspeichern w\u00e4re die eine Ma\u00dfnahme. Das kann man entweder sehr oft nacheinander machen oder eben in gewissen Zeitabst\u00e4nden. Bei den zu beobachtenden Entladevorg\u00e4ngen ist eine sehr gro\u00dfe, abgespeicherte Datendichte nicht unbedingt von Vorteil. F\u00fchrt erstens zu gro\u00dfen Dateien und die Datenpunkte zeigen wahrscheinlich eine relativ gro\u00dfe Streuung.
\nEs hat sich dagegen gut bew\u00e4hrt, durchaus oft zu messen aber nicht jeden Messwert sofort zu speichern, sondern \u00fcber ein gewisses Intervall von Messungen einen Mittelwert zu bilden und erst diesen zu speichern. Funzt prima und ergibt die gew\u00fcnscht (ziemlich) glatten Kurven. Im folgenden Blockbild ist die grunds\u00e4tzliche Abfolge der einzelnen Programmteile mit deren jeweiliger Aufgabe zu sehen:<\/p>\n

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Messkonzept mit Mittelwertbildung<\/figcaption><\/figure>\n

Blink<\/h3>\n

Schon wieder eine blinkende LED? Ja – weil das ist schlichtweg die einfachste M\u00f6glichkeit, einen Mikrokontroller mit seiner Au\u00dfenwelt, hier also mit mir selber, komunizieren zu lassen. Keine Spielerei somit. Trotzdem lustig anzuschauen. Man muss sich lediglich einen brauchbaren Code \u00fcberlegen. F\u00fcr die Entladestation stellt sich offenkundig die Frage, wie weit denn die Entladung fortgeschritten ist. Es liegt auf der Hand, dies per LED-Geblinke anzeigen zu lassen. Kraft eigener Willk\u00fcr habe ich verschiedene Spannungsbereiche einem bestimmten Blinkmuster zugeordnet und im Programm umgesetzt. Eigentlich trivial. Und ziemlich effektiv. Seh ich beim Z\u00e4hneputzen die LED sieben Mal blinken, so wei\u00df ich, der aktuelle Test ist beendet:<\/p>\n

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Entladekurve und Blinkmuster LED<\/figcaption><\/figure>\n

F\u00fcr die Versorgungsbatterien, deren Spannung ebenfalls mit\u00fcberwacht wird, gibt es sogar eine eigene LED mit deutlich feiner gestuftem Blinkmuster.<\/p>\n

Batteriefolterbank #2<\/h3>\n

Mittlerweile l\u00e4uft eine verbesserte Version des Prim\u00e4rzellenentladeloggers. Der wesentliche Unterschied ist die Verwendung von einzelnen Widerst\u00e4nden, die so dimensioniert und aufgebaut sind, dass eine nennenswerte Erw\u00e4rmung und damit eine deutliche Widerstands\u00e4nderung bei den zu erwartenden Entladestr\u00f6men weitestgehend ausgeschlossen sein d\u00fcrfte.<\/p>\n

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Prim\u00e4rzellenfolterger\u00e4t – Gen2<\/figcaption><\/figure>\n

Ausserdem k\u00f6nnen drei Zellen, wahlweise AA oder AAA, gleichzeitig an je einem eigenen Widerstand entladen werden, so dass ich, unter der Annahme, dass die Widerst\u00e4nde in sehr guter Qualit\u00e4t identisch sind, von einer guten Vergleichbarkeit der drei gleichzeitig ermittelten Entladekurven ausgehen kann, was, bei der Verwendung von drei Zellen aus derselben Packung, zu der legitimen M\u00f6glichkeit f\u00fchrt, diese drei Kurven wiederrum zu mitteln um so final zu einer einigerma\u00dfen verl\u00e4sslichen Kurve zu kommen. Immerhin waren die drei Widerst\u00e4nde (je 33Ohm) nicht ganz billig und sind passenderweise g\u00fclden eloxiert. Macht echt was her.<\/p>\n

Derzeit sind schon einige Messungen im Kasten und ich denke, diese kann ich in K\u00fcrze zeigen und diskutieren. Aktuell sind drei der Made-in-USA-AAA-Zellen mit 6,99\u20ac f\u00fcr vier St\u00fcck eingespannt. Wir d\u00fcrfen gespannt sein.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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