Wartung und Instandhaltung der Akkus

Autor: Pascal Funke und Michael Menke

Betreuer: Ulrich Schneider

Abgabetermin: 28.05.2018

Anforderungen

• Prüfen Sie die Funktionsfähigkeit des Akkus.
• Recherchieren Sie, welche Ursache dieser Defekt haben kann.
• Überprüfen Sie die Ladeschaltung.
• Beheben Sie den Fehler, der zum Defekt geführt hat.
• Testen Sie die Ladeschaltung.
• Dokumentieren Sie Ihr Vorgehen nach wissenschaftlichem Standard.

Ausgangssituation

Ein Akku des Fahrzeugs wurde kürzlich als defekt gemeldet.

Analyse der Ausgangssituation

Die in Reihe geschalteten Akkus zur Versorgung des PCs werden ausgebaut und im Ruhezustand jeweils auf ihre Spannung überprüft.

Beobachtung:

Beide Akkus sind sichtbar aufgequollen. Messung der Akkus ergibt eine Ruhespannung des 1. Akkus von 5.0V. Der 2. Akku hat eine gemessene Spannung von 5.59V. Auf Grund dieser Werte wird von einer weiteren Benutzung der Akkus abgeraten. Laut Datenblatt dürfen die Akkus nicht mehr verwendet werden. Ebenso müssen sie sachgerecht entsorgt werden.

Ursachenfindung

Nach Recherche der Dokumentation des Unterspannungsschutzes in SVN wird klar, dass die Schutzschaltung nur während des Betriebs funktionieren kann. Der Hauptschalter schaltet nicht direkt hinter dem Akku, daher fließt während des Stillstandes des Systems trotzdem ein Strom über die Widerstände. Dass die Akkus sich über längere Zeit entladen ist die logische Folge gewesen. Die Akkustatusanzeigen funktionieren auch bei abgeschaltetem System. Der Hauptschalter J6 schaltet nur den Lastteil! Der Rest des Systems entlädt den Akku!!

Abbildung 1: Visualisierung des Schaltplans der Unterspannungsschutzschaltung

Test des Unterspannungsschutzes

Der erste Schritt in der Fehlerfindung ist der Test des Unterspannungsschutzes.

Versuchsaufbau:

• Der PC wird von der Platine über die Steckverbindung getrennt.
• Ein Labornetzteil wird an die Unterspannungschutzplatine angeschlossen
• Der Ausgang, welcher mit dem PC verbunden war ist mit einem Multimeter zu kontrollieren.

Schematischer Aufbau:

Abbildung 2: Visualisierung des Versuchsaufbaus (Die Spannungen werden an den blauen Stellen abgegriffen

Versuchsablauf

1. Das Labornetzteil wird auf 15 V eingestellt
2. Die Spannung am Ausgang wird gemessen
3. Folgende Tabelle wird abgearbeitet:

U in (V)	U out (V)	Ignition*	PC Verhalten	Sollverhalten U out (V)	Sollverhalten PC	Ergebnis
15	13,85	8,69	startet	15	starten	i.O.
14,8	13,62	8,5	startet	14,8	starten
14	12,7	7,74	startet	14	starten	i.O.
13,5	12,21	7,30	startet	13,5	starten	i.O.
13	11,59	-0,15	herunterfahren	13	nicht starten / herunterfahren	i.O.
13,5	13,5	0	startet nicht	13,5	nicht starten	i.O.
14	14	0	startet nicht	14	starten	n.i.O.
15	13,8	8,69	startet	15	starten	i.O.

*Ignition: Auf diesen Pin wird eine Spannung gegeben, wenn das System starten soll, bzw. die Batterie genügend Spannung liefert. Weitere Informationen können im Datenblatt des PicoPSU gefunden werden.

Die Tabelle ergibt sich aus den erarbeiteten Werten, welche von der Vorgängergruppe in der Dokumentation des Unterspannungsschutzes festgehalten wurden. Laut dieser Vorgabe sind die Schaltpunkte 13,1 V Ausschaltspannung und 14 V Einschaltspannung.

Beobachtungen:

Abbildung 3: PSU Stecker (1. Battery + / 2. Ignition / 3. Battery -

Festzuhalten ist, dass die Einschaltspannung entgegen der Aussage der Vorgängergruppe bei 15 V steht. Der PC ist bei einer Eingangsspannung von 14 Volt nicht gestartet, obwohl er das laut Aufzeichnungen hätte tun sollen. Weitere Beobachtungen können aus der Tabelle entnommen werden.

Auswertung:

• Bei einer Spannung von 14 V ist der PC nicht gestartet, da der Anlaufstrom zum Starten des PCs nicht ausreichend war. Das BIOS hat einen Fehler gemeldet und den PC abgeschaltet. Durch eine Korrektur der Einstellung, was bei einem Systemfehler geschehen soll, ("Verhalten bei Systemfehler: Turn off -> restart system") konnte das System im zweiten Versuch auch bei einer Spannung von 14 V starten.

• Das PicoPSU arbeitet mit 6 V bis 24 V. An dem Ignition – Pin liegt bei den vorgegebenen Werten eine Spannung an. Die Schutzschaltung verhält sich korrekt.

Nach Abschluss der Funktionsüberprüfung und Rücksprache mit den vorherigen Teammitgliedern, ist der Entschluss gefasst worden, dass die Platine des Unterspannungsschutzes über den Hauptschalter des Systems von den Batterien hardwareseitig getrennt wird. So wird jegliche weitere Tiefenentladung verhindert und dem Problem ist entgegen gewirkt worden.

Zusammenfassung

Zusammenfassend ist festzuhalten, dass der Unterspannungsschutz nicht die geforderte Funktion erfüllt und daher ersetzt, bzw. verbessert werden muss. Um die Akkus nicht weiterführend zu beschädigen wird Übergangsweise eine Hardwarefunktion implementiert, welche die Akkus komplett vom System trennt.

Ausblick

Die Platine wird optimiert.

Zwischenfall

Durch einen Zwischenfall konnte das Fahrzeug nur noch im Netzbetrieb verwendet werden. Infolge unvorsichtiger Handhabung des Fahrzeugs nach einer Testfahrt, wird vermutet, dass es auf der PowerPlatine zu einem Kurschluss gekommen ist.

Fehleranalyse

Um das Fahrzeug zu reparieren wurden die Komponenten einzeln getestet. Dabei wurden zwei Fehler festgestellt.

• Bei der LED Bar für die Akkuanzeige des PC Akkus funktionieren 2 LEDs nicht mehr.
  • Vermutlich durch ein Kurzschluss.
• Eine Leitung auf der Platine war beschädigt.
  • Die Kupferschicht hat sich gelöst. Vermutlich durch zu hohe Spannung.

Die gelöste Leiterbahn hat wahrscheinlich einen Kurzschluss verursacht.

Reperatur

Die gelöste Kupferbahn wurde sorgfältig entfernt und durch eine isolierte Leitung ersetzt. Daraufhin wurde die Platine erneut getestet und als funktionstüchtig vermerkt.

Die LED Anzeige wurde nicht getauscht, da diese Platine nur noch für eine begrenzte Zeit im Einsatz ist und die 2 defekten LEDs die Funktionsweise nur minimal beeinträchtigen.

Link zum Quelltext in SVN

SVN: Ablageort der Dokumente

Weiterführende Dokumente

• Dokumentation des Unterspannungsschutzes
• Datasheet LRP 7500 - BIG MAMA P5 - 110C/55C - 7.4V LIPO - 1/10 COMPETITION
• Neues Akkukonzept

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