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. Das 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 2: Schematischer Versuchsaufbau (Spannungen werden an blauen Stellen abgegriffen

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 : Schema Unterspannungsschutz

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
15	13,85	8,69	startet	15	starten
14,8	13,62	8,5	startet	14,8	starten
14	12,7	7,74	startet	14	starten
13,5	12,21	7,30	startet	13,5	starten
13	11,59	-0,15	herunterfahren	13	nicht starten / herunterfahren
13,5	13,5	0	startet nicht	13,5	nicht starten
14	14	0	startet nicht	14	starten
15	13,8	8,69	startet	15	starten

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

Festzuhalten ist, dass die Einschaltspannung entgegen der Aussage der Vorgängergruppe bei 15 V steht. Weitere Beobachtungen können aus der Tabelle entnommen werden.

Auswertung:

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

Es fand ein Zwischenfall statt bei dem das Fahrzeug nur noch über den Netzteilbetrieb verwendet werden konnte. Dieses Vorfall passierte nach einer Test fahrt als das Fahrzeug hochgehoben wurde. Daher wird vermutet, dass beim bewegen des Fahrzeugs zu einem Kurzschluss kam.

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 ein Kabel 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.

Weiterführende Dokumente

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

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