Akkus überwachen

Wer mit Akkus mehr macht, als sie in ein Gerät einzusetzen, möchte gerne etwas mehr wissen, beispielsweise die minimale Spannung und den maximalen Strom, und das möglichst auch noch in beiden Richtungen. Mit ganz einfacher Bastelei und für etwa 20 EUR lässt sich das Problem lösen.

Das geschilderte Problem trat bei mir gehäuft auf, weil ich in meiner Notstromversorgung diverse gebrauchte Bei-Gel-Akkus parallel schalte. Momentaufnahmen kann man natürlich mit Voltmeter und Zangen-Amperemeter machen. Aber eine Menge interessante Messungen sind so nicht möglich:

Wie weit sank die Akkuspannung in letzter Zeit ab?
Welcher Strom floss maximal?
Welche Leistung (in Ah und W) wurde gespeichert oder entnommen?

Diese Messungen möchte man auch noch für Ladung und Entladung getrennt haben. Eine 80%-Lösung ist ganz einfach zu verwirklichen.

Die Möglichkeiten und Grenzen von China-Elektronik

Bis Mitte 2021 war es völlig problemlos. über Ebay kleine Sendungen direkt aus China zu bestellen. Die 22-EUR-Freigrenze ist mittlerweise allerdings gefallen und Erfahrungen mit den neuen Regelungen habe ich noch nicht. So Kleinkram wie Spannungswandler habe ich in den letzten Jahren öfter seibst importiert, weil es entsprechende Baugruppen im deutschen Handel entweder überhaupt nicht oder nur zu einem ganzzahligen Vielfache des Preises gibt.

Bei einem der Fischzüge fiel mir ein Gerät mit der Beschriftung Watt Meter auf, das man mit dem Suchbegriff dc 60v/100a bei Ebay leicht findet. Der Hersteller bietet das Gerät wohl vorzugsweise zum Prüfen von Akkus von Flugmodellen usw. an. Ob der Angabe 100 A war und bin ich recht skeptisch, auch wegen der Dünne der Anschlussleitungen. Immerhin haben die einen Silikon-Mantel, so schnell schmelzen die also nicht davon. Mal für 2 s könnte das sogar funktionieren.

Als erstes fiel mir auf, dass Ströme nur in Richtung vom Source- zum Load-Anschluss gemessen werden. Ströme in der anderen Richtung machen nichts kaputt, werden aber ignoriert. Das kann man aber auch als Feature begreifen, siehe Bild: Zwei anti-seriell geschaltete Geräte messen bei einem Akku getrennt Lade- und Entladevorgänge.

Im Lauf der Zeit stieß ich auch auf die Grenzen dieser Geräte:

Es gibt im Handel wenigstens zwei Varianten: Die bei Ebay meist abgebildete Variante mit grünem Display/schwarzer Schrift und die wohl neuere mit einem blauen Display/weißer Schrift. Die erste ist angenehmer zu lesen, die zweite gibt zusätzlich die Betriebsdauer an.
Anscheinend arbeitet der eingebaute Mikrocontroller intern mit 16-bit-unsigned Integer. Die Ah werden in mAh quantifiziert, bei 65 Ah läuft die Anzeige dann über und beginnt wieder bei 0 Ah.
Die Messgenauigkeit ist ganz brauchbar. Die Spannungsmessungen unterscheiden sich schon mal um 20-30 mV.
Ich habe so meine Zweifel an den Messverfahren: Da wird wohl nur zweimal die Sekunde oder so gemessen und wenig gemittelt. Mir springt die Stromanzeige zu hektisch hin und her.

Die Praxis

Die Bastelei war schnell erledigt: Powerpole-Stecker montiert, die beiden Geräte mit doppelseitigem Klebeband (3M Montage-Klebeband) verbunden, zusammengesteckt – fertig! Man sollte sicherstellen, dass sich die beiden Gehäuse nicht berühren: Der Strom wird in der Minus-Leitung gemessen, die nicht von der Schaltungsmasse isoliert ist.

Es bieten sich folgende Messmöglichkeiten an, speziell wenn man mehrere Akkus nutzt:

Prüfen, ob der Akku verbunden werden darf: Verbindung rechts zwischen den Wattmetern trennen. Akku links unten anschließen, übergeordnete Elektronik links oben. Jetzt kann man die Spannungen an beiden Seiten ablesen.
Spannung, Ströme und Leistungen überwachen: Links oben im Display wird der Strom angezeigt, rechts oben die Spannung. Rechts unten steht die aktuelle Leistung.
Historische Angaben: Links unten wechseln sich die Angaben ab: Ah, Wh, minimale Spannung (Vm), maximaler Strom (Ip). maximale Leistung (Wp). Die Version mit dem blauen Display zeigt auch die Betriebszeit seit dem letzten Einschalten an (Te).

An meiner Notstromversorgung hängen über 200 Ah Batteriekapazität und 500 Wp Solarmodule. Deshalb lasse ich das Watt Meter vor meinem Wechselrichter durchlaufen – die paar mA, die das Gerät zieht, stören da nicht weiter. Im Dauerbetrieb sind mir die Mwesswerte an dieser Stelle am wichtigsten. Der Wechselrichter hat eine Nennleistung von 300 W, die Spitzenleistung übersteigt bei mir 100 W nur selten. Ganz offensichtlich tut mein 1-F-Pufferkondensator seinen Job sehr gut: Die Minimalspannung ist vielleicht 100 mV niedriger als die typische Betriebsspannung bei etwa 30 W Last.