Leistungsaufname und externe Akkupacks der Dimage 5/7/7xx

[sixtyeight]

Hallo alle Besitzer von Dimages mit Standard Akkus,

da im Moment wieder eine heiße Diskusion um den richtigen Zusatzakku entbrannt ist, stelle ich für alle, die nicht im Besitz von entsprechender Messtechnik sind, mal die Messwerte und Schlussfolgerungen meinerseits (Hobbyfotograf und Berufselektroniker) hier ins Forum.
Die Messungen sind alle an meiner eigenen 7i gemacht worden, aber ich denke das das Stromversorgungskonzept bei allen Dimages mit AA Zellen gleich ist (Hersteller schauen da sehr aufs Geld ;) ).

So nun zu den Messungen des Stromverbrauchs oder besser ausgedrückt des Leistungsbedarfs der 7i. Es wurde jeweils eine Messreihe (MODE = Anzeigen AUS/EVF AN/LCD AN = A/E/L ) bei 4,8V (Akkubetrieb) und 6V (Netzteilbetrieb) durchgeführt. Die Ergebnisse seht Ihr in der folgenden Tabelle (bin des HTML´s noch nicht mächtig darum die Formatierung mit den Schrägstrichen).

MODE/Spannung (V)/Strom (A)/Leistung (W)
A/ 4,8/ 0,7/ 3,36
E/ 4,8/ 0,9/ 4,32
L/ 4,8/ 1,13/ 5,424
A/ 6/ 0,55/ 3,3
E/ 6/ 0,72/ 4,32
L/ 6/ 0,9/ 5,4

Daraus lässt sich folgendes schlussfolgern:
-die Dimage besitzt einen Schaltregler um die intern benötigten Spannungen sicherzustellen (je geringer die Eingangsspannung ist umso höher wird der Eingangsstrom)
-Der Wirkungsgrad des Schaltreglers ist bei 4,8V nur unwesentlich schlechter als bei 6V (gut gemacht MINOLTA ;) )
-die Kamera wird also mit 6V eher kühler bleiben als im Akkubetrieb mit 4,8V (gleiche Betriebszeit vorausgesetzt)
-Ein externer Akku mit der gleichen Kapazität (mAh) wird rein rechnerisch 1,25 mal so lange halten wie die internen Zellen

Ein zweiter Aspekt bei der Betriebszeit der Dimage ist Ihre Kapazitätsanzeige in Verbindung mit der automatischen Abschaltung.
Um deren Arbeitsweise zu verstehen muss man ein bisschen mit den Spannungen spielen. Dabei muss gesagt werden das man mit einem regelbaren Netzteil das Verhalten eines NiMH Akkus nur bedingt simulieren kann und ich deshalb weitere Messungen mit richtigen Akkus diesem Bericht folgen lasse (sehr langwierige Messungen :( ).

Und eines vorneweg, die Dimage besitzt ein sehr intelligentes Batteriemanagement!

Bei meinen Messungen mit Regelnetzteil sah dies folgendermaßen aus:

Bei Betrieb am Netzteil mit Einschaltspannung von 6V lief die Kamera mit Anzeige "Batterie voll"!!! bis zu einer Spannung von 3V!!! dann ging sie schlagartig aus!
Bei einer Einschaltspannung! von <=4,85V zeigte die Kamera "Batterie halb".
Bei einer Einschaltspannung! von <=4,35V zeigte die Kamera "Batterie leer" und ließ sich nicht starten, auch dann nicht wenn man die Eingangsspannung wieder auf 6V erhöht!!! Erst ein trennen vom Netzteil (=entfernen der Batterieen) lässt die Kamera wieder anspringen!

Daraus schlussfolgere ich fürs Erste folgendes:
-das Batteriemanagement erkennt ob die Kamera mit einem Netzteil (welches bei schlechter Qualität starke Spannungsschwankungen hat) betrieben wird. Dann lässt es Spannungseinbrüche bis fast 3V zu und der Schaltregler kompensiert den Einbruch mit erhöhter Stromaufnahme.
-Wenn das Batteriemanagement anhand vom Spannungsverlauf (evtl. auch Innenwiederstandsmessung), der charakteristisch ist für NiMH Zellen, feststellt das die Akkus ihre minimale Kapazitätsgrenze erreicht haben schaltet es die Kamera zum Schutz vor Abstürzen aus und lässt die Kamera erst wieder starten wenn die Zellen gewechselt wurden (Spannung=0V an den Klemmen)

Ob die Erkennung von Akkus auch oberhalb von 5V noch funktioniert wird erst ein Test mit einem 6V NiMH Akku zeigen.
Da ich gerade dabei bin mir einen externen Akku zu bauen werde ich die Messung machen sobald das Ding fertig ist. Ich habe mich aus Gründen der Verfügbarkeit und der gleichen Akkutypen für einen Camcorderakku in NiMH Technik entschieden, den es in Kapazitäten von 2200mAh(slim) bis 4200mAh(high capacity) gibt.
Über den genauen Aufbau dieses Teils werde ich dann natürlich hier in der Rubrik Tipps&Tricks einen Artikel posten.

Die Verwendung des DPS-9000 stellt sicher eine gute (kostengünstige) Alternative dar, jedoch weiss ich nicht ob das Batteriemanagement mit den abweichenden Kennlinien der LiIon Technik klarkommt um den Akku vor Tiefentladung sowie die Kamera vor Abstürzen zu bewahren. Dies müsste ein weiterer Test zeigen.

Eine Antwort darauf könnte uns vieleicht Sunny geben, er bastelt gern, hat (sowie ich hier sehen konnte) einen DPS-9000 und sicher ein Multimeter. Dann muss er nur noch die Spannung am Stecker des Akkus messen und die Kamera bis zum Ausschalten betreiben. Dabei jeweils die Spannungswerte notieren bei denen Die verschiedenen Zustände der Batterieanzeige ausgelöst werden. Daran kann man dann feststellen ob das Management die LiIons auch richtig behandelt.

Bis dahin empfehle ich allen DPS-9000 Nutzern des öfteren mal die Restkapazität mittels der eingebauten Anzeige zu checken und die Kamera nicht bis zum "bitteren Ende" zu betreiben. Meist merkt man es nicht ob die Kamera durch das Management kontrolliert ausgeschaltet wird oder sie einfach aus Energiemangel "abstürzt".

MfG Klaus

PS: Danke für die Fototechnische Hilfe (besonders WinSoft) hier im Forum, vieleicht kann ich mich hiermit im elektronischen Teil mal revanchieren.

[Dat Ei]

Hallo Klaus,

sehr interessanter Bericht, auch wenn ich als A1-Nutzer nicht mehr direkt vom Thema betroffen bin. Besten Dank!

Dat Ei

[Martin2003]

...und ich deshalb weitere Messungen mit richtigen Akkus diesem Bericht folgen lasse (sehr langwierige Messungen :( ).

sind die Messungen schon fertig?

[sixtyeight]

Hallo Martin,

hab die Messungen etwas hinten angestellt und mich um das Sunny-Light in der Variante für die 7i gekümmert. Werd die Messungen schnellstens nachholen wenn die ersten Sunny-Lights Extern fertig sind. So in 14 Tagen denke ich sind die Messungen gelaufen.

MfG Klaus

[Gerd-ER]

Hallo Klaus,

vielen Dank für den Bericht. Er enthält einige interessante Infos für mich, da ich mir gerade ein externes Batteriepack bastele.

Noch eine Frage: ich nehme an, die Unterscheidung ob Netz- oder Batteriebetrieb vorliegt wird über einen Schaltkontakt in der Buchse für die externe Stromversorgung der D7i vorgenommen?

Wenn das so ist, wird ein externes Batteriepack als Netzgerät erkannt und die Abschaltschwelle ist sehr niedrig! Das hätte den Vorteil, dass ich mit 4 externen NiMh-Zellen in jedem Fall hinkomme ohne Probleme mit zu früher Abschaltung zu haben; andererseits könnten die Akkus ziemlich tief entladen werden und die Kamera plötzlich wegen Spannungsausfall abschalten, z. B. mitten beim Abspeichern.

Bei meinen Vorversuchen zu dem Batteriepack hatte ich einige eigenartige Effekte: z. B. lief die Kamera an einem billigen externen Netzteil 5V/0,5A wider Erwarten einwandfrei, während sie sich an einem geregelten Labornetzteil mit 3A Maximalstrom und mit dicken Zuleitungen/guten Kontakten trotz Einstellung auf 6V überhaupt nicht einschalten ließ ...
Bei Gelegenheit werde ich mir ein Oszilloskop ausleihen um der Sache auf den Grund zu gehen. Bei Messungen mit einem Digitalmultimeter war zumindest kein Grund für dieses Verhalten zu erkennen.

Hat noch jemand anderes Erfahrungen mit selbstgebauten Akkupacks?

Gruß, Gerd

[Gerd-ER]

Das eigenartige Verhalten an dem Netzteil ist geklärt:
Messungen mit einem Oszilloskop beim Einschalten an meinem externen Akkupack ergaben, dass Stromspitzen von 4A mit 200µs Dauer auftreten. Das Labornetzteil hat sehr schnell darauf reagiert und die Ausgangsspannung auf 2V zurückgeregelt. Damit hat die D7i natürlich nicht eingeschaltet. Das Oszillogramm hat gezeigt, dass die D7i bzw. der eingebaute Schaltregler dann periodisch alle 300ms versucht erneut einzuschalten, natürlich mit dem selben Ergebnis. Ein Digitalmultimeter kann die schnellen Stromspitzen nicht erfassen und zeigt als Stromaufnahme einfach Null an ...

Der Spitzenstrom von 4A zeigt, wie wichtig es ist auf geringen Innenwiderstand der Akkus und kleine Kontakt- und Zuleitungswiderstände zu achten. Die üblichen NiMh-Mignon-Akkus haben (voll geladen) Innenwiderstände von ca. 25milliOhm. Das ergibt bei 4 Akkus schon 0,4V Spannungsabfall beim Einschalten!

Die Messungen haben übrigens die Angaben von Klaus über die sonstigen Stromaufnahmen während des Betriebs recht gut bestätigt!

Gruß,

Gerd

[Tom]

Hallo Gerd!
Noch eine Frage: ich nehme an, die Unterscheidung ob Netz- oder Batteriebetrieb vorliegt wird über einen Schaltkontakt in der Buchse für die externe Stromversorgung der D7i vorgenommen?
Davon kannst Du auszugehen.

Wenn das so ist, wird ein externes Batteriepack als Netzgerät erkannt und die Abschaltschwelle ist sehr niedrig! Das hätte den Vorteil, dass ich mit 4 externen NiMh-Zellen in jedem Fall hinkomme ohne Probleme mit zu früher Abschaltung zu haben; andererseits könnten die Akkus ziemlich tief entladen werden und die Kamera plötzlich wegen Spannungsausfall abschalten, z. B. mitten beim Abspeichern.
All das kann ich Dir bestätigen.
Wobei allerdings fehlerhafte Dateien nur ganz selten bei einem wirklich extremen Dauertest ("Dauerfeuer") auftraten (->Dateigröße 0 Bytes, bei 1 oder 2 von >1000 Bildern).
Angezeigt wurde in der Kamera die Fehlermeldung "nicht darstellbar". Die Dateien ließen sich aber ohne Probleme in der Kamera wieder löschen.

Die Stromaufnahme ist während des Fokussierungsvorganges wesentlich höher, als beim Speichervorgang (da wird das Display dunkel geschaltet).
Bei zu geringer Batteriespannung wird es so mit wesentlich höherer Wahrscheinlichkeit während des Fokussierungsvorganges zu einer Abschaltung kommen, als beim Abspeichern.

Auch zum Thema Tiefentladumg kann ich Dich beruhigen:
Unter 3V läuft die Kamera nicht mehr und 3V/4=0,75V pro Zelle, was gerade noch akzeptabel ist.
Da die Spannung der Zellen fast schlagartig am Kapazitätsende zusammen bricht, sind die Zellen nur sehr kurz dieser geringen Entladeschlußspannung ausgesetzt.

Hat noch jemand anderes Erfahrungen mit selbstgebauten Akkupacks?
Ja, 4 Zellen genügen tatsächlich. Das (bei mir noch ungelöste) Problem ist aber dann der Kontaktwiderstand und der zu Unterbrechungen neigende (für 1,5-2A geradezu lächerliche) Walkman-Stecker.
Der Batteriehalter sollte auch über möglichst hochwertige Kontakte verfügen: vergoldete, keine Schraubenfederkontakte, sondern "Blattfedern" mit möglicht hohem Kontaktdruck!
(->vgl. internes Batteriefach)
Die üblichen Batteriehalter mit den Schraubenfederkontakten am Minuspol der Zellen brauchst Du erst gar nicht zu probieren, das funktioniert nicht.
Schätzungsweise 50mOhm x 8 Kontaktstellen x 1A = 0,4V Spannungsabfall (mindestens!) lassen dann keinen Betrieb mit 4 Zellen zu.

Messungen mit einem Oszilloskop beim Einschalten an meinem externen Akkupack ergaben, dass Stromspitzen von 4A mit 200µs Dauer auftreten...
Ein Digitalmultimeter kann die schnellen Stromspitzen nicht erfassen und zeigt als Stromaufnahme einfach Null an ...

Der Spitzenstrom von 4A zeigt, wie wichtig es ist auf geringen Innenwiderstand der Akkus und kleine Kontakt- und Zuleitungswiderstände zu achten. Die üblichen NiMh-Mignon-Akkus haben (voll geladen) Innenwiderstände von ca. 25milliOhm.
Das ergibt bei 4 Akkus schon 0,4V Spannungsabfall beim Einschalten!
Wie hast Du den Stromverbrauch gemessen?
Mittelst Strom-Spannungswandler (Strom-Meßzange)?
Ich bin nämlich bei 4,8V nicht wesentlich über 2A gekommen, auch nicht beim Blitz aufladen.
Allerdings sind meine Werte während des Betriebes gemessen worden und nicht beim Einschalten.

Die Kontaktwiderstände und Innenwiderstände der Akkus verursachen auch nach meinen Untersuchungen den Großteil der als "Batterie"-Probleme bekannten Laufzeitprobleme.
Allerdings nur im Zusammenhang mit der von Minolta wirklich ungeschickt (zu hoch) festgelegten Mindest-Betriebsspannung.

Tom

[Gerd-ER]

Hallo Tom,

deine Feststellungen zum Thema "fehlerhafte Dateien bei niedriger Versorgungsspannung" beruhigen mich.

Inzwischen habe ich das Akkupack (4 x Mono NiMh mit 8000mAh) das erste Mal provisorisch (mit 400mA konstant) aufgeladen und mit der D7i getestet (Intervallaufnahme, Displayschalter auf LCD, Speichern mit voller Auflösung und "Fine" auf 1GB-CF-Card). Nach 850 Aufnahmen war die Akkuspannung noch auf etwas über 4,8V/5V (Belastung bzw. zwischen den Aufnahmen); das Batteriesymbol auf der D7i hat da immer noch "voll" angezeigt. Danach habe ich den Test abgebrochen, da ich ja keinen Dauertest der Kamera machen wollte (wäre aber mal interessant, zu wissen, wie viele Fotos die Leute schon mit ihrer D7 geschafft haben ...).

Bezüglich des Walkmansteckers und der Batteriekontakte hast Du recht. Bei den Batteriehaltern habe ich Gott sei Dank ein Modell gefunden, das zwar keine vergoldeten Kontakte aber immerhin Blattfedern hat und auch vom Plastik ausreichend stabil ist und sich nicht unter dem Kontaktdruck verwindet. Bei den Steckern habe ich mehrere ausprobieren müssen, bis ich einen passablen gefunden habe (leider nicht als Einzelteil aus dem Elektronikladen, sondern samt 1,5qmm-Leitungen von einem Steckernetzteil abgeschnitten). Kennst Du eine Bezugsquelle für geeignete Stecker?

Als ich zur Probe das Zuleitungskabel mit Krokodilklemmen an das Akkupack angeschlossen habe ließ sich die Kamera schon nicht mehr einschalten. Jetzt habe ich Sicherheitspolklemmen mit vergoldeten Kontakten zum Anschluß der Kamerazuleitung an das Akkupack verwendet. Damit sollte es auch keine Probleme mit hohen Ladeströmen geben.

Den Strom habe ich übrigens über einen 0,1 Ohm Widerstand gemessen, den ich provisorisch direkt in die Akku-Zuleitung eingelötet habe. Die 4A-Stromspitze tritt direkt beim Einschalten auf und ist nur 200µs lang. Höchstwahrscheinlich handelt es sich um den Anlaufvorgang des Schaltwandlers in der Kamera. Die gleiche Stromspitze tritt auch auf, wenn man die Kamera aus dem PowerDown-Mode aktiviert. Anscheinend ist in diesem Mode der Schaltwandler nicht aktiviert. Dafür spricht auch die nicht messbare Entladung der Akkus in diesem Mode.

Im Moment suche ich noch ein möglichst kompaktes Gehäuse für die 4 Monozellen, das man bei Kälte möglichst auch in die Manteltasche stecken kann.
Zur Zeit lade ich das Akkupack noch mit Konstantstrom über ein Labornetzteil. Für Reisen wäre natürlich ein kompaktes Ladegerät besser, das die 4 in Reihe geschalteten Zellen mit mindestens 3A lädt.

Hat da vielleicht jemand einen Tipp?

Gruß, Gerd

[Tom]

Hallo Gerd!

Bei den Batteriehaltern habe ich Gott sei Dank ein Modell gefunden, das zwar keine vergoldeten Kontakte aber immerhin Blattfedern hat und auch vom Plastik ausreichend stabil ist und sich nicht unter dem Kontaktdruck verwindet.
Meine Kontakte sind auch nicht vergoldet, aber besser wär's...


Bezüglich des Walkmansteckers und der Batteriekontakte hast Du recht. Bei den Steckern habe ich mehrere ausprobieren müssen, bis ich einen passablen gefunden habe (leider nicht als Einzelteil aus dem Elektronikladen, sondern samt 1,5qmm-Leitungen von einem Steckernetzteil abgeschnitten).
Kennst Du eine Bezugsquelle für geeignete Stecker?
Nein, leider...

Den Strom habe ich übrigens über einen 0,1 Ohm Widerstand gemessen, den ich provisorisch direkt in die Akku-Zuleitung eingelötet habe. Die 4A-Stromspitze tritt direkt beim Einschalten auf und ist nur 200µs lang. Höchstwahrscheinlich handelt es sich um den Anlaufvorgang des Schaltwandlers in der Kamera. Die gleiche Stromspitze tritt auch auf, wenn man die Kamera aus dem PowerDown-Mode aktiviert. Anscheinend ist in diesem Mode der Schaltwandler nicht aktiviert. Dafür spricht auch die nicht messbare Entladung der Akkus in diesem Mode.
Das waren dann vielleicht schon 100mOhm zuviel (der Meßwiderstand).
Den geringen Stromverbrauch im Standby kann ich bestätigen.
Ebenso das Aufwachverhalten nach Standby, bei dem ich keinen Unterschied zum Einschalten per Hauptschalter feststellen konnte.

Zur Zeit lade ich das Akkupack noch mit Konstantstrom über ein Labornetzteil. Für Reisen wäre natürlich ein kompaktes Ladegerät besser, das die 4 in Reihe geschalteten Zellen mit mindestens 3A lädt.
Hat da vielleicht jemand einen Tipp?
Da sollte eigentlich jedes vernünftige Modellbau-Ladegerät mit intelligenter Abschaltung geeignet sein.
Schau doch mal bei www.elv.de oder www.conrad.de rein.

Gruß
Tom