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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Suche LiPo Solarladeregler


Autor: vile (Gast)
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Hallo allerseits!

Da ich im Internet gar nichts gefunden habe melde ich mich (fast 
verzweifelt) an euch:

Es geht um eine portable Solaranlage (Modulleistung: 25W), welche 
LiPo-Akkus laden soll da Bleiakkus (ob Gel oder Vlies) einfach zu groß 
und schwer sind.
Es sollen 3-zellige LiPos zum Einsatz (2 bis 4 Stück) kommen, welche 
dann über einen/mehrere Laderegler geladen werden. Und hier liegt das 
Problem!

Wie kann das umgesetzt werden? Mit einem Aufwärts-Abwärts-Wandler kann 
ich eine konstante Spannung erzeugen, jedoch variiert somit der Strom 
(je nach Lichtverhältnissen); jeder Akku müsste einen eigenen Laderegler 
bekommen (über Balancer-Anschluss).
Das Ladeverfahren konstant I, konstant U kann auch nicht eingehalten 
werden.

Ich könnte auch einen kleinen Bleiakku als Puffer benutzen, heißt, 
dieser wird geladen (Solar), welcher wiederum einen prozessorgesteuerten 
Lipo-Balancer mit konstantem Strom beliefert. Hier aber sinkt der 
Wirkungsgrad wieder...

Habt ihr Tipps oder Ideen wie ich meine Anlage so umsetzten kann?
Vielen Dank im Voraus!
mfg vile

Autor: MaWin (Gast)
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LiPoly läd man wie Bleiakkus, nur die Spannung muss präziser eingehalten 
werden.
Die ist allerdings auch wurscht, weil das LiPoly Pack wohl eine 
Schutzschaltung enthält.
Die ist etwas überspannungsfest (5V statt 4.2V geht immer), nur halt 
nicht so viel (Solarzelle belastet 4.2V unbelastet 8.4V).

Die übliche Bleiakkuladeschaltung begrenzt nicht die Spannung, sondern 
schliesst die Solarzelle kurz wenn der Akku voll ist. Ob mit Hysterese 
(erst nachladen wenn er leerer geworden sit) oder ohne (PWM läd immer 
weniger rein je voller er wird) ist Geschmackssache.

Ein tauglicher Chip wäre ICL7665 wie im Solarladeregler gezeigt:
http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9.5

Autor: vile (Gast)
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Die Akkupacks enthalten keine Schutzschaltung, daher muss ich mir etwas 
basteln was ein Überladen verhindert.
Das heißt also ich müsste die Ladespannungspannung auf 12,6V begrenzen 
(Ladeschlussspannung bei LiPos) und am Akku messen. Sobald dort eben die 
12,6V anliegen muss ich dann die Akkus vom Solarmodul trennen. Wenn ich 
dann die Akkus im Leerlauf überprüfe müssten sie die normale Spannung 
von 11,1 V haben. Richtig?

Oder müsste ich das selbe mit jeder einzelnen Zelle machen (also 
balancen) = Spannung auf 4,2V begrenzen usw.?

Ich dachte LiPos werden zunächst mit konstantem Strom geladen, sobald 
die LSS erreicht ist werden sie mit konstanter Spannung geladen. Aber 
wenns auch so geht wie mit Bleiakkus ist es natürlich viel einfacher.

Die Energieausbeute sollte so hoch wie möglich sein (siehe MPP bzw. 
Schaltregler)

Danke für deine Antwort :)

Autor: Marcus W (Gast)
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MaWin schrieb:
> [...] LiPoly Pack [...]
> Die ist etwas überspannungsfest (5V statt 4.2V geht immer), nur halt
> nicht so viel (Solarzelle belastet 4.2V unbelastet 8.4V).

Vorsicht!
Die typischen Modellbau-LiPos haben in den meisten Fällen keine 
derartige Schutzschaltung.

vile schrieb:
> Ich dachte LiPos werden zunächst mit konstantem Strom geladen, sobald
> die LSS erreicht ist werden sie mit konstanter Spannung geladen. Aber
> wenns auch so geht wie mit Bleiakkus ist es natürlich viel einfacher.

Am Netzteil macht man das auch so. Das ist die schnellste 
Lademöglichkeit.
Es gibt hauptsächlich zwei Parameter, die nicht überschritten werden 
dürfen:
- Zellenspannung (absolut kritisch)
- Ladestrom (meistens nimmt man hier 1C, manche vertragen auch mehr, 
aber auch auf Grund der Lebensdauer nimmt man meist nur 1C)
Schließt du jetzt das Netzteil an und stellst 4,2V ein, dann ist - wenn 
die Zelle entladen ist - der maximale Ladestrom sofort überschritten. 
Daher ists am Netzteil eben erst konstant I, bevor es in konstant U 
übergeht, wenn der Ladeschluss näher kommt.

Ladeschluss ist (bei Netzteilladung) nicht sofort, wenn 12,6V erreicht 
ist, also im Übergang von konstant I auf U. Dann ist der Akku nämlich 
erst ca. 75% voll. Ladeschluss ist erst nachdem der Ladestrom im 
konstant U Modus auf (soweit ich mich erinner) ca. 1/10C abgefallen ist. 
Das wirst du wahrscheinlich nicht exakt treffen bei deinem Solarregler, 
aber evtl. reicht dir ja schon 75% und Abschaltung bei 12,6V.

> Wenn ich dann die Akkus im Leerlauf überprüfe müssten sie die normale
> Spannung von 11,1 V haben. Richtig?

Falsch.
11,1 Volt ist nur die Nennspannung, voll liegen 12,6V an. Sieh dir mal 
eine Entladekurve dazu an, dann siehst du das sie bei Beginn der 
Entladung recht schnell auf Nennspannung sinken und dann dort recht 
lange bleiben.

Noch etwas zum Balancer:
Nimm lieber keinen Prozessor, sondern einen "dummen" Balancer, der nicht 
abstürzen kann - und auch weniger Leistung verbraucht.
Linear hat hier schon passende ICs samt Application Note dafür. Wenn ich 
zuhaus bin kann ichs raussuchen. (Hab das schonmal nachgebaut)
Der Balancer begrenzt im einfachsten Falle einfach die Zellenspannung 
auf 4,2Volt, indem er alles überschüssige über einen Mosfet verheizt.

Gruß Marcus

Autor: Bussard (Gast)
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Hallo vile,

für das Thema kann man eine eigenes Internet eröffnen ;-), so viel ist 
darüber schon geschrieben worden.
Wenn LiPo-Zellen ohne eigene Schutzschaltung (wie das bei Laptop oder 
Taschenlampen üblich ist) verwendet werden, mußt du sie für eine lange 
Lebensdauer mit einer Einzelzellenüberwachung gegen Überladung UND 
Unterladung schützen.
Viele Grundlagen-Infos kannst du hier erhalten: 
http://www.jan-chappi.de/akkueinstieg.htm
Fertige Lader-/ Balancer ... wurden hier gestestet: 
http://www.elektromodellflug.de/technik-1.htm (Es wird beim Modellbau 
allerdings davon ausgegangen, daß nach dem Laden die Zellen vom 
Ladegerät getrennt werden. Ständig angeschlossen stört das zwar nicht, 
aber die Geräte sind für manuellen Ladestart vorgesehen und verbrauchen 
ja auch (Solar) Leistung in deiner Anwendung).
Ziemlich robust, sowohl mechanisch als auch in der Toleranz gegenüber 
Über- und Unterladung sind die relativ neuen LiFePO4-Zellen. Die haben 
eine Nennspannung von 3.3V/Zelle. Leider sind sie derzeit für Hobbyisten 
nur bis ca. 2300mAh Kapazität zu bekommen und etwas teuerer als 
LiPo-Zellen, je nach Umständen bei der Bahandlung kann sich das aber 
schnell rechnen.

Gruß Bussard

Autor: MaWin (Gast)
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> Die Akkupacks enthalten keine Schutzschaltung

Selber schuld, wer tut sich so einen Kram

> Die typischen Modellbau-LiPos haben in den meisten Fällen keine
> derartige Schutzschaltung

an ? Bei Laptops ist das NICHT üblich, die enthalten alle eine
Schutzschaltung und manchmal einen Balancer im Akkupack.

> ohne eigene Schutzschaltung (wie das bei Laptop ... üblich ist)

Du musst also den Schutz selber machen, und den Balancer auch. Da bei 
vielen Akkus in Reihe die Gesamtspanung nicht davor schützt daß einer 
schon überladen wird, muss man entweder jede Zelle einzeln messen oder 
alle Zellen bei vollem Ladestrom gut balancen (was auch bedeutet daß 
jede einzeln gemessen wird).

Das tut man am einfachsten mit einem 
Akkupack-Schutzschaltungs-und-Balancer-IC, wer hätte es gedacht. Daß die 
Leute aber immer sparen wollen auf Teufel komm raus, um hinterher das 
doppelte und dreifache auszugeben, ich versteh's nicht.

> Sobald dort eben die 12,6V anliegen muss ich dann die Akkus vom
> Solarmodul trennen

Nein.
Hast du die angegebene Solarreglerseite nicht gelesen?
Warum liefert man dann so einen Link?

Das Solarmodul wird nicht getrennt, weil sonst dessen Spannung zu weit 
ansteigen würde und man zu spannungsfeste Bauteile bräuchte. Man 
schliesst es kurz. Denn für besten Wirkunsggrad beim Laden nimnmt man 
natürlich ein dem Akku angepasste Solarmodul, bei dir ein Modul welches 
bei 12V im "Maximum Power Point" ist, und das sind Module mit 24V 
Leerlaufspannung. Der angeschlossene Akku zieht so viel Strom, daß die 
gelieferte Spannung vom Modul nicht höher werden kann, als die aktuelle 
Akkuspannung, man braucht gar keine Strom- und Spannungsregelung während 
des ladens, man darf nur ein Modul nehmen, welches bei voller 
Sonnenstrahlung nicht mehr Power hat, als der Akku aufnehmen kann. Das 
könnte man sich sowieso nicht leisten, es ergibt sich also von alleine. 
Und Konstantstrom zum Laden kann man bei Solar eh nicht erzwingen, denn 
die Sonnne scheint wie sie will, du musst nehmen, was du kriegen kannst.

Zurück zum Balancer und Akku-Voll-Erkennung: Der ICL7665 misst nur den 
gesamten Akku, setzt also einen Balancer und Ladeschutz voraus. Hast du 
das nicht, musst du jede zelle einzeln messen. Du willst 3 Zellen 
schützen und balancen, der MC33351 täte das. Er liefert bei vollem Akku 
auch die Steuerspannung für den MOSFET der das Solarmodul kurzschliesst. 
Ohne solche ICs brauchst du pro Zelle einen Spannungsvergleicher wie 
ICL7665 (immerhin kann man die Ausgänge durch open drain 
parallelschalten), und solltest balancen, z.B. durch Ladungstransport 
mit einem LTC660 zwischen je 2 Zellen.

Autor: Marcus W (Gast)
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MaWin schrieb:
>> Die Akkupacks enthalten keine Schutzschaltung
>
> Selber schuld, wer tut sich so einen Kram an?

Wie gesagt, im Modellbau ist das üblich und gängig.

MaWin schrieb:
>> Die typischen Modellbau-LiPos haben in den meisten Fällen keine
>> derartige Schutzschaltung
>
> Bei Laptops ist das NICHT üblich, die enthalten alle eine
> Schutzschaltung und manchmal einen Balancer im Akkupack.

Es war aber nicht von Laptops die Rede, zumal die meisten einen Li-Ion 
Akku haben und keinen LiPo.

Autor: MaWin (Gast)
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Du meinst, der Satz

> ohne eigene Schutzschaltung (wie das bei Laptop ... üblich ist)

bedeutete:

"ohne eigene Schutzschaltung"

und darin nur geklärt werden sollte welche Schutzschaltung

"Schutzschaltung wie bei Laptop üblich"

also gemeint war

"in Laptops sind Schutzschaltungn üblich".

Ja, dann hab ich den Satz missverstanden.

Aber ich lese nirgends, daß der TE von Modellbauakkus redet, die zudem 
teuer und wenig geeignet wird weil meist auf Hochstrom ausgelegt statt 
gute Qualität. Er redet von Akkupack, und in Packs sind fast immer 
Schutzschaltungen. Auch mein Laptop verwendet z.B. LiPoly, 
interessanterweise parallel mit LiIon und 2 völlig unabhängige 
Schutzschaltungen dafür. Keine Ahnung warum.

Autor: vile (Gast)
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Wenn ich die Schutzschaltung nicht selber bauen möchte, ginge auch 
dieser hier: http://www.conrad.de/goto.php?artikel=155151 ?
Falls ja, dann muss ich am LiPo (3-zelliger Modellbauakku) am 
Balanceranschluss die einzelnen Zellen an jeweils eine Schutzschaltung 
anschließen.

Wenn ich das richtig sehe kann ich dann die Schutzschaltungen inkl. 
Zellen in Reihe schalten, die 11,1 V abnehmen und mit 12,6V laden. 
Voraussetzung dafür ist aber dass das Solarmodul bei Erreichen der LSS 
kurzgeschlossen wird (um ein Überladen zu verhindern). Stimmt das so?

Autor: Henk (Gast)
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Also lt. dem Datenblatt da musst Du die Schaltung eindeutig direkt an 
der Zelle verbauen und NICHT am Balanceranschluß.

Autor: vile (Gast)
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Das war wohl etwas missverständlich. Über den Balanceranschluss habe ich 
direkten Zugang zu den einzelnen Zellen ohne dafür das Akkupack 
auseinandernehmen zu müssen.
Ich kann natürlich auch die Zellen voneinander trennen um dickere Kabel 
anzuschließen, am Balanceranschluss sind nur Kabel im Bereich von ca. 
0,2mm².

Würde es dann so funktionieren wie ich es mir vorstelle?

Autor: Henk (Gast)
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Naja, dieser balancer dort trennt das Akkupack ja beispielsweise bei zu 
hoher Stromentnahme und das würde nicht gehen wenn Du ihn an den 
balanceranschlüssen verschaltest.

Autor: Marcus W (Gast)
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> Überspannungs-Erkennung: 4,28 V
Das ist nur eine Notbremse, die versucht einen Brand zu verhindern. Der 
Normale Ladeschluss sollte 4,20 recht genau treffen, 4,3 sind schon viel 
zu viel, wenn du lange Spaß am LiPo haben möchtest.

Wenn du diese Platine nutzen möchtest, dann als 2. Sicherung direkt an 
der Zelle, dazu müsstest du aber den Pack auseinanderbauen. Ich die ist 
eher für Leute gedacht, die sich die Packs selber aus einzelnen Zellen 
konfektionieren.

Autor: BaBo (Gast)
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Hallo Zusammen ich habe das selbe Problem  aber bei dieser Diskussion 
geht es nicht ums Thema sondern mehr um irgendwelche andere sch**se und 
wer Inteligenter ist.
 Ich hoffe das irgend wan noch was schlaues kommt

Autor: Julian Baugatz (julinho)
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Oder Du nimmst einen fertigen Solarlade-IC:

LT3652 - Power Tracking 2A Battery Charger for Solar Power

Akkupacks mit Schutzschaltung und Balancer gibts wie Sand am Meer, die 
Schutzschaltungen werden in Milionen Stückzahlen gebaut und kosten 
deshalb so gut wie nichts. Selber bauen ist in diesen Fall Quatsch.

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