Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LiFePo4 Schaltregler für Ladegerät


von Heiko S. (exchange)


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Hi,
ich bin auf der Suche nach einer Lösung um einen LiFePo4 Akku (BMS 
vorhanden) zu laden. Davon gibt es natürlich fertige Geräte wie Sand am 
Meer. Ich brauche aber die Ladezyklen, den Ladezustand vom Akku und der 
Verbraucher muss kontrolliert abschaltet werden können. Außerdem möchte 
ich dem Akku bei – 20°C nur einen kleinen Ladestrom geben und die 
Schaltung muss möglich kompakt sein. Dafür wollte ich einen ESP32 
nehmen, welcher die Daten übermitteln kann. Mit einem 24V Netzteil wird 
die Schaltung gespeist.

Mein Problem ist jetzt die Ladeschaltung. Bisher reichten bei meinen 
Bastelsachen Spannungsregler aber aufgrund der hohen Potentialdifferenz 
bekäme ich die Teile wahrscheinlich nicht gekühlt.

Jetzt gab es schon einige Einträge im Forum, verschiedene Meinungen und 
dann das aktuell neue Problem, der Beschaffung. Gab schöne fertige ICs 
von Markenherstellern aber das Zeug ist nicht lieferbar.

Ich muss also von 24 V runter auf 8 V bis 14,6 V, regelbar über den ESP. 
Dafür habe ich jetzt folgende ICs gefunden, welche auch zu beschaffen 
sind:

XL6019, MC34063 (MC34063EBD-TR), LM2576 (LM2576S-ADJ)

Vom Datenblatt her, würde ich aktuell den LM2576 und danach den XL6019 
favorisieren.

Bevor ich jetzt 3 Schaltungen aufbaue, hat vielleicht einer schon 
Erfahrungen mit den Teilen sammeln können und kann mir mitteilen, ob ich 
auf dem Holzweg bin?


Für Ideen bin ich dankbar.

Gruß
Heiko

von Paul (Gast)


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Heiko S. schrieb:
> Ich brauche aber die Ladezyklen, den Ladezustand vom Akku und der
> Verbraucher muss kontrolliert abschaltet werden können.

Das erfasst dein BMS, nicht dein Ladegerät. Die Ladesäule vom Auto weiß 
ja auch nicht wie oft sie deine Karre geladen hat und gibt die Daten 
dann an die zentrale Lade-Datenbank. Im Automotive Bereich erfasst man 
den Energiedurchsatz, also zählt alle Wh, rein wie raus. Das kann man 
dann auf Voll-Zyklen hochrechnen und dann eventuell bei erreichen der 
Herstellergrenze eine Meldung absetzen oder nicht mehr zuschalten.

Heiko S. schrieb:
> Außerdem möchte
> ich dem Akku bei – 20°C nur einen kleinen Ladestrom geben

Macht Sinn, sofern dein Ladestrom so hoch liegt das er für die Zellen 
mehr als etwas kitzeln darstellt. Wie viele Ah haben deine Zellen?

Heiko S. schrieb:
> die
> Schaltung muss möglich kompakt sein

Dann bist du mit fast allen oben genannten Schaltkreisen raus. 
Steinzeittechnik, nur über Umwege mit DAC und Co einstellbar. Geringe 
Schaltfrequenzen, daher große Spulen. Vorteil: Layout einfacher zu 
handeln, billiger

https://www.analog.com/en/parametricsearch/11471#/p5574=24|max&p5555=4|max&qsfv=chem|LiFePO4_vmax|24_icharge|4&p5380=LiFePO4

Das sind Lade-ICs. Die meisten davon sind bei Mouser lieferbar. 
Beispiel: LTC4015, über 3000 Stück auf Lager. Das wäre Stand der 
Technik, gefühlt hunderte Parameter einstellbar via I2C.

Nachteil: Unter 4 Layer geht nichts, schwerer zu löten, teurer 
(10-15Euro pro IC)

Liegt jetzt etwas an dir, welche Anforderungen du an dein Ladegerät 
stellen magst.

VG Paul

von Heiko S. (exchange)


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Hallo Paul,

vielen Dank für die Antwort und den Vorschlag. Primäre Anforderung ist, 
schnell fertig werden.

Gelötet bekomme ich das. Seit Corona repariere ich Sachen, welche ich 
früher nicht angepackt hätte. Beim LTC4015 ist ja sogar ein komplett 
fertiger Schaltungsentwurf drin, sodass ich den vielleicht schon nehmen 
werde.

Aufgrund von Zeitmangel habe ich mir so ein billig BMS aus China besorgt 
und nur die Sicherheitsfunktionen alle getestet, sodass ich hier keine 
Informationen zu erwarten habe und damit der Akkupack schnell fertig.

Das Teil hat nur 12V mit 6Ah, also eigentlich nichts. Verbraucher zieht 
ca. 0,5 A und ist ein Router. Muss später aber alles Wasserdicht sein 
und möglichst klein. Damit habe ich dann nichts mehr auf dem Markt 
gefunden.

Gruß
Heiko

von noreply@noreply.com (Gast)


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Heiko S. schrieb:
> Vom Datenblatt her, würde ich aktuell den LM2576 und danach den XL6019
> favorisieren.

Es gibt vom Chinesen deines Vertrauens fertige Step-Down-Module. Ich 
würde eines mit Strom-Spannungs-Begrenzung nehmen. Die Leistungsangabe 
sind gelinde gesagt, äußerst optimistisch. Also 2 bis 4 chinesische 
Ampere sollte das Ding schon können.

Was der ESP dann aber machen soll? Vielleicht die Spannung und eventuell 
den Strom messen zum Controlling, Ein/Aus, Strombegrenzung bei kalten 
Temperaturen.

XL6019 ist Current Boost Converter. Der vergrößert die Spannung.

von Heiko S. (exchange)


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noreply@noreply.com schrieb:
> Was der ESP dann aber machen soll? Vielleicht die Spannung und eventuell
> den Strom messen zum Controlling, Ein/Aus, Strombegrenzung bei kalten
> Temperaturen

Ja und ICMP über WLAN. Sobald eine IP nicht mehr anwesend ist, den 
Router neu starten. Irgendwann werde ich dem noch LoRa spendieren aber 
dauert.

noreply@noreply.com schrieb:
> XL6019 ist Current Boost Converter. Der vergrößert die Spannung.

Stimmt, überlesen.

von Euro (Gast)


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Man kann auch den StepDown diskret aufbauen und per Shunt den Strom 
messen. Letztlich ist ein Akku im Vergleich zu anderen Lasten ein 
ziemlich träges Ding (stellt keine besonderen Anforderungen an die 
Regelung).

von Michael B. (laberkopp)


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Heiko S. schrieb:
> Primäre Anforderung ist, schnell fertig werden.

Dann kaufe ein Fertigmodul.

Heiko S. schrieb:
> hat vielleicht einer schon
> Erfahrungen mit den Teilen sammeln können und kann mir mitteilen, ob ich
> auf dem Holzweg bin?

Du brauchst nicht nur einen Spannungsregler, sondern eine 
Strombegrenzung. Keiner der von dir ausgewählten kann das, man müsste 
sie nachrüsten, ein TL494 könnte das von Haus aus ist aber alt (dafür 
beschafbar).

Heiko S. schrieb:
> Das Teil hat nur 12V mit 6Ah, also eigentlich nichts

Heiko S. schrieb:
> regelbar über den ESP.

Heiko S. schrieb:
> Außerdem möchte ich dem Akku bei – 20°C nur einen kleinen Ladestrom geben

Es reicht also eigentlich, den Ladestrom umschaltbar zu machen zwischen 
Leistung (sagen wir 1A) und kalt (sagen wir 100mA), an einer Schaltung, 
die bei vollem Akku (Spannung) von selbst aufhört.

Ein Verlust von 0.7V wäre kein Problem, da du 24V hast und nur 14.4V 
brauchst.

Ein Linearregler wäre blöd weil 15 Watt Verlust.

Nimm den LM2596 mit Strombegrenzung https://www.ebay.de/itm/402128940273

Stell ihn auf 14.4V ein und den Strom auf deutlich unter 3A, sagen wir 
1A, weil das Chinamodul nicht so viel aushält wie beworben.

Mache die Strombegrenzung umschaltbar (Relais, Transistoren, 
Fremdspannungseinspeisung) wie du willst) und fertig.

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