Hallo Leute,
ich wühle mich nun schon seit Tagen durch das Forum nach einer Aussage,
die mir beim Designen einer Schaltung für meinen Anwendungsfall hilft.
Leider bin ich nun total verwirrt und unsicher.
1. Ausgangssituation:
Ich habe eine Sensor-Schaltung die per XBee Messwerte versendet. Die
Schaltung benötigt 3.3V (3.0V - 3.6V sind bauteilbedingt möglich). 310mA
sind der Maximal-Strombedarf. Dauerhaft wohl so um die 250mA.
Derzeit wird die Schaltung durch ein linear AC-Netzteil mit Strom
versorgt.
Ich benötige nun ein Batterie-Backup bei Stromausfall und zur
Überbrückung von Spannungseinbrüchen dank unstabiler Stromversorgung.
Laden des Akkus und paralleler Betrieb der Schaltung sind Pflicht.
Einsatz im Freien in Deutschland in einem wasserdichten (geschlossenen)
Bopla-Gehäuse. Also Temperaturen zwischen -20° und +35°C im
Außenbereicht. 310mA Verlustleistung lassen die Temperaturen bei
Sonneneinstrahlung wohl leicht auf 50°C ansteigen.
2. Fragestellung:
2a: Welcher Akkutyp?
Ich benötige ca. 2000mAh an Leistung um ca. 4-5 Stunden zu überbrücken.
--> 1x LiPo oder 2x NiMH in AA-Form?
Beide benötigen einen Laderegler. Welcher Akku-Typ ist für die
Umgebungsbedingungen (Temperaturen) am geeignetsten? NiMH ist leicht zu
beschaffen und billig. Wo wäre der Vorteil von LiPos?
2b: Welcher Laderegler abhängig von 2a?
Ich denke derzeit an den bq24075. Gibt es Einwände? Kann ich den nur für
den LiPo nutzen oder kann ich damit auch zwei AA-NiMHs in Reihe laden?
2c: 3.3V Erzeugung?
Buck-Boost ist hier wohl das Zauberwort um die Akkus optimal
auszunutzen. Dachte an einen LTC3440 hinter dem bq24075. Ein TPS61200
liefert nicht genug Saft (brauche ja 310mA).
Die Unterspannungs-Grenze der 3.7V LiPos liegt bei 3.0V. Ich kann also
mit einem LDO daraus nicht die benötigten 3.0V für die Schaltung
generieren. LDO scheidet also wohl aus?
2d: Temperaturüberwachung des Akkus für den Laderegler:
Die von mir gefundenen Laderegler brauchen großteils einen NTC zur
Temperatur-Überwachung des Akkus beim Laden. Die von mir weiterhin
gefundenen LiPos mit 2000mAh haben aber keinen eingebauten Fühler. Die
NiMHs auch nicht. Kann ich einfach einen NTC an das Akkupack kleben oder
wie realisiert man das am sinnvollsten?
Derzeitige Planung: Aktuell tendiere ich zu einer Schaltung mit einem
7805 zur Erzeugung von 5V DC aus 230V AC. Dann einen LiPo mit 2000mAh
und einem bq24075 als Ladeschaltung. Dahinter einen LTC3440 zur
Erzeugung der 3,3V. Dazu noch einen LiPo Gauge vom Typ MAX17043 zur
Überwachung des Akkus.
Zur Sicherheit/Klarstellung: Ich habe etliche Forenbeiträge gelesen und
bin mir bewusst, dass die Fragen alle schoneinmal gestellt wurden.
Einige Antworten sind aber schon mehrere Jahre alt und viele geben keine
klare Richtung vor. Ich habe auch recht viele Datenblätter zum Thema
gelesen und bin mir der verschiedenen Varianten von Lade-ICs, Buck-Boost
Converter, LDOs, ... bewusst. Ich bin aber ein Hobby-Bastler und habe zu
wenig Erfahrung bzw. zu wenig Geld und Zeit um mir hier selbst die
optimale Lösung herauszuarbeiten. Es geht hier um ein Hobby-Projekt und
nicht um ein kommerzielles Produkt. Ich möchte einfach nur eine
ordentliche Lösung die haltbar ist. SMD Bauteile bzw. Reflow-Bauteile
sind kein Problem.
konfu schrieb:> Ich benötige ca. 2000mAh an Leistung um ca. 4-5 Stunden> zwischen -20° und +35°C
Bei -20 Grad wirst Du allerdings niiie die volle Kapazität entnehmen
können oder eine korrekte Ladung
hinbekommen.http://batteryuniversity.com/partone-german.htm
AA-Zellen kann jede Hausfrau tauschen. Wenn noch keine Langzeiterfahrung
mit einem speziellen Akku-Typ vorliegt, würde ich zu einigen bewährten
AA Sanyo eneloop tendieren, die zwar etwas Geld kosten, aber in einigen
Jahren noch problemlos beschaffbar sein könnten. Fest eingelötetete
Akkus haben zwar den Vorteil, daß die Kontaktflächen das
Kondenswasserproblem besser überstehen könnten, aber vor Ort schlecht
ausgetauscht werden können. Allgemein: Batterieteil unten anordnen,
damit eventuell auslaufende Suppe nie die Schaltung verätzen kann.
...Schau mal in welchem Temperaturbereich LiPo und NiMH geladen werden
dürfen ;-) Es gibt gute Gründe, warum die guten "alten" Blei(Gel)Akkus
bisher nicht vom Markt verschwunden sind ....
Pass bei deinen Bauteilen auf, dass die auch deinen Temp Bereich
abdecken,
Der 7805 ist zB schon ein griff ins Klo, der geht nur bis 0 Grad ->
LF50CV
2Ah bei 3V willste also, das sind 6Wh
Also mal hier gucken:
http://www.reichelt.de/Blei-Vlies-Akkus-6V-Panasonic/LCR-6V-1-3P/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=4233&ARTICLE=26700&SHOW=1&START=0&OFFSET=16&;
Zum aufladen einfach 6,9V anlegen.
Das NT legste so aus, dass der Strom zum Akkuladen und zum betreiben der
Schaltung reicht.
Die Schaltung versorgste aus den 6,9V per Stepdown.
Laderegler brauchste nicht, der Akku nimmt sich was er braucht und kann
eeewig an den 6,9V bleiben.
Okay. Wenn ich es nun richtig verstehe, dann werden Blei(Gel) Akkus mit
einer UI Kennlinie geladen. Also solange mit Konstantstrom bis die
Ladeschlussspannung erreicht ist. Dann nimmt sich der Akku nur noch
soviel Strom, wie er eben benötigt.
Das heisst im Umkehrschluss, dass ich eine Konstant-Strom-Quelle zum
Laden benötige. Da ich den Akku parallel an meine Schaltung hängen muss,
wird mir dann die Spannung einbrechen, bis der Akku voll ist. Ich kann
also doch meine Schaltung nicht versorgen, während der Akku noch nicht
voll ist, da mir die Spannung wegbricht, oder?
Na die Spannung wird trotz Konstantstrom nicht auf weniger
zusammenbrechen als die Tiefentladespannung des Akkus (5,5V).
Daher geht das.
Ansonsten eben Relais zum umschalten des Akkus auf Laden und Notstrom.
Also ist die Entscheidung zwischen NiMH und LiPo ganz eindeutig auf
BleiGel gefallen ;-)
Okay. Ich erspare mir den Lade-IC, den Buck-Boost Converter usw.
Ich brauche ein Netzteil, das mit 6,9V bei ca. 0.52A bei dem oben
genannten Akku liefert. Zusätzlich brauche ich dann noch etwas Strom für
die zu versorgende Schaltung.
Die Schaltung wird dann mit einem ordentlichen Spannungsregler versorgt
(z.B. LT1763-3.3V).
Die Umschaltung zwischen Normalbetrieb und Notstrombetrieb werde ich
dann vermutlich lieber mit einem Mosfet machen. Zwei Dioden verteilen
die Netzteilspannung einmal auf den Akku und einmal auf den LT1763. Ein
Mosfet sitzt dann zwischen dem Akku und der Schaltung und gibt diese
Verbindung frei, wenn die Netzspannung ausfällt. Die Spannung wird für
den Umschaltmoment dann mit einem etwas größeren Elko gepuffert.
Okay. Dann muss ich nur noch ein 6.9V Netzteil bauen. Vermutlich am
einfachsten mit einem LM317 oder etwas anderem, das den
Temperaturbereich abdecken kann ;-)
Tiefentladeschutz ist wohl auch nötig.
