LiFePo Charger mit LM317 oder Switcher

MaWin schrieb:

> LM317 (als Spannungsregler) ist nicht genau genug,
> um ungeschützte (ohne Schutzschaltungs- PCB) LiIon laden zu können
> Wenigsten TL431B müsste als Spannungsregler schon sein (und 0.5%
> Widerstände).

LiFePo ist nicht ganz so empfindlich wie LiIon; man kann
aber LM317 und TL431A kombinieren, um eine höhere Genauig-
keit zu erzielen. Die Schaltung steht im Datenblatt des
TL431.

Was für ein Kaspertheater. Die Spannungsregelung zum LiFePo-Laden ist 
weitgehend unproblematisch. Die Genauigkeit der Referenzspannung aus dem 
Datenblatt ist egal, wenn man die Spannung einmalig(!) mit einem 
vernünftigen Multimeter kalibriert. Temperaturdrift ist auch kein Thema, 
weil man schon die Akkus nur in einem relativ kleinen Temperaturfenster 
laden darf. Selbst eine schlechte Referenz mit 100ppm/K ist immer noch 
weit im grünen Bereich. Lastausregelung ist ebenfalls Wumpe, weil der 
kritische Punkt ja gerade das Ladeende ist. Und dann ist der Strom 
klein, also wenig Last. Wenn man die Spannung im Leerlauf kalibriert 
hat, wird sie unter Last sicher nicht höher liegen.

Was gegen den LM317 spricht, sind 1. die Verlustleistung und 2. die 
fehlende Möglichkeit einer definierten(!) Strombegrenzung.

Viel wichtiger als die Strom/Spannungsquelle ist bei einem 3S Akkupack 
(um so einen geht es ja wohl) der Balancer.

Stephan schrieb:
> Naja die Strombegrenzung im LM317 ist schon definiert über den
> Serienwiderstand. 1,25 V/Rs danach macht er zu.

Das ist so, wenn du den LM317 als Stromquelle beschaltest.
Oben wolltest du den noch als Spannungsregler verwenden.
Welches Schweinderl hättens denn gern? Dir ist klar, daß
du auf jeden Fall (auch) eine Spannungsregelung brauchst?

Stephan schrieb:
> 4 Zellen sollen
> mit max. 2A auf max. 3,5V geladen werden. Im einfachsten Fall ein
> Schaltnetzteil von Pollin auf 14V eingestellt und gut.

Das ist leider nur solange gut, wie sich die Zellen absolut identisch 
verhalten. Das Problem ist bei LiFePO4-Zellen aber weniger die 
Genauigkeit der Spannung, sondern das Laden in Serie.

Die Ladekurve von LiFePO4 unterscheidet sich stark von den sonst 
üblichen LiIon Zellen (LiMn und LiCo). Die Spannung beim Laden liegt die 
meiste Zeit bei etwa 3,4V und steigt aber sehr schnell an, wenn die 
Zelle voll ist.

Das hat den Vorteil, dass der Kapazitätsunterschied zwischen 3,5V und 
3,6V nur wenige Prozent beträgt. Der Nachteil ist, dass die serielle 
Ladung noch viel kritischer ist als bei anderen Lithium-Chemien.

Wenn die erste deiner 4 Zellen voll ist, die anderen aber noch bei 3,4V 
sind, bedeutet das 14V - 10,2V = 3,8V für die schon volle Zelle. Und 
dass ist deutlich zu viel, obwohl du nur 3,5V pro Zelle berechnet hast.

Du brauchst also einen Balancer oder vier einzelne Lader für je eine 
Zelle. Die Balancer, die für andere LiIon-Technologien verkauft werden, 
sind aber meist ungeeignet. Sie müssen während des Ladens aktiv sein und 
soviel Strom verbraten können, wie eine volle Zelle nicht mehr braucht, 
also den vollen Ladestrom. Ein solches Ladegerät ist dann im Prinzip 
eine Stromquelle und je Zelle ein Shuntregler, der dafür sorgt, dass der 
Ladestrom umgeleitet wird, wenn die Ladeschlussspannung erreicht ist.

Ich bevorzuge aber ein Multieinzelzellen-Ladegerät, da es weniger 
Verlustleistung hat.Siehe:

Beitrag "Re: 4 18650 Zellen in Reihe aufladen?"

Stephan schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Stephan schrieb:
>>> Naja die Strombegrenzung im LM317 ist schon definiert über den
>>> Serienwiderstand. 1,25 V/Rs danach macht er zu.
>>
>> Das ist so, wenn du den LM317 als Stromquelle beschaltest.
>> Oben wolltest du den noch als Spannungsregler verwenden.
>> Welches Schweinderl hättens denn gern? Dir ist klar, daß
>> du auf jeden Fall (auch) eine Spannungsregelung brauchst?
>
> man kann beides haben....Spannungsregler mit Strombegrenzung

Autsch. Diese Schaltung ist Unsinn. Zumindest tut sie nicht das, was
du glaubst, daß sie es tut. Sie begrenzt zwar den Kurzschlußstrom auf
den angegebenen Wert, aber sie liefert deutlich weniger Strom bei 
Nennspannung. Tatsächlich liefert sie die Nennspannung nur im Leerlauf.
Beim halben Kurzschlußstrom liefert sie aber bspw. nur noch die halbe
Nennspannung. Zum Akkuladen denkbar ungeeignet.

Man kann zwar den LM317 als Stromquelle beschalten und einen zweiten 
Regelungspfad (z.B. mit einem TL431) für die Spannungsregelung dazu
stricken. Aber besonders sinnvoll ist es nicht, wenn es bereits fertige
Regler gibt, die Strom und Spannung von Haus aus unabhängig regeln.

Hallo,

ich hatte mich auch mal mit dem Thema LiFePO4 einfach laden beschäftigt 
und folgendes ist dabei herausgekommen :

Es gilt jedoch bei dem Schaltplan darauf zu achten, das zur Sicherheit 
ein 1k Ohm Widerstand vor den Invertierenden Eingang zu schalten ist.

Beitrag "Re: Akkuschrauber auf LiFePO4 umrüsten"


Bernd_Stein

Axel S. schrieb:

> Sie begrenzt zwar den Kurzschlußstrom auf
> den angegebenen Wert, aber sie liefert deutlich weniger Strom bei
> Nennspannung. Tatsächlich liefert sie die Nennspannung nur im Leerlauf.
> Beim halben Kurzschlußstrom liefert sie aber bspw. nur noch die halbe
> Nennspannung.

Ist es nicht so, das die Ausgangsspannung bei halben Kurzschlußstrom
nur um die halbe Nennspannung des LM317, also um 1/2 x 1,2V absinkt?

> Zum Akkuladen denkbar ungeeignet.

Das ist gerade beim Akkuladen ganz sinnvoll, denn die per Spannungs-
teiler eingestellte Ladeschlussspannung ist eigentlich nur bei Lade-
ende bei geringen Strömen wichtig.

Klaus schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Autsch. Diese Schaltung ist Unsinn.
>
> Hast du das schon mal den Leuten bei National (heute TI) gesagt? Die
> haben das schon vor gefühlten 20 Jahren für Bleiakkus vorgeschlagen.

Toll. Die Schaltung ist trotzdem Unsinn und war das schon immer. Daß sie 
in einem Datenblatt abgedruckt ist, ist um so schlimmer.

> Axel S. schrieb:
>> Zumindest tut sie nicht das, was
>> du glaubst, daß sie es tut. Sie begrenzt zwar den Kurzschlußstrom auf
>> den angegebenen Wert,
>
> Ein Kurzschluß tritt nur dann auf, wenn der Akku kaputt ist, ansonsten
> hat er mindestens die Entladeschlußspannung. Der Fall ist also fürs
> Akkuladen unerheblich.

Du hast mein Argument gar nicht begriffen.

>> aber sie liefert deutlich weniger Strom bei
>> Nennspannung. Tatsächlich liefert sie die Nennspannung nur im Leerlauf.
>
> Richtig, bei Nennspannung ist der Akku voll, es fließt also minimaler
> Strom, weil in den Akku nichts mehr rein geht. Dagegen kann der
> Laderegler auch nichts machen.

Auch das hast du offensichtlich nicht begriffen.

Beim Laden ist die Spannung am Akku irgendwo zwischen Entladeschluß- 
spannung und Ladeschlußspannung. Das gewünschte Verhalten der 
Ladeschaltung ist, daß sie bei allen diesen Spannungslagen einen 
konstanten Strom in den Akku schiebt. So lange, bis die Ladeschluß- 
spannung erreicht ist und der Akku den Strom selber auf einen 
niedrigeren Wert begrenzt.

Diese Schaltung leistet das nicht.

Harald W. schrieb:
> Ist es nicht so, das die Ausgangsspannung bei halben Kurzschlußstrom
> nur um die halbe Nennspannung des LM317, also um 1/2 x 1,2V absinkt?

Nein.

Die Summe der Spannungen über Rs und R1 ergibt die Referenzspannung des 
LM317. Wenn wir den Strom durch den Spannungsteiler R1/R2 
vernachlässigen, dann ist die Spannung über Rs nur vom Laststrom 
abhängig, die Spannung über R1 nur von der Ausgangsspannung. Wir 
erhalten

1.25V = Ia*Rs + Ua/(1+R2/R1)

für Ua=0 (Kurzschluß) erhalten wir Ia = 1.25V/Rs
für Ia=0 (Leerlauf) dann Ua = 1.25V*(1+R2/R1)

So wie es auch im o.g. Auszug des Datenblatts steht. Außer daß die 
zweite Formel da auch falsch ist. So viel zum Thema "Datenblätter 
werden von Profis geschrieben und man kann sich felsenfest auf das 
verlassen, was da drin steht".

Für alle Betriebszustaände dazwischen verhält sich die Schaltung so, wie 
eine fest eingestellte Spannungsquelle mit einem nachgeschalteten 
Widerstand R' = Rs*(1+R2/R1)

Mal eine Beispielrechnung mit den Werten aus dem Datenblatt: R1=240R, 
R2=2.4K, Rs=0.2R. Gibt Ua=13.75V (Leerlauf), Ia=6.25A (Kurzschluß).

Wenn wir einen leeren 12V Akku anschließen mit 9.6V Klemmenspannung, 
dann fließen maximal 1.89A. Wenn die Spannung am Akku auf 12V 
angestiegen ist, fließen noch 0.8A.

Das ist eine ganz dämliche Ladeschaltung.

Axel S. schrieb:
> Beim Laden ist die Spannung am Akku irgendwo zwischen Entladeschluß-
> spannung und Ladeschlußspannung. Das gewünschte Verhalten der
> Ladeschaltung ist, daß sie bei allen diesen Spannungslagen einen
> konstanten Strom in den Akku schiebt.

Das ist nur dann gewünscht, wenn der Akku möglichst schnell geladen 
werden soll. Dem stehen aber manchmal andere Wünsche entgegen, zB dass 
der Akku eine möglichst lange Lebensdauer haben soll.

Wie stark sich diese Wünsche widersprechen, ist abhängig von der Chemie 
der Akkus. Bei Ni-Akkus ist es ok, mit Blei kenn ich mich nicht so gut 
aus,  aber hier geht es um LiFePo4.

Noch dazu 4 Zellen in Serie, wobei der Fragesteller bisher nur die 
Gesamtspannung kontrollieren will. Der Effekt, dass die Spannung bei 
einer vollgeladenen Zelle sehr schnell ansteigt, ist natürlich umso 
größer, je größer der Ladestrom ist.

Schreiber schrieb:
> auch LiFePo sollte man tunlichst mit einem Balancer versehen, wenn man
> lange an ihnen Freude haben will.

Oder eben jede Zelle einzeln laden, dann kann man sich den Balancer und 
die von ihm verheizte Energie sparen. Wobei einzeln gleichzeitig nicht 
ausschließt.

Stephan schrieb:
> @Axel,
>
> einen konstanten Strom kannst Du nur in den Akku "schieben" wenn eine
> Spannungsdifferenz zwischen Quelle und Ziel existiert. Du "schiebst"
> also nicht, sondern Du begrenzt den Strom der aus der Spannungsdifferenz
> und dem Innenwiderstand des Zieles resultiert, auf den gewünschten Wert.

Wie bereits gesagt: auch das hast du offensichtlich nicht begriffen.

Beim Laden von Lithium- (und gelegentlich Blei-) Akkumulatoren kommt ein 
CC/CV Verfahren zur Anwendung. So lange die Klemmenspannung des Akkus 
unterhalb der Ladeschlußspannung liegt, ist der Strom konstant (er wird 
vom Ladegerät auf den für den Akku erlaubten Wert begrenzt). Das ist die 
CC (constant current) Phase. Sobald die Ladeschlußspannung erreicht 
ist, beginnt die CV (constant voltage) Phase. Jetzt sorgt die 
Ladeschaltung dafür, daß die Spannung nicht überschritten wird und der 
Ladestrom wird vom Akku entsprechend seiner internen Zellenspannung und 
Innenwiderstand eingestellt.

Und bevor du fragst: nein, so lange die Klemmenspannung des Akkus die 
Ladeschlußspannung nicht erreicht hat, begrenzt nicht der Akku den 
Strom, sondern die Ladeschaltung. Denk einfach nochmal darüber nach, 
falls das dein Einwand war.

Das habe ich mir nicht ausgedacht. Das ist die Vorgabe der Hersteller 
dieser Akkus. Natürlich kann man Akkus auch mit weniger Strom laden als 
mit dem erlaubten Maximum. Sofern man die Zeit dafür hat. Die meisten 
Leute haben diese Zeit nicht. Und 100% der Leute, die eine spezifische 
Akku-Ladeschaltung bauen (statt einfach nur eine Spannungsquelle mit 
einem Reihenwiderstand) schon gar nicht.

> @all
> Mir ging es hier eigentlich darum heraus zu finden was gegen einen
> Simple Switcher oder gegen einen Linearen Regler spricht. Außer der
> Verlustleistung. Die Simple Switcher sind ja nicht so genau bei der Line
> Regulation. 2-3% wäre  bei LiIo oder LiPo natürlich tödlich.

Das ist eine Verallgemeinerung, für die du jeglichen Nachweis schuldig 
bleibst. Das fängt schon damit an, daß du jetzt die Markenbezeichnung 
"Simple Switcher" verwendest, statt wie vorher "Pollin-Schaltnetzteil"

Es gibt genau gar keinen Grund, warum ein Schaltnetzteil seine 
maximale Ausgangsspannung nicht auf 1% genau ausregeln können sollte. 
Außer natürlich, wenn das beim Design gar keine Anforderung war.

> Der LiFePo steckt das offensichtlich besser weg auch ohne balanciert
> zu werden

Und wieder eine andere Baustelle. Balancen von Akkupacks ist ein ganz 
eigenes Problem und weitgehend unabhängig von der CC/CV Ladeschaltung.


Manfred schrieb:
> Axel S. schrieb:
>> Wenn wir einen leeren 12V Akku anschließen mit 9.6V Klemmenspannung,
>> dann fließen maximal 1.89A. Wenn die Spannung am Akku auf 12V
>> angestiegen ist, fließen noch 0.8A.
>>
>> Das ist eine ganz dämliche Ladeschaltung.

> Nein, die Schaltung erfüllt mit minimalem Aufwand ihren Zweck und ist
> eher intelligent konzipiert.

Im Gegenteil. Die Schaltung ist 100% äquivalent zu einer Spannungsquelle 
mit 13.75V, gefolgt von einem 2.2R Widerstand. Eine solche Spannungs- 
quelle könnte man höchst effizient mit einem Schaltregler aufbauen.
Und der 2.2R Widerstand könnte als "Zementbunker" die Verlustleistung 
ganz problemlos abführen, im Gegensatz zu einem LM317, der maximal 150°C 
Sperrschichttemperatur aushält. Der Gesamtaufwand sowohl bezüglich 
Kühlung als auch bezüglich Primärenergiebedarf wäre also ohne diese 
dämliche Schaltung sogar geringer. Von minimalem Aufwand sehe ich da 
auch nichts.

Diese Schaltung ist das exakte Gegenteil von intelligent. Sie verhält 
sich genauso unerfreulich wie eine Schaltung mit ohmschem Vorwiderstand 
und pessimiert das ganze, indem sie die Verlustleistung auf ein 
Halbleiter-Bauelement konzentriert.

> Wer etwas von Schaltungstechnik versteht, wird auf Anhieb erkennen, dass
> dort keine konstante Spannung und nicht bis zum Ende der Maximalstrom
> heraus kommen können - das ist auch garnicht deren Zweck.

Ach. Auch du solltest dir bitte noch einmal die Spezifikation des CC/CV 
Ladeverfahrens durchlesen.