Hallo!
Ich möchte mithilfe eines Step-Up-IC's mit Konstantstromausgang einen
Lithium Polymer Akku laden.
Konkret würde es sich dabei um den TPS61070 von TI handeln.
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tps61070.html
Aufgrund der niedrigen Feedbackspannung hätte ich auch nur einen
Spannungsabfall von 0.5V. Der Betriebsstrom würde nur 19uA betragen und
im Shutdown wären es noch 0.1uA inkl. Load Disconnect!
Da ich den Akku immer nur mit der gepufferten Energie aus einem
Kondensator lade (mittels Schmitttrigger), ergeben sich dadurch Vorteile
welche sich mit einem nachgeschaltetem Lithium Lade IC nicht realisieren
lassen würden. (Beispielsweise Stromverbrauch oder Einschaltverzögerung)
Prinzipiell müsste ja die Ladung per Konstantstrom mit diesem IC möglich
sein!? Kann man also den Akku einfach wie eine Led zwischen den Vout und
den Feedback-Pin hängen? (Datenblatt Seite 17 Figure 25)
Das einzige Problem dürfte ja die maximale Ladespannung von 4.2V sein.
Nur haben ja ziemlich alle Lithium Polymer Akkus eine Overcharge
Detection. Diese müsste ja ein Überladen des Akkus verhindern?
mfg
Mathias
der TPS61070 arbeitet doch mit konstanter Spannung. Es müsste also
ausreichen wenn du die Spannung auf 4,2V einstellst. Der Strom wird dann
auf 600mA auf der Eingangsseite begrenzt. Das heist dein Akku wird mit
<600mA geladen.
>Das einzige Problem dürfte ja die maximale Ladespannung von 4.2V sein.>Nur haben ja ziemlich alle Lithium Polymer Akkus eine Overcharge>Detection. Diese müsste ja ein Überladen des Akkus verhindern?
NEIN, die meisten Akkus haben sowas nicht! Nur fertig konfektionierte
Packs mit Schutzelektronik haben das. Alle bei Po**in und anderen
Händlern gekauften Li(-Po) Akkus aus irgendwelchen PDAs sind nackte
Zellen ohne Schutzelektronik!
Die Schutzelektronik als Ladebegrenzung einzusetzen finde ich sehr
abenteuerlich. Dazu ist sie nicht ausgelegt. Wenn du mit im Vergleich
zur Akkukapazität kleinen Strömen lädst, geht der Akku im schlimmsten
Fall einfach still und leise kapputt. Das passiert bei der ersten
Fehlbehandlung und wenn keine hohen Energien im Spiel sind, ohne
Erwärmung und ohne Explosion.
An deiner Stelle würde ich mit einem TL431-Derivat eine präzise Z-Diode
bauen, welche bei Überladung den Strom aufnimmt und verheizt.
Übrigens, Li-Akkus leben bedeutend länger, wenn man die 4.20V nicht ganz
ausreizt und z.B. schon bei 4.10 oder 4.15V aufhört zu laden.
Gruss
rayelec
Tu dir bitte den Gefallen, und lass es bleiben!
Die Lade-End-Spannung muß 4,2V sein. Und zwar auf 1% genau, oder maximal
plus 50mV. Nicht 100mV, nicht 200mV.
Ein LED-treiber begrenzt dir zwar den Strom, begrenzt aber, wenn
überhaupt, die Spannung nicht genau genug bei 4,2V.
Es gibt doch Ladechips, wie Sand am Meer, schau bei Linear Technology (
die ham auch gratis Muster) oder bei Ti.com
Die haben alles was Du brauchst und sind nur für diesen Zweck entwickelt
worden.
Meinst Du nicht, das die Hersteller nicht einen LED-Treiber zum Laden
von LIPOS empfehlen würden, wenn es ginge?
> Das einzige Problem dürfte ja die maximale Ladespannung von 4.2V sein.> Nur haben ja ziemlich alle Lithium Polymer Akkus eine Overcharge> Detection. Diese müsste ja ein Überladen des Akkus verhindern?
Ein überladener Lithium-Akku exploxiert schon ab etwas 5V!
Ein Händyakku macht einer Silvester-Rakete alle Ehre!
Haben wir selbst ausprobiert ( unter kontrollierten Bedingungen!)
Eine Schutzschaltung ist KEIN ERSATZ für einen vernünftigen Lader.
Die soll nur das Schlimmste verindern!
Du bremst beim Auto ja auch nicht jedesmal mit dem Airbag!
Und wenn Du die Ladung schon in einem Elko hast, dann bau deine
Schaltung doch gleich so, das der ganze Elko nur auf 4,2V aufgeladen
wird und hänge ihn mit MOSFETs an den Akku. ( Switched Capacitor)
Selbst dafür gäbe es fertige Teile ( Analogschalter von TI, die können
400mA, umschalten mit Komparator, darauf achten, das der Komparator
genau genug ist, Threshold und Hysterese)
@ Thomas:
Schon klar, dass ich den TPS61070 auf die Spannung einstellen könnte,
nur muss der Strom auf maximal 1C (was in meinem Fall 130mA sind)
begrenzt werden! Ansonsten könnte ich natürlich den Strom mit einem
Widerstand begrenzen, was jedoch einen mehr oder weniger großen
Spannungsabfall bedeuten würde.
@ rayelec: Mein Akku hat einen Überladeschutz nur hast du wohl recht mit
deiner Aussage, dass man diese besser nicht dazu missbrauchen sollte!
@ Frankman: Habe so ziemlich alle Ladechips angeschaut, nur kann ich
diese aus genannten Gründen nicht einsetzen. (Stromverbrauch,
Einschaltzeit, zusätzliche Kosten)
Den Kondensator kann ich leider nicht auf 4.2V laden, da dieser über
Solarzellen geladen wird und die Spannung dazu zu klein ist.
Switched Capacitor Lösungen haben zwar einen recht hohen Wirkungsgrad
und der Strom würde auch ausreichen, nur ist der Betriebsstrom recht
hoch!
@ all:
Habe gestern noch den LT1618 von Linear gefunden. Ein recht
interessanter Chip der den Ausgangsstrom konstant hält und gleichzeit
die Ausgangsspannung begrenzt (Constant Current, Constant Voltage).
Soweit so gut, nur ist der Betriebsstrom recht hoch (um den Faktor 100
höher als beim TPS61070) und die Last wird im Power-Down nicht getrennt!
Also würde ich auch hier eine Zusatschaltung benötigen!
Danke inzwischen für die vielen Antworten!
Maximal 0.45*8 = 3.6V und 28mA. Nur sollte auch bei schlechter bzw.
keiner direkten Sonneneinstrahlung geladen werden und da hat man dann
nur mehr 1/100 des Stroms! Deshalb die Bufferung im Kondensator und
Entladung per Komparator mit integr. Referenz und Hysterese...
Das Problem wird wohl eher folgendes sein.
Die Spannung im C ist hoch genug->Step up läuft an->Spannung im C bricht
zusammen->Step up hört wieder auf. Ich weis nicht ob du so ein
gescheides Ladeverhalten hinbekommst. Zumal die Regelung auch einige ms
braucht bis die Spannung stabil ist.
Was du bräuchtest wäre eignetlich ein Step-up der versucht die
Eingangsseite konstant zu halten, d.h. wenn mehr Sonne scheint auch mit
mehr Strom lädt. Auf der Akkuseite würde dann schon ein LM3420-4.2
ausreichen um Spannungen über 4,2V zu vermeiden.
Ok kurze Erklärung meines Ladeverfahrens!
Die maximale Eingangsspannung beträgt wie beschrieben 3.6V.
Mittels Komparator mit integrierter Referenz und Hysterese wird der
Kondensator sobald er 3.25V erreicht bis auf 2.5V entladen.
D.h. der Komparator schaltet die Enable Leitung des TPS61070. Folglich
wird der TPS61070 dauernt versorgt und nie ausgeschalten. Die
Entladezeit des Kondensators (3.25V-2.5V) beträgt in etwa 10ms bei 20mA
Entladestrom. Der Entladestrom ist hier natürlich unabhängig vom
Ladestrom der Solarzellen!
Der Entladestrom muss einzig höher als der max. Ladestrom der
Solarzellen sein!
=> 28mA * (3.25/4.2) * 0.9 (Wirkungsgrad) ~= 20mA
Aufgrund der 10ms Entladezeit benötige ich natürlich eine möglichst
schnelle Regelung. Der TPS61070 hat eine Startup-Time von ungefähr 1ms.
Batterielade-ICS würden diese Zeit natprlich verlängern. Einen größeren
Kondensator kann ich aufgrund der Abmessungen nicht nehmen!
Damit das ganze besser verständlich ist hier mal eine App-Note von Maxim
die das Prinzip beschreibt (Figure 2):
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/an_pk/484
Meine Idee wäre jetzt die Akkuladespannung mittels Komperator mit
integrierter Referenz (TLV3011, MAX9060) zu messen und nach dem
Erreichen der 4.2V die Ladung per Enable Pin des TPS61070 zu stoppen.
So sollte doch eine Ladung des Akkus mit möglichst Spannungsabfall bzw.
Leistungsverlust realisierbar sein?!?
"Übrigens, Li-Akkus leben bedeutend länger, wenn man die 4.20V nicht
ganz
ausreizt und z.B. schon bei 4.10 oder 4.15V aufhört zu laden."
Stimmt, aber die eingespeicherte Ladung ist dann auch deutlich (!)
geringer, afaik.
Klaus.
Marius S. schrieb:
> Ich schaue selbst auch gerade nach Lipo-Ladeverfahren und frage mich,> wie dieses Ladegerät eine ausreichende genauigkeit einhalten kann:> http://www.richard-dj1pi.de/AVRlader1.jpg
Indem man ihn kalibriert. Es ist ja nur die Absolut-Toleranz der
internen Bandgap-Referenz, die hier stört, die Schwankungen im
Betrieb halten sich in Grenzen, sofern man unter Büro-/Laborbedingungen
arbeitet (also nicht gerade bei -40 ... +85 °C betriebsfähig sein muss).
Werde es jetzt so machen:
Die Akku-Ladespannung mit einem Komparator mit interner Referenz
ADCMP350 überwachen.
Nur wenn sich diese unter 4.2V befindet und der Buffer-Kondensator voll
geladen ist wird die Ladung aktiviert, sprich der TPS61070 aktiviert.
Die Verknüpfung beider Steuerleitungen erfolgt mit einem Single AND Gate
(74UP1G08).
Nun noch eine abschließende Frage die mir bis jetzt keiner beantworten
konnte:
Die Konstantstromladung des Akkus müsste ja funktionieren, wenn ich den
Akku wie eine Led zwischen den VOUT und FB Pin hänge? Den Strom würde
ich dann über den Widerstand zwischen FB und VOUT einstellen (UFB/R).
(Datenblatt Seite 17 Figure 25)
http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/tps61070.html
Mathias schrieb:
> Die Konstantstromladung des Akkus müsste ja funktionieren, wenn ich den> Akku wie eine Led zwischen den VOUT und FB Pin hänge? Den Strom würde> ich dann über den Widerstand zwischen FB und VOUT einstellen (UFB/R).
Eine derartige Betriebsweise kenne ich von den TP610xx zumindest für
einen Konstantstrombetrieb einer LED.
Mathias schrieb:
> Dann> müsste man auch einen Akku anstelle der Led hineinhängen können?
Denke ich, nur dass du halt keine Spannungsbegrenzung auf diese
Weise erreichst.
Marius S. schrieb:
> Nen etwas besseren Eindruck macht diese Schaltung:> http://git.kopf-tisch.de/?p=lipo-charger;a=blob;f=eagle/lipocharger.png;h=551577bd5e1fad1500ab6396981e71308d163b72;hb=HEAD
So optimal erscheint mir auch diese Schaltung nicht.
Gedankenexperiment was passiert wenn CELL1 geladen ist (4,2V) und die
anderen 4,0V haben. Dann ist der +Eingang vom unteren OPV auf 4,07V und
der -Eingang auf 4,2V ==> Ausgang OPV auf negativer Spannung und Q2
sperrt Q4 öffnet. Dann wird CELL1 entladen bis die Spannungen wieder
angeglichen sind. Besser wäre wohl wenn CELL1 einfach überbrückt würde
und die anderen während dessen weiter geladen.
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