Hallo!
Also ich brauch mal wieder etwas Hilfe. Dieses mal im Elektronikbereich.
Also es geht darum einen LiFePO4 Lader mit max. 10A Ausgangsstrom für 4
Zellen zu bauen. Ich weiß, es gibt viele fertige Ladegeräte. Was ich
aber gern möchte ist ein sehr einfach zu bedienender Lader.
Dazu hab ich mir vorgestellt, dass ich die Schaltung mit einem
Notebooknetzteil (~150W) versorge. Sprich man muss nur das
Notebooknetzteil an die Steckdose und an den Lader anstecken und der
Rest gescheit von ganz alleine. Das funktioniert deswegen, da immer der
selbe Akku geladen werden soll. Die 10A brauche ich da Akkus mit hoher
Kapazität (30-40Ah) zum Einsatz kommen werden.
Die Suche hab ich schon reichlich bemüht. Leider bin ich nun verwirrter
als vorher. Es gibt so viele unterschiedliche Ansätze und ich möchte
dieses Thema noch ein Mal diskutieren um herauszufinden welcher Ansatz
für mich der richtige wäre.
1) In diesem Beitrag "Re: Notebooknetzteil Strombegrenzung?" Thread
hat MaWin ein sehr interessanten Schaltung präsentiert. Ich hab die
gleich mal gezeichnet (Anhang). Ist noch nicht dimensioniert.
2) Der typische Ansatz mit einem Ladecontroller. Hab aber nicht wirklich
etwas gefunden im diesem Bereich.
3) Über MosFETs und Spulen den Strom per PWM begrenzen und die Spannung
kontrollieren.
Also was meint ihr?
MfG
> Ich hab die gleich mal gezeichnet (Anhang). Ist noch nicht dimensioniert.
Leider aber unvollständig/falsch übernommen:
- keine Op-Amps sondern "als Schmitt-Trigger beschaltete Op-Amps" (du
brauchst eine Mitkopplung)
- bei den "Op-Amps" fehlen die Referenzen
- der P-Mosfet ist falsch rum
...
3er Anlauf.
Ich entnehme euren Zeilen, das dies die praktikabelste Lösung sein wird?
Als nächstes wäre die Dimensioniereung gefragt. Da tappe ich ehrlich
gesagt im dunkeln^^.
>3er Anlauf.
Gurkenkram. OP2 braucht eine Referenzspannung
am -Eingang. Sonst feuert der bei allem was größer Null ist.
D1 ist immer noch falsch. D2 auch falsch.
>Ich entnehme euren Zeilen, das dies die praktikabelste Lösung sein wird?
Kauf dir ein Ladegerät.
>Wie können die Dioden nun wieder falsch sein? Ich hab sie umgedreht.>Wenn du dich ein wenig genauer ausdrücken könntest....
Ja, mach ich gerne: Du bist ein kompletter Vollidiot was
Analogtechnik angeht. Und du glaubst das du da einen
Schaltregler mit zwei OPs und einem FET einfach mal
so aufbauen kannst? Träum weiter. Sorry für die
harten Worte, aber lieber einen Tritt in den Hintern
als eine Explosion auf dem Basteltisch.
MC34063 mit externem FET in Step-Down Konfiguration: Shunt-Widerstand
für die MC34063-eigene Strombegrenzung dimensionieren auf 10A. Ebenso
die Ziel-Ausgangsspannung auf 4*LiFe setzen.
Wenn der Akku leer ist, läuft der MC34063 in der Strombegrenzung und
wenn er fast voll ist in der Spannungsbegrenzung.
Das macht dir aber auch ein 99€ Labornetzteil von Reichelt. Das hat
sogar einen externen Steuereingang über den du die Begrenzung analog
vorgeben kannst und den Ausgang sperren/freigeben.
Allerdings ist der Grad an Naivität für die den Schaltungsvorschlag oben
doch hm...
Ihr hattet natürlich recht. Aber ob der Ton wirklich nötig ist, steht
auf einem anderen Blatt Papier.
Aber zu meiner Verteidigung (=Ausrede) muss ich sagen, dass ich etwas
unkonzentriert an die Schaltung ging. Ich hatte zuvor stundenlang
Threads durchgekaut... Für mich wäre eigentlich wichtiger gewesen
anfänglich über den besten Ansatz zu diskutieren.
Ich hab mich noch mal konzentriert hingesetzt und die Schaltung versucht
zu verstehen. Außerdem hab ich mal versucht den ersten Schmitt- Trigger
laut http://de.wikipedia.org/wiki/Schmitt-Trigger zu dimensionieren.
Was ich mich nun Frage ist ob der Spannungsteiler für den zweiten
Schmitt-Trigger (rechts) notwendig ist, denn im Datenblatt des OPVs
steht, dass die Eingangsspannung nicht größer sein soll als die
Versorgungsspannung. Da der OPV mit 19V versorgt wird und die max.
Spannung eines LiFe Akkus 14,6V ist sollte, das doch kein Problem sein
oder?
lg
>MC34063 - Hast du es dir so vorgestellt?
Jetzt kommen wir der Sache zumindest mal näher, aber der Shunt sitzt
falsch und müsste 15mOhm haben.
Der MC34063 ist so eine Art Ein/Ausschaltbarer Oszillator mit festem
Tastverhältnis. Ist hinten die Spannung zu niedrig, fängt er an den
Transistor mit dem Rechtecksignal zu befeuern.
Das eine was ihn wieder abschaltet sind 1,25V am Vref-pin. Würde man
also 4*3,7V LiFe laden, dann wären dass 14,8V. Der Spannugsteiler an
Vref wäre dann 1,2k und 13k.
Das andere was ihn abschaltet ist die Spannungsdifferenz >150mV zwischen
Pin 6 und 7. Dort ist der IC so designt, dass er mit einem Shunt auf der
High-Side abgreifen kann. Baust du also einen 15mOhm-Widerstand ein und
greifst mit Pin6 und 7 darüber ab, dann erreicht er die 150mV
Abschaltspannung bei 10A.
Als Kondensator für die Taktgeschwindigkeit solltest du zwischen 1nf und
1,2nF nehmen. Das entspricht 25kHz-33kHz Taktrate. Du musst die 100kHz
nicht auf Anschlag ausnutzen.
Ich gehe von deinem 19V Notebooknetzteil im StepDown-Betrieb aus. Deine
Induktivität muss die 10A abhaben können und mindestens 4µH bei 30kHz
haben. Am besten also was Dickes selber wickeln und auf das 3-5fache der
Induktivität bringen.
Erst wenn beide Bedingungen nicht mehr erfüllt sind, taktet er wieder
raus. Eigentich ist er zur Spannungsregelung gedacht, aber zusammen mit
dem Shunt hast du auch eine Stromregelung. Bitte mal folgendes
durchlesen:
http://www.nomad.ee/micros/mc34063a/http://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle_fuer_Power_LED
und natürlich das Datenblatt des MC34063A
Grüß dich!
Vielen Dank für deine Hilfe.
Jetzt hab ich doch ein paar Fragen. Ich hab mich ziemlich lange mit
folgender AN beschäftigt:
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AN920-D.PDF
Dort sie die rede von 330mV welche über den Shunt abfallen müssen. Auf
Seite 3 linker Absatz. Oder hab ich es falsch verstanden?
Die Frage ist nun wie greife ich diese 150mV (330mV?!) ab? Wenn ich den
Shunt zwischen Spule und Akku hänge (dort wo ich die 10A ja fließen
lassen will) dann hab ich ja bereits einen Spannungsabfall über den FET
und die Spule. Sprich ich werd mal mal 150mV an Spannungsdifferenz
zwischen der Versorgung Pin 6 (Vcc) und dem Shunt messen. Also wie soll
ich den Shunt setzen?
Darf ich fragen wie du die Induktivität berechnet hast? Dazu sind ja
Werte für Vripple erforderlich. Leider hab ich noch zu wenig Erfahrung
mit praktikablen werten. Akkus dürften damit wohl nicht so ein Problem
haben oder?
Was haltest du davon:
http://www.conrad.de/ce/de/product/420282/
Viele Dank erst Mal :D!
MfG
Kleine Fehler:
"Dort ist die *R*ede von 330mV welche über den Shunt abfallen müssen.
Auf
Seite 3 linker Absatz. Oder hab ich es falsch verstanden?"
"Sprich ich werde schnell mal 150mV an Spannungsdifferenz
zwischen der Versorgung Pin 6 (Vcc) und dem Shunt messen."
MfG
Ja, es sind dann wohl 330mV. Für 330mV an 2*10A macht das dann ein
16,5mOhm Shunt, Peile daher mal 15mOhm an. Die Arbeitsweise eines Shunt
ist ja nun mal, dass proportional zum Strom eine Spannung abfällt,
dessen Differenz man misst. Der MC43036 macht genau das über die Pins 6
und 7.
Er begrenzt aber den Strom an der Spule, und der ist doppelt so groß wie
der kontinuierliche Ausgangsstrom.
Du hast an dem Shunt nicht nur 330mV Spannungsabfall sondern bei 20A
auch gleich noch 6,6W (peak) Abwärme. Im mittel ist es natürlich
deutlich weniger und du kannst für 3-4W kontinuierliche Abwärme
dimensionieren.
Also gleich einen "echten" Shuntwiderstand mit Kühlfläche nehmen. Das
gleiche gilt für deinen FET. Auch der wird entsprechend warm, je nach
Typ und RdsOn.
Das ganze musst du dann an einen Kühlkörper bringen. Wenn du einen
gemeinsamen Kühlkörper nimmst mit Paste und Glimmer.
Deine ausgesuchte Spule sollte auch noch eine Sicherheit haben und nicht
genau bei 4.0µH liegen. Der maximaler Strom an der Spule ist ja viel
höher, als der kontinuierliche am Ausgang. Keine 10A sondern 20A nehmen!
Wenn du die Induktivität selbst nachrechnen willst, brauchst du die
maximal Spannungsdifferenz am Eingang gegenüber der Zielspannung. Ich
hab 19V-14,8=4,2V. Jetzt den Widerstand (Steilheit des Stromanstiegs an
der Spule beim Einschalten) bei maximalem Strom.
Der maximale Strom an der Spule ist hier aber fast 20A. Beim MC34063
schätzt man eben maximalen Strom am Schalttransistor in Step-Down auf
das doppelte des Ausgangsstromes.
Da der MC34063 nur 15% Einschaltdauer kann, muss er in dieser Zeit auf
20A kommen, damit im Mittel hinten auch die 10A fließen.
Also 4,2V/20A = 0,84Ohm. Die Induktivität muss für die maximale
Einschaltdauer diese Steilheit haben, denn sie fungiert als
Strombegrenzer, so lange der MC43063 durchschaltet. Der interne
Oszillator arbeitet ja mit fixem Tastverhältnis und Frequenz.
Ich rechne mal ordentlich vor:
Ich nehme mal 30kHz. Der MC34063 macht ein Tastverhältnis von 15%. Das
macht eine Einschaltdauer von 1/30k*0,15=5µS. 0,84Ohm*5µS=4,2µH (Vs/A =>
sogar die Einheit passt.)
Das ist ja alles ideal gerechnet, aber der Einschalt- und
Ausschaltvorgang am Transistor werden nicht berücksichtigt und
genausowenig, dass die Induktivitäten eigentlich immer für f=1kHz
geführt werden. Daher die Sicherheit. Es ist ja ein Step-Down, da darf
die Induktivität auch größer sein, aber halt nicht kleiner als der
errechnete Wert!
Schau auch mal nach anderen StepDown Reglern. Der P3596 hat eine
eingebaute 3A Strombegrenzung und sollte hier mit einer 3A Spule
auskommen, da er ja auch das Tastverhältnis steuern kann. Effektiv
kannst du daher auch fast die 3A entnehmen.
Es gibt auch noch andere ICs, ähnlich dem MC34063. Such mal nach
Schaltnetzteil-ICs, da gibt bestimmt was besseres, als dieses Urgestein.
Wie viele Lade/Entladezyklen willst du da eigentlich mit dieser
Schaltung machen? Irgendwann müssen die Zellen wieder ausbalanciert
werden.
Wenn du den Akkupack auch noch selbst verlötest und die Akkus dabei sehr
heiß werden, bekommst du sehr ungleichmäßig laufende LiFe-Zellen.
Von Haus aus sind die sehr stabil und gleichmäßig, aber bei direktem
löten an den Akkus wirds sehr schnell zu heiß. Die laufen dann zwar
noch, aber lange nicht mehr so gut wie ursprünglich, spätestens dann
muss ein Balancer her (P100).
Hallo,
so ein Ladegerät zu bauen, ist nicht ganz trivial.
Also Erstens: Bei Reihenschaltung während des Ladevorgangens braucht man
einen Balancer.
Zweitens: Der ideale Ladevorgang besteht aus 3 Phasen:
Phase 1: Der Akku wird mit einem relativ geringen Strom für einige
Minuten vorgeladen.
Phase 2: Der Akku wird im Konstantstrombetrieb geladen, bis er seine
Maximalspannung erreicht.
Phase 3: Der Akku wird im Konstantspannungsbetrieb geladen, bis der
Strom einen Schwellwert unterschreitet. Dann ist der Akku voll.
Wichtig ist dabei, dass die Spannungswerte bis auf wenige Millivolt
genau eingehalten werden. Dazu ist weder ein Labornetzteil, noch sonst
irgendeine Popelschaltung geeignet.
Ansonsten reagiert der Akku mit vorzeitigem Ableben. Die Nichtbeachtung
dieser Vorgaben sind der Hauptgrund, weswegen manche Akkus viele Jahre
halten und manche nach kurzer Zeit hinüber sind.
Es gibt natürlich immer Beispiele wie "ich habs aber immer so gemacht
und es funktioniert trotzdem!". Das mag natürlich sein. Auch einfacher
funktionierts eine Zeit lang. Manchmal auch sogar länger. Allerdings
zeigen die Unmengen abgerauchter, oder sogar explodierter Akkus, dass
eine gewisse Vorsicht angebracht ist. Das zeigt sich auch daran, dass
sich feuerfeste Taschen, in die man die Akkus während des Ladevorganges
legen kann, einer großen Beliebtheit erfreuen.
Auch ein Motorradfahrer, der gerade zusieht, wie die Feuerwehr seinen
heißen Ofen löscht ist bestimmt lustig anzusehen. Überhaupt ist so ein
Metallbrand eine lustige Angelegenheit. Noch lustiger wirds, wenn dann
versucht wird mit Wasser zu löschen ...
Gruß
> so ein Ladegerät zu bauen, ist nicht ganz trivial.
Du solltest zumindest die Überschrift lesen,
es geht hier um LiFePo4 und nicht LiIon/LiPoly-Akkus.
Deine Ratschläge sind also Humbug, am Thema vorbei.
Hallo,
ich gebe zu, dass ich das nicht so richtig gecheckt habe.
Die Sicherheitshinweise sind für diese Akkus in der Form nicht so
wichtig.
Nichts ändert sich dadurch allerdings beim Ladeverfahren. Ich darf dazu
einen Hersteller zitieren:
"Exactly to say, here are three steps for A typical charging way of
LiFePO4 battery, When battery is almost empty, we need to offer a very
small constant current to "recover" the battery voltage into nominal
state. After this step, big constant charging current can be accepted by
LiFePO4 battery. Always here is a mark on charger, as "XX V, XX A", that
means the volume of constant charging current is the "XX A". The
constant current state is the most important state for battery charging,
which makes battery been charged from 5% SOC to 90% SOC. After constant
current charging step, the final step is the constant voltage step, Make
sure that charging voltage have been fixed as up to 3.65V, then small
current would be given to feed the batteries till they all fully
charged. In this state, the balancing function would be finished, so
cells in battery pack would have almost same SOC state. When battery
pack is discharging, all cells can act as the same way, battery pack
would got stable performance."
Gruß
Ich hab mal aus Spaß eben ein 2S LiPo-Ladegerät von Graupner aufgemacht.
Es hat zwei Klemmen für den Betrieb an einer 12V KFZ-Batterie und ein
12V Gleichspannungsversorgung über Netzteil. #4490, war mal für einen
MicroJetRanger.
Ladeschluß ist bei 8,4V und Strom bei 0,8A. Und siehe da, es sitzt ein
MC34063 mit externem FET drin! Daneben sitzt ein mir unbekannter IC, der
für das Balancing der beiden Zellen sorgt.
Es ist also nicht allzu abwegig den 34063 als Li-Lader zu verwenden.
Unbenannt.jpg
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