Hallo zusammen,
für mein neustes und bisher größtes Bastel-Projekt muss ich eine
Ladeschaltung für Li-Ion-Akkus realisieren. Vorweg sei gesagt, dass die
Stromquelle ein Solar-Modul mit 5 bis 12 Volt werden soll. Nun habe ich
mich etwas eingelesen und tendiere dazu, keine Lade-IC-Lösung zu nutzen,
sondern das Laden selbst zu regeln. In meinem Fall bietet sich das denke
ich an, weil ich erstens sowieso einen Controller brauchen werde und
zweitens keine Strombegrenzung nötig ist, weil das Solar-Modul ohnehin
nicht genügend Strom liefern wird um am Anschlag zu laden.
Der Plan ist also, die Spannung mit einem Schaltregler zu begrenzen und
mit einem Shunt den Strom zu messen. Der Controller schaltet dann bei I
= C/10 ab.
Ich hoffe das macht Sinn soweit. (?)
Nun kommt aber noch eine Schwierigkeit dazu. Meine Schaltung muss zwei
mal täglich einen 12 V Motor für einige Sekunden antreiben. Statt einer
sind also 3 Akku-Zellen nötig um auf ansatzweise 12 V zu kommen. Zum
Glück konnte ich gerade eine ganze Ladung kaum benutzter Akkus bei der
Arbeit abstauben. Das Problem ist aber, dass selbst eine 12 V Solarzelle
kaum genügend Spannung bringt um alle Zellen Gleichzeitig zu laden. Auch
parallel schalten ist nicht ideal, weil die Solarzelle bei wenig Licht
nicht alle Zellen packen wird (Imin = C/10 * 3). Perfekt würde ich die
Solarzelle also ausnutzen, wenn ich jede Zelle einzeln lade. Dafür habe
ich mir mal ganz grob eine Schaltung mit insgesamt 8 MOSFET überlegt,
bei der ich sicher noch etwas übersehen habe oder es eine einfachere
Alternative gibt. Sollte das Vorhaben soweit Sinn machen, würde ich mal
einen Schaltplan erstellen und hochladen. Wenn ich bereits grobe Felhler
mache, bitte motzen!
Grüße
Schoasch
Wenn du 12V brauchst, solltest du 3 Zellen in Reihe schalten.
Die liefern 12.6V wenn sie voll sind, 10.8V wenn sie halbvoll
sind und 9V wenn sie leer sind, wobei leere LiIon Akkus vermieden
werden sollten.
Damit ein solcher Akku aus einer Solarzelle geladen werden kann,
muß die Spannung des PV-Moduls höher sein, nämlich so hoch, daß
zusammen mit dem Spannungsabfall an der Diode, die verhindert,
daß sich nachts die Akkus in die Solarzelle entladen, die
Photozellen so strak belastet werden, daß sie gerade maximale
Leistung liefern, das ist bei ca. ß.55V/Zelle der Fall, für ca.
12V braucht man also 22 Zellen in Reihe, die eine Leerlaufspannung
von ca. 0.7V/Zelle, also 15.4V haben. Handelsübliche Module zum
Laden von 12V Bleiakkus haben meist mehr, so 18V, werden also
nicht optimal genutzt, laden aber die Akkus schon bei Schummerlicht.
Die einzige Laderegelung die du brauchst ist ein Überladeschutz.
Das geht am einfachsten, in dem, wenn die Akkus voll sind, die
PV-Zellen kurzgeschlossen werden. Das darf niemal mehr als 4.2V
pro LiIon-Zelle zulassen, also wird ein genauer Baustein verlangt.
Der ICL7665B (man achte auf das B) ist auf 2% genau, wenn man in
also mit 1% Widerständen auf berechnete 12.22V einstellt können
die Akkus nie überladen werden. Wer näher an die Grenze ran will,
justiert mit Trimmpotis und einem GENAUEN Messinstrument.
Damit die Akkus nicht beschädigt werden durch Tiefentladung sollte
man einen Tiefentladeschutz vorsehen, der so bsi 3V pro Akkuzelle,
spätestens bei 2.7V pro Akkuzelle den Motor abklemmt.
Die übliche Schaltung sieht so aus:
Diode
+------+--|>|------+----------+--------+---+---+-----+
| | | | | | | |
| | R12 | R23 10k | |
| | | +---------+ | | | |S
| | +-R13-|Out2 Out1|---)---+---(----|I P-MOSFET
| | N-MOSFET | | | | | |
+ | I|----+-----(-----|Hys2 Hys1|---+ | |
Solarmodul S| | | | | | | + |
- | | | | | ICL7665 | R22 Akku |
| | | | | | | | - |
| | 10k +-----|Set2 Set1|---+ | |
| | | | +---------+ | | | +
| | | R11 | R21 | Verbraucher
| | | | | | | | -
+------+-----+-----+----------+--------+-------+-----+
ohne uC, ohne Schaltregler und ohne sonstigen Firlefanz der
erstens nciht funktioniert, zweites Strom braucht, und dritten
unnötige Mühe beim Aufbau macht.
Dein Solarmodul ist superfrechteuer und gnadenlos unterdimensioniert,
denn der LiIon Akku wird wohl so um 1Ah haben und könnte demnach bis ca.
1A geladen werden. C/10 gilt bei NiCd, nicht bei heutigen LiIon.
Schoasch schrieb:> Auch> parallel schalten ist nicht ideal, weil die Solarzelle bei wenig Licht> nicht alle Zellen packen wird (Imin = C/10 * 3). Perfekt würde ich die> Solarzelle also ausnutzen, wenn ich jede Zelle einzeln lade.
Es gibt keinen Mindeststrom bei li-ion Akkus. Du kannst alle Zellen
gleichzeitig laden.
Vielen Dank für die Antworten!
Die Schaltung mit dem ICL7665 schaut nicht schlecht aus. Sehe ich das
richtig, dass der einfach die Spannung kontrolliert und bei der
Ladeschlussspannung die Solarzellen kurzschließt und bei Unterspannung
den Verbraucher trennt?
Ich bin nun aber verwirrt, dass ihr sagt, dass die Regel mit C/10 nicht
richtig sei. Das habe ich eigentlich immer wieder gelesen. Z. B. hier:
"Sobald der Strom einen bestimmten Wert (z.B. C/10 oder gar nur 3
Prozent des anfänglichen Stroms) unterschreitet, oder er über einen
längeren Zeitraum nicht mehr sinkt, wird die Ladung beendet."
http://de.wikipedia.org/wiki/Lithium-Ionen-Akkumulator
Vielleicht können es auch mal C/30 sein, aber bei zu kleinen Strömen
muss doch abgeschaltet werden oder nicht?
MaWin schrieb:> Dein Solarmodul ist superfrechteuer und gnadenlos unterdimensioniert,>> denn der LiIon Akku wird wohl so um 1Ah haben und könnte demnach bis ca.>> 1A geladen werden. C/10 gilt bei NiCd, nicht bei heutigen LiIon.
Wo würdest du sowas kaufen? Gibt es etwas zum gleichen Preis mit mehr
Leistung?
Unterdimensioniert ist es eigentlich gar nicht wirklich. Es ist mit 109
mA zwar weit vom maximalen Ladestrom entfernt (ich habe 1650 mAh Akkus),
aber ich habe mal überschlagen, welche Energie ich im Mittel benötige
und komme auf maximal 7 mW. Das Solarmodul hat eine Nennleistung von 981
mW. Wenn es also nur eine Stunde täglich ein Fünftel der Nennleistung
abgibt, sollten meine Akkus stets voll sein. Und ich spare mir eben die
Strombegrenzung wenn es unter einem Ampere bleibt.
Marek N. schrieb:> beim Laden von Li-Ion/LiPo-Zellen in Reihe bitte den Balancer nicht>> vergessen, z.B. sowas hier:>> http://www.rc-network.de/forum/showthread.php/3186...
Verstehe ich das richtig, dass der noch ergänzend zur Schaltung von
MaWin eingesetzt werden kann/muss? Und sehe ich es außerdem richtig,
dass die Schaltung einfach die vollste Zelle mit einem Widerstand
belastet, bis alle Zellen auf gleichem Niveau sind?
Wie wichtig ist das Balancen? Funktioniert es auch ohne, nur mit etwas
geringerer Lebenserwartung oder Sinkt deie Lebensdauer drastisch?
Ich habe auch ICs von MAXIM gesehen, die 3 Akkus in Reihe ohne Balancing
laden.
Mein ursprünglicher Plan war ja, für den Verbraucher alle Zellen in
Reihe zu schalten, aber beim Laden jede Zelle per Transistor zu
herauszutrennen und einzeln, nacheinander zu laden. Das hätte wie gesagt
den Vorteil, dass mein Solarmodul unter 12 V bleiebn kann, was mir
Kosten- und platztechnisch entgegen käme. Dafür ergäbe sich ein recht
hoher Schaltungsaufwand, dem ich möglicherweise nicht gewachsen bin.
Lieber wäre mir also das Laden mit einem gescheiten Solarmodul. Aber wo
bekomme ich sowas zu Sinnvollen Preisen?
Die anderen Ladeschaltungen von Marek scheinen mir etwas aufwendiger als
der Vorschlag von MaWin, daher würde ich eher seine Variante nehmen.
Nun würde mich trotzdem interessieren, ob mien ursprünglicher Plan
funktionieren würde. Also einfach die Spannung mit DC/DC Wandler zu
begrenzen? Der Strom ist wie gesagt durch das Solarmodul begrenzt. Der
Nachteil zu MaWins Schaltung ist aus meiner sicht nur, dass ich keine
Notabschaltung bei Unterspannung habe.
> "Sobald der Strom einen bestimmten Wert (z.B. C/10 oder gar nur 3> Prozent des anfänglichen Stroms) unterschreitet, oder er über einen> längeren Zeitraum nicht mehr sinkt, wird die Ladung beendet."
Da geht es um WENIGER als C/10.
Bei Solarzellen kann das jederzeit passieren wenn Schatten kommt.
Da wird man sicher nicht den Ladevorgang beenden wollen.
Normalerweise kann man LiIOn schon bis 1C laden, die Solarzelle darf bei
einem 1Ah Akku also bis 1A liefern können.
> Wo würdest du sowas kaufen?
1 Watt für 14 EUR ? Selbst Polin nimmt für' PGLS1290 nur 9 EUR und über
eBay gibt's für den Preis 5 Watt
http://www.ebay.de/itm/Solarpanel-Solarzelle-Solar-5W-Solarmodul-/160622719500?pt=Solaranlagen&hash=item2565dc320c> welche Energie ich im Mittel benötige und komme auf maximal 7 mW
Dann kannst du ja eine Alkaline Batterie nehmen....
MaWin schrieb:> Da geht es um WENIGER als C/10.
Weiß ich. Und bei weniger, in meinem Fall also unter 165 mA würde ich
dann abschalten. Sobald wieder mehr Licht kommt, schalte ich wieder ein.
Einen Memory Effekt kennt der Li-Ion-Akku ja nicht. Wenn ich das so
machen muss, würde ich natürlich ein stärkeres Solarmodul brauchen.
MaWin schrieb:> Normalerweise kann man LiIOn schon bis 1C laden, die Solarzelle darf bei>> einem 1Ah Akku also bis 1A liefern können.
Um den maximalen Ladestrom mache ich mir keine Sorgen, weil mein
Solarmodul nicht so groß werden soll. Ich muss die Akkus ja nicht bei
voller Leistung laden, sie werden über nacht ja auch nur um wenige
Prozent entladen.
MaWin schrieb:> Dann kannst du ja eine Alkaline Batterie nehmen....
Da hast du natürlich Recht, aber ich habe die Li Akkus ja kostenlos
bekommen. Außerdem haben die glaube ich eine höhere Lebenserwartung.
Besonders, weil ich sie ja sehr schonend laden kann (langsam und nicht
100% voll machen).
