Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 4s Li-Io Akku an USB Laden


von Stefan R. (steevie85)


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Hallo zusammen,

ich möchte gerne einen 4s Li-Io Akku an USB laden.

Akkuspannung: 4,1V x 4 = 16,4V
Akkukapazität: 2Ah
Typ: 18650
Und wenn man davon ausgeht, dass ein modernes Tablet Ladegerät ca 2A bei 
5V über USB Liefert würde es ca. 4 Stunden dauern bis die Akkus voll 
sind.

So weit, so gut. Es gibt auch diverse Step-Up wandler, die das schaffen. 
Das Problem, das ich dabei sehe ist allerdings, dass der Lade-IC 
möglichst dicht an die Maximalleistung des Ladegerätes (in dem Fall 2A) 
rann muss, aber diese nicht überschreiten darf, weil sonst die Spannung 
und somit auch die Leistung einbricht.

Gibt es ICs, die versuchen, immer am Punkt der maximalen Leistung zu 
regeln?

(Mir ist bewusst, dass ich die Zellen balancen muss. Dafür habe ich 
jedoch bereits passende ICs gefunden.)

vielen Dank

: Verschoben durch Admin
von Bernd (Gast)


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Was spricht dagegen wenn du ein ordentliches Netzteil verwendest und ein 
Handelsübliches Ladegerät?

Beim Hobbyking gibt es gute Lader für kleines Geld.
Und die Netzteile bei Pollin sind auch nicht wirklich teuer.

von Bernd (Gast)


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Nachtrag:
Bist du sicher, dass du mit den maximalen 5V * 0,5A = 2,5W den Akku in 
4h voll bekommst wenn du alle Verluste mit einrechnest?

von Stefan R. (steevie85)


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Bernd schrieb:
> Was spricht dagegen wenn du ein ordentliches Netzteil verwendest und ein
> Handelsübliches Ladegerät?
>
> Beim Hobbyking gibt es gute Lader für kleines Geld.
> Und die Netzteile bei Pollin sind auch nicht wirklich teuer.

Dagegen spricht, dass ein USB Ladegerät mittlerweile überall verfügbar 
ist. Ein Netzteil dagegen hat nicht jeder zu Hause rumstehen.

Bernd schrieb:
> Nachtrag:
> Bist du sicher, dass du mit den maximalen 5V * 0,5A = 2,5W den Akku in
> 4h voll bekommst wenn du alle Verluste mit einrechnest?

deshalb habe ich geschdieben: 2A Tablet Ladegerät. An einem PC mit 500mA 
will ich das gar nicht laden ;)

von Bernd (Gast)


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Trotzdem wirst du da nur ca. 0,5A Ladestrom bekommen.
Damit wirst du mit Glück 5 bis 6 Stunden lang laden.

Ich wundere mich nur, warum jemand mehr Geld ausgeben will um länger zu 
laden.

Denn so ein Selbstbauladegerät ist sicherlich nicht günstiger als gute, 
preisgünstige Ladegeräte  die man fertig kaufen kann.

von Stefan R. (steevie85)


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Wie macht das dann mein Handy? Ich glaube nicht, dass das USB Ladegerät 
1,5A hat, wenn das Handy nur 0,5A zieht ;)

Der Grund, warum ich es so kompliziert mache ist, dass ich so eine 
Schaltung im Gerät integrieren kann. So kann ich es mitnehmen und 
überall laden, wo ein USB Ladegerät ist. Ich möchte vermeiden, ein 
zusätzliches ladegerät mitnehmen zu müssen.

von Bernd (Gast)


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Wie das dein Handy macht ist ganz einfach.
Es hat kein 4S Akku drinnen.

Normalerweise sind da 1 oder 2S Akkus drinnen.
Desswegen bekommt der Akku mehr Strom pro Zelle und das zeitaufwändige 
Balancen fällt weg.

Also ich nehme lieber ein Ladegerät mit bei dem das Netzteil eingebaut 
ist und lade den Akku in einer Stunde (oder wehniger) als dass ich ein 
LAdegerät ohne Netzteil mitnehme und 5 bis 6h auf den Akku warte.

von Christian S. (christianstr)


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Stefan Reiser schrieb:
> Gibt es ICs, die versuchen, immer am Punkt der maximalen Leistung zu
> regeln?

Maximale Leistung ist beim Laden von LiIon-Akkus gar nicht anzustreben, 
sondern ein konstanter Strom, in deinem Fall 2A.

Gruß Christian

von Bernd (Gast)


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Leider will er mit einem 5V 2A Netzteil einen 4S Akku mit 2A laden.

von Christian S. (christianstr)


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Bernd schrieb:
> Leider will er mit einem 5V 2A Netzteil einen 4S Akku mit 2A laden.

Oh, clever.

von Max H. (hartl192)


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Bernd schrieb:
> Leider will er mit einem 5V 2A Netzteil einen 4S Akku mit 2A
> laden.
Jetzt haben wir noch einen zusätzlichen Anreiz dem TO zu helfen. Wer's 
schafft kriegt den Nobelpreis ;-)

von Bernd (Gast)


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Nein der wird in der Zeitung stehen:
Elektronik-bastler wegen brechen der Ohmschen Gesetze vor Gericht ;)

von Max H. (hartl192)


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Bernd schrieb:
> Nein der wird in der Zeitung stehen:
> Elektronik-bastler wegen brechen der Ohmschen Gesetze vor Gericht ;)
Wieso? Reichen ~300% Wirkungsgrad nicht für den Nobellpreis?

: Bearbeitet durch User
von J. T. (chaoskind)


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Sinds nich sogar 400%?
Die 2A bei 5V langen bei mir ja nur für eine Zelle, er schafft damit 
aber 4 Zellen. Ich komm da auf 400%

von Max H. (hartl192)


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j. t. schrieb:
> 5V langen bei mir ja nur für eine Zelle
Theoretisch für 1.22 Zellen bei 4.1V Ladeschlusspannung

von Stefan R. (steevie85)


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Dann geb ich mal ne Nachhilfestunde in Sachen Wirkungsgrad:

Win = reingesteckte Energie durch das Ladegerät
Win = 5V  2A  4h = 40Wh

Wnutz = nötige Energie zum Laden der Zellen
Wnutz = 3,7V 2Ah * 4Zellen = 29,6Wh

n = Wirkungsgrad
n = Wnuz / Win

= 29,6Wh /40Wh =74%

Das sollte ein halbwegs guter Step-Up locker schaffen.

@Christian S: Ich bin mir bewusst, wie man Li-Akkus lädt. bei ca 0,3C 
ist alles im grünen Bereich ;)

Bernd schrieb:
> Leider will er mit einem 5V 2A Netzteil einen 4S Akku mit 2A laden.

Das habe ich nicht gesagt. Und die ganzen Trolle kommentieren lustig 
drauf los.
Max H. und j.t. lesen am besten erstmal, was ein Step-Up wandler ist und 
was der so macht. nur weil am Ausgang ne höhere Spannung als am Eingang 
ist, ist der Wirkungsgrad noch lange nicht >1

: Bearbeitet durch User
von Udo S. (urschmitt)


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Stefan Reiser schrieb:
> Gibt es ICs, die versuchen, immer am Punkt der maximalen Leistung zu
> regeln?

Das wäre MPP (maximum power point) Regelung. Fertige Regel-ICs müsste es 
für Solarzellen geben.
Nur bist du sicher, daß die Ladegeräte nicht zuerst mit dem zu ladenden 
Gerät kommunizieren bevor sie einen höheren Strom über USB freigeben?

von Stefan R. (steevie85)


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Udo Schmitt schrieb:
> Stefan Reiser schrieb:
>> Gibt es ICs, die versuchen, immer am Punkt der maximalen Leistung zu
>> regeln?
>
> Das wäre MPP (maximum power point) Regelung. Fertige Regel-ICs müsste es
> für Solarzellen geben.
> Nur bist du sicher, daß die Ladegeräte nicht zuerst mit dem zu ladenden
> Gerät kommunizieren bevor sie einen höheren Strom über USB freigeben?

Guter Ansatz. Das mit den Solar Ladereglern muss ich mir mal anschauen. 
Ob das Handy mit dem Ladegerät kommuniziert, weis ich nicht. Man liest 
immer wieder von Widerständen an den Datenleitungen. Aber es scheint da 
wohl keinen einheitlichen Standart zu geben.

von J. T. (chaoskind)


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>
> Das habe ich nicht gesagt. Und die ganzen Trolle kommentieren lustig
> drauf los.
> Max H. und j.t. lesen am besten erstmal, was ein Step-Up wandler ist und
> was der so macht. nur weil am Ausgang ne höhere Spannung als am Eingang
> ist, ist der Wirkungsgrad noch lange nicht >1

100% ACK, wenn du aber am, Ausgang ne Spannung hast, die größer als die 
am Eingang ist, und du immernoch den selben Strom ziehen kannst, dann 
solltest du fix nen Energieversorgungskonzern gründen.

Was ist ein  StepUp ist, ist  mir durchaus bewusst. Da du LiPos aber 
parallel lädst(Stichwort Balancer), ist überhaupt keine höhere Spannung 
notwendig. Mit den 3.7V kommst du auch nicht hin, die Ladeschlußspannung 
liegt höher. Und wenn du dann halt 4Zellen mit je 2 Ampere laden willst, 
brauchst du halt 4mal 2Ampere...
Und aus 5V 2A macht kein noch so toller StepUp 5V und 8A....

von Knobikocher (Gast)


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j. t. schrieb:
> 100% ACK, wenn du aber am, Ausgang ne Spannung hast, die größer als die
> am Eingang ist, und du immernoch den selben Strom ziehen kannst, dann
> solltest du fix nen Energieversorgungskonzern gründen.
>
> Was ist ein  StepUp ist, ist  mir durchaus bewusst. Da du LiPos aber
> parallel lädst(Stichwort Balancer), ist überhaupt keine höhere Spannung
> notwendig. Mit den 3.7V kommst du auch nicht hin, die Ladeschlußspannung
> liegt höher. Und wenn du dann halt 4Zellen mit je 2 Ampere laden willst,
> brauchst du halt 4mal 2Ampere...
> Und aus 5V 2A macht kein noch so toller StepUp 5V und 8A....

Setzen, sechs!

von Dingens23 (Gast)


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Hallo,

wenn du das Gerät auch an einem normalen USB-Anschluss laden möchtest, 
ist das leider nicht so einfach.

Aus USB darft du nur 100mA entnehmen, nur nach "Rücksprache" mit dem Hub 
500mA, wenn das Hub zustimmt. Bei USB3 etwas mehr soweit ich weiß.

siehe auch:

http://www.usb.org/developers/docs/

Somit wirst du min. 2 Eingänge brauchen:
- Laden von USB am PC
- Laden von einem Netzteil

Zu den Step-Up:
Warum soll das nicht gehen?
Der Step-up schafft bei 85% Wirkungsgrad und 5 auf 16,4V bei 2A in den 
5V noch 0,51A in den 16,4V - die 4h kommen mir dann nicht so weit 
hergeholt vor (Ladewirkungsgrad der Akkus fehlt aber noch).

Es gibt auch fertige Step-Up Lader, z.B. der hier:
http://www.linear.com/product/LT1513

Wichtig: In den 5V noch ein passendes LC- Filter einfügen, damit das 
Ladegerät / der PC nur den Mittelwert des Stromes sieht. Nimmst du aus 
dem PC so hohe Pulsströme, wird sich der Port abschalten, wenn du Pech 
hast, permanent...

von J. T. (chaoskind)


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Stefan Reiser schrieb:
> Dann geb ich mal ne Nachhilfestunde in Sachen Wirkungsgrad:
>
> Win = reingesteckte Energie durch das Ladegerät
> Win = 5V x 2A x 4h = 40Wh
>
> Wnutz = nötige Energie zum Laden der Zellen
> Wnutz = 3,7V x 2Ah x 4Zellen = 29,6Wh
>
> n = Wirkungsgrad
> n = Wnuz / Win
>
> = 29,6Wh /40Wh =74%
>

Die ganze Rechnung ist völlig falsch....

Die nötige Energie zum Laden wäre wenns denn 3,7V wären:
Wnutz = 3,7V x 2A x 4h x 4Zellen <=> 3,7V x 8Ah x 4Zellen = 118,4Wh..

Nun das ganze noch mal (4,1V wirkliche Ladespannung)/(3,7V deine 
Ladespannung)= 131,2Wh

==> Wirkungsgrad = 131,2Wh/40Wh = 3,28 <=> 328%

Wenn schon Nachhilfe, dann aber Richtig.

Und bevor gemeckert wird, wieso das denn plötzlich 8Ah sind, wo sein 
Akku doch nur 2Ah hat, wie vorher schon gesagt, LiPos werden parallel 
geladen.

4Zellen a 2Ah parallel beim Laden macht 8Ah mit einer Zellenspannung, 
beim entladen 4Zellen in Reihe, macht 2Ah bei 4 Zellenspannungen, sprich 
der Energieinhalt ist nach wie vor der gleiche ;-)

: Bearbeitet durch User
von J. T. (chaoskind)


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Knobikocher schrieb:
> j. t. schrieb:
>> 100% ACK, wenn du aber am, Ausgang ne Spannung hast, die größer als die
>> am Eingang ist, und du immernoch den selben Strom ziehen kannst, dann
>> solltest du fix nen Energieversorgungskonzern gründen.
>>
>> Was ist ein  StepUp ist, ist  mir durchaus bewusst. Da du LiPos aber
>> parallel lädst(Stichwort Balancer), ist überhaupt keine höhere Spannung
>> notwendig. Mit den 3.7V kommst du auch nicht hin, die Ladeschlußspannung
>> liegt höher. Und wenn du dann halt 4Zellen mit je 2 Ampere laden willst,
>> brauchst du halt 4mal 2Ampere...
>> Und aus 5V 2A macht kein noch so toller StepUp 5V und 8A....
>
> Setzen, sechs!

Und was soll daran bitte falsch sein? Ein wirklich wiiirklich toller 
StepUp würde aus den 5V 2A beispielsweise 50V bei 0,2A machen. Und da es 
in der Realität keine idealen Bauelemente gibt, ist leider niemand in 
der Lage, einen wirklichwiiirklich tollen StepUp zu bauen. Und da ein 
STEPUP die Spannung "HOCHSTUPPST" bzw aufsteigen lässt, ist an der 
Aussage das kein noch so toller StepUp aus 5V und 2A, 5V und 8A macht, 
absolut rein garnichts falsch ;-)

MfG Chaos

P.S.  Meine Rechnung ist doch die falsche, nachdem ich nochmal n Moment 
darüber nachgegrübelt hab! Du hast recht, das der Energieinhalt
3,7 Volt x 2Ah x 4Zellen ist... mea culpa (evtl kann ein Moderator den 
Beitrag mit meiner falschen Rechnung löschen?)

jedoch wüsst ich dennoch gern, was an der Aussage den StepUp betreffend 
falsch sein soll?

: Bearbeitet durch User
von Anselm (Gast)


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Verlinkst du  mal den Akku?
Ein 18650 ist eigentlich ein LiFePo von A123 (Hersteller)
Der hat mitnichten 4.1V

Anselm

von Holger S. (223rem)


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Anselm schrieb:
> Ein 18650 ist eigentlich ein LiFePo von A123 (Hersteller)

nein, habe hier lipos in 18650 von Panasonic rumliegen.

Gruß Holger

von Stefan R. (steevie85)


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18650 ist nur die Bauform (ca. 18mm Durchmesser und ca. 65 mm lang)
Die gibt es in unterschiedlichen Chemien.
von LiFePo4 bis Li-Io ist alles möglich.
Ich verwende Z.B. Li-Io Zellen von Samsung mit 2200mAh

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