Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Akku Lade- und Entladegerät


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von Sepp (Gast)


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Hallo,

ich habe vor ein Gerät zu bauen, das variable Test(!)läufe zum Laden und 
Entladen eines Akkus vornehmen kann. Variable bzw einstellbar sollen 
dabei der Ladestrom (zwischen 0 bis 100A), die Ladespannung (2 bis 7V) 
und der Entladestrom(0 bis 100A) sein. Es sollen dabei verschiedene 
Akkutypen testbar sein, alle typen haben jedoch eine maximale 
Ladeschlußspannung von ~4.2V und einen KS Strom von einigen kiloAmpere 
(-> Quellwiderstand ~ 1 milliOhm).

Beim Entladen ergibt sich hieraus schon mal das erste Problem: um den 
Strom maximal auf 100A zu begrenzen, muss die Last mindestens 50 
milliOhm betragen, was 500W Verlustleistung heißt, die erstmal abgeführt 
werden müssen.

Fürs Aufladen habe ich ein Netzteil, das 1200W liefert, 12V und 100A.
Meine erste Überlegung war es mittels MOSFETs, analoger PID-Regler und 
einem µC so die Spannung/Ströme einzustellen. Jedoch lässt sich die an 
den MOSFETs vernichtete Leistung kaum abführen, weswegen ich mir nun was 
anderes überlegen muss.


Eine andere Überlegung wäre ein Widerstandsnetz aus Halogenlampen zu 
bauen, dessen einzelne Zweige zu oder abgeschaltet werden können. Jedoch 
wird damit kaum halbwegs präzise Werte einstellbar sein...

Könnte man bspw. über eine Wilkinsonstromquelle einen weitere 
Bipolartransistor ansteuern, um so den Strom zu steuern?



Wie würdet ihr das Problem angehen? Bin um jede Idee dankbar.


MfG,
Sepp

von Martin H. (martinhaag)


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Ich würde mal bei den Motor controllern für batteriebetriebene Fahrzeuge 
reinschauen (zB curtis). Ströme von hundert Ampere und mehr sind dort zu 
hause. Die tiefe Spannung <4,2V könnte ein Problem sein. Dafür wären sie 
richtig angesteuert wohl Pfannenfertig, zum Laden und Entladen zu 
gebrauchen.
Grüsse Martin

von Harald W. (wilhelms)


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Sepp schrieb:

> Eine andere Überlegung wäre ein Widerstandsnetz aus Halogenlampen zu
> bauen, dessen einzelne Zweige zu oder abgeschaltet werden können. Jedoch
> wird damit kaum halbwegs präzise Werte einstellbar sein...

Das dürfte kaum stören, wenn der Strom von Dir gemessen wird
und der "echte" Strom zur Berechnung benutzt wird.
Gruss
Harald

von Sepp (Gast)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Sepp schrieb:
>
>> Eine andere Überlegung wäre ein Widerstandsnetz aus Halogenlampen zu
>> bauen, dessen einzelne Zweige zu oder abgeschaltet werden können. Jedoch
>> wird damit kaum halbwegs präzise Werte einstellbar sein...
>
> Das dürfte kaum stören, wenn der Strom von Dir gemessen wird
> und der "echte" Strom zur Berechnung benutzt wird.
> Gruss
> Harald


Ich möchte aber vorgeben können, daß der Ladestrom bspw. genau 85A 
beträgt. Wäre das überhaupt möglich, bei einer am Akku anliegenden 
Spannung < 7V ?

Nehmen wir mal folgendes an: Direkt nach meinem 12V, 100A Netzteil 
schalte ich eine 12Volt, 100Watt Halogenlampe und dazu in Reihe dann den 
aufzuladenden Akku. Der Strom zum Akku wäre dann wohl 12V / R(lampe) + 
R(akku) , oder?  Der Widerstand der Lampe als Kaltleiter erhöht sich ja 
mit dem Strom. Also könnte ich doch zunächst über ein überschauliches 
Lampennetz einen groben Großteil der Leistung vernichten, um danach dann 
steuerbare MOSFETs zu schalten, die für die Feinabstimmung dann 
hinhalten?


Aber zum Verständnis: die 100A vom Netzteil werd ich nicht an den Akku 
bringen, wenn ich davor noch eine Lampe schalte, um so die Akkuspannung 
auf kleinergleich 7V zu bringen?

Danke, mfg Sepp

von Kai S. (kai1986)


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Sepp schrieb:
> Ich möchte aber vorgeben können, daß der Ladestrom bspw. genau 85A
> beträgt. Wäre das überhaupt möglich, bei einer am Akku anliegenden
> Spannung < 7V ?

Das kommt auf den Ladezustand des Akkus an (vorausgesetzt, er kann im 
komplett leeren Zustand überhaupt soviel Ladestrom aufnehmen, was ich 
aber einfach mal annehme).

Wenn ich dich richtig verstanden habe möchtest du Lithium-Ionen Akkus 
laden. Dabei darfst du die Spannung von 4,2V pro Zelle nicht 
überschreiten. Du hast bei Laden nämlich zwei Phasen. In der ersten 
lädst du ihn mit deinem konstanten Strom (z.B. 85A), dabei hat er aber 
weniger als 4,2V. Wenn die 4,2V erreicht werden muss dein Ladegerät 
umschalten auf Spannungsbegrenzung und dann die 4,2V halten, dabei sinkt 
dann der Ladestrom ab. Sobald der Ladestrom dann unter einen gewissen 
Wert gesunken ist, ist der Akku voll geladen.


Sepp schrieb:
> Nehmen wir mal folgendes an: Direkt nach meinem 12V, 100A Netzteil
> schalte ich eine 12Volt, 100Watt Halogenlampe und dazu in Reihe dann den
> aufzuladenden Akku. Der Strom zum Akku wäre dann wohl 12V / R(lampe) +
> R(akku) , oder?  Der Widerstand der Lampe als Kaltleiter erhöht sich ja
> mit dem Strom. Also könnte ich doch zunächst über ein überschauliches
> Lampennetz einen groben Großteil der Leistung vernichten, um danach dann
> steuerbare MOSFETs zu schalten, die für die Feinabstimmung dann
> hinhalten?

Ja, könnte man, wobei der variable Widerstand von Halogenlampen das 
ganze nicht unbedingt leichter macht.


Sepp schrieb:
> Aber zum Verständnis: die 100A vom Netzteil werd ich nicht an den Akku
> bringen, wenn ich davor noch eine Lampe schalte, um so die Akkuspannung
> auf kleinergleich 7V zu bringen?

Doch, bei einer Reihenschaltung ist der Strom in allen Teilen gleich 
groß. Der Widerstand der Lampe muss allerdings so gewählt sein, das mit 
einer Spannungsdifferenz von 5V (12V-7V) 100A fließen können.



Das Entladen wird etwas schwieriger, da hier nur eine kleine 
Spannungsdifferenz zur Verfügung steht, nämlich die Akkuspannung. Hier 
könnte man den Aufbau einer Konstantstromquelle aus MOSFET, Shunt und 
Operationsverstärker wählen und davon mehrere parallel schalten, dann 
bräuchte man lediglich noch eine Ansteuerung dafür. Beispielsweise 
könnte jede der Gruppen auf 10A fest eingestellt werden und lediglich zu 
oder abgeschaltet werden und durch eine weitere Gruppe ergänzt werden, 
die von 0-10A geregelt werden kann. Damit sollte sich das Problem der 
Wärmeabfuhr und das schlechte Verhalten der MOSFETs im Linearbetrieb gut 
beherrschen lassen.

Gruß Kai

von Sepp (Gast)


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Vielen Dank, Kai.

Das mit den Stromquellen werde ich mir mal genauer anschauen, den viele 
MOSFETs einzeln zu regeln würde nur in ein riesiges Geschwinge enden.

Ich weiß leider nicht, wie sich so ein leerer Akku verhält. Was mein 
Netzteil für einen Widerstand in ihm sieht - habe leider noch keinen, 
kann es also noch nicht testen. Und wie sich Lampen verhalten, darin bin 
ich leider auch nicht versiert. Wenn sie "an" sind bei 12V, 100W heißt 
1.44Ohm. Jedoch wird dieser Ohmwert viel kleiner sein, wenn sie bei 
geringer Leistung vorsichhindümpeln.

von batman (Gast)


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Allerdings, der kalte Wolframdraht hat eher ein paar mOhm.

von Joe (Gast)


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Mein Lastwiderstand bis 2kW war ein dünnes aufgewickeltes Cu-Rohr aus 
dem Sanitärbereich.
Die Wasserkühlung war eingebaut.

von Sepp (Gast)


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Joe schrieb:
> Mein Lastwiderstand bis 2kW war ein dünnes aufgewickeltes Cu-Rohr
> aus
> dem Sanitärbereich.
> Die Wasserkühlung war eingebaut.

Das ist interessant. Könntest Du das etwas erläutern bzw. eventuell ein 
Paar Daten herausrücken. Einen 50milliOhm Widerstand, von dem ich die 
500W wegführen könnte wäre traumhaft.

Wie hast Du die Kühlung umgesetzt? Muss ja schon fast mit Wasserpumpe 
sein, denn son Wasserkocher daheim hat auch nicht mehr als ~1kW (dacht 
ich).

von Josef H. (josefh)


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Weiß was für ein Widerstand ein Netzteil in einem leeren Akku sieht?

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