Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik NIMH Ladeschaltung


von Sebastian M. (adamant)


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Servus Leute!
Bisher habe ich nur fleissig mitgelesen, jetzt habe ich aber auch mal 
eine Frage für die ich bisher keine Antwort gefunden habe.

Ich würde gern für ein Roboterfahrzeug eine Ladeschaltung bauen.

Der Roboter besitzt zwei in Reihe geschaltete NIMH Akkus mit je 12V, 5Ah 
und 10 Zellen.
Also insgesamt 24V, 10Ah und 20 Zellen.

Die Ladeschaltnung soll in den Roboter integriert werden, so dass ich 
kein externes Ladegerät mehr benötige.

Da ich dafür leider keine fertigen Bausätze gefunden habe muss ich wohl 
selbst ran. Dafür wollte ich einen IC Ladecontroller verwenden.
Die meisten über die hier im Forum schon diskutiert wird sind wie der 
MAX712 nur bis 16 Zellen geeignet, daher dachte ich an den Texas 
Instruments BQ2002.

Ich bin mir aber bezüglich der Verschaltung nicht ganz sicher. Klar, ich 
muss den BQ2002 über einen Spannungsteiler mit der Momentanspannung des 
Akkus versorgen (für die -ΔU Abschaltung) und natürlich über Vcc und Vss 
den IC selbst. Wie genau setze ich aber dann die Ladeschaltung um? Den 
Ausgang (CC) des BQ2002 über einen MOSFET die Stromversorgung der 
Batterien regeln lassen? Da werde ich aus dem Datenblatt des BQ2002 
nicht schlau.

Hat von euch schonmal jemand den BQ2002 verwendet und / oder kann 
erklären wie das genau funktionieren soll?

Vielleicht hat ja jemand auch noch eine ganz andere Idee wie ich die 
Ladelogik umsetzen kann.

Der nächste Schritt soll übrigens sein den Roboter (also die Ladelogik) 
über einen Royer-Converter berührungslos mit Strom zu versorgen.

Ich hoffe ihr könnt mir weiterhelfen. Danke!

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Sebastian M. schrieb:

> Ich würde gern für ein Roboterfahrzeug eine Ladeschaltung bauen.
>
> Der Roboter besitzt zwei in Reihe geschaltete NIMH Akkus mit je 12V, 5Ah
> und 10 Zellen.
> Also insgesamt 24V, 10Ah und 20 Zellen.

Bei vielen Zellen in Reihe wird es zunehmend schwieriger, das
Ladeende zuverlässig festzustellen. Du solltest also Deine
Batterie z.B. in vier Blöcke zu 5Zellen aufteilen und diese
mit getrennten Schaltungen aufladen.

> Die Ladeschaltnung soll in den Roboter integriert werden, so dass ich
> kein externes Ladegerät mehr benötige.

Mit 230V-Anschluss?

> Der nächste Schritt soll übrigens sein den Roboter (also die Ladelogik)
> über einen Royer-Converter berührungslos mit Strom zu versorgen.

Da Du ja vermutlich nicht ewig auf das Ladeende warten willst,
wird es schwierig, die dafür nötige Leistung zu übertragen.
Gruss
Harald

von Sebastian M. (adamant)


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Hallo Harald,
erstmal vielen Dank für deine Antwort.

Harald Wilhelms schrieb:
> Bei vielen Zellen in Reihe wird es zunehmend schwieriger, das
> Ladeende zuverlässig festzustellen. Du solltest also Deine
> Batterie z.B. in vier Blöcke zu 5Zellen aufteilen und diese
> mit getrennten Schaltungen aufladen.

Da es ja zwei Akkus sind die in Reihe geschalten sind würde es sich 
anbieten das ganze in zwei Blöcke zu teilen. Daran hatte ich gar nicht 
gedacht. Da also schon mal vielen Dank!


Harald Wilhelms schrieb:
> Mit 230V-Anschluss?

Da ich ja im nächsten schritt auf berührongsloses Laden erweitern will 
dachte ich daran die Ladelogik mit 24V zu versorgen. Dann könnt ich 
zunächst mal ein 24V DC Kabel anschließen und eben später kabellos 
laden.

Harald Wilhelms schrieb:
> Da Du ja vermutlich nicht ewig auf das Ladeende warten willst,
> wird es schwierig, die dafür nötige Leistung zu übertragen.

Ich spiele parallel ein wenig mit dem LTspice skript aus dem Royer 
Converter beitrag rum. Da bekomm ich momentan 44V und 440mA raus. Damit 
dauert dann das laden zwar länger aber zumindest lädt es dann induktiv. 
Ausserdem hab ich noch die Hoffnung den Wirkungsgrad etwas erhöhen zu 
können wenn ich die Frequenz erhöhe und die Kopplung der Spulen 
verbessere.

Gruß Sebastian

von Harald W. (wilhelms)


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Sebastian M. schrieb:

> Da bekomm ich momentan 44V und 440mA raus. Damit
> dauert dann das laden zwar länger aber zumindest lädt es dann induktiv.

Um eine zuverlässige Ladeendeerkennung über Delta U zu bekommen,
brauchst Du mindestens 3A Ladestrom.
Gruss
Harald

von Sebastian M. (adamant)


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Harald Wilhelms schrieb:
> Um eine zuverlässige Ladeendeerkennung über Delta U zu bekommen,
> brauchst Du mindestens 3A Ladestrom.

Hmm... dann fällt mir nur noch ein, dass ich einfach auf die sekundär 
Seite gar keine Ladelogik baue und einfach über den Royer Converter denn 
Akku direkt lade.

Dann könnte man über einen μC die Spannung am Akku messen und bei 
erreichen einer vorgegebenen Spannung die Stromversorgung unterbrechen.

von Udo S. (urschmitt)


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Sebastian M. schrieb:
> Dann könnte man über einen μC die Spannung am Akku messen und bei
> erreichen einer vorgegebenen Spannung die Stromversorgung unterbrechen.

Ein NiMh Akku hat aber keine feste Ladeendspannung. Den kann man sicher 
nur mit einer -deltaU Erkennung oder Übertemperatur erkennen.
Wenn du also direkt lädst,dann musst du auf jeden Fall das Ladeende 
durch die ansteigende Temperatur des Akkus erkennen.

: Bearbeitet durch User
von Udo S. (urschmitt)


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Sebastian M. schrieb:
> Ich spiele parallel ein wenig mit dem LTspice skript aus dem Royer
> Converter beitrag rum. Da bekomm ich momentan 44V und 440mA raus.

Bei einem Royer Converter, vor allem wenn die Streuindunktivität des 
Transformators extrem variabel ist (weil ja primär und sekundärkreis 
mechanisch getrennt sein sollen) wirst du noch große Überraschungen 
zwischen Simulation und Realität erleben.

von Sebastian M. (adamant)


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Udo Schmitt schrieb:
> Ein NiMh Akku hat aber keine feste Ladeendspannung. Den kann man sicher
> nur mit einer -deltaU Erkennung oder Übertemperatur erkennen.
> Wenn du also direkt lädst,dann musst du auf jeden Fall das Ladeende
> durch die ansteigende Temperatur des Akkus erkennen.

Kann das bei einem so niedrigen Ladestrom mit Übertemperatur 
funktionieren? Ich hatte angenommen, dass wegen des sehr langsamen 
Ladens der Akku genug Zeit hat Hitze abzugeben und auch hier das 
Ladeende nicht richtig erkannt werden kann.

von dummschwaetzer (Gast)


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nimm doch einfach einen strombegrenzten Aufwärtsregler dessen 
Ausgangsspannung du auf AKKU-Voll setzt. Da kann dann später an den 
Eingang deine Spule+Gleichrichter vom Royer drann, biss dahin sogar 
irgendetwas ungeregeltes

von batman (Gast)


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Sebastian M. schrieb:
> Udo Schmitt schrieb:
>> Ein NiMh Akku hat aber keine feste Ladeendspannung. Den kann man sicher
>> nur mit einer -deltaU Erkennung oder Übertemperatur erkennen.
>> Wenn du also direkt lädst,dann musst du auf jeden Fall das Ladeende
>> durch die ansteigende Temperatur des Akkus erkennen.
>
> Kann das bei einem so niedrigen Ladestrom mit Übertemperatur
> funktionieren? Ich hatte angenommen, dass wegen des sehr langsamen
> Ladens der Akku genug Zeit hat Hitze abzugeben und auch hier das
> Ladeende nicht richtig erkannt werden kann.

Dann könnte man den Akku auch problemlos überladen, bis er sicher voll 
ist. Das Überhitzen ist aber gerade das Problem, das zur Akkuzerstörung 
führt.

von A-Freak (Gast)


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Royer-Konverter oder anderen Wandler der einen mittelmäßig stabilen 
Strom liegert

Akkuspannung messen und Ladung beenden wenn die Spannung nicht mehr 
weiter steigt (NICHT auf -dU hoffen)

Zusätzliche Abschaltung wenn die Zellen zu warm werden

Zusätzliche Abschaltung wenn Ladestrom*Ladezeit > 1,2*Nennkapazität

von Sebastian M. (adamant)


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Servus!
Erstmal Entschuldigung das ich länger nicht die Möglichkeit hatte zu 
antworten und vielen Dank für die konstruktiven Beiträge.

Ich werde dann wohl wahrscheinlich eine Ladesteuerung über einen μC 
realisieren mit der Abschaltelogik wie sie A-Freak vorgeschlagen hat.

Zunächst werde ich aber mal den Royer-Converter versuchsweise aufbauen 
und versuchen zu optimieren. Vielleicht bekomme ich ja eine stabile 
Energieübertragung von > 3A hin. Dann wäre der Weg über ΔU und einem IC 
wieder offen.

Gruß Sebastian

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