Hallo,
habe einige hochkapazitive Li-Ion Akkus im Format 16850 mit
unterschiedlicher Kapazität, Innenwiderstand und Alter liegen,.
Parallell geschaltet käme da ein ganz schöner Batzen Energie zusammen.
Ich überlege, aus den Zellen einen Zusatzpack für mein Elektrobike
(Eigenbau) zu bauen.
Die Zellen würde ich alle parallel schalten, deshalb sollte der Step-UP
Schaltregler eingangsseitig zwischen 4,2V und 3,0V sicher funktionieren.
Am Ausgang möchte ich 40V sehen, als Strom würde 1A reichen. Mit den 40V
puffere ich über eine Schottky-Diode meinen Fahrakku, der vollgeladen
42V hat (Entladeende 30V).
Eingangsseitig wären das ca. 12A, sehr guter Wirkungsgrad
vorrausgesetzt. Wenn der Schaltregler bei Erreichen von 3V
Eingangsspannung automatisch abschaltet, wäre das optimal.
Gibt es sowas fertig oder hat schonmal jemand sowas gebaut?
Hoher Wirkungsgrad ist Pflicht und das Ganze darf auch was kosten.
Vielen Dank für eure Antworten
Michael
Brillenputzer schrieb:> Parallell geschaltet käme da ein ganz schöner Batzen Energie zusammen.
Der Energiegehalt ist von der Art der Verschaltung völlig unabhängig ...
W.A. schrieb:>> Parallell geschaltet käme da ein ganz schöner Batzen Energie zusammen.>> Der Energiegehalt ist von der Art der Verschaltung völlig unabhängig ...
...nicht aber der Wirkungsgrad. Insbesondere bei Strömen von fast
20A! Ausserdfem glaube ich nicht, das 40W für ein E-Bike reichen,
insbesondere beim Anfahren werden wohl mehr als die sechsfache
Leistung gebraucht.
Brillenputzer schrieb:> und das Ganze darf auch was kosten.
Die grosse Herausforderung ist der Step-Up Transformator, denn du
vermutlich nirgends kaufen kannst, der Rest der Schaltung ist
überschaubar und besteht aus ein paar Hochstrom MOSFets und einem
kleinen Stepup, um die mit genügend Gatespannung zu versorgen.
Aber der Hauptwandlertrafo ist deine grosse Baustelle. Der muss primär
mindestens mit 3-4mm² CuL gewickelt werden, um den Strom tragen zu
können.
Wenn das Ganze dann noch einen guten Wirkungsgrad haben soll, wird das
eine richtige Wissenschaft.
W.A. schrieb:> Der Energiegehalt ist von der Art der Verschaltung völlig unabhängig ...
Im Prinzip richtig, in meinem Fall aber nicht. Da die Zellen alle
unterschiedliche Kapazität, Alter usw. haben, lassen die sich nicht
vernünftig in Serie schalten. Nur wenn ich alle Zellen parallel schalte,
kann ich den Energiegehalt entnehmen.
Meine Recherchen ergaben, dass wohl der Wirkungsgrad dramatisch in den
Keller geht, je niedriger die Eingansspannung ist. Zumindest bei dem
ganzen Billigzeug zwischen 9,95 und 19,95 EUR, sofern überhaupt Angaben
zum Wirkungsgrad gemacht werden.
Harald W. schrieb:> Ausserdfem glaube ich nicht, das 40W für ein E-Bike reichen,> insbesondere beim Anfahren werden wohl mehr als die sechsfache> Leistung gebraucht.
Bitte n.M. den Eingangspost aufmerksam lesen, da stand:
> Mit den 40V> puffere ich über eine Schottky-Diode meinen FAHRAKKU ...Matthias S. schrieb:> Die grosse Herausforderung ist der Step-Up Transformator, denn du> vermutlich nirgends kaufen kannst ...
OK, dann muss ich die Idee beerdigen. Gerne hätte ich was fertiges
gekauft. Wundert mich allerdings, dass es keinen Step-UP Regler gibt,
der mit einer einzigen Li-Xx Zelle auskommt. In einer Zeit, wo es
eigentlich nichts gibt, was es nicht gibt ...
Micha
Brillenputzer schrieb:> Wundert mich allerdings, dass es keinen Step-UP Regler gibt,> der mit einer einzigen Li-Xx Zelle auskommt. In einer Zeit, wo es> eigentlich nichts gibt, was es nicht gibt ...
Sowas gibt es natürlich - aber eben nicht für solche Ströme und
Spannungshübe, die du bei deinem 'Akku-Recycling' Projekt nutzen willst.
Die anderen nehmen für sowas eben gleichförmige Zellen aus einer Charge
und schalten sie dann hintereinander, genau wie im Akku deines
Fahrrades. Den Rest erledigt beim Laden eine Balancerschaltung, um die
Akkus auf gleichem Level zu halten.
Brillenputzer schrieb:> In einer Zeit, wo es> eigentlich nichts gibt, was es nicht gibt ...
Stimmt so natürlich nicht. Deine Anwendung ist einfach zu speziell als
dass das irgendjemand auf den Markt werfen will.
Matthias S. schrieb:> Die anderen nehmen für sowas eben gleichförmige Zellen aus einer Charge> und schalten sie dann hintereinander, genau wie im Akku deines> Fahrrades. Den Rest erledigt beim Laden eine Balancerschaltung, um die> Akkus auf gleichem Level zu halten.
Das ist mir schon klar. Ich hoffte eben, vorhandene Zellen noch nutzen
zu können. Oft krepiert eine Zelle in einer Serienschaltung und der
ganze Akku wird unbrauchbar. Aus solchen Akkus habe ich ca. 800Wh
intakte Zellen rumliegen, die keinen Cent kosten. Immer nur neu kaufen
(und noch brauchbares wegwerfen) kann jeder.
Matthias S. schrieb:> Sowas gibt es natürlich - aber eben nicht für solche Ströme und> Spannungshübe ...
Aus reinem Interesse: Für welche Ströme gäbe es denn so eine Schaltung
bei welchem Wirkungsgrad? Von 3V nach 40V sollte allerdings schon sein.
Brillenputzer schrieb:> Ich hoffte eben, vorhandene Zellen noch nutzen> zu können.
Das ist ja auch ok, nur eben für so eine E-Bike Anwendung nicht. Ich
benutze fast ausschliesslich recyclete 18650er Zellen für meine
Projekte, allerdings nehme ich dann gleichartige und schalte sie auch in
Reihe und parallel, wenn ich höhere Spannungen und Ströme brauche.
Deine Idee ist eine ausgefallene, um nicht zu sagen, Schnapsidee, denn
wer will schon aus 3,7V plötzlich 40V machen, um damit ein Fahrrad
anzutreiben. Das ist zu sehr an den Haaren herbeigezogene
Wiederverwendung.
Matthias S. schrieb:> wer will schon aus 3,7V plötzlich 40V machen, um damit ein Fahrrad> anzutreiben.
Wie schonmal gesagt, ich will damit nicht ein Fahrrad antreiben, sondern
den Fahrakku puffern. Wenn ich Stunden unterwegs bin, würde es reichen,
wenn ständig 1A nachgepuffert wird. Nach der Zeit wären die
Mischmasch-Akkus dann auch leer.
Mischmasch-Akkus in Reihe und Serie zu verschalten, stelle ich mir
abenteuerlich vor, außer ich ermittle tagelang die Kapazität der Zellen,
führe Listen und kombiniere die Zellen entsprechend. Das Problem der
unterschiedlichen Selbstentadung der Zellen wird man damit kaum in den
Griff bekommen.
Dann braucht es eine Einzelspannungsüberwachung beim Entladen und beim
Laden leistungsfähige Balancer, letzteres gibt es m.W. auch nicht. Ob
man die wirklich vorhandene Kapazität entnehmen kann, ist zweifelhaft,
weil einzelne Zell-Etagen vor der Zeit in die Knie gehen werden und eine
weitere Entladung verhindert werden muss.
Meine "Schnapps"-Idee wäre eben, die vielen LiXx Mischmasch-Akkus zu
einer einzige Zelle zusammenzuschalten. Das erspart eine Menge Zirkus
beim Laden, sowie beim Entladen. Das steht und fällt aber mit einem
leistungsfähigen Step-Up Wandler mit gutem Wirkungsgrad. Den gibt es
offensichtlich nicht. Also ausgeträumt.
Matthias S. schrieb:> Der muss primär> mindestens mit 3-4mm² CuL gewickelt werden, um den Strom tragen zu> können.
Hm, warum denn so viel? Es geht hier ja "nur" um 10-12 A, da müssten
doch gefühlt 1.5 qmm locker genügen? 3-4 qmm kommen mir jetzt etwas viel
vor.
M. K. schrieb:> 10-12 A,
Du musst den Strom schalten, du hast Verluste im Trafo, du musst
sekundär gleichrichten. Da ist nix mit 99% Wirkungsgrad.
80% wären wären schon super, dann bist du bei 50W Eingangsleistung. Wenn
du jetzt nicht die Ladeschlussspannung, sondern die Nennspannung von ca.
3,7V ansetzt bist bu bei ca. 15A, bei Entladerschlussspannung schon
deutlich drüber.
M. K. schrieb:> um 10-12 A, da müssten doch gefühlt 1.5 qmm locker genügen?
Nachtrag: Je dünner der Draht, desto größer deine Verluste. Ausserdem
sollte man die max. Strombelastbarkeit eines frei verlegten NYM Kabels
für 230/400V nicht mit der beim Trafowickeln gleichsetzen.
Brillenputzer schrieb:> Aus reinem Interesse: Für welche Ströme gäbe es denn so eine Schaltung> bei welchem Wirkungsgrad? Von 3V nach 40V sollte allerdings schon sein.
Es sind aber gerade die 3V die dich umbringen. Die Regelmimik braucht
Versorgungsspannung. Und die MOSFETs wollen ordentlich Gatespannung
sehen, wenn sie 15A (Mittelwert!) bei kleinen Verlusten schalten sollen.
Am ehesten würde man sowas zweistufig bauen. Einen kleinen Booster, der
dir sagen wir 12V bei geringer Leistung erzeugt. Der versorgt dann nur
den Controller und die MOSFET-Treiber. Und dann den Leistungsteil, der
die 3.7V Akkuspannung direkt hochtransformiert. Ein Flußwandler wäre
vermutlich die geschicktere Topologie. Und eine aktive Gleichrichtung
wäre sicherlich von Vorteil.
Axel hat da völlig recht - in allen Punkten. Problematisch(er als sonst)
ist es allgemein, wenn die Spannung sehr hoch, oder aber, wie hier, sehr
niedrig ist. Der Strom geht ja bei FETs wie auch bei den Leitungen und
Drähten quadratisch in die Verlustberechnung ein.
Auch der Tip mit dem (Gegentakt-)Flußwandler ist Gold wert (Denn ohne
Trafo stellt einem auch der hohe Boost-Faktor wirkungsgradmäßig ein
Bein...). Da es bei Dir kaum auf das letzte Quentchen Gewichts- und
Größeneinsparung ankommen wird, sondern eben auf maximal erreichbare
Effizienz, kann man einen vernünftigen Trafo verwenden (möglichst weit
überdimensioniert, um alle Verluste klein zu halten).
Man müßte auch etwas nach den bestmöglichen FETs (12Ver ?) suchen.
Vielleicht auch nur relativ niederfrequent takten? Ich würde in dem Fall
alles in Richtung Verlustminimierung versuchen wollen.
Matthias S. schrieb:> Die grosse Herausforderung ist der Step-Up Transformator, denn du
Was für ein Trafo?
Da braucht man nur eine Spule. Für 40V 1A wird die wohl um die 20-30A
Sättigungsstrom brauchen. Nicht unmöglich, vor allem weil die
Induktivität nicht groß sein muss. Da wird man wohl mit 4,7µH hinkommen
oder so - je nach Schaltfrequenz. Da gibt schon noch was von der Stange.
Auch Boost-Controller und FET sollten auftreibbar sein.
Wenn der Boost-Controller etwas mehr Spannung für sich selber braucht,
auch kein Problem, dann machen wir einen kleinen Hilfsregler hin, wie
den MCP1640 oder eine kleine Charge-Pump. Manchmal macht das der
Controller das schon selber.
Generell ist das kein Hexenwerk.
Was nicht heißt, dass die Lösung sinnvoll ist. Das
Übersetzungsverhältnis ist ungünstig, die Ströme sind gewaltig und die
Last ist auch nicht sehr konstant.
Ich tippe stark drauf, das Balancing viel billiger ist. Weniger Aufwand
bei höherem Wirkungsgrad inklusive guter Überlastfähigkeit (die der
Boost nicht hat) - der Wandler fällt dann komplett weg.
