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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 18650 Akkus laden nicht via Solarpanel


Autor: Ulf S. (ulf2016)
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Hallo in die Runde,

ich hoffe jemand kann mir bei der Fehlersuche behilflich sein. Es geht 
darum über ein Solarpanel einen 18650 Akku unter Last zu laden. Als 
Laderegler wird der MCP73843 benutzt. Er wurde genau wie im Datenblatt 
beschrieben beschaltet.

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21823D.pdf

Leider kommt über das Solarpanel (9V, Imax = 350mA) kein Ladevorgang 
zustande. Über ein Labornetzteil hingegen scheint alles einwandfrei zu 
funktionieren. Eine 9V Blockbatterie lässt den Laderegler hingegen zwar 
einschalten, aber es wird laut Datenblatt S.14 eine Meldung (LED) 
bezueglich des Safety Timers/ Temperatur ausgegeben. Hierbei sei zu 
sagen, dass der MCP73843 über keine Temperaturüberwachung verfügt. Die 
Akkus sind von Werk aus auf 3,6V vorgeladen, weshalb die Meldung des 
Safety Timers auch kein Sinn macht. Umschaltschwelle liegt bei ca 2,85V.

Es liegt definitiv nicht daran, dass die benötigte Eingangsspannung des 
Ladereglers von 4,5V unterschritten wird. (Panel liefert tagsüber ca 
8V). Damit sollte auch sicher gestellt sein, dass die Last (ca. 20mA) 
weit unter dem vorhandenen Ladestrom liegt.

Zum Testen wurde ein ICR18650-26H /SDI/2F82 und ein 
INR18650-28E/SDI/2G23 Akku von Samsung verwendet. Das Ergebnis war mit 
und ohne Last stets gleich.

Gibt es für die Laderegler einen Mindestwert bezueglich der 
Ladestromstärke, damit sie überhaupt laden?


Gruß Ulf

Autor: Juergen P. (optronik)
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Welcher Strom fliesst bei Verwendung des Labornetzteils in die 
Schaltung?

Autor: Ulf S. (ulf2016)
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Es wurde mit ca.150 mA getestet. Dies sollte übern Daumen gepeilt ein 
realistischer Wert sein, welchen man durchschnittlich dem Solarpanel 
entnehmen kann

Autor: Juergen P. (optronik)
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Wenn 350mA der Kurzschluss-Strom ist dann eher nicht.

Hast du den Strom gemessen der bei Verwendung des Solarpannels in die 
Schaltung floss?

Autor: Ulf S. (ulf2016)
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Leider nein. Hab es jetzt grade mal gemacht. Die Lichtausbeute ist 
natürlich sehr dürftig. Aber da kommen nur 0,72mA. Dies dürfte sich 
unter besseren Bedingungen zwar erheblich verbessern. Aber ob da die 150 
mA wirklich erreicht werden, mag ich dann doch auch bezweifeln.

Ich habe leider auch keine näheren Infos zu dem Panel, da das schon vor 
geraumer Zeit auf Ebay erworben wurde.

: Bearbeitet durch User
Autor: Juergen P. (optronik)
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Ok, hast du damals die Spannung am Solarpanel gemessen als die 
Ladeschaltung dran hing?

Autor: Ulf S. (ulf2016)
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ca. 8V

Autor: Juergen P. (optronik)
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Hmmm, ich hätte erwartet dass die Spannung zusammenbricht wenn zu viel 
Strom gezogen wird. Aber evtl. hat der MCP dies erkannt und entsprechend 
den Ladevorgang abgebrochen weshalb du dann die Leerlaufspannung am 
Solarpanel gemessen hast.

Autor: Ulf S. (ulf2016)
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D.h. ein Solarpanel mit einem höheren Nennstrom sollte das Problem 
beheben?

Autor: Juergen P. (optronik)
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Keine Ahnung, ich würde erstmal mehr Messungen durchführen:
Strom in die Schaltung, Spannung Solarzelle, Strom in den Akku

Ich bin gerade dabei eine ähnliche Schaltung zu bauen, allerdings um mit 
einem viel kleineren Solarpanel (V_solar=6V) einen kleinen LiPo Akku zu 
laden. Hier scheint es so zu sein dass es besser ist nur einen 4.2V LDO 
mit Strombegrenzung zu nehmen, auch wenn dadurch das Panel nicht im 
optimalen Bereich betrieben wird.

Autor: Ulf S. (ulf2016)
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Danke schonmal für deine Hilfe

Autor: Jobst Quis (joquis)
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Das Problem dabei ist wohl, dass ein Solarpanel keine Spannungsquelle 
ist, sondern eine Stromquelle. Die Beleuchtung bestimmt die Stärke des 
Stroms. Es ist eine Frage der Belastung, wieviel Spannung sie abgibt.

Ein Akku läßt sich damit prima direkt bzw über eine Diode laden, der 
Ladezustand des Akkus bestimmt dann die Spannung. Man muss nur die 
Überladung verhindern, indem man dann den Strom am Akku vorbeileitet 
(Shuntregler).

Wenn du den Laderegler beibehalten willst, versuche es mal mit einem 
dicken Elko parallel zum Panel. Dann ist die Spannung wenigstens ein 
paar Sekunden belastbar.

Autor: Richard B. (r71)
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Was ich aufs schnelle gesehen habe, ist dein Laderegler
nicht ohne weiteres als Solar-Lader geeignet...

Ein Solar-Regler muss sowohl am Ausgang (Li-Ion Akku) als auch am
Eingang (Solarzelle) die Spannung und die Temperatur überwachen
und die Belastung (Solarzelle) danach automatisch anpassen.

Du muss dir einen Laderegler suchen, wo dezidiert steht,
das dies ein Solar-Regler ist und als Quelle eine Solarzelle geeignet 
ist.

Freundliche Grüße,
Richard

Autor: Jobst Quis (joquis)
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Richard B. schrieb:
> Ein Solar-Regler muss sowohl am Ausgang (Li-Ion Akku) als auch am
> Eingang (Solarzelle) die Spannung und die Temperatur überwachen
> und die Belastung (Solarzelle) danach automatisch anpassen.

Das mag für Hochleistungspanels gelten, aber nicht für so ein kleines 
Teil zum Laden eines 18650 Akkus. Da reicht eine Spannungsbegrenzung für 
den Akku.

Autor: Ulf S. (ulf2016)
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So. Ich habe mir den Aufbau noch einmal zu Gemüte geführt. Jürgen hatte 
mit seiner Annahme recht, dass der Laderegler abschaltet und deswegen 
nur die Leerlaufspannung des Panels gemessen wird. Erzeugt man einen 
Kurzschluss liefert das Panel in der prallen Sonne ca 170mA/8,2V. Habe 
dieses nun unterschiedlich belastet. Auch einzelne Lasten, wie R20, 
R100, R10k oder ein 100µF Elko erbrachten nur einen Strom zwischen 0,5 
und 0,8mA. Dies ist unnormal ??! Spannung variierte dabei zwischen 
0,4(R20) und 7,8V(R10k).

Autor: Richard B. (r71)
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Ulf S. schrieb:
> Gibt es für die Laderegler einen Mindestwert bezueglich der
> Ladestromstärke, damit sie überhaupt laden?

Das wird eingestellt.
Normalerweise auf C/10.

Jobst Q. schrieb:
> Das mag für Hochleistungspanels gelten, aber nicht für
> so ein kleines Teil zum Laden eines 18650 Akkus.

Wie kommst du auf diese Idee?

Jobst Q. schrieb:
> Da reicht eine Spannungsbegrenzung für den Akku.

Was hat das jetzt bitte mit der Solarzelle zu tun?
Geladen wird ja mit CC. Wenn überhaupt ;)

Autor: Jobst Quis (joquis)
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Richard B. schrieb:
> Jobst Q. schrieb:
>> Das mag für Hochleistungspanels gelten, aber nicht für
>> so ein kleines Teil zum Laden eines 18650 Akkus.
>
> Wie kommst du auf diese Idee?

Ein Aufwand, der sich vielleicht für 100W-Panels lohnt, ist für 1W nicht 
angebracht und auch nicht nötig.


>
> Jobst Q. schrieb:
>> Da reicht eine Spannungsbegrenzung für den Akku.
>
> Was hat das jetzt bitte mit der Solarzelle zu tun?
> Geladen wird ja mit CC. Wenn überhaupt ;)

Eine Solarzelle ist eine Stromquelle (hoher differentieller Widerstand), 
aber eben nicht mit einem konstanten Strom, sondern mit einem Strom, der 
von der Beleuchtung abhängt. Der Akku nimmt ohne Schaden, was er vom 
Solarpanel kriegen kann, solange er nicht voll ist und der Maximalstrom 
nicht zu groß ist. Und 170mA ist nicht zuviel für eine 18650er Zelle.

Beim Solarladen geht es ja nicht wie beim Netzladegerät darum, den Akku 
so schnell wie möglich zu laden, sondern darum, ihn immer wieder mal 
nachzuladen, damit er einsatzbereit bleibt.

Autor: Richard B. (r71)
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Jobst Q. schrieb:
> Ein Aufwand, der sich vielleicht für 100W-Panels lohnt,
> ist für 1W nicht angebracht und auch nicht nötig.

Ich habe dich um eine Erklärung gebeten,
nicht um deine Meinung.

Warum soll eine kleine Solarzelle anderes funktionieren?

Du siehst das es nicht funktioniert.

Jobst Q. schrieb:
> Beim Solarladen geht es ja nicht wie beim Netzladegerät darum, den Akku
> so schnell wie möglich zu laden, sondern darum, ihn immer wieder mal
> nachzuladen, damit er einsatzbereit bleibt.

Das ist schon wieder (d)eine Meinung.

Autor: Richard B. (r71)
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Jobst Q. schrieb:
> Der Akku nimmt ohne Schaden, was er vom Solarpanel kriegen kann,
> solange er nicht voll ist und der Maximalstrom nicht zu groß ist.

Und genau das ist der Teil welches du nicht begreifst.
Mir brauchst du nichts erklären, ich kenne mich bestens aus.

Der TO will ja unbedingst auf euch hören.

: Bearbeitet durch User
Autor: Ulf S. (ulf2016)
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Um der Diskussion aus dem Wege zu gehen. Für diesen speziellen Fall wäre 
es ausreichend, dass der durchschnittliche Ladestrom größer als der 
Laststrom ist. Der Akku also nur nachgeladen wird. Das erreichen der 
höchstmöglichen Stromwerte ist somit nicht erforderlich. Woran liegt das 
aber, dass die gemessenen Stromwerte so immens gering sind?

Autor: Jobst Quis (joquis)
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Richard B. schrieb:
> Jobst Q. schrieb:
>> Ein Aufwand, der sich vielleicht für 100W-Panels lohnt,
>> ist für 1W nicht angebracht und auch nicht nötig.
>
> Ich habe dich um eine Erklärung gebeten,
> nicht um deine Meinung.
>
> Warum soll eine kleine Solarzelle anderes funktionieren?
>
> Du siehst das es nicht funktioniert.

Was nicht funktioniert ist eine Ladeschaltung, die für Netzbetrieb 
konzipiert ist. Die direkte Ladung von Akkus per Solarzelle 
funktioniert. ZB in Millionen von Solarlampen.

Natürlich kann man auch mit Kanonen auf Spatzen schießen, zum Wohle der 
Kanonenindustrie.

Autor: Richard B. (r71)
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Jobst Q. schrieb:
> Was nicht funktioniert ist eine Ladeschaltung,
> die für Netzbetrieb konzipiert ist.

Genau. Warum willst du ihm dann einreden das es doch geht?

Jobst Q. schrieb:
> Die direkte Ladung von Akkus per Solarzelle funktioniert.

Das möchte ich jetzt aber sehen. Eine Schaltung reicht.
Als Akku darfst du einen 18650er (leer) mit 3600mA nehmen.

: Bearbeitet durch User
Autor: Jobst Quis (joquis)
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Hier meine Schaltung. Ich benutze sie für einen Solarspringbrunnen, den 
ich auf Akkus (2x18650 LiFePO4)umgestrickt habe, um ihn auch ohne Sonne 
betreiben zu können..

Das Panel hat etwa dieselben Werte wie das des Fragestellers (20 
Zellen,ca 180mA bei voller Sonne, 11,5V Leerlaufspannung). Das Laden 
funktioniert problemlos und mit guter Leistung.

Bei nur einem Akku wird nur etwa die halbe Leistung genutzt, aber 
funktionieren müsste es auch.

Noch ein Hinweis für Ulf: Bist du sicher, dass dein Panel nur aus 
Solarzellen besteht? Mein Panel eines Solarspringbrunnens hatte nämlich 
eine Elektronik drin, Elko + Halbleiter als Anlaufhilfe für die Pumpe. 
Vielleicht ist die Elektronik defekt, sie ist nämlich im Gegensatz zu 
den Zellen nicht kurzschlussfest. So etwas kann ganz schön foppen.

Autor: Stefanus F. (stefanus)
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Kurzgeschlossen liefert das Solarpanel 180ma bei 8,2V?

Das kann gar nicht sein. Bei einem Kurzschluss muss die Spannung 0V 
sein, sonst ist es kein Kurzschluss.

Bei 20 Ohm Last hast Du 0,4V und 0.8mA?

Auch das ist unmöglich. Es widerspricht massiv dem ohmschen Gesetz.

Des Rätsels Lösung wird sein, dass du völlig falsch misst oder dein 
Meßgerät defekt ist.

Autor: Ulf S. (ulf2016)
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Hallo Stefan,
bei ersterem ist mir beim tippen ein Fehler unterlaufen. Die 8,2V sind 
selbstverständlich nicht die Kurzschlussspannung. Dies war die Spannung 
die an den Klemmen des Panels anlagen, als das Panel nicht belastet 
wurde und auch nicht kurzgeschlossen war.

Die 0,4 V wurden gemessen in dem der Widerstand in Reihe zum Panel war 
und das Messgerät parallel zum Panel. Bei der Strommessung war das dann 
einfach in Reihe mit dem Widerstand und dem Panel.

Dies Aussage zum ohmschen Gesetzt ist natürlich korrekt. Dies kommt 
bestimmt daher dass ich die werte einfach viel zu doll gerundet habe...

: Bearbeitet durch User
Autor: Julian Baugatz (Gast)
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Richard B. schrieb:
> Ein Solar-Regler muss sowohl am Ausgang (Li-Ion Akku) als auch am
> Eingang (Solarzelle) die Spannung und die Temperatur überwachen
> und die Belastung (Solarzelle) danach automatisch anpassen.

Das stimmt nicht, daß kann nur ein Laderegler machen, der wie ein DC/DC 
funktioniert, aber nicht jeder Solar-Laderegler arbeitet so.

Autor: Richard B. (r71)
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So sollte ein (jeder) Solar-Laderegler arbeiten.
Ist es besser so?

Julian Baugatz schrieb:
> aber nicht jeder Solar-Laderegler arbeitet so.

Wirkungsgrad?

Richard B. schrieb:
>> Die direkte Ladung von Akkus per Solarzelle funktioniert.

Das ist für dich direkt laden? ;)
Wirkungsgrad (Winter/Sommer)?

Was für eine Pumpe hast du eigentlich?

Autor: Jobst Quis (joquis)
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Richard B. schrieb:
> Das ist für dich direkt laden? ;)

Direkt laden heißt, dass kein Wandler dazwischen ist. Dass der Strom, 
den das Panel liefert, den Akku lädt, solange der Akku ihn gebrauchen 
kann.

> Wirkungsgrad (Winter/Sommer)?
Wenn das Panel zum Akku passt, ist der Arbeitspunkt während des Ladens 
nicht weit vom MPP entfernt. Wenn der Akku voll ist, spielt der 
Wirkungsgrad keine Rolle.

Sicher könnte man mit einem MPP-Tracker manchmal noch ein paar Prozent 
mehr herausholen, aber gerade im Winter bzw bei schwacher Beleuchtung 
könnte er sogar ungünstiger sein, da er selbst ja auch etwas Leistung 
braucht.

Außerdem könnte man für den Preis eines MPP-Reglers auch ein Panel mit 
vielfacher Leistung bekommen, wenn es nötig wäre. Bei großem 
Leistungsbedarf ist das Verhältnis natürlich anders.

>
> Was für eine Pumpe hast du eigentlich?

Die Pumpe braucht an 6,6V ca 80 mA, Anlaufstrom natürlich etwas höher.

Autor: Richard B. (r71)
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Jobst Q. schrieb:
> Wenn das Panel zum Akku passt, ist der Arbeitspunkt
> während des Ladens nicht weit vom MPP entfernt.

PWM und Co wären für mich zu ineffektiv. Ich brauche Teilweise 2A.
Dine Schaltung kostet ca. 3-5 EUR eine mit MPPT ca. 8-10 EUR.

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