Hallo
Ich habe eine Ladeschaltung für ein Gerät entwickelt, das mit einer NiMh
Batterie läuft. 3 Batterien mit einer Nennspannung von 3,6V.
Geladen werden soll das ganze über USB. Fertige Ladecontroller (LTC4060)
brauchen >5V bei 3 Zellen NiMh, fallen daher leider aus.
Die angehängte Schaltung soll die Ladedauer und die Batteriespannung
messen (ATmega644PA AD Wandler misst UBatt) und das Laden dann
unterbrechen.
Jetzt zum Problem:
Die Batterie hat zurzeit 3,6V. Das Schalten funktioniert soweit, die
gemessenen Spannungen sind im Schaltplan eingetragen.
Die Schaltug selbst benötigt 20mA. Wenn keine 5V/kein USB anliegen
fließen 20mA aus der Batterie raus. Wenn 5V/USB angeschlossen und Laden
eingeschaltet wird liegt der Strom immer noch bei 19mA, es fließt also
immer noch Strom aus der Batterie raus und nicht rein.
Gruß
Martin
T5 leitet nur, wenn an Gate einige Volt mehr anliegen, als an Drain.
Das ist bei deiner Schaltung nicht der Fall.
Q3 kehrt die Logik um. Wenn die Schaltung funktionieren würde, dann
würde der Akku Laden, wenn ganz links am Eingang 0V anliegen. Bei 5V
leitet Q3 und nimmt dem T5 die Steuerspannung weg, so dass er nicht mehr
leitet.
Das kommerzielle Ladecontroller mehr als 5V haben wollen, hat einen
guten Grund. Bei einigen hundert mA Ladestrom steigt die Spannung
typischerweise auch um einige hundert mV an. Vor allem bei NiMh Akkus.
Mein Haushalts-Ladegerät lädt die Zellen einzeln und erlaubt dabei bis
zu 1,9V pro Zelle. Erst bei mehr Volt bricht es den ladevorgang mit
Error ab. Für viele Verbraucher ist die Zelle dann immer noch gut genug,
ich muss sie dann aber in einem anderen Ladegerät mit geringerem Strom
aufladen.
3 mal 1,9V = 5,7 Volt. Und du brauchst auch noch etwa ein Volt für die
Strom-Regelung.
Du solltest Dir auch Gedanken machen, wie du den Zustand "fertig
geladen" erkennen willst. Spätestens, wenn der Akku heiß wirst, solltest
du alleine schon aus Sicherheitsgründen nicht mehr weiter laden.
Die absolute Spannung ist leider kein brauchbares Indiz für den
Ladezustand.
Viele Ladegeräte nutzen aus, dass die Spannung ein paar Millivolt sinkt,
wenn die Zelle (wegen voll) warm wird. Wir reden hier von 40 bis 50°C.
Das klappt aber nur, wenn
a) der Ladestrom hoch genug ist, um die Batterie deutlich zu erwärmen.
b) der Ladestrom sehr konstant ist, weil sonst der Ladestrom zusammen
mit dem Innenwiderstand der Zelle die Spannungsmessung verfälscht.
Manche Geräte laden mit Impulsen und messen in den pausen dazwischen.
Wie dem auch sei, die Methode ist ziemlich unzuverlässig. Und so kommt
es regelmäßig vor, dass mein Ladegerät einzelne Zellen regelrecht
grillt. Ich glaube, dass im Laufe von 5 Jahren etwa die hälfte meiner
Akkus vorzeitig ableben. Andererseits ist ein wirklich gutes Ladegerät
(mit Temperaturfühler), dass 16 Zellen einzeln laden und frisch halten
kann, unbezahlbar teuer. Da schmeiße ich lieber ab und zu mal gegrillte
Akkus weg.
Nun weisst du, worauf es ankommt und kannst einschätzen, wie viel deine
Schaltung taugen würde - wenn dein primäres Problem behoben ist.
Mein Tip: Stell auf LiPo Akkus um. Die kann man mit 5V laden und bei
denen kann man das Ende des Ladevorgangs ganz simpel an der Spannung
erkennen. Fertige Reglerplatinen bekommst du ab 2 Euro bei Ebay und
Amazon.
Nickel Akkus eignen sich meiner Meinung nach nur für Geräte, wo man sie
zum Laden ausbaut und in ein separates Ladegerät steckt.
Hi Stefan,
danke erstmal für die schnelle und ausführliche Antwort.
Stefan U. schrieb:> T5 leitet nur, wenn an Gate einige Volt mehr anliegen, als an Drain.> Das ist bei deiner Schaltung nicht der Fall.
Meinst du am Drain oder an Source ? Ich bin von Ugs ausgegenagen, die
liegt ca. 1,4 V höher.
Stefan U. schrieb:> Q3 kehrt die Logik um. Wenn die Schaltung funktionieren würde, dann> würde der Akku Laden, wenn ganz links am Eingang 0V anliegen. Bei 5V> leitet Q3 und nimmt dem T5 die Steuerspannung weg, so dass er nicht mehr> leitet.
Hast recht, fehler im meiner Beschriftung, soll natürlich 0V-Charge ON
sein. Ist auch in der Software so implementiert.
Leider ist 5V/USB zum laden und der NiMh-Akku die Vorgabe für das
Projekt und nicht mehr änderbar.
ich habe allerdings direkt neben dem Akku einen Temperatursensor und
könnte so zumindest bei erwärmen des Akkus abschalten.
Und wenn der Akku 1-2 Jahre hält ist das auch ausreichend.
Ich bin nicht auf besonders hohe Ladeströme angewiesen. Das Gerät
braucht im Betrieb ca. 20mA und wird alle paar tage nur für ca. 10min
benutzt. Wenn ich mit 50mA lade wäre das ausreichend. Es ist auch nicht
wichtig den Akku immer auf 100% zu laden, 50% würden schon reichen. Wenn
ich also z.B. die Ladung bei:
- maximal 5h
- maximal 50°C
- maximal 3,7V
abschalte, sollte es doch funktionieren, oder mache ich noch einen
Denkfehler ?
@Manfred, danke aber wie gesagt LiPo o.ä. ist leider keine Option.
Martin schrieb:> Stefan U. schrieb:>> T5 leitet nur, wenn an Gate einige Volt mehr anliegen, als an Drain.>> Das ist bei deiner Schaltung nicht der Fall.> Meinst du am Drain oder an Source ? Ich bin von Ugs ausgegenagen, die> liegt ca. 1,4 V höher.
Diesen Punkt musst Du aufarbeiten, Deine Schaltung wird nicht
funktionieren - wie Stefan Dir schon schrieb.
Da gehört ein P-Kanal hin und R19 entfällt.
Oh ja, ich meinte zwischen gate und source.
Mit 5V und ohne Ladeschlusserkennung kannst du arbeiten, wenn der
Ladestrom gering ist. Bei AA Zellen maximal 100mA.
Ich würde einen PNP Transistor als Konstantstromquelle verwenden. Dann
reichen die 5V so gerade eben.
Manfred schrieb:> Diesen Punkt musst Du aufarbeiten, Deine Schaltung wird nicht> funktionieren - wie Stefan Dir schon schrieb.>> Da gehört ein P-Kanal hin und R19 entfällt.
So, habe die Schaltung geändert und aud P-Kanal umgebaut. Werde es
morgen testen.
stefanus schrieb:> Da du das Gerät nur Gelegentlich verwendest und die Stromaufnahme gering> ist, wären da nicht Einwegbatterien eher angemessen?
Ja, wäre sicherlich eine möglichkeit, hatte ich bisher. Aber jetzt soll
es ein Akku sein. Das Gehäuse lässt sich auch nicht so einfach öffnen.
Martin schrieb:> Wenn ich mit 50mA lade wäre das ausreichend. Es ist auch nicht> wichtig den Akku immer auf 100% zu laden, 50% würden schon reichen. Wenn> ich also z.B. die Ladung bei:> - maximal 5h> - maximal 50°C> - maximal 3,7V> abschalte, sollte es doch funktionieren, oder mache ich noch einen> Denkfehler ?
Du machst einen / mehrere Denkfehler.
Bei 3,7V sind die 3 unbelasteteten (bzw. sogar mit kleinem Strom
geladenen) Akkus praktisch leer. (Hängt etwas von den Zellen und der
Temperatur ab)
Mit 50mA werden die Akkus - ich nehme mal AA an - nie 50°C warm, außer
die sind dick isoliert oder die Umgebungstemperatur liegt schon bei
48°C.
Erst recht nicht bei 3,7V.
Bei 4-4,2V könntest du an Abschalten denken, vorher nicht. Wenn die
Akkus aber nur 1-2 Jahre halten müssen: lass die ganze Abschalterei
sein.
Evtl. 20 Ohm statt den 10 Ohm als Vorwiderstand, dann sinds auch bei den
maximal 5,5V über USB nur ca. 60-70mA die ein voller Akku abbekommt.
Bei minimaler USB-Spannung (4,4V) dauerts ein paar Tage bis der Akku
voll ist...
USB-NiMh_Ladeschaltung.png
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