Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 12V/500mA-Last an einzelner LiPo-Zelle(?)


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von Florian S. (sevenacids)


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Idee/Problemstellung:

An einer 2500mAh LiPo-Zelle (max. Entladerate 1C) soll eine Last 
betrieben werden, die eine Spannung von 12V und einen Strom von 500mA 
(Dauerbetrieb) benötigt. Die Akkuladung (im Bereich: 90% == voll, 20% == 
leer) sollte dabei für mindestens eine Stunde ausreichen.

Fragestellung:

- Ist die Verwendung eines LiPo-Akku in diesem Fall überhaupt sinnvoll?
- Wenn ja, wie wandle ich am Besten die Spannung der Zelle von 3,3-4,1V 
auf 12V, welchen DC/DC-Wandler, Boost-Converter o.ä. sollte ich 
verwenden?

Die Beschaltung der LiPo-Zelle selbst erfolgt mit Batterie-Management-IC 
und Über-/Unterspannungsschutz, das ist kein Problem, eine entsprechende 
Schaltung habe ich bereits aufgebaut, allerdings nur mit einem 
DC/DC-Wandler auf 5V und für 100 mA Maximallast, die zu 95% der 
Betriebsdauer nicht mehr als 10mA benötigt. Da ich mich in Sachen 
Leistungselektronik nicht wirklich gut auskenne, wäre ich dankbar wenn 
mir hier jemand ein paar Tipps geben könnte bzw. Anregungen wie ich es 
besser lösen könnte.

: Bearbeitet durch User
von Peter M. (r2d3)


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Hallo Florian,

selbst verwendet habe ich den LM2577T-ADJ, empfehlenswert, weil er 
wenige Bauteile drumherin benötigt. Das Datenblatt erklärt auch 
ausführlich die Dimensionierung aller Bauteile.

https://www.reichelt.de/ICs-LM-LS-/LM-2577-T-ADJ/3/index.html?ACTION=3&GROUPID=2912&ARTICLE=39445&OFFSET=16&;

Alternativ findest Du fertige China-Module für den Zweck.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Florian S. schrieb:
> An einer 2500mAh LiPo-Zelle (max. Entladerate 1C) soll eine Last
> betrieben werden, die eine Spannung von 12V und einen Strom von 500mA
> (Dauerbetrieb) benötigt. Die Akkuladung (im Bereich: 90% == voll, 20% ==
> leer) sollte dabei für mindestens eine Stunde ausreichen.

Das wird knapp. Wenn wir von einer mittleren Akkuspannung von 3.7V 
ausgehen, dann entsprechen die 2.5Ah einer Energie von 9.25Wh. Davon 
willst du aber nur 70% benutzen. Macht 6.475Wh. Du brauchst 6Wh auf der 
12V Seite. Dann muß dein Spannungswandler einen Wirkungsgrad von 
mindestens 93% haben. Dabei ist noch nicht berücksichtigt, daß die 
Kapazität des Akkus vermutlich nicht für die Entladung mit 1C 
angegeben ist, sondern eher für 0.1C. Deine Hochstromentladung wird eine 
geringere effektive Kapazität des Akkus zur Folge haben.

> - Ist die Verwendung eines LiPo-Akku in diesem Fall überhaupt sinnvoll?

Im Prinzip ja.

> - Wenn ja, wie wandle ich am Besten die Spannung der Zelle von 3,3-4,1V
> auf 12V, welchen DC/DC-Wandler, Boost-Converter o.ä. sollte ich
> verwenden?

Um von den minimal 3V am Akku auf 12V zu kommen, reicht ein Boost- 
Konverter im Prinzip aus. Sperrwandler ist vom Aufwand sehr ähnlich, 
kann aber keine Speicherdrossel von der Stange nutzen. Vorteil wäre 
hier, daß du ein günstigeres Tastverhältnis und dadurch niedrigeren 
Spitzenstrom bräuchtest. Flußwandler ist bei der geringen Leistung eher 
nicht angesagt und wird durch die erforderliche Regelung auch aufwendig.

> Da ich mich in Sachen
> Leistungselektronik nicht wirklich gut auskenne, wäre ich dankbar wenn
> mir hier jemand ein paar Tipps geben könnte bzw. Anregungen wie ich es
> besser lösen könnte.

Das Hauptproblem ist die relativ geringe Eingangsspannung. Viele 
Regler-IC (auch die xx2577 auf den gängigen China-Modulen) gehen regulär 
nur bis 3.5V Eingangsspannung runter. Andererseits gibt es natürlich 
jede Menge Schaltregler IC für einen Stepup aus einer einzelnen LiPo 
Zelle. Mußt du halt mal die parametrische Suche der Hersteller bemühen.

: Bearbeitet durch User
von Simi S. (kokoianer)


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Florian S. schrieb:
> Idee/Problemstellung:
>
> An einer 2500mAh LiPo-Zelle (max. Entladerate 1C) soll eine Last
> betrieben werden, die eine Spannung von 12V und einen Strom von 500mA
> (Dauerbetrieb) benötigt. Die Akkuladung (im Bereich: 90% == voll, 20% ==
> leer) sollte dabei für mindestens eine Stunde ausreichen.
>
Somit max Leistung die deine Last braucht: 12*0.5A=6W
Deine Zelle hat max 1C -->3.3*2.5=8.25W-->OK, geht gut
Da deine Entladerate unter 1C ist, sollte es mehr als 1h reichen, auch 
mit ein bisschen reserve (90% bzw. 20%)


> Fragestellung:
>
> - Ist die Verwendung eines LiPo-Akku in diesem Fall überhaupt sinnvoll?
> - Wenn ja, wie wandle ich am Besten die Spannung der Zelle von 3,3-4,1V
> auf 12V, welchen DC/DC-Wandler, Boost-Converter o.ä. sollte ich
> verwenden?
Nim ein Chinamodul. sind günstig und für diese Last sehr klein.
Wenn du lust hast kannst du es auch diskret aufbauen, wirst aber sicher 
nicht günstiger oder kleiner. höchstens ein bisschen effizienter. Der 
aufwand ist aber erheblich(zumindest dass es effizienter ist als 
chinamodule), wenn man keine erfahrung mit elektronik hat.

P.S.: LM2577T-ADJ ist super, geht aber bei dir nicht(oder sehr an der 
Grenze). Datasheet: inputvoltage min 3.5V

>
> Die Beschaltung der LiPo-Zelle selbst erfolgt mit Batterie-Management-IC
> und Über-/Unterspannungsschutz, das ist kein Problem, eine entsprechende
> Schaltung habe ich bereits aufgebaut, allerdings nur mit einem
> DC/DC-Wandler auf 5V und für 100 mA Maximallast, die zu 95% der
> Betriebsdauer nicht mehr als 10mA benötigt. Da ich mich in Sachen
> Leistungselektronik nicht wirklich gut auskenne, wäre ich dankbar wenn
> mir hier jemand ein paar Tipps geben könnte bzw. Anregungen wie ich es
> besser lösen könnte.
Wenn es nur 1 Zelle ist kannst du es mit einem IC machen, oder aber 
diskret aufbauen(Stichworte: Spannungsteiler, Schmittrigger, FET, evtl 
LDO)

von Florian S. (sevenacids)


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Danke erst mal an alle für die Antworten.

Zunächst mal bin ich nicht auf die 2500mAh begrenzt, alternativ könnte 
ich auch eine etwas größere Zelle verwenden (bspw. 3000mAh) und damit 
auf jeden Fall wieder die Mindestlaufzeit von 1h erreichen. Letztlich 
soll das Ganze aber handlich bleiben, also von den Abmessungen nicht zu 
groß werden. Die Ladegrenzen von 90%/20% wollte ich schon gern 
beibehalten, allein um damit den Akku zu schonen bzgl. der Lebensdauer. 
95/15 wäre wohl auch noch in Ordnung, 20% Kapazitäts"verlust" nehme ich 
auf jeden Fall in Kauf wenn es schonender für die Zelle ist.

Wenn ihr von Chinamodul redet: Könnt ihr da ein bestimmtes empfehlen 
oder ist das egal solange die Parameter stimmen? Eigentlich wollte ich 
sowas ja ungern verwenden, da das Ganze am Ende schon komplett auf eine 
eigene Leiterplatte untergebracht werden soll.

Die parametrische Suche habe ich zum Teil schon probiert (Microchip, TI, 
Linear...) bin aber noch nicht so recht fündig geworden bzw. weiß ich 
nicht worauf ich genau achten muss wenn es um 0.5A geht. Dabei wären 
exotische Teile auch kein Problem, solange DigiKey die in Kleinmenge 
liefern kann.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Florian S. schrieb:
> Wenn ihr von Chinamodul redet: Könnt ihr da ein bestimmtes empfehlen
> oder ist das egal solange die Parameter stimmen?

Die gängigen Stepup-Module haben alle den LM2577 bzw. einen Nachbau 
drauf. Tatsächlich würde ich da immer einen Nachbau erwarten, selbst 
wenn er mit "LM" gestempelt ist. Wie bereits gesagt, bist du mit deinem 
Akku da hart an der unteren Grenze. Der LM2577 hat eine 
Unterspannungsabschaltung, geht also irgendwann aus. Das kann bei 
maximal 3.15V sein, typisch erst bei 2.9V. Aber natürlich schlägt der 
Betrieb bei geringer Spannung auf den (ohnehin nicht berauschenden) 
Wirkungsgrad.

> Eigentlich wollte ich
> sowas ja ungern verwenden, da das Ganze am Ende schon komplett auf eine
> eigene Leiterplatte untergebracht werden soll.

Dann bemühe die parametrische Suche bei den üblichen Verdächtigen: 
Texas, Linear, OnSemi, Maxim. Die haben idR. eine eigene Kategorie für 
"single cell LiPo stepup". Wie hoch du mit der Frequenz gehen kannst und 
wie klein das Gehäuse sein darf, mußt du selber wissen.

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