Hallo zusammen!
Ich habe folgendes Problem/Projekt:
*Ein 4S Lithium Akku (16,8V Ladeschlussspannung) soll über USB geladen
werden.*
Wichtig ist vor allem möglichst geringe BOM-Cost und geringer
Platzbedarf. Das Produkt mit der Schaltung wird später in größeren
Stückzahlen produziert.
*Dabei stehe ich nun am Anfang meines Konzeptes vor mehreren Problemen:*
- Es soll mit mehr als 500mA geladen werden. Das heisst es muss erkannt
werden, ob die D+ und D- Pins kurzgeschlossen sind (Erkennungszeichen
für einen "Dedicated Charging Port" der USB Specs) und der Strom
entsprechend gesteuert werden.
Alternativ so lange Strom erhöhen, bis die Eingangsspannung unter 4.XX
Volt sinkt (machen einige Powerbanks so...).
- Die Zellen müssen balanciert werden, bei überschreiten der
Ladeschlussspannung einer Zelle muss der Ladestrom so lange reduziert
werden, bis diese Zelle wieder auf dem Niveau der anderen liegt.
- Die 5V von USB müssen auf 16,8V gewandelt werden.
Ich würde nun einen BQ2054 oder BQ2954 Step-Up Wandler nehmen. BMS
diskret aufbauen, die Logik dahinter kann der vorhandene Mikrocontroller
übernehmen.
Die Frage ist nun, wie ich den Eingangsstrom an das angeschlossene
Netzteil anpasse?
Ich habe auch schon an eine 1S Lösung gedacht, da wäre das Laden sehr
viel einfacher, da das BMS entfällt. Allerdings bin ich mir nicht
sicher, ob ein Step-Up Wandler von 3V (VinMin) auf 12V bei ca. 8-10A
wirklich sinnvoll ist.
Grüße!
Er meint wohl, anstatt einen 4S-LiPo nur einen 1S-LiPo zu verwenden, um
die Ladegeschichte einfacher zu machen. Dafür dann das Endgerät mittels
StepUp-Wandlers zu versorgen.
Mike Litoris schrieb:> Ich habe auch schon an eine 1S Lösung gedacht, da wäre das Laden sehr> viel einfacher, da das BMS entfällt. Allerdings bin ich mir nicht> sicher, ob ein Step-Up Wandler von 3V (VinMin) auf 12V bei ca. 8-10A> wirklich sinnvoll ist.
Meinst du die 8-10A Entladestrom akkuseitig? Oder verbraucherseitig?
Du müsstest wohl mehrere parallel schalten. Das Laden würde auch mit
einer Powerbank-Ladeelektronik gehen, dauert dann halt nur etwas länger
als eine einzelne Zelle. Aber wenn du von USB eh nur ca 1A entnehmen
kannst, wäre eine 4S-Lösung auch nicht schneller als eine 4P.
Mike Litoris schrieb:> Ich würde nun einen BQ2054 oder BQ2954 Step-Up Wandler nehmen. BMS> diskret aufbauen, die Logik dahinter kann der vorhandene Mikrocontroller> übernehmen.
Ich hatte letztens einen Newsletter von Maxim im Postfach, in dem neue
Laderegler für 2-6S aus USB angeboten wurden.
Vielleicht findest Du da was.
Danke schon einmal für eure Antworten!
Daniel B. schrieb:> Er meint wohl, anstatt einen 4S-LiPo nur einen 1S-LiPo zu> verwenden, um> die Ladegeschichte einfacher zu machen. Dafür dann das Endgerät mittels> StepUp-Wandlers zu versorgen.
Genau so!
War wohl etwas unglücklich formuliert. Es soll ein DC Motor mit ca. 100W
Leistungsaufnahme versorgt werden.
Jobst Q. schrieb:> Meinst du die 8-10A Entladestrom akkuseitig? Oder verbraucherseitig?
Verbraucherseitig, also dann wohl so 30A - 40A am Akku. Für unsere
Zellen ist das kein Problem.
Jobst Q. schrieb:> Du müsstest wohl mehrere parallel schalten. Das Laden würde auch mit> einer Powerbank-Ladeelektronik gehen, dauert dann halt nur etwas länger> als eine einzelne Zelle. Aber wenn du von USB eh nur ca 1A entnehmen> kannst, wäre eine 4S-Lösung auch nicht schneller als eine 4P.
Genau das wäre meine Idee gewesen, sowas habe ich auch schon einmal
gebaut.
Frage ist jetzt, was wohl sinnvoller ist:
Aufwändige Ladeelektronik für 4S oder 1S (mehrere Parallel) mit Boost
Converter?
Ich würde letzteres bevorzugen. Die Ladegeschichte 1S/4P wäre von 5V aus
auf verschiedene Weise bzw. einfacher machbar, und für den Boost gälte
ähnliches.
Ein (Continuous Conduction Mode) Boost von 1S hoch würde im Gegensatz
zum Buck von 4S runter auch praktisch lückenlose Stromaufnahme haben
(nur der Ripple, welchen man sogar noch über höhere Induktivität pro
Schaltfrequenz weiter senken könnte) - der Buck würde aus Prinzip
gepulst Strom aufnehmen.
---> Zellen halten länger (auch Hochstrom-Zellen). Wolltest Du ähnlich
günstige Verhältnisse beim Buck schaffen, wäre eine zusätzliche Drossel
vom Akkupack zum Eingangselko nötig. Ich wüßte, was meine erste Wahl
wäre.
Oder übersehe ich etwas?
Mike Litoris schrieb:> Verbraucherseitig, also dann wohl so 30A - 40A am Akku. Für unsere> Zellen ist das kein Problem.
Oha! 30 - 40A... Was sollen denn das für Zellen sein? LiPo? Bei LiIon
Becherzellen geht das nur kurzzeitig wenn die Akkus nicht zu heiß werden
sollen. Außer Du hast gute in der Bauform 20700 oder gar Samsung in
21700.
Eigentlich egal. Bei Uin 5V und Ua 16,8V 1A benötigst Du eingangsseitig
wenigstens 4A! Wo bitteschön sollen die herkommen? Aus den D+ und D-?
Ich denke mal die Hälfte dürfte realistisch sein...
MfG
Mike Litoris schrieb:> den Eingangsstrom an das angeschlossene> Netzteil anpasse?
Was ist das für ein Netzteil?
Wenn das ein 230V Netzteil ist, warum dann der Schwachsinn mit USB?
Mike Litoris schrieb:> DC Motor mit ca. 100W
Welche Laufzeiten soll der haben?
Und welche Ladezeit darf dem entgegenstehen?
An jedem beliebigen Anschluß würde das Laden natürlich nicht vernünftig
funktionieren.
https://de.wikipedia.org/wiki/Universal_Serial_Bus#SpannungsversorgungMax M. schrieb:> Warum gibt es eigendlich noch keinen Adapter um einen Tesla über USB zu> laden?
Weil die Freie-Energie-Teslaspulen für 142% Effizienz zu aufwändig
wären. Trotz des gelungenen Perpetuum-Mobile-Prinzipes bei Tesla-Cars.
Im Ernst: Sagte der TO was von "an jedem beliebigen USB-Anschluß"?
Und nun die Frage an Dich: An welche Anschlüsse dachtest Du wirklich?
Mike Litoris schrieb:> Allerdings bin ich mir nicht> sicher, ob ein Step-Up Wandler von 3V (VinMin) auf 12V bei ca. 8-10A> wirklich sinnvoll ist.
Wenn du 12V brauchst ist die Parallellschaltung mit StepUp sinnvoller,
weil sie unabhängig vom Ladezustand genau 12V liefert.
Sonst musst du ja 16,8V, mehr als du brauchst, bereitstellen.
Tja Mike,
vielleicht solltest du uns ein wenig mehr Informationen geben.
Bisher macht deine Aufgabenstellung nämlich nur Sinn, wenn man ein paar
sehr wohlwollende Annahmen macht.
Ich mache das mal:
Die 100W deines Motors ist die Spitzenleistung, die nicht dauernd
gefordert wird. Ich gehe mal von 50W Dauerleistung aus. Plus 10% für
Wirkungsgradverluste und Verbrauch der Steuerung...
Willst du eine Laufzeit von einer Stunde benötigst du also min. 55Wh an
nutzbarer Akkukapazität.
Nutzbare Kapazität der Akkus ca. 80 %, ergibt eine Akkukapazität von ca.
70Wh.
Bei einem 4S-Lipo wären das ca. 4700mAh.
Soweit kein Problem.
Jetzt nehme ich mal an, dass der maximale Strom den du dauerhaft und
sinnvoll durch die USB-Kabel- und Stecker schicken kannst ca. 2,5A sind.
2,5A x 5V = 12,5W --> 12,5 Wh
Weiter angenommen, du willst jetzt 55Wh nachladen, dauert das min. 5
Stunden, eher länger. (Balancing und Ladestromabsenkung zum Ladeende
nicht vergessen).
Wie gesagt, das ist alles sehr wohlwollend überschlagen und einige
Wirkungsgradverluste durch StepUp-Regler, Ladeschaltung.... noch nicht
eingerechnet.
Und es wird vorausgesetzt, dass deine USB-Stromquelle auch min. 2,5A
hergibt.
Bei einem 1S-LiPo benötigte Kapazität wären dann 19000mAh und der
StepUp-Wandler müsste dann min. 27A vertragen.
Gefühlsmäßig würde ich eher zum 4S Akku tendieren. Zumal du dann,
solltest du dich doch mal zu einer anderen Ladespannung entscheiden,
mehr Optionen hast.
Mike Litoris schrieb:> Das Produkt mit der Schaltung wird später in größeren> Stückzahlen produziert.
Und wird hier an den Tippgeber mit welchem Anteil ausgezahlt?
