Laderegler Einschalt-Logik

[Frickel (Gast)]

Grüezi miteinander :)

Ich stehe gerade auf dem Schlauch und komme da einfach nicht runter :-/

Ich will per Solarpanel einen Akku Laden.

Ich mach es mir mal einfach, den die Solarzelle ist ja eine Stromquelle 
also brauche ich keinen CC Regler. Die Spannung steigt also, je voller 
der Akku ist.

Ist die Schwelle des "voll-seins" erreicht, wird ein Shuntregler 
aktiviert. Dieser schließt die Solarzelle kurz und es kann kein Strom 
mehr in den Akku fließen. - Natürlich ist da auch eine Diode drin, der 
den Rückfluss des Stromes aus dem Akku verhindert. Diese schwelle wird 
einfach per Komparator und Spannungsteilern festgelegt.

Jetzt will ich es aber verhindern, das der Akku immer geladen wird, 
sobald die "voll-sein" Schwelle nur minimal unterschritten wird. Viel 
lieber haben ich es, wenn nach einem erreichen dieser Schwelle erst 
wieder neu geladen werden kann, wenn die Spannung deutlich darunter 
gefallen ist (z.B. 90%).

Wie macht man das am besten? Ich habe versucht das mit einem Komparator 
und dessen Hysterese hinzubiegen, aber irgendwie klappt das nicht. :-( 
Brauche ich da zusätzlich so etwas wie ein Flip Flop, das den zustand 
zwischen speichert ("war voll, warte auf wieder erreichen von 90%")? Wie 
sähe sowas aus?


Noch ein paar Daten, falls von belangen:
- 2x 40W Solarpannel (parallel) Voc ~21Vdc Vnenn ~17V
- Akku: 4 Zellen LiFePo4 Pack mit integriertem Balancer
- Ladeschlusspannung max. 14,4V / Entladeschlusspannung 10,8V
- Der Akku soll, wenn er seine 14,xV erreicht hat (also voll war) erst 
ab wieder ca. 12V laden

[MaWin (Gast)]

Frickel schrieb:
> Wie macht man das am besten?

Hysterese am Komparator.
Schon nötig, damit der Kurzschliess-Transistor nicht im halboffeenen 
Zustand hängen bleibt.

Frickel schrieb:
> Ich habe versucht das mit einem Komparator
> und dessen Hysterese hinzubiegen, aber irgendwie klappt das nicht. :-(

Geht schon, bedenke, daß die Hysterese grösser sein muss als Ladestrom * 
Innenwiderstand.

[Frickel (Gast)]

Ich habe jetzt noch etwas in Spice gespielt.

Grundlegend habe ich es jetzt geschafft, siehe Anhang :)
Ich habe einfach einen Fenster Komparator aus den zweien eines LM393 und 
zwei NAND Gattern (74HC00) als RS-Flip-Flop (ist die Schreibweise so 
okay/richtig?) benutzt. Tut was es soll :)

Da ich soetwas in der Art noch nie gemacht habe hätte ich noch ein paar 
Fragen dazu:
- Wäre das so okay?
- Gibt es grundlegende Probleme mit der Schaltung?
- Verbesserungen? / Verbesserungspotential?

PS um die Flanken besser zu sehen, hab ich das Charge-Enable Signal um 
Faktor 3 im Plott vergrößert ;)

[Michael O. (michael_o)]

Warum willst Du den Akku mit so tiefen Zyklen unnötig quälen? Ladung bei 
oberhalb 13,x Volt zu unterbunden könnte ich ja verstehen aber so etwas?


MfG
Michael

[Mani W. (e-doc)]

Frickel schrieb:
> Jetzt will ich es aber verhindern, das der Akku immer geladen wird,

Wozu?

[Frickel (Gast)]

Weil die hohen Spannungen die Lebenserwartung ordentlich drückt - und 
zwar nach unten.

Ich konnte das exemplarisch bei meinem Arbeitgeber testen. Immer schön 
bis Vmax laden und nach 300 Zyklen war die Kapazität schon auf 60% 
gefallen. Vmax um nur 200mV reduzieren und nach über 800 Zyklen 
(ansonsten selbe Zell-Charge, selbe Entladerate/Ladestrom) und die 
Zellen hatten max 10% ihrer Kapazität eingebüßt.

In meinem Aufbau wird die Zelle nicht täglich voll entladen - die 
Solarleistung ist auf die Wintermonate ausgelegt und ich brauche nur max 
10% der Kapazität. Wenn die Zelle Voll ist, kann es so Tage dauern, bis 
sie wieder nachgeladen werden muss. Das sollte besser sein, als sie 
Täglich wieder "voll" zu machen bzw. sie immer auf 100% zu halten. So 
ist auch die Zyklenzahl geringer.

Ziel ist nicht Effizienz, sondern maximale Lebenszeit.

[Carsten R. (kaffeetante)]

Der Ansatz ist so schon gut. Bei "normalen" Lithiumzellen werden daher 
gerne Spannungen im Mittel um 3,8 bis 3,9 Volt angepeilt. Ich habe da 
eher die 3,9 Volt im Kopf, aber bitte nicht zu wörtlich nehmen. Bei 
LiFePo habe ich den Werte nicht im Kopf. Aber da hast du deine 
Erfahrungswerte. Für ein optimales Ergebnis muß man ohnehin mit den 
Werten Spielen, je nach konkretem Akku und Anforderungen im 
Anwendungsfall.

Um das umzusetzen
Stichwort: Schmitt-Trigger

Da erfolgt die Rückkopplung über Wiederstände.
Dann geht das auch ohne Logikgatter. ;)

[ArnoR (Gast)]

Frickel schrieb:
> Da ich soetwas in der Art noch nie gemacht habe hätte ich noch ein paar
> Fragen dazu:
> - Wäre das so okay?
> - Gibt es grundlegende Probleme mit der Schaltung?
> - Verbesserungen? / Verbesserungspotential?

So würde ich das nicht machen. Der Aufwand im Vergleich zu einem 
Schmitt-Trigger mit passender Hysterese ist viel zu groß und durch die 
fehlende Hysterese werden die Komparatoren an den Schaltschwellen durch 
Störungen wie Rauschen oder Netzeinstreuung zappeln.

[Carsten R. (kaffeetante)]

Carsten R. schrieb:
> Da erfolgt die Rückkopplung über Wiederstände.

Vertippt nochmal...
https://www.getdigital.de/Widerstand-ist-zwecklos.html

[Ach Du grüne Neune (Gast)]

Carsten R. schrieb:
> Stichwort: Schmitt-Trigger

Vielleicht kann diese einfache Schaltung sogar direkt von der Batterie 
versorgt werden. Die Hysterese beträgt etwa 4 Volt. Falls das nicht 
klappt, kann die rot markierte Stelle aufgetrennt werden und der 40106 
über eine extra stabilisierte Spannung versorgt werden (15V).

Für den Feinabgleich kann der 47k Widerstand auch als Trimmer ausgelegt 
werden (Schleifer ans Gatter).

[ArnoR (Gast)]

ArnoR schrieb:
> Der Aufwand im Vergleich zu einem
> Schmitt-Trigger mit passender Hysterese ist viel zu groß

Im Anhang ein Beispiel wie man es machen könnte. Sind jetzt nicht exakt 
deine Spannungswerte, aber zum rechnen hatte ich keine Lust.

Die 9V-Versorgung kann man aus dem Akku gewinnen, die 12V-Quelle ist die 
Akkuspannung, die im Diagramm von 0...20V läuft.