Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Laderegler für LiFePO4 Akkublock


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von Rainer B. (rainerbe)


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Hallo,

für diverse Zwecke habe ich mir einen LiFePo4 Block aus 4 Zellen (je 3,4 
Ah) mit einem Balancer Modul gebaut.
Auf der Werkbank kann ich den Akku einfach mit einem Netzteil mit 14,4 V 
und einer Strombegrenzung laden.
Ich suche jetzt eine Lösung für unterwegs um den Akku auf dem Motorrad 
(ca. 14V) oder mit einem USB Netzteil 5V/2A zu laden.
Dazu würde ich entweder direkt ein Step-up Battery Charger IC verwenden 
oder einen Step-up Regler. Die Strombegrenzung kann/müsste je nach 
Quelle natürlich unterschiedlich eingestellt werden.
Als passenden Chip habe ich im Web den CN3306 von Consonance gefunden, 
der aber nicht so einfach zu erhalten ist.
Halt jemand vielleicht noch einen anderen Chip oder eine alternative 
Idee um das Ganze mit vertretbarem Aufwand zu realisieren ?

Danke und VG
Rainer

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


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Ein High-Side-Current-Sensor, ein etwas schnellerer, wie ein MAX4173 und 
schon kann jeder beliebige Hochsetzsteller zur Konstantstromquelle 
werden. Schaltungen an Fahrzeugen zu betreiben erfordert etwas mehr 
Schutz. Da sind Überspannungen, Spannungseinbrüche uvm. zu erwarten – 
generell lösbar.

Vielleicht möchtest du noch ein paar Randbedingungen skizzieren, bspw. 
wie schnell wie voll der Akku werden soll. Balancer-Schaltungen stellen 
eine zusätzliche Unwägbarkeit da, da sie oft ein wenig nicht-linear 
eingreifen. Manche Standardladeregler kommen mit soetwas nie (Ableitung 
des Stromes durch Shunt-Widerstände zzgl. Spannungseinbruch) oder zu 
früh (aktives Umschaufeln zwischen den Zellen zzgl. kurrzeitiger 
Spannungsüberhöhung) zum Ende.

Ein kleiner Mikrocontroller mit ADC, ein Hochsetzsteller, der 
Strom(richtungs-)verstärker und ein Enable schaffen wohl mit 
ausreichender Zuverlässigkeit und mit leicht beschaffbaren Teilen 80% 
Füllstand, sogar mit variabler Strombegrenzung.

von Rainer B. (rainerbe)


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Boris, danke für deine Antwort.

Der empfohlene Ladestrom für die Zellen liegt bei 0,2C => ca. 0,7 A
Mit einem 5V/2A Regler ergibt sich (je nach Wirkungsgrad) ein Strom von 
ca 0,6 A. Für die Ladung mit 12V/2A Steckernetzteil oder über KFZ würde 
ich mir noch einen "Turbo" Modus einbauen wollen, der einen höheren 
Ladestrom zulässt.

Letztendlich soll das Ganze aber einfach, zuverlässig und robust sein.

Falls jemand eine Applikation Low/High Side Current Sensor mit 
Aufwärtsregler  hat, wäre ich für einen Link dankbar.

VG
Rainer

von Bernd B. (microwave-designer)


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von Dieter (Gast)


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Wird mehr ein fertiges Modul oder Chip fuer Platinenselbstbau gesucht?

Einfachste Schutzschaltung waere ein Vorwiderstand, so das maximal 0.5V 
bei maximaler Leistung abfallen, ein Glaettungskondensator und 
Zenerdiode zu Ueberspannungsbrgrenzung.
Feinsicherung selbstverstaendlich.

von Michael B. (laberkopp)


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Rainer B. schrieb:
> Ich suche jetzt eine Lösung für unterwegs um den Akku auf dem Motorrad
> (ca. 14V) oder mit einem USB Netzteil 5V/2A zu laden.

Das sind aber 2 sehr widersprüchliche Anforderungen.

Hast du das für dein Auto auch, laden per Lichtmaschine oder USB ?

4 LiFePo4 Zellen im Auto passen direkt an eine Lichtmaschine die bei 
14.4V abregelt. Die ist für LiFePo4 (nihct LiIon) genau genug, und 
strombgrenzt (auf 70A oder was auch immer, der Akku muss jedenfalls mehr 
abkönnen).

4 LiFePo4 Zellen aus USB zu laden kann dauern. Normales USB soll man mit 
nicht mehr als 100mA bei 4.8V belasten, macht 33mA bei 14.4V also 100 
Stunden Ladezeit. Ignoriert man Vorgaben, kann man 500mA ziehen, also 20 
Stunden Ladezeit. Nur wenn man sich dem Ladegerät gegenüber ausweist 
darf man bis 2A bekommen.
Man brfaucht einen step up Schaltregler, der aus 5V strombegrnzt 
(durchaus Strom auf Eingangsseite, egal wie viel auf Ausgangsseite 
fliessen) so 14.4V machen kann. Er muss nicht so genau sein wie bei 
LiIon, ein MC34063 tut es für 500mA, hat aber schlechten Wirkungggrad.
Die üblichen leistungsstärkeren wie XL6009, LM2577, LT3436 haben keine 
einstellbare Strombegrenzung, können aber mit einer Zusatzschaltung den 
Strom grob begrenzen:
1
-|>|--+---------+
2
      |         |
3
      |       shunt für 0.7V bei Nennstrom
4
     E|         |
5
  PNP >|--100R--+--+--o
6
      |         |  |
7
      |        R1  |
8
      |         |  |
9
 FB --+---------+  C  Ausgang
10
                |  |
11
               R2  |
12
                |  |
13
GND ------------+--+--o

von Bernd B. (microwave-designer)


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... also Laden von LiIon-Akkus:

trickle charge
constant current
constant voltage

Abschalten !!!

balancing ...

Empfehlung: nix Widerstand! - sonst Eimer mit Sand.

Gruß

Bernd

von Rainer B. (rainerbe)


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Danke für Eure Beitäge.

@Bernd: Die TI Bausteine brauchen eine Menge zusätzliche Bauteile, dass 
würde ich gerne vermeiden.

@Dieter: Da ich kein Modul für meine Anforderung gefunden habe, wird es 
wohl eine Platine werden. Deinen Vorschlag verstehe ich nicht.

@Michael: Ich suche eine universelle Lademöglichkeit für verschiedene 
Urlaube  : Motorrad und Zelten, Wandern und Hütte ...  daher die 
"scheinbaren" Widersprüche.
Beim Wandern habe ich ein 2A USB Netzteil (Handy) dabei beim 
Motorradreisen würde ich gerne die höhere Bordspannung zum Laden 
benutzten.

Lichtmaschinenregler bei Motorrädern sind fast immer permanent erregt 
und können Spannungen von 14,1 V bis 14,8 V haben. (Gilt für mein 
Motorrad)

Daher die Idee mit dem Aufwärtswandler auf 14,4 V von 5 - 14,4 V.
Die Platine hat 2 Eingänge, einmal USB Mini und einmal Steckverbinder 
für KFZ Betrieb ggf. Diode in Reihe und Schutzschaltung für Spikes.

Meines Wissens nach liefern USB Netzeile (kein Host) den Strom (kein QC) 
ohne irgend eine Anmeldeprozedur. (Widerstand im Netzteil zwischen D+ 
und D- < 200 Ohm oder sogar Kurzschluss).

VG
Rainer

von Rainer B. (rainerbe)


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Der Akku wird immer nur kurzzeitig an der Ladung sein, daher ist die 
Selbstenladung in diesem Zeitraum vernachlässigbar.

constant current 0,6A ... 2 A (je nach Quelle)
constant voltage <= 14,4 V
Abschalten wenn Strom < 70 mA vielleicht zusätzlich noch eine zeitliche 
Begrenzung)

balancing im Akku vorhanden.

VG
Rainer

von Dieter (Gast)


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Nach der Bordnetzspezifikation duerfen Spikes bis  ca. 30V auftreten. 
Das war die Schutzbeschaltung fuer einen DCDC-Konverter.


Anbei fertige Reglermodule, die geeignet sein koennen.
https://www.watterott.com/de/Power/Module
https://www.watterott.com/de/S18V20AHV

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