Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schaltung mit Li-Akku schädigt den Akku?


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von Jan (Gast)


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Hallo,

gibt es einen Grund, einen 3.7V Lithium Akku in einer Schaltung nicht 
"gleichzeitig"* zu laden und zu entladen?

*Gleichzeitig meint hier, dass eine Schaltung eine externe 
Stromversorgung hat, die jedoch nicht genug Spitzenstrom liefen kann. In 
diesen Phasen wird der Akku entladen, während er in allen anderen Phasen 
geladen wird.

Grund der Frage: Ich habe letztens eher zufällig gelesen, dass nicht 
alle Powerbanks das gleichzeitige Laden und Entladen unterstützen. Als 
Schaltungsentwickler mache ich mir jetzt Gedanken, ob man beim Support 
der "Gleichzeitigkeit" irgendwas spezielles beachten muss.

Im voraus Danke für Eure Antworten.

von Jan (Gast)


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Nachträgliches theoretisches Beispiel: Eine Schaltung hängt an einer 
Solarzelle und einem Li-Akku. Die Schaltung zieht sagen wir jede Sekunde 
10ms lang 1A. Die Solarzelle liefert 50mA. Der Akku wird also 10ms lang 
mit 950mA entladen und 990ms lang mit 50mA geladen.

von Jörg R. (solar77)


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Erst einmal wäre interessant zu wissen was "Spitzenstrom" bedeutet. Also 
welcher Strom für wie lang? Evtl. reicht auch ein Supercap.

Wenn Akku dann sollte der nicht permanent an den 4,2V max. Ladespannung 
hängen. Das verkürzt seine Lebensdauer.


Edit, wir haben parallel geschrieben:

Jan schrieb:
> Nachträgliches theoretisches Beispiel: Eine Schaltung hängt an...

Konkrete Angaben wären hilfreicher.

: Bearbeitet durch User
von Karl K. (karl2go)


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Jan schrieb:
> in einer Schaltung nicht
> "gleichzeitig"* zu laden und zu entladen

Nö. Der Akku wird ja nicht gleichzeitig geladen und entladen. Es fließt 
entweder ein Lade- oder ein Entladestrom.

Ich mache das mit meinen autarken Gartenstationen genau so: Es fließt 
wenn die Sonne scheint und der Akku nicht voll ist ein Ladestrom. Für 
die Geräte (Bewässerungspumpe, Luftpumpe) wird kurzzeitig (5min Dauer) 
ein deutlich höherer Strom entnommen.

Jan schrieb:
> dass nicht
> alle Powerbanks das gleichzeitige Laden und Entladen unterstützen.

Das liegt dann an deren Elektronik. Und: Viele Lade-ICs haben einen 
Timer, der nach einer definierten Zeit die Ladung abbricht. Da kann es 
vorkommen, dass bei gleichzeitiger Stromentnahme der Akku nicht in der 
vorgesehenen Zeit voll wird und der Lade-IC erstmal dichtmacht.

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


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Jan schrieb:
> Der Akku wird also 10ms lang
> mit 950mA entladen und 990ms lang mit 50mA geladen.

Soetwas kannst du nicht wollen. Mit einem Entladestrom auf der sicheren 
Seite von 1C, d.h. eher etwas (20%) kleiner liegt die Kapazität des 
Akkus mindestens bei 1200Ah. Ich ziehe mal aus der Kalten ein 
geschätztes Datenblatt eines Akkus heraus und lese einen empfohlenen 
Ladestrom von 20-100% der Kapazität, mithin deutlich mehr als 50mA.

Der Grund liegt in der Lade- und Entladekurve, die von mehreren Faktoren 
abhängt. Mit weniger als 0,1C Ladestrom wird die Zelle wohl niemals 
ordentlich geladen. Das ist eher Harvesting oder trickle charge und 
selbst da wird oft ein Super- oder Ultrakondensator als Speicher 
verwendet.

Ich bezweifle auch, ob der schnelle Schuss mit den Zeit- und 
Stromverhältnissen nicht für überwiegende Entladung sorgt. Ein Zehntel 
fehlt mindestens.

von Jan (Gast)


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Boris O. schrieb:
> Jan schrieb:
>> Der Akku wird also 10ms lang
>> mit 950mA entladen und 990ms lang mit 50mA geladen.
>
> Soetwas kannst du nicht wollen. Mit einem Entladestrom auf der sicheren
> Seite von 1C, d.h. eher etwas (20%) kleiner liegt die Kapazität des
> Akkus mindestens bei 1200Ah.

Das mit den Dimensionen kann manchmal schon eine Krux sein ;)

von MinMax (Gast)


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Jan schrieb:
> Nachträgliches theoretisches Beispiel: Eine Schaltung hängt an einer
> Solarzelle und einem Li-Akku. Die Schaltung zieht sagen wir jede Sekunde
> 10ms lang 1A. Die Solarzelle liefert 50mA. Der Akku wird also 10ms lang
> mit 950mA entladen und 990ms lang mit 50mA geladen.

Das sollte kein Problem sein, wenn deine Schaltung das Ladeende selbst 
kontrollieren kann. Du könntest bei 4,1xV die Ladung beenden und bei 
3,9x..4,0x wieder starten. Damit kannst du halt nicht die volle 
Akkukapazität nutzen.

Die meisten Lade-ICs laden im CV Mode bis 4,2V, und anschliessend im CC 
Mode bis der Strom auf 10% des eingestellten Ladestroms absinkt (mit 
zusätzlichen Timing Bedingungen). Diese ICs kommen mit deinem Beispiel 
vermutlich nicht zurecht, das sie die Absenkung auf 10% eventuell nicht 
erkennen wenn die Schaltung immer wieder kurzzeitig 1A zieht. D.h. sie 
würden im CC Mode immer weiterladen, und das mag der Li-Ion Akku nicht.

Deshalb empfiehlt es sich auch, eine unabhängige Schutzschaltung gegen 
Überladung, Tiefentladung und Kurzschluß zu verbauen.

von Arno (Gast)


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MinMax schrieb:
> Die meisten Lade-ICs laden im CV Mode bis 4,2V, und anschliessend im CC

Anders herum: Im CC Mode bis (typisch) 4,2V und anschließend im CV 
(nämlich konstant 4,2V) Mode, bis der Strom unter einen Schwellwert 
fällt.

Wenn du einen Typen auswählst, der nur bis 4,1V / 4,15V lädt, hätte ich 
da wenig Bedenken bezüglich Akkulebensdauer - der Akku hat nach dem 
Laden bis 4,2V nämlich noch eine Leerlaufspannung von 4,15V. Klar altert 
er damit schneller als bei 3,9V, aber ob man ihn lädt, danach ein halbes 
Jahr bei 4,15V herumliegen lässt und ihn dann einsetzt oder ob man ihn 
ein halbes Jahr lang bei 4,15V lädt, sollte egal sein.

Beachten solltest du auch, dass die Ladeschaltung irgendwann automatisch 
wieder zu laden beginnen muss - sonst erkennt sie das Ladeende, schaltet 
ab und ab dann kommt der Strom komplett aus dem Akku, bis dieser leer 
ist. Der recht beliebte MCP73831/MCP73832 hat aber beispielsweise einen 
"Automatic Recharge Threshold", unterhalb dessen ein neuer Ladezyklus 
beginnt.

MfG, Arno

von MinMax (Gast)


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Arno schrieb:
> MinMax schrieb:
>> Die meisten Lade-ICs laden im CV Mode bis 4,2V, und anschliessend im CC
>
> Anders herum: Im CC Mode bis (typisch) 4,2V und anschließend im CV
> (nämlich konstant 4,2V) Mode, bis der Strom unter einen Schwellwert
> fällt.

Oh, Mist, da hast du natürlich recht!

von Lothar J. (black-bird)


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Jan schrieb:
>
> Grund der Frage: Ich habe letztens eher zufällig gelesen, dass nicht
> alle Powerbanks das gleichzeitige Laden und Entladen unterstützen. Als
> Schaltungsentwickler mache ich mir jetzt Gedanken, ob man beim Support
> der "Gleichzeitigkeit" irgendwas spezielles beachten muss.


Das liegt daran, dass zum Laden und zum Entladen ein einziges Kabel 
umgesteckt werden muss.  Elektrische Gründe hat das aber nicht.

Blackbird

von Jörg R. (solar77)


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Lothar J. schrieb:
> Jan schrieb:
> Grund der Frage: Ich habe letztens eher zufällig gelesen, dass nicht
> alle Powerbanks das gleichzeitige Laden und Entladen unterstützen. Als
> Schaltungsentwickler mache ich mir jetzt Gedanken, ob man beim Support
> der "Gleichzeitigkeit" irgendwas spezielles beachten muss.
>
> Das liegt daran, dass zum Laden und zum Entladen ein einziges Kabel
> umgesteckt werden muss.  Elektrische Gründe hat das aber nicht.

Bei meiner Powerbank muss nichts umgesteckt werden, ginge auch nicht. 
Ladebuchse = kleiner USV-Stecker, Last = großer USB-Stecker. Während 
geladen wird kann die Powerbank nicht genutzt werden.

: Bearbeitet durch User
von Lothar J. (black-bird)


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Das mitgelieferte Kabel (*) hat auf einer Seite Micro-USB und auf der 
anderen Seite normales USB (USB A?).
Soll geladen werden, wird die Micro-USB-Seite in die Powerbank gesteckt 
und die andere Seite in das Steckernetzteil.
Wird die Powerbank als Energieversorger genutzt, kommt die USB-A-Seite 
in die Powerbank und an die Micro-USB-Seite das zu ladende Gerät.

Aus Herstellersicht ist also gleichzeitiges Laden und Entladen nicht 
möglich. So einfach ist das. Passend zum derzeitigen "Bildungsstand" der 
Teenies.

Blackbird

(*) Je nach Powerbank verschieden, wir wissen nicht, was für eine Art 
von Powerbank der TO hat

: Bearbeitet durch User
von Eric B. (beric)


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Lothar J. schrieb:
> Das mitgelieferte Kabel (*) hat auf einer Seite Micro-USB und auf der
> anderen Seite normales USB (USB A?).
...
> Aus Herstellersicht ist also gleichzeitiges Laden und Entladen nicht
> möglich. So einfach ist das. Passend zum derzeitigen "Bildungsstand" der
> Teenies.

Ach was, ich habe neben dem mitgeliefertem Kabel natürlich noch das 
Lade-kabel von meinem Handy -- auch USB-A uaf micro USB. Also: Kabel 1 
von Steckernetzteil zum Powerbank und Kabel B vom Bank zum Handy. Und 
schon ist der der Hersteller ausgetrickst.

facepalm

von Karl K. (karl2go)


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Lothar J. schrieb:
> wir wissen nicht, was für eine Art
> von Powerbank der TO hat

Dafür dass Du es nicht weißt laberst Du aber sehr überzeugt viel Müll...

von batman (Gast)


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Nun könnte es ja sein, daß er ein 2. USB-Kabel hat und deshalb fragt.

von Lothar J. (black-bird)


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Karl K. schrieb:
> Lothar J. schrieb:
>> wir wissen nicht, was für eine Art
>> von Powerbank der TO hat
>
> Dafür dass Du es nicht weißt laberst Du aber sehr überzeugt viel Müll...

Dann lies den Eröffnungspost und Deinen 1. Post noch mal.

Blackbird

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