Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik LiFePO4 Akku Lade/Schutzschaltung 3V-3.4V


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von Alex (chloroplast)


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Ich hoffe ich werde hier nicht in der Luft zerrissen, das ist mein 
erster Beitrag :D Ich habe zwar das Forum schon durchforstet, aber 
entweder gibt es die Frage noch nicht, oder ich bin einfach zu doof es 
zu finden. Falls es das Thema schon gibt wäre ich für einen Wink mit dem 
Zaunpfahl sehr dankbar.

Ich möchte gerne eine Schaltung mithilfe einer LiFePO4-Akkuzelle 
betreiben. Die Schaltung arbeitet sicher in einem Bereich von 3.0V - 
3.6V, deshalb habe ich mich für LiFePO4 entschieden. Laden möchte ich 
von einem USB-Anschluss, also 5V. (Dass ich eigentlich noch erkennen 
muss, ob der Port überhaupt mehr als 100mA liefert ist mir klar, aber 
das ist ein Problem für wann anders)

Als Lade-IC habe ich den CN3058E im Blick, als Schutzchip den DW01A. 
Allerdings wäre dann die Spanne, in der der Akku betrieben werden würde, 
zwischen 2.5V - 3.6V, was bereits dem Maximum des Akkus entspricht. 
Lieber wären mir 3.0V-3.4V, um den Akku zu schonen.

Jetzt die eigentliche Frage: kennt ihr einen Chip, bei dem die 
Zielspannung genauer geregelt werden kann? Eventuell auch Lade- und 
Schutz-IC in einem?

Ich bewege mich sonst eher in der reinen Digitaltechnik, es ist das 
erste mal dass ich einen Schritt in richtung eigene Spannungsversorgung 
unternehme.

Vielen Dank im Voraus für Antworten.

von H. H. (hhinz)


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von Michael U. (amiga)


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Hallo,

zum DW01A finde ich nur 4,3V Abschaltspannung, das wäre für LiPo.
Der CN3058E dürfte auch auf meinen China-Modulen drauf sein, die 
immernoch in der Schublade liegen..

Ich habe seit rund 2 Jahren einen Sensor auf dem Balkon mit ESP32 
laufen, da ist eine 1500mAh Zelle LiFePO4 dran.
Außerdem 2 PIR-Sensoren mit ESP8266 cund 600mAh LiFePO4.
Jeweils die blauen China-Zellen aus ebay-Angeboten.
Test der neuen 1500mAh Zelle ergab gut 1600mAh, die 600mAh machte 620.
Kapazität nach gut einem Jahr 1530 und 585.
Beide haben kein BMS dran, weil die damals noch nicht sinnvoll 
beschaffbar waren, inzwischen liegen die bei den Lademodulen...
Geladen wird mit einem handelsüblichen Ladegerät mit 500mA das LiFePO4 
kann.
Ich halte diese Zellen inzwischen in dieser Anwendung für "unkaputtbar".
Tiefentladung auf 1,2V haben sie weggesteckt genauso wie versehendliches 
Laden als LiPo auf 4,2V. Keine merkliche Erwärmung dabei, die 3,6V bis 
4,2V wurden relativ schnell durchlaufen (30min?). Nach ca. 1h liegen 
hatte die Zelle 3,7V, nach 2h ihre 3,4V.
Das soll jetzt alles keine Empfehlung für derartige Mißhandlungen sein, 
vermutlich werde ich aber erst die nächsten neuen Zellen mit dem BMS 
versehen. Die 1500mAh Zelle hat jetzt den 2. Winter hinter sich, die 
Laufzeit (2 Monate hier mit ESP32, BME280 und MAX 44009, alle 5 Minuten 
Daten per WLAN/MQTT) hat sich dabei nicht erkennbar verringert.

Gruß aus Berlin
Michael

von Alex (chloroplast)


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H. H. schrieb:
> ICL7665

Wenn ich das richtig sehe kann ich den zum Begrenzen der Unterspannung 
benutzen. aber ersetzen würde er den DW01A ja nicht, der macht ja auch 
noch Überstrombegrenzung, die brauche ich ja auch. Laden kann der ja 
leider auch nicht.


Danke Michael für die ausführliche Antwort. Also sagst du 2.5V - 3.6V 
stecken die locker weg? Denn dann könnte ich es ja so lassen wie es ist, 
der DW01A soll ja nur Ausgangsseitig den Strom abklemmen, wenn die 
Spannung zu sehr sinkt.

Spricht etwas dagegen das so zusammenzustecken?

von Michael B. (laberkopp)


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Alex schrieb:
> Lieber wären mir 3.0V-3.4V, um den Akku zu schonen.

Immer dieser Unsinn.

Fährst du dein Auto auch nur so, daß der Akku 12.4 bis 12.6V hat ?

Dein CN3058E lädt schon richtig, man kann bei ihm höchstens MEHR 
Spannung als 3.6V zulassen, nicht weniger.

Der DW01 ist üblicherweise für LiIon, zweifelhaft daß du einen für 
LiFePo4 bekommst.

Deine Schaltung ist das Problem, sie verträgt nicht mehr als 3.6V (also 
super daß der CN3058 nicht weiter lädt) und steigt unter 3V vielleicht 
aus. Immerhin nicht weil der Akku bei 3.05V schon hart abgeschaltet 
wurde.

Sorge dafür, daß deine Schaltung ist Akkuspannung kennt, und unterhalb 
von 3V den Benutzer drauf hinweist, daß nun der Akku leer ist. Wenn die 
Schaltung ihre Betriebsspannung nicht selbst messen kann eben mit einem 
Unterspannungs-Chip wie MAX810S. Dann sollte deine Schaltung ihren 
Stromverbrauch minimieren (fast auf 0, sleep, Abschalten von 
dauernstromverbrauchenden Periperials per MOSFET in ihrer 
Betriebsspannungszuleitung) und warten, bis der Akku wieder aufgeladen 
wird.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,
Du hast ja nicht erwähnt, welche Zelle und Anwendung Du da betreiben 
willst.
Nur mal als Beipsiel:
https://www.ebay.de/sch/i.html?_from=R40&_trksid=p2380057.m570.l1313&_nkw=113122162313&_sacat=0

Meine Sicht der Dinge: LiFePO4 kam bei mir in die Wahl weil der 
Spannungsbereich zu meinen ESP32-Sensoren passte und damit kein 
Spannungsregler nötig war. Außerdem sind sie eigensicher.
Ich würde auch kaum Kosten und Arbeitsaufwand in meine mehr Spielerei 
stecken, wenn es vermeidbar ist. Wenn ich den Preis von einer Zelle in 
die Beschaltung stecken würde und die dann doppelt so lange lebt, wäre 
es ein Nullsummenspiel. Bis jetzt ist das hier mehr als 2 Jahren mit 
diesen Zellen in Betrieb, ich lasse mich da jetzt einfach überraschen.
Ladeschaltungen habe ich nicht eingebaut, einfach weil es schneller 
geht, den Akku zum externen Laden auszutauschen als den Kram an eine 
USB-Versorgung zu stecken.
Bleibt sowieso ein Abwägen, meine alten 433MHz Eigenbausensoren hatte 
eine CR123A, die hielt knapp 2 Jahre durch, das schaffe ich so mit Akkus 
ohnehin nicht.

Gruß aus Berlin
Michael

von Jobst Q. (joquis)


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Michael B. schrieb:
> Alex schrieb:
>> Lieber wären mir 3.0V-3.4V, um den Akku zu schonen.
>
> Immer dieser Unsinn.
>
> Fährst du dein Auto auch nur so, daß der Akku 12.4 bis 12.6V hat ?

Schlechter Vergleich. Bei LiFePo4 liegt zwischen 3,0 und 3,4V ca 95% der 
Kapazität, beim Bleiakku zwischen 12,4 und 12,6 V vielleicht 2 bis 3%.

Sie dir mal die Kennlinie einer LiFePo4-Zelle an. Die Schwänze nach oben 
und unten bringen kaum Energie, aber verkürzen die Lebensdauer.

von Alex (chloroplast)


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Okay, ich lasse die Schutzschaltung dann wie sie ist. Die Abschaltung 
durch den Microcontroller (ein ESP8266) klingt sinnvoll, da habe ich 
tatsächlich vorher einfach nicht dran gedacht - damit muss die Schaltung 
nur noch vor wirklich zu tiefer entladung, also unter 2.5V, und vor 
überstrom schützen.

Die einzige Änderungen die ich noch gemacht habe, ist den transistor Q2 
wegzulassen, geladen wird on der Seite ja eh nicht. Außerdem habe ich 
den Temp-Eingang auf der Ladeseite mit einem NTC bestückt der 
hoffentlich die Temperatur unter 55°C hält, hauptsächlich zum Schutz des 
Gehäuses aus PLA.

Ich bin gespannt ob das alles so klappt wie ich mir das vorstelle, 
berichten kann ich wohl aber erst deutlich später, die Teile brauchen 
leider noch lange bis sie hier sind.

Vielen Dank für all die Meinungen und Einschätzungen, ihr habt mir 
geholfen das Projekt nocheinmal aus einem anderen Blickwinkel zu sehen 
:)

von Peter K. (os2fan2)


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LAde bis bis 3,65V, fertig.
Mit 3,4V schont du ihn nicht..sondern nur wenn du ihn nicht ganz voll 
lädst, darauf hat die Spannung aber keinen nennenswerten Einfluss

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