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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Verständnisfrage LiPo Balancer


Autor: Carsten Pietsch (papa_of_t)
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Hallo allerseits,

ich hab mich belesen u.a. hier zum Thema Lipo laden und Balancer:

Beitrag "2 Zellen LiIon Ladegerät"

Leider fehlt mir im Verständnis noch ein Stück, oder mein Anwendungsfall 
liegt anders: Sagen wir mal, ein Gerät soll mit LiPo's versorgt werden, 
z.B. der Verstärker, den ich zusammengelötet habe (siehe Thread "eine 
Handvoll Verstärker"), aber es könnte auch ein anderes Gerät sein. Das 
Gerät soll mit 4 Zellen in Reihe, also 14,8V plusminus einige Volt 
arbeiten. Außerdem soll das Gerät eine Ladebuchse besitzen, mit der man 
16,8V einspeisen kann und einerseits die Akkus laden kann, aber parallel 
das Gerät auch betreiben kann (also auch während des Ladens - nicht die 
Flugmodellbau-Variante Akku 'raus, laden, Akku wieder 'rein). Mit den 
einzelnen Abgriffen für die Zellen (Balancer-Kabel-Anschlüsse) sähe das 
Ganze dann etwa so aus:

V+ (Ladebuchse / Akku - Plus)
  |
Zelle4
  |
  ---> P3 (Spannungsmeßpunkt, Balancer-Kabel)
  |
Zelle3
  |
  ---> P2 (Spannungsmeßpunkt, Balancer-Kabel)
  |
Zelle2
  |
  ---> P1 (Spannungsmeßpunkt, Balancer-Kabel)
  |
Zelle1
  |
GND (Akku- / Schaltungs)

Mit einem uC kann ich V+ und P1, P2, P3 messen. Aber was ich nicht 
verstehe: Die o.g. Verbindungen sind ja zusammengelötet - wie kann man 
es in dieser Konstellation erreichen (mit FETs oder wie auch immer 
skizziert), daß eine Zelle mehr von der Ladespannung abbekommt, und daß 
keine Zelle unter 3V absinkt? MESSEN kann ich ja alles problemlos, nur 
verstehe ich prinzipiell nicht wie man das REGELT/STEUERT.

Autor: zotti (Gast)
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Man koennte, hypothetisch natuerlich, bei P1, P2, P3 einen Strom 
fliessen lassen.

Z.

Autor: Carsten Pietsch (papa_of_t)
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@zotti
Hmm.. auch wenn es so ginge, es löst nicht mein Problem mit der 
Unterspannungsabschaltung? Ich glaube langsam, ohne "auftrennen" geht es 
nicht.

Nebenbei suche ich noch preiswerte LiPo - Akkus. Da bin ich bei eBay auf 
HAndyakkus gestoßen, z.B. ArtNr. 230077752863 - Wenn es wirklich LiPo 
sind, dann unterscheiden sie sich doch "nur" (wenn auch entscheidend) 
durch den Maximalstrom von den teureren Akkus bei den gängigen 
Modellbau-Anbietern? Also Wieviel "C" hat so ein Handyakku mit 1000mAh?

Autor: Karl heinz Buchegger (kbucheg)
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> Hmm.. auch wenn es so ginge, es löst nicht mein Problem mit der
> Unterspannungsabschaltung? Ich glaube langsam, ohne "auftrennen"
> geht es nicht.

Du misst die Spannung zwischen P3 und V+
Wenn die kleiner 3V ist: abschalten
Dann misst du die Spannung zwischen P2 und P3
Kleienr 3V: abschalten
Spannung zwischen P1 und P2
Kleiner 3V: abschalten
Spannung zwischen GND und P1
Kleiner 3V abschalten

Wenn du Spannungen nicht potentialfrei messen kannst,
dann macht man das so:

  V1 = gemessen zwischen P1 und GND
  V1 kleiner 3V: abschalten

  V2 = gemessen zwischen P2 und GND
  davon V1 abziehen
  V2 kleiner 3V: abschalten

  V3 = gemessen zwischen P3 und GND
  davon V2 und V1 abziehen
  V3 kleiner 3V: abschalten

  V4: gemessen zwischen V+ und GND
  davon V3, V2 und V1 abziehen
  V4 kleiner 3V: abschalten

Autor: Carsten Pietsch (papa_of_t)
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Ja natürlich, hatte wohl ein Brett vor dem Kopf.. :-) Also Unterspannung 
messen ist jetzt klar. Bleibt das andere Thema - wie kriegt man es in 
der o.g. Konstellation hin, daß verschieden volle Zellen beim Laden 
berücksichtigt werden, resp. mehr oder weniger geladen werden.. ?

Autor: Karl heinz Buchegger (kbucheg)
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Das machen die Balancer.
Ein Balancer wird zwischen P1 und P2 geschaltet
    und überwacht dann Zelle 1. Übersteigt deren
    Spannung die maximal erlaubt, dann schaltet sich
    der Balancer zu und vernichtet die Überspannung

Ein weiterer Balanceer wird zwischen P2 und P3 geschaltet
    und überwacht dann Zelle 2. Übersteigt ...


In Summe: Jede Zelle kriegt ihren eigenen Balancer, der
diese 1 Zelle überwacht.

Neuerdings gibt es auch moderne Verfahren (mir fällt
nur jetzt der Name nicht ein), die nicht wie Balancer
erst bei Ladeschluss in Aktion treten, sondern die
Zellen schon während des Ladevorgangs beobachten und
bereits während des Ladevorgangs versuchen die einzelnen
Zellen in der Spannungslage anzugleichen. So ein Gerät
wird an GND, P1, P2, P3 und V+ gleichzeitig angeschlossen
und mittels der Differenzspannung misst es wieder raus,
welche Zelle nachhinkt. Über die Seiteneingriffe P1, P2, P3
kann es dann wieder die Ladespannung beeinflussen und einzelne
Zellem, die schon weiter sind, zurückhalten.
Funktioniert ganz gut. Meiner zeigt das schön mit Leds an,
wenn er in den Ladevorgang einer Zelle einggreift. Am Anfang
ist eine bestimmte Zelle immer etwas weiter vorne, die wird
dann gebremst: aus dem stetigen Dauerleuchten wird ein Blinken,
das dann auch irgendwann aufhört. Wenn der Akku insgesammt das
ladeende erreicht, ist er dann auch schon balanziert und propevoll.


Autor: Carsten Pietsch (papa_of_t)
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Genau, das ist der interessante Punkt - d.h. wenn ich es richtig 
verstanden habe - also der Balancer, der parallel zur Zelle sitzt, 
ändert (verringert) seinen Widerstand und "verheizt" die Spannung, die 
die Zelle sonst zuviel abbekommen würde?

Das wäre doch ein tolles Bastelprojekt für nen uC und so.. aber dann 
müßte ich wohl Balancer haben, die ich per uC beeinflussen kann, und 
außerdem liegt alles jendeits der 2. Zelle über 5V, da hab ich keinen 
Plan, wie ich das ansteuern soll. Ich glaube, das ist momentan ein 
bischen viel auf einmal (nicht die Programmierung, aber der Bau der 
Balancer und die Ansteuerung), es sei denn, ich finde noch was einfaches 
zum Nachbauen, das ich dann auch noch verstehe.. lach

Autor: Karl heinz Buchegger (kbucheg)
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> der parallel zur Zelle sitzt,
> ändert (verringert) seinen Widerstand und "verheizt" die Spannung,
> die die Zelle sonst zuviel abbekommen würde?

Im Grossen und Ganzen könnte man das so sagen.

> Das wäre doch ein tolles Bastelprojekt für nen uC und so.. aber
> dann müßte ich wohl Balancer haben,

Sowas findet sich auf jeder bessern Seite der E-Flugmodellbauer.

> und außerdem liegt alles jendeits der 2. Zelle über 5V, da hab
> ich keinen Plan, wie ich das ansteuern soll.

Die Balancer laufen selbstständig. Wozu brauchst du da einen
µC? Jeder Balancer 'sieht' nur seine Zelle. Für den Balancer
liegt also nichts über 5V. Der Balancer wird normalerweise
direkt direkt an die Zelle angeklemmt.


    V+     +   -----------------+
           |                    |
           |                    |
         -----              Balancer 3
         -----                  |
           |                    |
           |                    |
           +------o ------------+
           |                    |
           |                    |
         -----             Balancer 2
         -----                  |
           |                    |
           |                    |
           +------o ------------+
           |                    |
           |                    |
         -----              Balancer 1
         -----                  |
           |                    |
           |                    |
     GND   +   -----------------+


Für Balancer 3 besteht die Welt nur aus der Spannungsdifferenz
zwischen + und - Pol der Zelle 3. Das diese Zelle, auf GND
bezogen ein viel höheres Potential hat interessiert ihn nicht.

Autor: Carsten (von einem anderen PC aus, ohne login :-) (Gast)
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Danke für die Erläuterungen, ich geb schonmal ein virtuelles Bier aus 
zum Dank, in Berlin auch real .. :-)

Hat jemand noch Infos über den Handyakku-Maximalstrom (s.o.):

Nebenbei suche ich noch preiswerte LiPo - Akkus. Da bin ich bei eBay auf
HAndyakkus gestoßen, z.B. ArtNr. 230077752863 - Wenn es wirklich LiPo
sind, dann unterscheiden sie sich doch "nur" (wenn auch entscheidend)
durch den Maximalstrom von den teureren Akkus bei den gängigen
Modellbau-Anbietern? Also Wieviel "C" hat so ein Handyakku mit 1000mAh?

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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>Hat jemand noch Infos über den Handyakku-Maximalstrom (s.o.):
maximal 2A in kurzen Spitzen ca 500mA Dauerstromentnahme garantiert.
Vorteil bei originalHandyakkus. Schutzschaltung integriert, die bei 
Unterschreitung der kritischen Entladegrenze den Akku abschaltet, ein 
Aufladen jedoch zulässt.
Ultralife stellt sehr hochwertige Zellen her (zB.50x85x4mm) 1600mAh 
nominelle Kapazität inklusive Schutzschaltung (kleine Leiterplatte auf 
dem Akku). Dieser trennt bei >4.25V und <3V sowie bei Dauerstrom größer 
1.5-2A. Billige Chinaimporte haben meist nur einen PTC oder eine 
Polyswitch Sicherung eingebaut.
Auch von KOKAM gibt es entsprechende Schutzschaltungen, die DIREKT am 
Akku montiert werden können. Dann ist aber nichts mehr mit 15C oderso. 
Deshalb werden diese Akku im Modellbau auch idR ohne Schutzbeschaltung 
geflogen/gefahren/geschwommen?

Aber soo schnell passiert bei den LiPos auch nichts. Bei den Bechern 
kanns schon mal rumsen und bumsen. Die Lipos bekommen "nur" dicke 
Backen, zischen und brennen ab. Man sollte die Lipos aber bitte nicht 
anpiecksen ;-))

Ich habe noch einige angepieckste LiPos liegen. Sind alle Schrott:-((

Bei deinem Verstärker brauchts eigentlich keinen Balancer. Die 
Stromentnahme ist vergleichsweise gering. Wenn Du die Dinger alle 
3Monate mal rausnimmst und einzeln lädst, sollte alles passen.

Der AVR kann ja Alarm schlagen, wenn die Spannungen gar zu sehr 
wegdriften. Was Du noch machen kannst - spendier jeder Zelle ne 
Freilaufdiode in Sperrrichtung (Schottky 1Amp). Das spart Ärger bei 
Teilentladung einer Zelle (Allerdings nur bei installierter 
Schutzbeschaltung).

Gruß aus Potsdam

AxelR.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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war eben mal schnell bei ebay - Finger weg!

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Autor: Carsten Pietsch (papa_of_t)
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Danke Axel für Dein Engagement. Nee, ich hab die auch nicht gekauft, 
wollte nur mal prinzipiell wissen, woher der Preisunterschied kommt. Die 
ganzen Modellbauer sind ja auch nicht blöd, und wenn die Handyakkus so 
toll wären, würde es ja kaum einen Markt für 15-20 Euro LiPo-Packs mit 
15C oder so geben. Ich hab übrigens schonmal einen Bleirot mit 
Handy-Akkus fliegen sehen - für den reicht es wohl gerade. Jetzt hab ich 
genug Infos und muß wieder warten, bis ich auch Zeit zum Umsetzen habe.. 
:-)

Danke an die Gemeinde!

Autor: JojoS (Gast)
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hier bekommt man verschiedene LiPo (und auch andere Akkus):
www.batt-mann.de
Einen Lipo mit zwei Zellen habe ich dort auch schon gekauft, ist ein 
org. Kokam soweit ich das beurteilen kann.
Geladen habe ich die Zellen über den B-Anschluss einzeln. Das müsste 
doch eine Option sein: alle Zeillen über den B-Anschluss parallel laden 
durch mehrere (massefreie) Ladeschaltungen. Mit den MAX Chips für diese 
Akkus ist das auch nicht sehr aufwändig.

Autor: Carsten Pietsch (papa_of_t)
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Angehängte Dateien:

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Danke. Ich hab noch eine andere Quelle aufgetan (ok, das sind Li-Ion 
statt LiPo, dafür kostenlos):

Habe einen alten Laptop-Akku aufgemacht, der schon zum Entsorgen sollte. 
Testschalter betätigt - keine Anzeige / und auch keine Spannung nach 
außen hin meßbar. Innen drin die Kontrollelektronik und 8 Zellen, davon 
je 2 parallel. Draußen steht dran Li-Ion Battery, 14,8V  3800mAh. 
Gemessen und siehe da: von den 4 2er Blocks ist einer Tiefenentladen, 
alle anderen zeigen noch über 3V an - das ist doch was! Werde die mal 
unter Aufsicht schön langsam laden und mal sehen, was die 6 "noch 
lebenden" Zellen noch so hergeben! Foto anbei..

Autor: JojoS (Gast)
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sehen aus wie kleine Dynamit Stangen (und verhalten sich glaube auch so 
ähnlich wenn man etwas falsch macht :-))
Habe nochmal nachgesehen, MAX1758 heist der Chip der in meinem Ladegerät 
drin ist (Bausatz von ELV).

Autor: Carsten Pietsch (papa_of_t)
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Ich glaub, das sieht in vielen Laptop-Akkus nicht anders aus. Schade 
nur, daß ich nicht herausfinden kann, welche Zellen es genau sind, und 
somit - ob ich bis 4,10 oder 4,20 Volt laden kann. Solange ich das nicht 
weiß nehme ich 4,10V maximal.. Oder gibt es eine Meßmethode, um das 
herauszufinden?

Autor: anonym (Gast)
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Hallo Carsten,
in Laptop Akkus sind meistens Li-ionen Akkus. Diese haben 4,1V 
Ladeschlussspannung.
Lipolys haben dagegen eine Ladeschlusspannung von 4,2V.

Die runden sind Li-ionen soweit ich weiß. Die kleinen Beutel Lipolys

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Das sind gaanz normale 18650er Zellen

http://www.eshopmall.de/Einrichtung-25/HandyTown-7...

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> Deshalb werden diese Akku im Modellbau auch idR ohne Schutzbeschaltung
> geflogen/gefahren/geschwommen?

Ja.

> Aber soo schnell passiert bei den LiPos auch nichts.

Mir ist noch nix passiert, aber Berichten zufolge kann das durchaus 
schnell gehen.

> Bei den Bechern kanns schon mal rumsen und bumsen.

Jo, die sind recht robust.

> Die Lipos bekommen "nur" dicke Backen, zischen und brennen ab.

"nur" ist gut. Sie brennen ziemlich spektakulär ab. Wenn einem das im 
Wohnzimmer passiert, ist schnell mal die Bude abgebrannt. Deshalb wird 
i.d.R. dringend empfohlen, die Akkus beim Laden feuerfest zu lagern.
Es soll wohl auch schon Modellflugzeuge gegeben haben, die im Flug 
abgebrannt sind wegen LiPos.

> Man sollte die Lipos aber bitte nicht anpiecksen ;-))

Ich habe hier einen Tanic-Pack, in dessen Anleitung steht, daß man sie 
zum "Entsorgen" anpiesken und dann über Nacht in ein Glas mit Salzwasser 
legen soll. Danach soll man sie angeblich einfach per Hausmüll entsorgen 
können. Ich bin mir da aber nicht so sicher, daß das eine gute Idee ist.

> Ich habe noch einige angepieckste LiPos liegen. Sind alle Schrott:-((

Wozu piekst du die an?

> Ich hab übrigens schonmal einen Bleirot mit Handy-Akkus fliegen sehen -
> für den reicht es wohl gerade.

Du meinst eine Bleriot?

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