ich möchte ein Ladegerät bauen, welches mir verschiedene Lithium-Ionen-Akkus laden kann. Daher soll der Strom im CC-Modus und die Spannung im CV-Modus auf einen für den Akku bestimmten Wert mittels eines Mikrocontrollers (z.B. Arduino) festgelegt werden.
Dieses Ladegerät sieht vielversprechend aus. Jedoch sind die Spannung und der Strom durch Widerstände festzulegen. Die Widerstände sind allerdings, einmal eingebaut, nicht mehr an weitere Akkus anpassbar.
Daher die Frage:
Kann ich digitale Potentiometer nutzen? Macht es Sinn, oder entstehen zu große Verlustströme? Lassen sich die Widerstände passend Regeln?
Die Schaltung funktioniert super, hab ich schon vor 20 Jahren gebaut - allerdings ohne den Arduino…
Und so flexibel in Bezug auf den maximalen Ladestrom ist das eh nicht.
Und es gibt eine Reihe von „Modifikationen“ diverser Step-Downs, wo die Potis für CC bzw. CV digital ersetzt wurden - mit deutlich mehr Luft nach oben.
Dass die Daten der erhältlichen Potis ziemlich disjunkt zu dem einzusetzenden Widerstand sind, wurde ja schon hinreichend erwähnt.
Der Spannungsbereich, in dem die digitalen Potns einsetzbar sind, tut ein übriges - aber das steht doch schon alles im von Dir verlinkten Datenblatt drin.
Du willst die Widerstände stellen, nicht regeln. Andere Liga.
Für den Einsatzzweck würde es IMHO ausreichen, z.B. 6 Festwiderstände mit Relais zuzuschalten, das würde 64 verschiedene Werte ergeben. Dann passt das auch mit der Leistung und es ist potentialfrei.
Dieses Ladegerät sieht vielversprechend aus. Jedoch sind die Spannung
und der Strom durch Widerstände festzulegen. Die Widerstände sind
allerdings, einmal eingebaut, nicht mehr an weitere Akkus anpassbar.
Wenn du ein Ladegerät bauen willst, dann baue eines das passt und versuche nicht ein völlig unbrauchbares zu modifizieren.
Ansonsten kann man Lipo Ladegerät mit frei einstellbarem Strom an jeder Ecke kaufen.
Daher soll der Strom im CC-Modus und die Spannung im CV-Modus auf einen
für den Akku bestimmten Wert mittels eines Mikrocontrollers (z.B.
Arduino) festgelegt werden
Einzelzellen lädt man ja nur bis 4.2V aber mehrere in Reihe kann ja ganz schön viel werden, wie weit soll es denn gehen, 10 Zellen, 42V ?
Wenn mehrere in Reihe sind muss es entweder ein Batteriepack mit BMS battery management system sein, oder man muss jede Zelle einzeln messen, mit einem Balancerkabel wie bei Modellbauladern. Welche Akkuart gedenkst du zu laden ?
Wenn man hohe Spannung und niedrige Spannung bei hohem Strom haben will, sind Linearregler wie LM317 unsinnig, um 1 Akku zu laden verballerst du die Leistung von 9 anderen in Wärme. Man nutzt Schaltregler. Bei so gutmütigen Lasten wie Akkus kann man einen einfachen Schaltregler direkt vom Controller per PWM steuern lassen, man braucht nur einen Schslttransidtor (MOSFET), z.B. P-Kanel, Spule und Freilaufdiode. Der Mikrocontroller misst sowieso den Strom und die Spannung.
Apropos Spannungsmessung: Die Spannung am Ladeschluss muss bei 1 Zelle sehr genau eingehalten werden, 0.5%, die Referenzspannung im uC ist aber um +/-10% daneben. Ein TL431B liefert eine 0.5% Spannung die man als Referenz verwenden kann. Beim Strom kommt es nicht so genau drauf an, die höchste Anforderung dort stellt die Ladungsmessung z.B. 1295mAh dar, wie genau die also sein soll.
Die Schaltung ist also viel einfacher, hier das Prinzip (ohne Bedien/Anzeigeteil):
1
+24V--+--------------------+---+
2
| | |
3
| +----+ R |S
4
+--|7805|----+ +--|I PMOSFET
5
+----+ | R |
6
| +-----+ | |
7
| | PWM|-R-|< +-Spule-+
8
| | uC | |E | |
9
| | A1|----(---(--+-R1-+ +
10
| | | | | | Akku
11
| | A0|----(---(--(----+ -
12
| +-----+ | _|_ | |
13
| | | /_\ R2 Rshunt
14
| | | | | |
15
GND---------+------+-------+---+--+----+
aber die Software ist trickreicher, sie bestimmt die PWM mit der der MOSFET den Strom zum Alku durchschaltet je nach gemessenem Strom A0 und gemessener Akkuspannung A1, dabei muss sie bei eingeschaltetem MOSFET den Spannungsabfall an Rshunt vom Spannungsmesswert abziehen um in dieser Schaltung richtig zu messen.
Je nach dem wie schnell du diese Regelung hinbekommst, 10kHz oder 100kHz, ergibt sich die benötigte Induktivität der Spule.
Ich kann mich nur anschließen Schaltung und die geplante modifikation sind unterirdisch.
Lithiumakkus nur mit Ladegeräten laden, welche Zellbalancing unterstützen, oder die mit dem BMS kommunizieren und dann zum Balancing den Ladestrom reduzieren. NICHT mit CC/CV laden und auf die Überspannungs-Notabschaltung eines BMS verlassen.
CC/CV es sollten immer beide Regelschleifen gleichzeitig laufen, z.b. durch reihenschaltung der regel-ICs. Eine umschaltung ist unnötig und gefährlich, da im fehlerfall unbegrenzter überstrom oder unbegrenzte überladung auftritt. Schau dir hierzu den Schaltplan eines beliebigen Labornetzteils an.
Schau dir mal die Schaltpläne der alten AVR-Basierten Balancing-Modellbaulader an. IMAX B6 z.b., diese sind ein guter Startpunkt.
CC/CV es sollten immer beide Regelschleifen gleichzeitig laufen, z.b.
durch reihenschaltung der regel-ICs. Eine umschaltung ist unnötig und
gefährlich, da im fehlerfall unbegrenzter überstrom oder unbegrenzte
überladung auftritt.
So ist das. Deine Shifttaste setzt aus oder ist schwergängig!
Es ist und bleibt sinnlos, solange die benötigten Werte für Strom und Spannung nicht bekannt sind.
Bei den Ergebnissen geht es nicht darum etwas 1:1 nachzubauen, aber es kann als Vorlage helfen wie andere eine Spannung oder Strom digital steuern. Dann ist es auch egal welche Spannung oder Strom die gefundenen Schaltungen liefern. Das Prinzip ist aber das gleiche.
Es sollte also ein Tipp zur Selbsthilfe sein und nicht zum blinden nachbauen.
Du könntest statt dessen zwischen mehreren Widerständen mit ein paar Relais umschalten. Wenn es mehr als 4 Werte werden sollen, dann lohnt sich auch ein R2R Netzwerk als DA-Wandler
Ist das auch geeignet zum Laden von Akkus? Wie verhält es sich wenn am
Ausgang Akkus angeschlossen sind und das Gerät wird ausgeschaltet?
Mit einer (zusätzlichen) Diode am Ausgang ist das Netzteil doch geschützt.
Wie verhalten sich denn Netzteile, die mit einem (dickeren) Kondensator belastet werden im Ausschaltmoment?
Mit einer (zusätzlichen) Diode am Ausgang ist das Netzteil doch
geschützt.
Und die Spannung liegt um bis zu 1V daneben, supi fur LiIon die schon 0.05V übel nehmen...
Wie verhalten sich denn Netzteile, die mit einem (dickeren) Kondensator
belastet werden im Ausschaltmoment?
Ihre Ausgangsspannung sinkt so langsam wie eben dieser Kondensator entladen wird, schliesslich wird auch der interne Siebelko nicht schneller entladen.
Und die Spannung liegt um bis zu 1V daneben, supi fur LiIon die schon
0.05V übel nehmen...
Warum war mir nur klar, dass (von dir) so ein Kommentar kommt?
Dafür gibt es (bei richtigen Netzteilen) auch Sense-Eingänge.
Oder man musst die Spannung direkt an der Batterie.
Mehrzellige LiIon-Akkus brauchen eh ein BMS zum Balancen der einzelnen Zellen.
Dafür gibt es (bei richtigen Netzteilen) auch Sense-Eingänge
Klar. Die mit den Power-Ausgängen über Widerstände verbunden sind, damit sense auch funktioniert wenn man sense offen lässt, und dieser Widerstand überbrückt die Diode rückwärts. Es ist einfach alles Stuss, was du schreibst.
Ich hatte ursprünglich vor, Akkus, die sich hinsichtlich ihrer Ausgangsspannung unterscheiden, zu laden. Ein paar genauere Blicke in die jeweiligen Datenblätter zeigten aber, dass sich die Ladespannungen mit je 4.2V gleichen. Mea culpa. Genaueres Lesen hilft :/
Demzufolge brauche ich „lediglich“ variabel regelbare Ladeströme. Auf den µC will ich eher ungern verzichten, da er anhand der Messergebnisse für Strom und Spannung die Lademodi wechseln kann. Darüber hinaus startet bzw. beendeter den Ladevorgang, ohne, dass ich physisch Knöpfe drücken muss. So kann ich beispielsweise eine Temperatur- oder Zeitsteuerung (es wird nur zu bestimmten Uhrzeiten geladen) realisieren.
Daher soll der Strom im CC-Modus und die Spannung im CV-Modus auf einen
für den Akku bestimmten Wert mittels eines Mikrocontrollers (z.B.
Arduino) festgelegt werden
Einzelzellen lädt man ja nur bis 4.2V aber mehrere in Reihe kann ja ganz
schön viel werden, wie weit soll es denn gehen, 10 Zellen, 42V ?
Es bleibt (s.o.) somit bei Einzelzellen.
Welche Akkuart gedenkst du zu laden ?
Siehe Link oben.
Wenn man hohe Spannung und niedrige Spannung bei hohem Strom haben will,
sind Linearregler wie LM317 unsinnig, um 1 Akku zu laden verballerst du
die Leistung von 9 anderen in Wärme. Man nutzt Schaltregler. Bei so
gutmütigen Lasten wie Akkus kann man einen einfachen Schaltregler direkt
vom Controller per PWM steuern lassen, man braucht nur einen
Schslttransidtor (MOSFET), z.B. P-Kanel, Spule und Freilaufdiode. Der
Mikrocontroller misst sowieso den Strom und die Spannung.
Ist es für den Akku ungefährlich, wenn er mit PWM-Signalen geladen wird?
Sollte der µC unerwartet ausfallen und ein HIGH-Signal am PWM-Ausgang lassen, welches durch den Ausfall dauerhaft einen Stromfluss durch Akku erzeugen würde, wird der Akku zerstört werden, soweit ich weiß.
[…]
Die Schaltung ist also viel einfacher, hier das Prinzip (ohne
Bedien/Anzeigeteil):
1
> +24V--+--------------------+---+
2
> | | |
3
> | +----+ R |S
4
> +--|7805|----+ +--|I PMOSFET
5
> | +----+ | R |
6
> | | +-----+ | |
7
> === | | PWM|-R-|< +-Spule-+
8
> 0.22µF| | | uC | |E | |
9
> | | | A1|----(---(--+-R1-+ +
10
> | | | | | | | Akku
11
> | | | A0|----(---(--(----+ -
12
> | | +-----+ | _|_ | |
13
> | | | | /_\ R2 Rshunt
14
> | | | | | | |
15
> GND---+-----+------+-------+---+--+----+
16
>
Soll eine Z-Diode oder eine herkömmliche pn-Diode verwendet werden?
Die Widerstände beim MOSFET stellen, wenn ich das richtig verstanden habe, den Arbeitspunkt ein und sind daher nach dessen Datenblatt zu dimensionieren.
Der Transistor beim PWM-Ausgang müsste ein npn-Transistor (z.B. BC547) sein.
Liefert der 7805 die Versorgungsspannung für den µC? Wenn ja, fehlen doch noch die im Datenblatt erwähnten Stützkondensatoren.
Datenblatt: https://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm7800.pdf
Wie wähle ich clever den Shunt-Widerstand?
[…]
Je nach dem wie schnell du diese Regelung hinbekommst, 10kHz oder
100kHz, ergibt sich die benötigte Induktivität der Spule.
Ich habe ein paar Formeln gefunden, die bei dem hier entstehendem Abwärtswandler anwendbar wären Lässt sich hiermit die Spule dimensionieren?
http://schmidt-walter-schaltnetzteile.de/smps/abw_hilfe.html
Annahme: die Kapazität des Wandlers bildet der Akku.
Ich hatte ursprünglich vor, Akkus, die sich hinsichtlich ihrer
Ausgangsspannung unterscheiden, zu laden.
Das zeigt du von Lipo-Akkutechnik keine Ahnung hast. Und wohl auch noch nie mal ein paar Lipos an einem fertigen Ladegerät geladen hast.
Quasi jeder schon mal Lipos nur benutzt hat, z.B. im Modellbau, weiß das.
Warum willst du mit so wenig wissen unbedingt selbst ein Ladegerät dengeln?
Soll eine Z-Diode oder eine herkömmliche pn-Diode verwendet werden?
Schottky wäre gut als Freilaufdiode, da es nur noch um 1 Zelle und noderaten Strom geht SB320.
Die Widerstände beim MOSFET stellen, wenn ich das richtig verstanden
habe, den Arbeitspunkt ein und sind daher nach dessen Datenblatt zu
dimensionieren.
Sie sollten verhindern, dass UGSmax bei 24V überschritten wird. Da es nur noch um 1 Zelle geht, reicht eine 5V Versorgung und der (LogicLevel P-MOSFET für ca. 3A wie TSM3457) kann direkt an den uC PWM Ausgang ohne Pegelwandler.
Der Transistor beim PWM-Ausgang müsste ein npn-Transistor (z.B. BC547)
sein.
Ja, entfällt wenn uC und Schalttransistor beide an 5V hängen. Nur ein schwacher pull up damit der MOSFET aus bleibt bis der Pin als Ausgang programmiert wird.
Liefert der 7805 die Versorgungsspannung für den µC? Wenn ja, fehlen
doch noch die im Datenblatt erwähnten Stützkondensatoren.
Ja. Uberflüssig wenn 5V als Betriebsspannung der ganzen Schaltung verwendet werden
Wie wähle ich clever den Shunt-Widerstand
Kommt auf den Analogeingang des uC an und wie genau man messen will. Vorgeschlagen wurde TL431B als Referenz, damit Analogbereich 0-2.5V. Man will aber nicht 2.5V als maximale Spannung am shunt, bei 5V Versorgung und 4.2V Akku hat man nur noch 0.8V üblich, sagen wir 0.5V maximal am shunt bei vielleicht 5A, also 0.1 Ohm. Dann reicht die 10 bit Auflösung für 25mA, reicht ja wohl.
Besser ware ein uC mit 2 differentiell messenden Analogeingängen mit PGA, wie Attiny85 mit 0.125V full scale an 0.05 Ohm bis 2.5A mit 2.4mA Auflösung.
Damit die Akkuspannung ohne Spannungsteiler direkt (über 10k Schutzwiderstand) an einem uC Pin gemessen werden kann muss man als Referenzspannung die VCC von 5V verwenden die aber ungenau ist, also erst mal die genaue 2.5V Referenz aus dem TL431B messen und zu wissen wie hoch die ca. 5V denn nun sind.
Schmidt-Walter gibt einen guten Startpunkt. Die Software (PID Regler) musst du aber schreiben. Man kann sogar forward-Regelungschen, weil das Verhalten von Spule bei 5V rein und bekannter Akkuspannung vorausberechencar ist.
Kommt auf den Analogeingang des uC an und wie genau man messen will.
Vorgeschlagen wurde TL431B als Referenz, damit Analogbereich 0-2.5V. Man
will aber nicht 2.5V als maximale Spannung am shunt, bei 5V Versorgung
und 4.2V Akku hat man nur noch 0.8V üblich, sagen wir 0.5V maximal am
shunt bei vielleicht 5A, also 0.1 Ohm. Dann reicht die 10 bit Auflösung
für 25mA, reicht ja wohl.
Soweit komme ich noch mit. Der Shuntwiderstand soll also 0.1 Ohm groß sein?
Ist der Potentialunterschied des MOSFETs problematisch?
Damit die Akkuspannung ohne Spannungsteiler direkt (über 10k
Schutzwiderstand) an einem uC Pin gemessen werden kann muss man als
Referenzspannung die VCC von 5V verwenden die aber ungenau ist, also
erst mal die genaue 2.5V Referenz aus dem TL431B messen und zu wissen
wie hoch die ca. 5V denn nun sind.
Und hier bin ich ein bisschen raus. Welcher der Widerstände ist nun 10k groß? R1? Und welche 5V sind hier gemeint? Die, die (fast gänzlich) am Akku anliegen?
Nicht immer. Es sollte klein genug sein, damit der Spannungsabfsll anbihm nicht die Schaltung stört, und gross genug, um am Analogeingang noch ausreichend genaue Ergebnisse zu produzieren. Es hängt also vom gewünschten Ladestrom ab und von der Auflösung des ADC.
Die Schaltung funktioniert super, hab ich schon vor 20 Jahren gebaut -
Ernsthaft? Eine derartig kriminell schlechte Schaltung?
Naja, da kamen max. 500mA raus und hinten dran hingen NiMH oder NiCd Blöcke, meist für Empfänger oder kleine „Schaumwaffeln“. Abgeschalten wurde per Temperatur.
Die Ladeschlussspannung kann man auch wunderbar selber - wie in der
anfangs geposteten Schaltung - messen. Z.B. mit einem INA219.
Der INA219 ist sehr genau, ich habe davon ein paar im Einsatz. Wenn man mutig ist, kann man mit dem eine µC-gesteuerte Regelschleife aufbauen. Oder er lässt den Quatsch und setzt auf fertige Lade-ICs.
Demzufolge brauche ich „lediglich“ variabel regelbare Ladeströme. Auf
den µC will ich eher ungern verzichten, da er anhand der Messergebnisse
für Strom und Spannung die Lademodi wechseln kann. Darüber hinaus
startet bzw. beendeter den Ladevorgang, ohne, dass ich physisch Knöpfe
drücken muss. So kann ich beispielsweise eine Temperatur- oder
Zeitsteuerung (es wird nur zu bestimmten Uhrzeiten geladen) realisieren.
Was soll der Quatsch? C* wird wohl richtig liegen:
Cyblord -. schrieb im Beitrag #7831730:
Das zeigt du von Lipo-Akkutechnik keine Ahnung hast.
Je nach Kapazität des Akkus kann man die Strombegrenzung umschalten, ab etwa 80% Ladung verringert der Akku von selbst den Strom, da muß kein Modus gewechselt werden.
Es gibt fertige ICs, sehr verbreitet der TP4056. Den maximalen Ladestrom bis zu 1A bestimmt der Widerstand an Pin2, der zwischen 1k2 und 10k variiert werden kann. Das müsste sogar per Digitalpoti gehen, weil auf GND bezogen.
Das IC beendet die Ladung von selbst und nimmt sie wieder auf, wenn die Zellenspannung weit genug abgefallen ist.
Er zeigt das per LED an. Wenn unbedingt mit einem Arduino gespielt werden muß, kann der diese abfragen. Über CE könnte er den 4056 sperren, einen NTC im Akku kann der TP4056 selbst auswerten.
Es gibt fertige ICs, sehr verbreitet der TP4056. Den maximalen Ladestrom
bis zu 1A bestimmt der Widerstand an Pin2, der zwischen 1k2 und 10k
variiert werden kann. Das müsste sogar per Digitalpoti gehen, weil auf
GND bezogen.
Das IC beendet die Ladung von selbst und nimmt sie wieder auf, wenn die
Zellenspannung weit genug abgefallen ist.
Er zeigt das per LED an. Wenn unbedingt mit einem Arduino gespielt
werden muß, kann der diese abfragen. Über CE könnte er den 4056 sperren,
einen NTC im Akku kann der TP4056 selbst auswerten.
Ich wollte, da ich mich jetzt längere Zeit nicht gemeldet hatte, mal ein kurzes Update geben:
Da ich vorher fertige Lade-ICs nicht auf dem Schirm hatte, kam diese Möglichkeit zuerst nicht in Betracht. Jetzt habe ich recherchiert und den MCP73837 für mich entdeckt, da ich hier mittels Pull-Up-Widerständen die Modi von einem Mikrocomputer auslesen und mittels LCD anzeigen lassen kann. Derzeit tüftle ich an einer passenden äußeren (Schutz-)Schaltung.
Zu großen Strömen durch den Akku (Sicherung).
Und ich möchte mit dem Mikrocontroller den Ladevorgang beenden. Entweder mit Relais die Stromversorgung zum IC kappen oder mittels Digitalpoti den Stromregelwiderstand über 70kOhm bringen (Prog1) und den IC so in den Standbymodus versetzen.
Die mit den Power-Ausgängen über Widerstände verbunden sind, damit sense
auch funktioniert wenn man sense offen lässt, und dieser Widerstand
überbrückt die Diode rückwärts. Es ist einfach alles Stuss, was du
schreibst.
