Li-Ion/NiMH Ladeschaltung für KFZ & Co.

Hallo Leute,

ich spiele mit dem Gedanken eine nützliche kleine Navigationshilfe fürs Auto zu bauen, welche von einem Li-Ion Akku gespeist werden soll.


edit:
zur Not kann ich auch mit NiMH Akkus leben, wichtig ist nur eine in das Gerät integrierte Ladeschaltung.


Nun muss da natürlich eine passende Ladeschaltung rein, denn während das Gerät z.B. am Zigarettenanzünder hängt soll der Akku automatisch geladen werden, ohne den Betrieb des Geräts zu stören (man kennt das Prinzip ja von nahezu allen mobilen Geräten).


Irgendwelche Vorschläge?
Gibt es vielleicht schon fertige (möglichst kompakte und günstige) Module für diesen Zweck?
(welche idealerweise eine geregelte Spannung von 5V bereitstellen sollten)

Hallo Felix,
natürlich gibt es für diese Zwecke fertige Chips. Die Frage ist nur, ob du diese bekommst und verbauen kannst.

Sinnvoller wäre ein Li-ion AKku an Stelle eines NiMh-Akkus. Letzterer ist sehr schwer zu laden. Für einen Li-ion AKku brauchst du eigentlich nur einen Spannungsregler mit 4.2V. Der li-ion Akku wird dann immer auf 4.2V, seiner Ladeschlussspannung, gehalten. DIe Strombegrenzung ergibt sich wahrscheinlich von alleine aus den Zuleitungen und deinen verwendeten Bauteilen ;)

Naja, ob Li-Ion oder NiMH ist mir wie gesagt eigentlich egal...

ich hätte allerdings erwartet, daß letztere nicht nur sicherer sind, sondern sich auch leichter laden lassen.


Aber so oder so brauche ich eine geeignete Ladeschaltung, die möglichst wenig Platz braucht (idealerweise als fertiges kleines Modul, oder in Form eines ICs der wenig zusätzliche Bauteile benötigt).

Ehrlich gesagt wundert es mich, daß sowas nicht in Massen angeboten wird (bei Reichelt & Conrad z.B. habe ich nichts dergleichen finden können), wo derartige Schaltungen doch in nahezu jedem mobilen Gerät enthalten sind.


Am schönsten wäre ein IC oder Modul mit einem Anschluss für den Akku, einem für die externe Stromversorgung, und einem 5V Ausgang.
(ich fürchte allerdings daß es so einfach wohl nicht sein wird)

Hallo FelixG!

Vielleicht hilft dir etwas:

https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...779&highlight=

MfG

Also von Li-Ion würde ich die Finger lassen. Ich habe mich darüber mal informiert. Die Dinger sind ohne den passenden Laderegler EXTREM gefährlich. Egal was man damit macht, kurzschließen, zu hohe Temperatur oder Überspannung und die Dinger fliegen in die Luft. Und mit Überspannung kann es schon bei 4,3V zu ende sein. Es gibt davon massenweise Viedeos in den bekannten Video-Börsen.

Einen Controll-IC für LI-Ion (für das laden und entladen!!) ist sehr schwierig zu bekommen. Ich würde dir einen NiMH Akku empfehlen und dazu den MAX712 als Lade-IC. Damit habe ich schon sehr viele gute Erfahrungen gemacht. Das ganze funktioniert dann auch so wie du es dir vorstellst. Einfach Spannung an den AMAX712 und er lädt. Egal ob die Schaltung an oder aus ist. Man muss bei laufender Schaltung nur einen höheren Ladestrom vorsehen, da ja der Akku geladen und die Schaltung versorgt werden will.

Viele Grüße
Andreas

@PICture
Na die Schaltung ist ja wirklich einfach...

aber werden die Akkus auf die Art auch "richtig" geladen?
Die meisten mir bekannten Ladegeräte sind deutlich komplexer aufgebaut, und ich dachte eigentlich daß das auch einen guten Grund hätte :-k

Zitat:

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Ich würde dir einen NiMH Akku empfehlen und dazu den MAX712 als Lade-IC. Damit habe ich schon sehr viele gute Erfahrungen gemacht. Das ganze funktioniert dann auch so wie du es dir vorstellst. Einfach Spannung an den AMAX712 und er lädt. Egal ob die Schaltung an oder aus ist. Man muss bei laufender Schaltung nur einen höheren Ladestrom vorsehen, da ja der Akku geladen und die Schaltung versorgt werden will.

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Ok, klingt gut...
nur frage ich mich gerade wie ich die Schaltung dann sinnvollerweise aufbauen sollte.

vielleicht so?
DC-in -> MAX712 -> Akku -> Schaltregler -> Last

nur daß der MAX laut Datenblatt ja auch erstmal seine 5V Versorgungsspannung haben möchte, was bedeuten würde, daß ein zweiter Schaltregler nötig wäre...


Wie verwendest du den normalerweise?

NiMh ist prinzipiell schlecht zur Pufferung geeignet.
Ausschnitt von Maxim:

Zitat:

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The MAX712 terminates fast charge by detecting zero voltage slope,

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Wenn die Last variabel ist, wir die Schaltung mit dem max712 nicht funktionieren! Und auch bei einem normalen Widerstand sehe ich Probleme. Dann bleibt nur noch C/10 übrig, mit dem üblichen Dendritenwachstum / Überladung / geringe Stromabgabefähigkeit.


Li-ion ist nicht soooo gefährlich, wie immer behauptet wird. Eine Schutzschaltung ist sinnvoll und meistens dabei, dann ist es wirklich schwierig den Akku kaput zu bekommen und unmöglich ihn zum explodieren zu bringen. Als "Spezialic" bietet sich übrigens ein LM317 oder L200 an.

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OT: Ich habe mal versucht die schönen Bilder von explodierenden lithium Akkus nach zu stellen. Ich habe dafür einen alten handyakku verwendent (lithium polymer), die Schutzschaltung entfernt (!) und ihn an ein 12V / 12Ah NiMh-pack angeschlossen. Natürlich direkt, ohne Sicherung :)
Nach einer halben STunde hat sich immer noch nichts getan :/ Ich habe dann alles abgeschlossen und wieder mit nach drinnen genommen. Der Akku hat sich minimal erwärmt. Aber er war schon vorher kaput, d.h. aufgebläht und Leerlaufspannung 0.1V.
DAS IST EIN EINZELFALL UND NICHT ÜBERTRAGBAR!

@ Felix G

Ich weiss nicht was "richtig" für dich bedeutet. :)

Ich habe solche "Ladeschaltungen" in mehreren Radios eingebaut und muss die Akkus nicht mehr aus den Radios herausnehmen und mit per µC gesteuerten Ladegerät laden.

Ich habe es nicht genau untersucht, da mir nur wichtig war, dass die Akkus nicht kaputt gehen und ich sie nicht mehr aus den Radios herausnehmen muss.

Auf die Idee bin ich gekommen, wenn ich mal Akkus im Funktelefon auf grössere gewechselt habe und zufällig den dauernd fliessenden Ladestrom durch frisch aufgeladene Akkus gemessen. Trotzdem sogar nach ein paar Jahren waren die alten noch fit.

Das Ladegerät im Funktelefon ist viel komplizierter, aber ich sehe keinen Unterschied beim Funktionieren. Alles am einfachsten zu machen ist wahrscheinlich meine Krankheit, mir geht´s aber immer noch gut... :)

MfG

Zitat:

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Li-ion ist nicht soooo gefährlich, wie immer behauptet wird.

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Naja, sagen wir mal so...
ich kenne keine Berichte von NiCd, NiMH oder Bleiakkus, die bei normaler Verwendung explodiert sind ;)

Prinzipiell könnte ich natürlich auch noch einen Schritt weiter gehen, und zu Li-Polymer Akkus greifen, denn die sollen erheblich sicherer sein als Li-Ion (was übrigens ein Grund dafür sein könnte, daß dein Li-Polymer nicht explodieren wollte)

Zitat:

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Als "Spezialic" bietet sich übrigens ein LM317 oder L200 an.

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Ein einfacher Spannungsregler!?

Zitat:

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Ich weiss nicht was "richtig" für dich bedeutet.

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richtig = so wie man es machen sollte, damit die Akkus lange halten und möglichst nicht explodieren.

Eine Ladeschaltung nur aus zwei Dioden ist irgendwie zu einfach um wahr zu sein ;)


Ich denke ich sollte mich erstmal näher mit den verschiedenen Möglichkeiten befassen, um den geeignetsten Akku für meine Anwendung auswählen zu können...

Also kennt vielleicht Jemand eine Seite auf der die verschiedenen Akkutypen und Ladeverfahren ausführlich beschrieben werden?

Ich kenne nur diese:

http://www.computer-richter.de/tipps/akkupflege.html
http://www.jens-seiler.de/bastelecke/akkus/

Für Eingangsspannung um 14,4V und 4 NiMH Akkus werden nicht 2, sondern 12 Dioden benötigt.

MfG

Zitat:

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Prinzipiell könnte ich natürlich auch noch einen Schritt weiter gehen, und zu Li-Polymer Akkus greifen, denn die sollen erheblich sicherer sein als Li-Ion (was übrigens ein Grund dafür sein könnte, daß dein Li-Polymer nicht explodieren wollte)

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lithium-polymer ist nicht sicherer als "lithium-ionen"-Akkus.

Zitat:

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Naja, sagen wir mal so...
ich kenne keine Berichte von NiCd, NiMH oder Bleiakkus, die bei normaler Verwendung explodiert sind.

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Informier dich mal, unter welchen Umständen diese Aufnahmen von explodierenden Akkus entstanden sind. Wenn ich eine Kupferplatte auf die Autobatterie lege passieren auch lustige Dinge, so richtig schön mit Knallgasexplosion usw.
Normal verwendete lithium-zellen können auch nicht explodieren, es sei denn es gibt Fertigungsfehler (Sony). Außerdem ist das IMO eher ein gemächliches abbrennen :)


In den Funktelefonen usw. werden die NiMh-Zellen mit Konstantstrom geladen, ungefähr C/20 - C/10. Das funktioniert, ja. Funktioniert auch sehr lange (1 Jahr laut GP). Aber es hat auch Nachteile. Im Prinzip wird der Akku mit kleinem Strom überladen und man "hofft", dass er diese Überladung verträgt. Darüber kann sich jeder selber informieren, je nach Anwendung ist das auch vollkmmen ausreichend.
http://www.batteryuniversity.com ist da eine sehr gute Adresse, die auf Ladeverfahren und Abschaltzeitpunkte eingeht. dU²/d²t ist das Abschaltkriterium der Wahl für hohe Ströme.

@ Avion

In den Funktelefonen usw. werden entladene Akkus zuerst mit hochem Strom geladen, der mit der wachsender Akkuspannung sich auf die genannte C/20 - C/10 verringert. Genauso verhälts sich der Ladestrom bei einer Diodenschaltung. Aber dank dessen unlinearer U/I Kennlinie, wird die Stromverringerung nicht identisch (schneller) wie beim Laden mit Konstantspannung.

Wenn die Eingangspannung des Diodenladegerätes sich einstellen lässt, kann man bei vollgeladenen Akkus fast Abschaltung des Ladestromes erreichen.

Ich weiss nicht mehr wo und wann habe ich gelesen, dass die NiMH Akkus einen Katalisator besitzen, der die langsame Überladung kompensiert. Wachrscheinlich ist es vom Hersteller abhängig.

MfG

Ok, ich kann also tatsächlich einfach hergehen und einen NiMH Akku mit C/20 Konstantstrom laden, das erleichtert den Bau der Ladeschaltung natürlich erheblich.


Aber bei den Dioden habe ich immernoch ein etwas ungutes Gefühl, wenn man bedenkt wie stark die Spannung im Auto schwanken kann, und es wäre vorteilhaft das Gerät auch ohne Akkus betreiben zu können. Daher würde ich eher zu einem (step-down) Schaltregler tendieren, der die Akkus mit einem Konstanten Strom von C/20 lädt, und zusätzlich sollte dann wohl gleich noch ein zweiter (step-up/down) Schaltregler her (seufz), der mir aus der Akkuspannung stabilisierte 5V macht.


Kennt Jemand passende Schaltregler für diesen Zweck?

@Picture

Zitat:

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In den Funktelefonen usw. werden entladene Akkus zuerst mit hochem Strom geladen, der mit der wachsender Akkuspannung sich auf die genannte C/20 - C/10 verringert. Genauso verhälts sich der Ladestrom bei einer Diodenschaltung. Aber dank dessen unlinearer U/I Kennlinie, wird die Stromverringerung nicht identisch (schneller) wie beim Laden mit Konstantspannung.

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NiMh Akkus haben große Fertigungsunterschiede von der Spannungslage her. Dazu noch der Temperaturkoeffizient der Akkus, die Dioden sind ebenfalls Strom- und Temperaturabhängig. Deswegen lädt man diese Akkus auch mit Konstantstrom und nicht Konstantspannung, obwohl die Leerlaufspannung der Zellen über einen weiten Bereich konstant bleibt.

Es wäre schön, wenn die Hersteller erst mit einem hohen Ladestrom anfangen, dann den Wendepunkt auswerden und mit trickle-charge nachladen. Leider ist es nicht so. Meistens wird einfach Konstantstrom draufgeballert. Oder es wird ein coulomb counter verwendet. Beides Möglichkeiten, die die Akkus nicht perfekt ausnutzen.

Das mit dem Katalysator stimmt. Bei Markenakkus ist er sogar recht groß, bei günstigeren Akkus wird er kleiner gemacht, weil dieser Katalysator auf Kosten der Kapazität geht (habe ich gelesen). Dazu ein kurzes Quote von http://www.elektroflug.de/Verschiedenes/faq_nimh.htm

Zitat:

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Wie von NiCd-Systemen bekannt ist,gibt es auch bei NiMh-Zellen eine Lade/Entla-
dereserve, d.h. eine Ueberlade- und Teifentladefaehigkeit ohne Schaeden fuer
den Akku. Dies wird erreicht, indem man die negative Elektrode groesser bzw.
massenreicher gestaltet wie die positive Elektrode. Die Entstehung eines Sauerstoff-
ueberdruckes durch Ueberladung wird wie bei der NiCd-Zelle durch Rekombination
an der negativen Elektrode verhindert. Man muss also bei Ueberladung die
entstehenden O2-Molekuele moeglichst schnell binden, um einen Ueberdruck zu
verhindern bzw. das das Sicherheitsventil das Akkus nicht anspricht.
Andererseits ist die negative Elektrode einer NiMh-Zelle in der Lage,
Wasserstoff zu absorbieren, so das im Fall einer Tiefentladung oder Umplolung
der an der positiven Elektrode entstehende Wasserstoff ebenfals zu einem
gewissen Grad verzehrt werden kann.
Das die Lade/Entladereserve nur in einem gewissen Bereich Wirkung zeigt, bedarf
keiner weiteren Erwaehnung.

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Das C/20 Laden beruht auf diesem Mechanismus; ein Überladen mit geringem Strom hat deswegen kein Gasen zur Folge (vgl. Bleiakku), der Akku verliert nicht an Kapazität. Allerdings macht er das nicht ewig mit. Dazu wird er nicht in optimaler Zeit voll geladen, er verliert seine Fähigkeit hohe Ströme ab zu geben und mit der Zeit wird der Seperator von den entstehenden Dendriten durchstoßen.

Mir ist klar, dass sich die geschilderten Probleme stellenweise wie Hifi-Vodoo anhören. Leider sind diese Probleme nicht das i-Tüpfelchen sondern die Basics :( Der Akku hat nach <50 Ladezyklen kaum noch Kapazität/Hochstromfähigkeit. Deswegen habe ich Felix direkt am Anfang zu einen lithium-basierten Akku geraten, weil dieser sehr einfach zu laden ist und mit funktionierender Schutzschaltung nur bei grobem Missbrauch eine Gefahr darstellt.

Wer möchte kann sich auch wo anders informieren:
http://www.mikrocontroller.net/topic/30067
http://www.batteryuniversity.com/partone-11.htm

an Felix G

Hersteller von fertigen IC's sind TEMIC und BENCHMARQ ( ich glaube die sind jetzt von TI geschluckt worden ). sind aber auf der Seite von TI zu finden.

Zitat:

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Zitat von avion23

Mir ist klar, dass sich die geschilderten Probleme stellenweise wie Hifi-Vodoo anhören. Leider sind diese Probleme nicht das i-Tüpfelchen sondern die Basics :( Der Akku hat nach <50 Ladezyklen kaum noch Kapazität/Hochstromfähigkeit. Deswegen habe ich Felix direkt am Anfang zu einen lithium-basierten Akku geraten, weil dieser sehr einfach zu laden ist und mit funktionierender Schutzschaltung nur bei grobem Missbrauch eine Gefahr darstellt.

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Also etwas mehr als 50 Ladezyklen sollten die Akkus aber schon durchhalten, denn ich wollte eigentlich kein Batteriefach o.ä. einplanen, sondern die Akkus fest im Gerät verbauen.

Aber was die Schutzschaltung betrifft...
ich denke nicht, daß jede einzelne Li-Ion Zelle sowas enthält, oder?
(ich meine die üblicherweise von Modellbauern verwendeten Zellen wie z.B. diese hier: Einzelzelle LiPo 1000mAh)

Ein Einwand noch von mir bevor hier wirklich gefährliche Schaltungen gebaut werden, Wenn der Max712 mit der Delta0-Erkennung nicht gut genug sein soll, dann einfach den Max713 nehmen. Der -deltaU-Erkennung.

Der Max71X lässt sich einfach versorgen:

DC-in -> MAX712 -> Akku -> Schaltregler -> Last

Passt schon. Die 5V erzeugt der IC selbst, wenn man das Datenblatt genauer liest. Er benötigt dafür lediglich eine Strombegrenzungvon ca. 8mA. Wenn man eine recht konstante Eingangsspannung hat reicht dafür ein Widerstand, ansonsten (bei schwankender Eingangsspannung) zusätzlich ein LM317 im TO92-Gehäuse.

Finger weg von Li-IO wenn man nicht ein vernünftiges Ladegerät dafür baut!

Der Max71x ist eine professionelle Lösung, abgestimmt auf den Akku-Typ. Die Akkus werden genau voll geladen und nicht überladen. Gefahrloses laden und maximale Ladezyklen sind somit garantiert.

Viele Grüße
Andreas

Hallo Felix,
die zellen die du dort ausgesucht hast, haben keine Schutzbeschaltung. Du kannst so eine kaufen, z.B. unter http://stores.ebay.de/LEDSEE-electro...QQftidZ2QQtZkm
Es gibt auch 18650 Zellen, die diese Schutzschaltung integriert haben. Bei allen Camcorder Akkupacks ist ebenfalls eine solche integriert, z.B. zu sehen unter http://www.cop.webbag.de/bikelight/i...3.BCberwachung
Wegen den Preisen: Dealextreme.com

Und dann noch ganz kurz der Vollständigkeit halber:
- DeltaU funktioniert bei NiMh nicht zuverlässig, weil der Spannungsrückgang zu klein ist und im Zellenrauschen verschwindet.
- dU/dt beruht auf einer Erhöhung der Temperatur und damit Druckerhöhung im Inneren der Zelle. Dann ist es aber schon zu spät, weil die Zelle schon überladen ist.

Jetzt habe ich mehr als deutlich auf die Probleme hingewiesen :) Viel Spaß noch.