LM317 als NiCD-Lader

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31.12.2008, 10:08
Jaecko

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LM317 als NiCD-Lader

Moin.

Für ein paar Projekte verwend ich 6V-NiCD-Akkupacks (5 Zellen). Da die auch mal geladen werden wollen, bin ich gerade dabei, aus nem LM317 ein einfaches Ladegerät aufzubauen. Der LM317 soll dabei einen Ausgangsstrom von 60mA halten.

Kann mal jemand drüberschauen, ob das so alles richtig ist? (Formeln + Schaltung)

Betriebsspannung soll zwischen 8-15V liegen; werden aber wohl 12V aus nem PC-Netzteil.
Der Ausgangsstrom für den Akku soll 60mA betragen. Da der LM317 auf eine Spannungsdifferenz von 1,25V zwischen ADJ und OUT regelt, müsste der Widerstand R1 = 1,25V / 0,06A = 20,83 Ohm sein.
Von der Leistung her muss der Widerstand P = 1,25V * 0,06A = 75mW aushalten können.

Die Verlustleistung im LM317 müsste PL = I * (Uin - UAkku - 1,25V) =0,06A * (12V - 6V - 1,25V) = 285mW sein, d.h. als Kühlkörper müsste es reichen, das Ding einfach ohne Kühlkörper auf die Platine zu schrauben.

mfG
31.12.2008, 10:22
Bumbum

Hallo,

ich habe zwar wenig Ahnung von Akkus, aber so würde ich das auf keinen Fall lösen. Du musst vor den LM317 auf jeden Fall noch eine Spannungsbegrenzung bauen, denn so würdest du den Akku (theoretisch) auf 12V - 1,25V aufladen. Praktisch wird dir dadurch der Akku irgendwann explodieren.

Ein einfacher Laderegler, den ich schon öfters für solche Probleme verwendet habe ist der Max712 oder Max713, je nachdem wie groß der Akku ist.

Viele Grüße
Andreas
31.12.2008, 10:57
PICture

Hallo!

Die Konstantstromquelle mit dem LM317 ist i.O. Mann könnte noch, falls der LM317 eine Neigung zum Schwingen zeigt, an seinen Pins IN und ADJ einen Kerko um 0,1 µF hängen.

Bei den Ni-Cd Akkus tritt ein Memory Effekt auf und vorm Laden sollten sie immer ganz leer sein (ca. 0,9 V pro Zelle). Ausserdem der Lader mit LM317 sollte immer durch Zeitschaltuhr, der auf 14 bis 16 Stunden eingestellt ist, betrieben werden, damit die Akkus nicht überladen werden.

Ich habe immer für Ni-Cd Akkus die Methode der Festspannung (1,5 V pro Zelle) angewendet. Das Laden dauert zwar ein bischen länger, geht aber ohne Timer, weil der Strom mit der Zeit sinkt und die Akkus dürfen am Ladegerät ewig bleiben, ohne Schaden zu nehmen.

MfG
31.12.2008, 11:05
Jaecko

Also das mit den Max71* wäre schon was. Nur wenn man mal den Preis davon anschaut, sind da doch merkliche Unterschiede. Zudem liegen die LM317 schon rum.

Das mit der Spannung hab ich übersehen. Aber eigentlich logisch; der LM317 würde ja auch bei nem Kurzschluss so lange regeln bis wieder 1,25V anliegen.
Zur Begrenzung der Spannung hätte ich es so gemacht, dass ich während dem Laden einfach die Spannung am Akku überwache. Bei NiCD wars doch so, dass bei Ladeschluss die Spannung wieder kurz absinkt.

Als Steuerung hab ich eh vor, nen AVR hinzuhängen. Da könnten dann mehrere Kanäle überwacht werden.

Das mit der Festspannung wäre auch ne einfache Idee. Sollte sich ja auch mit dem LM317 machen lassen.
31.12.2008, 11:14
bb_stefan

Zitat:

Zitat von Jaecko

Bei NiCD wars doch so, dass bei Ladeschluss die Spannung wieder kurz absinkt.

Ja, das ganze nennt sich dann -dU Verfahren. Das funktioniert bei NiCd aber nur zuverlässig mit einem Ladestrom >0,5C (besser wären 1C) !!!
Vielleicht hilft Dir das hier weiter:
http://www.panasonic.com/industrial/...rgeMethods.pdf
31.12.2008, 11:27
PICture

Das mit dem deltaU ist nicht zuverlässig, vor allem, wenn ein paar Zellen seriell geschaltet sind, weil die Spannungsabsenkung nicht bei allen Zellen gleichzeitig auftritt. Sogar eine µC gesteuerte Ladegeräte die die Zellen einzeln überwachen, haben ein Timer der notfalls die Ladung beendet.

Ich habe Ladegeräte für NI-Cd Akkus schon vor zig Jahren gebaut, wenn die deltaU Methode noch nicht bekannt war. Zum Beispiel auf Mainboards von PCs waren früher als Setup Puffers Ni-Cd Akkus angewendet, die mit Festspannung Methode geladen wurden und meistens das Mainboard überlebt haben. :)

MfG
31.12.2008, 11:27
Jaecko

Wenn ich die 7,5V (5-Zellen-Akku) mit dem LM317 "erzeuge", reichts dann, wenn ich nur einen LM317 für 4-6 Akkupacks verwende oder wärs besser, für jeden Akku nen eigenen zu verwenden?
31.12.2008, 11:38
PICture

Die Spannung muss genau 1,5 V pro Zelle betragen, es muss also für bestimmte Anzahl von Zellen eingestellt sein. Es kann eben nicht, so wie bei Strom für verschiedene Anzahl von seriell geschalteten Zellen gleich sein. Beim LM317 kann man aber mit Umschalter die Spannung für gewünschte Anzahl einstellen. Wenn es nicht gleiche Zellen seien sollten, wäre die Einzellösung besser.

MfG
31.12.2008, 11:45
Jaecko

Von der Zellenanzahl her sind alle gleich; 5x 1,2V NiCd. Der einzige Unterschied ist die Kapazität, die je nach Alter des Packs von 600 - 1800 mAh geht.
31.12.2008, 11:52
PICture

Dann wäre doch besser sie einzeln zu laden, weil dann jede Zelle sich nur so viel Ladung "nimmt", die ihrer noch vorhandener Käpazität enspricht und die schwächere nicht überladen werden.

MfG
31.12.2008, 11:53
bb_stefan

Akkuladen ist immer auch eine Glaubensfrage... ;-)
In meinen Augen (und auch in den Augen der Akkuhersteller) ist die Ladung mit Konstantspannung für NiCd so ziemlich die schlechteste Wahl !
Ich hatte schon mit solchen Schaltungen zu tun und habe sie zu Gunsten der -dU fallen gelassen, weil die Akkuspannung stark temperaturabhängig ist. Wenn also die (konstante) Ladespannung bei z.B. 20°C "korrekt" eingestellt ist, dann wird bei niedrigeren Temperaturen der Akku nicht mehr voll, weil die Zellenspannung ansteigt. Bei höheren Temperaturen fällt sie und der Akku wird überladen.
Die einzige Möglichkeit wäre, die Ladespannung temperaturmäßig der Zellenspannung nachzuführen -> aufwändig!

Die -dU-Ladung mehrerer Zellen in Reihe ist sicherlich nicht das Optimum (einzeln wäre besser). Aber im Aufwand-zu-Nutzen Vergleich ist das meiner Meinung nach das Beste, was man machen kann.
Seit ich meine Akkuladung auf -dU umgestellt habe, habe ich wesentlich weniger Kundenreklamationen als früher!
31.12.2008, 12:03
PICture

Hallo bb_stefan!

Ich bin selber leider vor zig Jahren auf die Idee mit deltaU nicht gekommen und mußte auf die Erfindung sooo lange warten. :)

Du hast sicher Recht, aber man hat immer die Wahl einfach und nicht schlecht bzw. sehr gut aber kompliziert. Ich selber bin fast immer für die erste Variante.

MfG
31.12.2008, 12:15
bb_stefan

Zitat:

Zitat von PICture

Du hast sicher Recht, aber man hat immer die Wahl einfach und nicht schlecht bzw. sehr gut aber kompliziert. Ich selber bin fast immer für die erste Variante.

Hallo PICture,

ich bin auch für die erste Variante, deshalb nehme ich ja -dU :cheesy:
weil mir die Temperaturkompensation zu kompliziert und unzuverlässig ist!
31.12.2008, 12:26
PICture

Ich beschäftige mich mit Cd-Ni Akkus eigentlich nicht, möchte aber gerne wissen, was für Nachteile die Festspannung Methode in der Praxis für einen Bastler wirklich hat? :)

MfG
31.12.2008, 12:59
Besserwessi

Die Methode mit der festen Spannung hat das Problem, das man die Spannung sehr genau haben müßte, eher noch genauer als bei den LiIonen Akus. Außerdem kann man die Akkus so prinzipiell nicht ganz voll machen, denn sonst wird Gefahr eine überladung einfach zu groß, und dann schaltet mannach konstanter Spannung gar nicht mehr ab. Ab einer gewissen Grenze der Überladung sinkt, auch ohne den Thermischen Effekt der bei der -dU mtehode genutzt wird, die Spannung sogar wieder etwas.

Die Methode mit der Konstanten Spannung kag noch ganz gut für Pufferbatterien gehen, die dann halt nie so richtig voll werden.

Die alte Standardmethode, die auch heute den Akkus-packs gelegentlich ganz gut tut ist die Ladung mit 1/10 C für rund 12-14 Stunden. Das sorgt durch ein kontrolliertes langsames Überladen für ein Ausgleich zwischen den Zellen.
31.12.2008, 13:32
PICture

Hallo Besserwessi!

Ich habe mich noch errinert mein erstes Ladegerät, das ich mir gebaut und jahrelang für Ni-Cd Akkus benutzt habe. Es war eigentlich eine fast Gleichstrom Methode mit einer Abschaltung nach dem erreichen der Endspannung 1,5 V pro Zelle. Der Ladestrom wurde durch R7, die Endspannung durch R1,R2 und die Hysterese zwischen Ein- (0,9 V pro Zelle) und Ausschalten (1,5 V pro Zelle) mit R5,R6 festgelegt. Der Lader hat sich für höhere als 0,9 V pro Zelle gar nicht eingeschaltet, was vorm Memory Effekt geschützt hat. Das kann man Heute als archival betrachten. :)

Es kann auch für Ni-MH Akkus benutzt werden, damals haben sie aber noch nicht existiert. :)

Wahrscheinlich baue ich mich die Schaltung in einen gekauften, mit deltaU ausgestattenen Lader, weil er sonst für 9 V Akkus, die ich ziemlich viel benutze, nutzlos ist.

MfG

Code:

VCC stab. + | T +------ --------------+------+ | v / | | | R3 --- | | .-. | ___ | | | | |R8 +-|___|-+ | |I | | | | | | '-' | .-. | V | | R4 | | | V -> | | | | - | '-' R5 .-. | Kontroll-LED | | ___ | | R7 === | +-|___|-+ | | GND +-------|---+ | R6 '-' | | |/| | ___ | .-. | /+|-+-|___|-+ R1| | +--<OV| |+ | | \-|-+ - '-' |\| | --- | === | | | GND | +---------------+ | | - .-. --- R2| | |- | | === '-' GND | === GND
31.12.2008, 14:17
bb_stefan

Zitat:

Zitat von PICture

möchte aber gerne wissen, was für Nachteile die Festspannung Methode in der Praxis für einen Bastler wirklich hat?

Da, wie ich schon gesagt habe, die Zellenspannung temperaturabhängig ist (zudem auch noch vom Ladezustand abhängig und vom Alter, usw.), sind alle Verfahren, die auf quantitativen Größen basieren (also z.B. absolute Spannungen) nur sub-optimal und recht unzuverlässig.

Besser sind eben Verfahren, die prinzipbedingte qualitative Kriterien zur Ladeschlußerkennung heranziehen!
D.h. relative Änderungen dU/dt, dT/dt oder auch d2U/dt2 (Wendepunkt). Diese haben qualitativ immer denselben Verlauf, ohne sich auf eine ganz bestimmte festgelegte Referenzspannung zu beziehen!
31.12.2008, 14:27
PICture

Ich hatte zwar konkrete Antwort erwartet, aber trotzdem vielen Dank. :)

MfG
31.12.2008, 14:35
bb_stefan

Zitat:

Zitat von PICture

Ich hatte zwar konkrete Antwort erwartet, aber trotzdem vielen Dank.

Hatte ich doch schon geschrieben?!

Zitat:

Zitat von bb_stefan

Wenn also die (konstante) Ladespannung bei z.B. 20°C "korrekt" eingestellt ist, dann wird bei niedrigeren Temperaturen der Akku nicht mehr voll, weil die Zellenspannung ansteigt. Bei höheren Temperaturen fällt sie und der Akku wird überladen.
Die einzige Möglichkeit wäre, die Ladespannung temperaturmäßig der Zellenspannung nachzuführen -> aufwändig!
31.12.2008, 14:53
PICture

O.K. Aber die Temperatur in Räumen wo die Akkus meistens geladen werden ist ziemlich stabil (um +20 °C), deswegen sehe ich das Nachtel in der Praxis nicht so schlimm, obwohl die Temperatur des Akkus in geschlossenem Lader deutlich höher als Raumtemperetur seien kann. Wie stark ist die Spannungsänderung mit der Temperatur, weil ich darüber nichts konkretes weiß? Ich lerne immer noch gerne. :)

MfG
31.12.2008, 15:24
bb_stefan

Zitat:

Zitat von PICture

Wie stark ist die Spannungsänderung mit der Temperatur, weil ich darüber nichts konkretes weiß? Ich lerne immer noch gerne.

Das hängt stark vom jeweiligen Akkutyp und -hersteller ab. Da musst Du Dir schon die entsprechenden Datenblätter anschauen, z.B. hier:
http://www.sanyo.co.jp/energy/englis...cadnica_3.html
31.12.2008, 15:43
PICture

Vielen Dank! Ich habe aber unter dem Link von dir ausser Abmessungen den Akkus leider nichts gefunden. Um mein bisheriges Wissen zu erweitern und nicht zu viel Zeit zu verlieren werde ich es dann selber messen. Das ist die beste Methode fürs Lernen. :)

MfG
31.12.2008, 15:51
bb_stefan

Zitat:

Zitat von PICture

Ich habe aber unter dem Link von dir ausser Abmessungen den Akkus leider nichts gefunden.

Na dann klick mal auf die Akkubezeichnung!
Dann kriegst Du ein verfrühtes Feuerwerk und die Datenblätter haut es Dir nur so um die Ohren :idea:
31.12.2008, 16:28
PICture

Na ja, auf das wäre ich selber nicht gekommen. Noch mal herzlichen Dank! :)

Momentan habe ich dafür keine Zeit (sprich Lust), aber das ist wirklich viel (ca. -4,4 mV/K). Ich habe mir einen mit µC (S3C9452) gesteuerten Lader mit deltaU-Erkennung gekauft, der die 9V Blockakkus zwar lädt, aber überhaupt nicht überwacht. Weil ich solche Akkus fur z.B. mehrere Messgeräte benutze, möchte ich etwas einfaches mit SMD zusätzlich einbauen (siehe Code). Es sollten für Temperaturkompensierung zwei seriell geschaltete Dioden (D1, D2) mit -2,2 mV/K pro Zelle reichen, also für 9 V Blockakku 7x1,2 V insgesamt 14 Stück. Die Kompensation ist aber noch nicht ausprobiert.

MfG

Code:

VCC stab. + | T +------ --------------+-----+ | v / | | | R3 --- | | .-. | ___ | | | | | +-|___|-+ | |I | | | | | | '-' | .-. | V | | R4 | | | V -> Kontroll-LED | | | | - | '-' R5 .-. | | | ___ R7 | | === | +-|___|-+ | | GND +-------|---+ | R6 '-' | | |/| | ___ | GND .-. | /+|-+-|___|-+ === R1| | +--<OV| .-|-----|-. | | \-|-+ | |+ | | '-' |\| | | - D1 - | | === | |--- ^ | | GND | | | <=> | | +---------------+ | - | | | |--- D2 - | .-. | |- ^ | R2| | | | | | | | '-|-----|-' '-' === | | GND | +-----------------------------+
01.01.2009, 21:18
Jaecko

Also so wie's aussieht, werd ich mal 2 Varianten probieren.
- Laden mit konstanter Spannung
- Laden mit konstantem Strom + Spannungsüberwachung/Timer.

Und dann mal schaun, was besser hinhaut.

Könnte man eigentlich auch nen LM7805 als Konstantstromquelle verwenden? Müsste ja dort auch gehen, da zwischen "GND" und Ausgang auf 5V geregelt wird. Wenn ich da nun nen 100-Ohm-Widerstand reinbau, wären das 50mA.
01.01.2009, 21:27
PICture

Hallo!

Das geht genauso, wie mit dem LM317. Der LM7805 benötigt jedoch höhere Eingangsspannung (>7 V) und wird mehr Energie "verbraten".

MfG
01.01.2009, 23:35
Besserwessi

So genau muß man das mit Konstantstrom auch nicht nehmen, vor allem wenn man eh nach Zeit abschaltet. Normalerweise reicht ein passender Widerstand. Wenn ein ganz leerer Akku etwas mehr Strom kriegt ist das nicht so schlimm, und auch 10% oder so kommt es auch nicht an.
02.01.2009, 00:14
PICture

@ Jaecko

Für immer leere Ni-Cd Akkus ist die Ladungsmethode mit quasi konstantem Strom und Timer gut. Für Ni-Cd Akkus die nicht ganz leer sind und geladen werden sollen ist die Festspannungsmethode besser.

Du kannst entweder mit hohem Strom > 1C laden und auf -deltaU warten oder mit kleinem Strom ca. 0,1C laden und nach 14...16 Stunden mit Timer abschalten.

Die meisten µC gesteuerte Lader haben aber wegen Unzuverlässigkeit des -deltaU Verfahrens sowieso ein Timer, der nach 14...16 Stunden abschaltet. Meine Meinung nach werden dann, falls -deltaU nicht erkannt würde die Akkus mit ziemlich großem Strom überladen. Ich nehme oft aus dem µC gesteuertem Lader warme Akkus, was auf Überladung deutet.

Bei der Festspannungmethode muß natürlich die Endspannung mit der Temperaturänderungen der Akkus kompensiert werden, sonst werden die Akkus auch überladen. Bei einem Lader mit µC kann man auch die Temperatur der Akkus messen und die Endspannung ausrechnen oder aus einer gespeicherter Tabelle nehmen.

Aus meiner eigener Praxis kann ich sagen, dass für mich die sicherste Methode das Laden leeren Ni-Cd Akkus mit quasi konstantem Strom 0,1C in 14...16 Stunden ist (Timer). Gegenüber der -deltaU Methode bin ich skeptisch.

MfG

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