Li-Ion/NiMH Ladeschaltung für KFZ & Co.

[avion23]

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)

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

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

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.

[PICture]

@ 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

[Felix G]

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?

[avion23]

@Picture

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.

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

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.

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

[wawa]

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.

[Felix G]

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.

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)

[Bumbum]

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

[avion23]

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.