FET-Schalter

[Moppi]

Nein, ein mal 4.22V. Die Zellen werden nacheinander ganz geladen.

[ARetobor]

Das ist aber umständlich.

Gruß
AR

[Klebwax]

Nein, ein mal 4.22V. Die Zellen werden nacheinander ganz geladen.

Das ist aber ungewöhnlich. So ein Ladegerät ist mir noch nie untergekommen. Das verlängert bei einem 3s die Ladezeit aufs Dreifache, Ein 10s dauert ja dann ewig.

Normalerweise werden alle Akkus in einem Pack in Reihe, so wie sie verschaltet sind, geladen. Als Balancer ist eine elektronische Zenerdiode mit scharfem Kennlinienknick parallel an jeder Zelle. Die fängt bei der Ladeschlußspannung dieser Zelle an zu leiten und begrenzt die Spannung, auch wenn die anderen Zellen weiter geladen werden. Bei vielen größeren Packs ist das fest eingebaut. Die werden dann einfach mit zwei Anschlüssen aufgeladen. Die chinesischen BMS haben dann immer noch einen Tiefentladeschutz eingebaut.

MfG Klebwax

[ARetobor]

https://www.ebay.de/i/173285908638?c...iABEgI-i_D_BwE

Ich würde zB. so etwas anpassen.
Eine kleine Halogenlampe als Kurzschlussschutz.

[Holomino]

Das grundsätzliche Verfahren zu Laden eines Li-Akkus gliedert sich in zwei Phasen:
Man lädt mit konstantem "Volldampf"-Strom (z.B. 1A) und überwacht dabei die Zellspannungen. Erreicht man die Ladeschlussspannung (nominal max. 4,2V bei LiPo) endet diese 1.Phase. Der Akku ist damit aber noch nicht randvoll.
In der zweiten Phase wiederholt man in der Praxis bei µC-Ladern genau die erste Phase, jedoch mit stufenweise abgesenktem Strom (0,9A, danach 0,8A, … bis herunter zu einem Minimalstrom von vielleicht 0,1A). Das man mit abgesenktem Strom noch etwas in den Akku hineinbekommt, liegt darin begründet, dass die Akkuspannung sofort nach wegnehmen des Ladestromes auf einen Ruhepegel unterhalb der Ladeschlussspannung zurückfällt. Die Leerlaufspannung einer randvollen Zelle liegt gar nicht bei 4,2V. Modellhaft kann man sich das durch einen in Reihe zur Zelle geschalteten Widerstand vorstellen, der die messbare Klemmspannung bei Stromfluss sowohl beim Laden als auch beim Entladen gegenüber der eigentlichen Spannung in der Zellchemie verfälscht. Man muss also beim Laden immer etwas "pumpen" damit was reingeht. Beim Entladen ist das, was intern in der Zelle abläuft, nicht so arg, wie von außen an den Klemmen gemessen.

Das ist der Theorieteil, aus dem Du zumindest entnehmen kannst, was zu messen ist:
Spannung: Geht über einen AD-Wandler
Strom: Geht indirekt über Spannungsmessung, wenn man einen Shunt oder einen Stromsensor hat.

Die typischen fertigen StepDown-Module haben die Aufgabe, eine konstante Spannung zu liefern, dabei regeln sie dynamisch den vom Verbraucher entnommenen Strom, indem sie die Ausgangsspannung überwachen und entsprechend die PWM hoch- oder runterstellen. Geht bei Deinem Arduino also eine LED an und steigt dadurch der Strom um 10mA, fällt zuerst die Spannung am Regler ab und der Regler dreht die PWM etwas auf, wodurch die Ausgangsspannung wieder angeglichen wird, weil der Regler nun mehr Strom liefert. Allerdings ist das ein Regelkreis im IC, an dem spielt man besser nicht herum. Damit kann man also wenig anfangen.

Einzelzelllader-ICs verwenden und so die Balancerproblematik umgehen: Klingt verlockend. Man muss sich aber fragen, warum macht das keiner?
Die Teile leiten das eingangsseitige Massepotential direkt an den Minuspol der angeschlossenen Zelle durch. Bei drei in Reihe geschalteter Zellen gibt's also nen fetten Kurzschluss bei einer gemeinsamen Versorgung. Drei Netzteile für drei Zellen verwenden würde gehen, ist aber noch mehr Aufwand.
Umschalten? Man braucht für drei Zellen 6 Umschalter, um jeweils + und - der Ladeschaltung an + und - der entsprechenden Zelle anzudocken. Dazu braucht man entweder ein gemeinsames Potential, damit die Umschaltung nicht auch noch als negative Spannung anzusteuern ist oder eine galvanische Trennung (z.B. Relais = teuer, groß, stromfressend). Außerdem verlängert sich die Ladezeit. Ein Heidenaufwand also.

Fertiglader: Du sagst ja selber, Du möchtest Monitoring betreiben, die Zellen einzeln überwachen und ggf. früher abschalten. Ich habe Dir oben im Plan gezeigt, wie das sinnvoll hochohmig und mit Impedanzanpassung über einen OPV an den AD-Wandler angedockt werden kann. Niederohmiger könnte man sich den OPV sparen, aber man bekommt durch die Spannungsteiler an den einzelnen Zellen wesentliche Ungleichgewichte. Wenn Du z.B. mit 33k/10k abgreifst, gehen durch den Spannungsteiler der untersten Zelle nominal nur 3,7V/43k = 85µA, bei der obersten sind es 11V/43k=250µA. Da aber die 250µA der obersten Zelle aus allen Zellen entnommen wird, bekommst Du alleine dadurch (die mittlere Zelle nicht eingerechnet) bei dauerhaft angeschlossenen Messteilern ein Ungleichgewicht von 165µA, in einer Woche sind das eben mal 27mAh. So viel Ungleichgewicht werden die üblichen Balancer gar nicht los, wenn sie sinnvoll entworfen nur im letzten, schnell steigenden Abschnitt der Ladekurve (ab 3,8V) arbeiten.
Was auch noch dazukommt: Das Monitoring und alle Verbraucher müssen komplett abschaltbar sein. Du willst nicht, dass Dein Akku dicke Backen kriegt, weil der Robby vor einer versehentlich geschlossenen Tür gescheitert ist.
Sprich: Der Lader ist eigentlich nicht das Aufwändige, das Drumherum ist das Übel.

Wenn Dir der Lader Bauchschmerzen bereitet, als abgespecktes Experiment in der Vorweihnachtszeit (kleine Schaltung auf Lochraster):
- Lasse in der Schaltung den ganzen Messkram einfach weg, ersetze den BSS138 durch einen BS170 (ist als THT einfacher zu löten).
- Nimm Dir nen fetten 22R-Zementwiderstand als Akkusimulator (glaub mal nicht, dass ich solche Schaltungen mit "lebenden" Akkus teste)
- Lass den Shunt weg und schalte stattdessen Dein Multimeter als Strommesser zwischen Lastwiderstand und StepDown.

Wenn ich mich nicht verzählt habe, bleiben so letztendlich noch 14 "Bauteile" übrig: zwei Transistoren, zwei Dioden, zwei Kondensatoren, eine Spule und drei Widerstände, ein Lastwiderstand, Dein Labornetzteil als Fütterungsstation, das Multimeter und Dein Arduino, mit dem Du die PWM erzeugst (Masse verbinden nicht vergessen).

Als Bescherung bekommst Du dann vielleicht die Erleuchtung, wie so eine Schaltquelle funktioniert und was passiert, wenn man Last, Eingangsspannung oder PWM-Wert ändert.

(Ich zumindest war damals nach langer Recherche/ Unschlüssigkeit ziemlich baff, als ich dann doch den ersten Aufbau gewagt hatte und der auch noch unverschämterweise auf Anhieb funktionierte)

[Moppi]

Hallo Holomino,

Was auch noch dazukommt: Das Monitoring und alle Verbraucher müssen komplett abschaltbar sein. Du willst nicht, dass Dein Akku dicke Backen kriegt, weil der Robby vor einer versehentlich geschlossenen Tür gescheitert ist.
Sprich: Der Lader ist eigentlich nicht das Aufwändige, das Drumherum ist das Übel.

Wir sollten uns zusammen tun. Ich sehe es genau anders herum. Für mich ist das Drumherum eher kein Problem.

Du möchtest Monitoring betreiben, die Zellen einzeln überwachen und ggf. früher abschalten. Ich habe Dir oben im Plan gezeigt, wie das sinnvoll hochohmig und mit Impedanzanpassung über einen OPV an den AD-Wandler angedockt werden kann.

Ja, ist für mich leider alles viel zu undurchsichtig, weil mir die Praxis fehlt. Es liegt - glaub ich - weniger an Deiner Beschreibung.

Aber wie gesagt, für 13 EUR habe ich eine fertige Platine (ca. 8x4cm groß) mit allem was zum Laden von 3- und 4-Zellen LiPos notwendig ist, inkl. Netzteil von 220V auf was anderes.
Nehme ich Relais mit Optokoppler. Klar benötigt mehr Platz, aber der ist dann in der Ladestation vorhanden.

Also Relais und Lader kämen in die Ladestation. Steuern könnte ich die Ladestation per ESP-12E. Seitens des Roboters würde ich den ESP-12E vom Strom trennen, solang ich den nicht brauche. Steuern tu ich, im Standmodus, allein mit einem ATmega328P, der mit 3.3V betrieben wird. Der 328P überwacht dann auch die Spannung an den einzelnen Akkuzellen. Wenn eine Akku-Zelle fast leer ist, bläst der 328P zum Laden, indem er den ESP-12E einschaltet, der dann die Steuerung des Roboters übernehmen könnte und die Ladesteuerung, wenn er an/in der Ladestation steht (falls der die dann findet). Falls ich Daten speichern und laden muss, kommen die dann in den Speicher vom ESP-12E und falls der 328P Daten laden muss, holt der sich die dann von dort. Ist nach einem Neustart alles initialisiert und der Roboter dort, wo er sein soll, kann der ESP-12E abgeschaltet werden.




MfG

- - - Aktualisiert - - -

Hier hat mal jemand so ein 3s-Lader aufgebaut: https://fpv-community.de/threads/lip...igenbau.64194/
Hat er alles gut beschrieben und erklärt. Wer in der dunklen Jahreszeit zu Weihnachten Lust drauf hat, der hat hier glaub ich ein passendes, erprobtest Projekt.

[Holomino]

Fragen:
- Du schaltest das Netzteil des Ladegerätes über nen ESP. Wie wird der ESP versorgt?
- Wie misst Du an der Ladestation, dass auch die Kontakte der Balanceranschlüsse verbunden sind?
- Wie ermittelst Du den Ladeschluss ohne Strommessung?
- Ein Grund, die Lademimik on-board zu nehmen war bei mir, Messfehler durch Kontaktwiderstände zu vermeiden (da rastet nix ein, wie bei gewöhnlichen Steckern, zuverlässig geht Anders). Wie willst Du das handhaben?
- Üblicherweise misst man die Zellen, wenn der Balancerstrom nicht fließt. Wie willst Du das synchronisieren?

[Moppi]

Holomino,

das ist alles noch gar nicht ausgereift. Du treibst mich gerade an

Du schaltest das Netzteil des Ladegerätes über nen ESP. Wie wird der ESP versorgt?

Das würde mir am besten gefallen, wenn ich die Ladestation über zwei zusätzliche Kontakte vom Roboter aus versorge. Bloß, eigentlich muss die ja Strom haben, wie soll der Roboter die sonst finden?

Wie misst Du an der Ladestation, dass auch die Kontakte der Balanceranschlüsse verbunden sind?

Am 328P, an den AD-Eingängen. Wenn der LiPo nachgeladen werden muss, sinkt die Einzelzellspannung auf 3.3 bis 3.7V. Beim Laden sollten das 4.2V sein, die dann an einer Zelle anliegen. Wenn der Wert also von 3.7V deutlich gestiegen ist, weiß ich, dass Kontakt da ist - so meine Vorstellung. Hier könnte es das ein oder andere Problem geben, aber: die Kontakte würde ich so großzügig auslegen, dass die einen Kontakt zum Roboter haben müssen, wenn der die Ladestation getroffen hat. Übrigens kann ich auch erst das Ladegerät an die 220V anschalten, das würde nichts machen.

Wie ermittelst Du den Ladeschluss ohne Strommessung?

Macht das Ladegerät ja selber. Das würde also sowieso abschalten. In Abständen von meinetwegen 6 Minuten kann ich die Ladekontakte unterbrechen und der 328P ermittelt die Spannung an den Zellen. Sollte eine Zelle über 4.2V sein, könnte ich das Laden abbrechen.

Ein Grund, die Lademimik on-board zu nehmen war bei mir, Messfehler durch Kontaktwiderstände zu vermeiden (da rastet nix ein, wie bei gewöhnlichen Steckern, zuverlässig geht Anders). Wie willst Du das handhaben?

Die Übergangswiderstände sind bei den Relais vorhanden und betragen - anscheinend typisch - 100mOhm. Für das Ladegerät sollte das kein Problem sein, da ja an Stecker und Kabel vom Akku normalerweise auch schon mit einem Übergangswiderstand zu rechnen ist. Ein Übergangswiderstand, bei den Kontaktflächen, sollte vernachlässigbar sein, weil die vermutlich eine Fläche von ca. 2cm² haben werden und die eigentliche Kontaktfläche vom Roboter bei ca. 5mm² liegen dürfte (muss ich mal schauen, was sich da realisieren lässt).

Üblicherweise misst man die Zellen, wenn der Balancerstrom nicht fließt. Wie willst Du das synchronisieren?

Wie gesagt, stelle ich mir vor, dass der Roboter die Ladestation steuert. Der könnte also die Ladekontakte zu- und abschalten. Weiter oben im Thread hatte ich schon geschrieben, dass es möglich ist, den Akku in der Schaltung zu belassen, das Ladegerät stört es nicht. Dementsprechend würde der 328P auch dauernd die Zellspannung messen, egal ob die Ladekontakte geschlossen sind oder auch nicht.



MfG

- - - Aktualisiert - - -

Mir ist gerade noch was eingefallen zum Thema:

Wie misst Du an der Ladestation, dass auch die Kontakte der Balanceranschlüsse verbunden sind?

Wenn ich mit Relais schalte, sind das immer Wechsler. Die Kontaktflächen in der Ladestation werden dann also immer an den einen oder anderen Kontakt, im Relais, gelegt. Solang das Relais nicht umgeschaltet hat, kann ich so auch die Zellspannung des Roboters in die Ladestation verfügbar machen, wo sie ebenfalls gemessen werden kann, meinetwegen auch mit einem 328P. Dann könnte direkt der Kontakt "gemessen" werden. Wenn der Kontakt dann sichergestellt ist, können die Relais umgeschaltet und das Ladegerät an die 220V verbunden werden.