FET-Schalter

[Moppi]

Ich verstehe zu wenig von Ladeschaltungen. Drum kann ich so etwas nicht mal eben bauen und erklären müsste man es mir von der Pike auf. Sonst kann ich schwer folgen. Ich hatte nun schon einige Fragen gestellt, aber leider darauf auch keine Antwort bekommen. Gewisse Dinge weiß ich aber, weil ich sie einfach schon ausprobiert habe. Und darauf basierend jetzt nochmal anders gefragt und gedacht:

Ich bin auch immer noch der Meinung, ich habe das schonmal irgendwo geschrieben, dass ich auch gar keinen Lader in der Form bräuchte.
Warum nicht? - Weil wichtig ist, dass die Energie in die Akkuzellen rein kommt. Jetzt hier an der Stelle die Frage: Gibt es hierbei etwas zu beachten? Außer, dass die Zellen nicht überladen werden?

Jetzt ganz naiv einmal der Gedanke, wie folgt und von ganz vorn.
Ich nehme einen Step-Down-Konverter und stelle den auf 12,5V ein. Dann stelle ich die Strombegrenzung auf 1A ein. Den Konverter schließe ich an den Plus- und Minuspol des Akkus an. Dazwischen sind alle Akkuzellen in Reihe geschaltet. Jetzt nimmt der Akku die Energie auf, bis die Zellen "voll" sind, also kaum mehr Energie in den Akku hinein fließt. So weit muss das doch funktionieren? Schadet diese Vorgehensweise den Zellen im Akku?

Im zweiten Schritt müsste ich dafür sorgen, dass keine Zelle überladen wird. Also jede Zelle wenigsten ab und zu kontrollieren, welche Spannung dort schon anliegt.

Wenn ich den Akku in der Schaltung drin belasse, ist es dann überhaupt möglich, jede Zelle einzeln zu laden oder muss dazu der Akku nicht ausgebaut werden? Hier meine ich, eigentlich müsste er ausgebaut werden. Ob der Test funktioniert hat, den Akku zu laden, als an der Schaltung angeklemmt war, mal außen vor gelassen.


MfG

[Holomino]

Wenn Du ein Zell-Ungleichgewicht hast, ja. (->Balancing)
Ansonsten nein.
Informelle Frage: Wo bekommst Du den Konstantspannungs-Step-Down mit integrierter einstellbarer Strombegrenzung her?

[Moppi]

Habe ich gekauft.

5,59 EUR bei Amazon, Step-Down/Step-Up, kostenloser Versand. Mit Blechgehäuse und Kühlkörper.


MfG

[Holomino]

Super, dann fehlen Dir ja nur noch das Balancing und das Monitoring, dass Deine Stromregelung im Step-Down sofort auf Balancerstrom herunterregelt, sobald es feststellt, dass eine Zelle das kritische Niveau von 4,2V erreicht hat.

Ist doch easy, oder nicht?

[Moppi]

Danke für die Nachfrage, Holomino!
Bei dem letzten Konverter sehe ich gerade, dass ich gar nicht weiß, ob der Strom einstellbar ist. Ich war davon ausgegangen, weil der 2 Trimmer drauf hat. Ist aber Step-Up/Down. Gut, dass ich das mal gesehen habe!

Aber ich habe schon andere bestellt, das sind Konstanstromregler einstellbare Spannung und Strom, aber nur Step-Up. 3,19EUR, kostenloser Versand, ohne Kühlkörper und Gehäuse - gleich noch zwei nachbestellt.

Ob das so einfach ist? Wenn Du es sagst!

auf Balancerstrom herunterregelt, sobald es feststellt, dass eine Zelle das kritische Niveau von 4,2V erreicht hat

Das verstehe ich noch nicht.


Und mal noch was zur Einzelladung der Zellen:

Warum muss man die vollquetschen, bis nichts mehr reinpasst?
Die Zellen werden altern und unterschiedlich schnell vermutlich. So dass eine Zelle nie ganz so "voll" wird, wie eine andere Zelle. Für eine lange Lebensdauer lädt man die sowieso nicht voll. Daher könnte ich doch dann auch einfach alle Zellen laden, meinetwegen über so einen Konverter, bis eine Zelle meinetwegen 4V erreicht hat, dann höre ich auf zu laden, egal, wie voll die andern Zellen sind. Beim Entladen richte ich mich auch nach der schwächsten Zelle. Driften die Zellen zu weit auseinander bzw. verkürzt sich die Nutzungsdauer des Akkus erheblich, muss der ausgetauscht werden. Noch eine Frage: muss die Ladespannung größer sein, also beispielseise 13V (das wären pro Zelle 4.33V was ja eigentlich zu viel wäre, wenn eine Zelle so weit aufgeladen würde)?



MfG

[Klebwax]

Allerdings bin ich auch zugegebenermaßen hier im Forum wohl einer der letzten Bauteilfummler, die ihre Platinen noch selber ätzen, statt sich ausschließlich oder zumindest regelmäßig aus dem reichhaltigen Fundus der chinesischen Billigstmodule zu bedienen

Der letzte sicher nicht. Ich ätze zwar nicht selbst, mache aber viele Platinen. Für 11 bis 12€ bekomme ich einen Satz Platinen bis zu 100*100mm, durchkontaktiert und mit Lötstoplack. Meine Prozessorboards habe ich alle selber gemacht. Spannungsregler und die ublichen Sachen sind da gleich mit drauf. Wichtig ist die Adaptierung nach Außen: ein passender Stecker für Programmer/Debugger, eine Buchse oder Schraubklemme für die Stromversorgung, manchmal auch eine USB-Buchse um 5V von einer Wandwarze oder einer Powerbank zu nutzen. Zusätzlich LEDs und Testpads zum Debuggen mit Scope oder LA.

Nun kann und will ich nicht jedes moderne SMD Gehäuse selber löten. Daher verwende ich zusätzlich fertige Module, die häufig auch noch einfacher zu beschaffen sind, als das IC selbst. Diese setze ich als "Bauteil" auf meine Platinen. Die Innenschaltung dieser Module sehe ich aber als Teil meines Schaltplans, auch wenn ich das selber möglicherweise etwas anders gelöst hätte. Und wenn sie doch extern sein sollen, kommt ein passender Pinheader auf mein Board, damit möglichst glatte Kabel verwendet werden können.

MfG Klebwax

[Moppi]

Ich habe in einem andern Forum noch weiter gelesen, ob laden, ohne Balancer, sinnvoll ist. Es gibt Leute die laden ohne. In dem Zusammenhang gibt es aber offenbar viel Gefahrenpotential durch Überladen. Es soll ein geringes Überladen genügen, dass ein Akku anfängt untauglich zu werden und später zu brennen. Ich traue mir durchaus zu, die Schaltung so zu bauen, dass der µC die Spannung kontrolliert und früh genug abschaltet. Aber, da das durch Software gesteuert ist, könnte früher oder später, durch Unachtsamkeit, sich ein Fehler einschleichen, so dass dann nichts mehr abschaltet oder zu spät abschaltet. Ich habe nach Netzteilen geschaut. Da bekomme ich etwas zwischen 5 und 12 EUR. Je nachdem, Schaltnetzteil oder Trafo. Ich spare mit einem zusätzlichen Netzteil keinen Platz, mit zusätzlichen Relais auch nicht. Relais setze ich aber auf jeden Fall ein. Zum Schalten der 220V~ sowieso. Das Wechselstromnetz abzutrennen, sehe ich als ein Muss an, kein Kann. Wenn ich eine fertige Ladeschaltung einsetze, erfüllt die alle Sicherheitsanforderungen. Ich hätte so zwei Sicherheitsstufen. Zum einen die fertige Ladeschaltung mit Balancer, die ein Überladen verhindern soll und vor Ladebegin kontrolliert, ob die Akkuzellen nicht zu tief entladen sind oder der Akku defekt ist. Sollte kein richtiger (ausreichender) Kontakt, zwischen Zellen und Ladegerät, zustande kommen würde auch das dazu führen, dass das Ladegerät vermutlich gar nicht lädt. Einen µC verwende ich immer zur Kontrolle, um früh genug das Laden zu beenden bzw. abzubrechen. Die Kontaktsicherheit zur Ladestation kann durch messen kontrolliert werden.


Die Ladestation hat nicht oberste Priorität, die werde ich dann bauen, wenn das Übrige funktioniert. Solange "schlafe" ich drüber und zur gegebenen Zeit treffe ich eine Entscheidung, wie ich es letzten Endes dann baue. Teile habe ich jetzt bestellt, um es so oder anders bauen zu können.


Es gibt auch MOSFET-Relais. Alle die ich fand, schalten aber nur geringe Ströme.






MfG

[Manf]

Die Diskussion ist jetzt schon relativ weit fortgeschritten, wenn aber noch mal grundsätzlich darüber nachgedacht wird ist es vielleicht nicht zu spät für grundsätzliche Überlegungen. Der Philosophie oben "Daher verwende ich zusätzlich fertige Module, die häufig auch noch einfacher zu beschaffen sind, als das IC selbst." finde ich auch sehr überzeugend.

Für Stromversorgungen bei mobilen Modulen habe ich lange überlegt ob NiMh Akkus mit ihrer Modularität in Haltern zu 3 oder 4 Stück besser sind oder ob man doch lieber LiIon Akkus nimmt, die ja leichter sind pro Kapazität aber nicht ganz so einfach zu laden. Ein Stabilisierung für den Verbraucher benötigt man häufig zusätzlich und eine Endabschaltung.

Insgesamt läuft es oft darauf hinaus, eine Powerbank nachzubauen die es im einfachsten Fall für nicht viel mehr als die LiIon Zelle gibt.
USB-Powerbank LOGILINK PA0085, 2200 mAh 3,95€
LiIon-Akku LG INR18650-MJ1, 3,6V, 3,5Ah 3,95€
LiIon-Akku Samsung ICR18650-22P 3,6V, 2,2Ah 3,50€

Man hat dann ein Modul mit 5V Eingang und 5V Ausgang und eigener Lade- und Abschaltkontrolle. (Auch noch mit Led Anzeige der Ladekontrolle.) Die zusätzliche Größe des eigenen Gehäuses und der Steckverbinder USB-A und USB Micro kann man ggf. auch noch leicht umgehen. Es gibt das Steuermodul höchstwahrscheinlich auch einzeln, aber für die Preisdifferenz habe ich es noch nicht gefunden.

(Nur mal so als Überlegung für den 5V Einsatz. Der Strom ist begrenzt und die Zusammenschaltung (oder Zusatzausgang, oder Extrakonverter) für höhere Spannungen muss auch noch gemacht werden. )

[Moppi]

Ich habe verschiedene Spannungen.

- 12V für einen Lüfter
- Maximal 6V (besser nur 5V) für die Motoren
- 3.3V für einen ATmega328P
- 6V am Powereingang zum nodeMCU, der Spannungsregler dafür sollte bis 500mA liefern, so kann ich auch den verwenden, der auf dem Board drauf ist

Ich denke auch, dass in den meisten Robotern mehr als eine Spannung benötigt wird. z.B. die Saugroboter. Von daher bin ich jetzt gar nicht auf die 5V von der PowerBank gekommen. Ich denke aber auch, die ist schwerer, als ein LiPo mit gleicher Kapazität.
Ich bin leider ein LiPo-Anwender. Kommt daher, dass ich früher oft andere Akkutypen genommen habe und die alle nie lange durchhielten, nach meinem Empfinden war das immer viel zu kurz. LiPo hat mich zufriedengestellt. Weil eben hohe Ströme kein Problem sind, das Gewicht ist niedrig, die Spannung bewegt sich in einem engen Bereich, beim Zustand zwischen "voll" und "leer", sie lassen sich gut laden. 5500mAh sind in 5.5h, bei 1000mA Ladestrom, aufgeladen, da kann man fast eine Uhr nach stellen. Und 1000mA Ladestrom ist sozusagen die Schonvariante (weniger Ladestrom geht natürlich auch). Größere Akkus - gerade die 5500mAh - lassen sogar höhere Ladeströme zu, so dass die auch mit 3A oder 5A geladen werden können (je nach Akku), was die Ladezeit entsprechend verkürzt. So ist mein 5500mAh-Akku, bei 3A max. Ladestrom, dann eben auch in 1.5h bis 2h geladen. Der Akku kann immer nachgeladen werden, der muss nicht erst leer sein. Außerdem habe ich noch nicht festgestellt, dass ein LiPo beim korrekten Laden warm oder gar heiß wird. Wenn der wirklich warm wird, stimmt was nicht, dass ist mir nur ein Mal bis jetzt untergekommen, und da weiß ich nicht, was die Ursache genau war.




MfG

[Manf]

O.k. nur noch mal zur Verdeutlichung was ich meinte, hier ein Foto von einer Powerbank mit Akkuzelle.
Auf das Kunststoffgehäuse kann dabei leicht verzichtet werden.