Lithium Ionen Akku in Reihe, Parallel und laden

[Omnikron]

Hallo zusammen.
Ich bin bei Pollin auf einen Lihtium-Ionen-Akku gestoßen (Best-Nr 270597), und überlege nun ob er sich für meine Roboter Projekte lohnt. Ein Akku liefert 3,7V und 1400mAh, und das für gerade mal 2€!

Ich bin leider noch etwas skeptisch, da ich kein Ladegerät für solche Akkus besitze. Da kommt auch meine erste Frage. Kennt jemand einen fertigen Ic, der das laden übernimmt, oder muss ich einen Avr proggen , der dann irgendwie umständlich per pwm eine konstantspannung liefert und die Ströme überwacht?

Außerdem frage ich mich, wenn ich diese Akkus als akkupack parallel (3x) und in Reihe (4x) schalten möchte, um so zB. mit insgesamt 12 Akkus auf 14,8V und 4,2Ah zu kommen, wie man eine Ausgleichung unter den Akkus realisieren kann. Ansonsten würde es doch unkontrollierbare Ausgleichsströme zwischen den Akkus geben, die im ernstfall den Akku irreparabel beschädigen, nciht wahr?
Also auch hier die Frage: Lassen sich die Akkus im Betrieb ausgleichen, also gegenseitig anpassen, ohne auf eine fertige, und meist sehr teure, Lösung zurück zu kommen? Vielleicht gibt es auch hier IC's die über FETs die Belastung der einzelnen Zellen regellt.?.

Für jeden Tipp der mich einer Lösung weiter bringt bin ich sehr dankbar.


mfg
Omnikron

Achso: Ich bin mir natürlich im klaren das Li-Ione Akkus empfindlich auf unsachtgemäße Behandlung, wie überladen, kurzschließen, ..., reagieren.

[gunzelg]

Hallo Omnikron

wir setzen in der Arbeit LiPo's ein. Die dürften ähnlich sein. LiPo's kann man beliebig parallel einsetzen. "Profis" achten beim Laden seriell verschalteter Zellen, dass die Einzelzelle nicht über 4,2 Volt abkriegt.

Wir laden die Zellen primitiv über konstantstrom und beenden das laden, wenn 4,2 Volt Zellenspannung erreicht sind.

Gerhard

[Omnikron]

Hallo gunzelg
das habe ich mir schon fast gedacht, dass ich bei einer Parallelschaltung der Akkus kaum probleme bekommen werde. Aber wie machen das die "Profis" mit seriell verschalteten Zellen. Da kann, muss man dann doch balancer einsetzten? Gibt es da ic's die die Überwachung (pro Zelle <4.2V) übernehemen? Wie sehen diese Balancer aus?

Omnikron

[gunzelg]

Ein balacer ist nichts anderes als ein Shunt- oder parallel-Regler. Ein Operationsverstärker - der gleichzeitig von einer Zelle Versorgt wird - misst die Zellenspannung und steuert einen Leistungstransistor an, der bei Überschreiten der 4,2 Volt den Transistor ansteuert und damit den Ladestrom an der zelle vorbeischleust. In der Arbeit habe ich irgendwo so eine Schaltung.

Gerhard

[Omnikron]

Ich verstehe dass jetzt so, dass ich mit dem Ding gleichzeitig 3 (oder 4) in serie geschaltete Li-Akkus laden kann. Ich brauche dann einen Balancer , bzw. son speziellen OpAmp mit Transistor pro Zelle nicht wahr?
Gibt es die Möglichkeit, das du die Schaltung bei gelegenheit hier mal postest?
Jetzt bin ich aber neugierig geworden ...

Omnikron

[gunzelg]

ja, mach ich.

Zum Laden: die zellen (bei uns sinds in der Regel 3 in Serie) werden mit Konstantstrom geladen (Vorraussetzung für den Balancer, sonst krachts) und zu jeder Zelle parallel wird ein balacer angeschlossen. (letzteres machen wir aber nicht - wir haben uns zwar so einen Balancer gekauft, verwenden ihn aber nicht.) Wir haben festgestellt, dass die LiPo's auf Tiefentladung weitaus empfindlicher reagieren als auf Überladen.

Gerhard

[Omnikron]

"... Wir haben festgestellt, dass die LiPo's auf Tiefentladung weitaus empfindlicher reagieren als auf Überladen."

tatsächlich?
Bei einer Tiefentladung würden die akkus doch "nur" kaputt gehen, ohne voher zu explodieren oder?

Da fällt mir aber auf, das der erwähnte Akku von Pollin bereits eine externe Beschaltung aufweist. Das Produktfoto gibt leider nur wenig Aufschluss über die Funtkion dieser Platine, aber es wäre doch möglich das dort bereits ein Balancer oder Tiefenladungschutz integriert ist.

Oliver

[ähM_Key]

aber es wäre doch möglich das dort bereits ein Balancer oder Tiefenladungschutz integriert ist.

Ich glaube sowas (eine Schutzelektronik) [edit] muss sogar jeder Lipo integriert haben. Oder zumindes ein Schutz gegen Explosionen...das könnte kein Akkuhersteller verantworten.
:D

MK

[gunzelg]

Hallo

ich weiss nicht wann ein LiPo explodiert. Auf jeden fall nicht, wenn er mal statt 4,2 Volt, 4,5 Volt hat. ich weiss nur, dass wenn es mal -blöderweise - unter 2 Volt hat ](*,) , ist es nur noch Sondermüll.
Eine einzelne Zelle braucht ja keinen balancer, darum kann ich mir auch nicht vorstellen, dass in dem abgebildeten Teil sowas drin ist.

Gerhard

[gunzelg]

Hallo

hier die Balancer-Schaltung:

Gerhard

[PICture]

Hallo!

Ich glaube, dass für eine Explosion entscheident die Temperatur der Zelle ist, da ich aus meinem ziemlich warmen Notebook das Akkupack rausgenomen, zerlegt und vermessen habe. Jeder von drei, bestehender aus zwei paralell geschalteten Akkus, hat 5,5V gehabt !!! :roll:

MfG

[Omnikron]

Vielen Dank für die Schaltung Gerhard.
Wird an dem Poti R4 die Grenzspannung von 4.2V eingestellt? Wo kann ich die denn messen? Also wie muss R4 eingestellt sein?
Und die LED spricht an, sobald T1 geöffnet wird um die Zelle zu entlasten.?

Werd das dann sogleich die Akkus da sind ausprobieren.

Omnikron

[gunzelg]

Hallo Omnikron

ja, am Poti wird die Grenzspannung eingestellt. Wir haben das beim Laden justiert. Also wenn die Spannung über 4,2 Volt steigt, wird eben korrigiert. Die Led leuchtet, wenn die Schaltung anspricht.

Gerhard

[Roberto]

Hallo Leute

Habe auch so einen Lithiumakku.
Die Schaltung habe ich getestet. Ist nur eine Unterspannungssicherung die bei ca. 2,6Volt den Akku trennt.

Zum Balancer ist mir nicht klar.
Kommt der Parallel zur Zelle?
Schliesst der dann die Zelle nicht kurz ?

l.G. Roberto

[gunzelg]

Jo, die Schaltung wird parallel zur Zelle angeschlossen. Während die Zellen geladen werden, leitet die Schaltung den Strom an einer Zelle vorbei, wenn diese die maximale Spannung erreicht hat.

Gerhard

[Roberto]

Hallo Gerhard
?
Aber wie leitet er sie den vorbei?
Der Transistor müsste doch die Zelle kurz schliessen ??

l.G.

[gunzelg]

jein, der Transistor ist ja kein Schalter. Der wird vom Operationsverstärker so weit aufgesteuert, bis die Spannung wieder stimmt. Das ist ein Parallelregler. Anders geht das ja nicht.

Gerhard

[Roberto]

Hallo Gerhard
Danke. So betrachtet , schaut das ja gleich anders aus ;-)
Da kann ich gleich mit meinem Link beitragen:
http://www.aero-hg.de/lipobal.html

Aber wenn ich da so lese , dass es da Probleme mit dem Fet's geben kann (Wärme, bei grossen Ladströmen und eventuell Kurschluss wenn der Fet kaputt ist)

Könnte man das nicht irgendwie mit zwei Fet's machen ?
Einer schaltet wie üblich die Leitung kurz und einer trennt auch die Leitung zur Zelle?

l.G. Roberto

[gunzelg]

Hallo Roberto

wenn die Schaltung von der Zelle getrennt wird, kann sie natürlich ihre Aufgabe nicht mehr wahrnehemen. Als Schutz gegen Kurzschluss bei einem Defekt würde ich doch bloss ne Sicherung nehmen. Aber das Problem besteht natürlich. 4.2 Volt * 1A ist schon mal 4.2 Watt. Ohne Kühlkörper geht da nix mehr. Aber das ganze ist doch eine Frage der Auslegung. Wenn Du einen 3300mAh-Akku mit 3.3A lädst , wird das schon warm. Da gehört dann schon ein entsprechender Kühlkörper ran. Aber wir laden unsre Akkus nur mit maximal 1A.

Gerhard

[avion23]

Hallo,
was haltet ihr von folgender Schaltung:
http://www.richard-dj1pi.de/modell_elektron.html

Der Spannungsteiler mit den 10k Widerständen spaltet die Gesamtspannung in gleichmäßige Abschnitte. Mittels des operationsverstärkers und Hysterise werden einzelne Zellen dann stärker geladen/entladen.

Das hat den Vorteil, das es beim Laden und Entladen funktioniert, nicht abgeklemmt werden muss, kaum Verlustleistung hat und eleganter ist :)

Die Bauteilkosten sind gering. Operationsverstärker lm358 ist ein Cent Artikel. Der L272 ist als Impedanzwandler geschaltet und ist für die Leistung zuständig. Weiter unten auf der verlinkten Seite ist auch eine Schaltung, in der der Impedanzwandler durch eine diskrete Push-Pull stufe aus Leistungstransistoren ersetzt wurde - was noch billiger ist.

Noch direkt zwei Fragen von mir:
1. Kann man die Leistungsstufe weglassen, wenn man mit dem Strom des lm358 zufrieden ist? Dieser ist meines Wissens nach kurzschlussfest mit 500mA

2. Kann man diese Technologie mit *fast* gleichen NiMh Zellen verwenden? Diese haben bei Überladung durch den gestiegenen Gasdruck einen negativen Spannungskoeffizienten, d.h. bei Überladung sinkt die Zellenspannung etwas. Handel ich mir dadurch Probleme ein? Bestehen diese noch, wenn die Zellen aus der selben Charge sind und *relativ* gleich? Es handelt sich nicht um ein Akkupack, d.h. gleich Abnutzung/Temperatur.

[Tido]

Hallo,

hier gibt's den Balancer für 4,95€:

http://www.elv.de/output/controller.aspx?cid=74&detail=10&detail2=14229

[gunzelg]

Is ja einnettes Teil. Ich denke aber, dass die Schaltung nur geeignet ist in einem System das nur aus einem Akku besteht zu arbeiten, nicht aber, wenn 2 oder mehr in Reihe betrieben und auch so geladen werden sollen.
Trotzdem, nicht schlecht...
Gerhard

[Tido]

@gunzelg: Beim Laden teilt sich die Ladespannung entsprechend an den in Reihe geschalteten Akkus auf; Beträgt die Spannung an einem Akku mehr als 4,25V, so wird der Akku (teilweise) überbrückt so dass die Spannung eben 4,25V beträgt. Meine LiIon-Akkus laufen so schon einige Jahre problemlos (8 Zellen: je 2 parallel + Balancer und diese vier "Doppelzellen" in Reihe).

[Roberto]

Hallo gunzelg

wenn die Schaltung von der Zelle getrennt wird, kann sie natürlich ihre Aufgabe nicht mehr wahrnehemen.

mmhh..
Meinte mit zwei Fet's. Der eine schliesst die Anschlüsse kurz (andere Zellen in Serie können noch weiter geladen werden( mit konstant Strom)) und der andere trennt die eine Zelle von der Leitung.
Aber für die normalen Leistungen reichen vermutlich auch die üblichen Balancer.
Gehe eigentlich davon aus, dass das alles dann schon auf der Zelle ist (Balancer und Unterspannungs Erkennung)

Habe da mal so grosse Lipos in einer Zeitschrift gesehen.
Die hatten zwei dicke Anschlüsse für die Versorgung (+-) und dann noch ein paar dünne Leitungen extra.
Kannst Du mir sagen, für was die sind ?

l.G. Roberto

[gunzelg]

Ich könnte mir vorstellen, dass das mehr als eine Zelle war. Und da sind dann wohl die einzelnen Anschlüsse, z.B. für einen Balancer rausgeführt.
Gerade bei Modellbau-Akkus ist das - denke ich - standart.
http://www.e-heli-shop.de/e-vendo.php?shop=weissgrau&SessionId=&url=http%3A%2F%2Fwww.e-heli-shop.de%2FElektrik%2FAkku-s%2FLiPo%2F3-Zellen%2FGraupner-LiPo-Akku-3-Zellen-1-000-mAh-BEC.htm%3Fshop%3Dweissgrau%26a%3Darticle%26ProdNr% 3DG7625.3%26t%3D26%26c%3D6766%26p%3D6766

Gerhard

[Omnikron]

wie funktioniert das mit den Balanceranschlüssen? Kann man dort jede Zelle einzeln abgreifen?

omnikron

[Tido]

Ja, kann man (sofern nicht zwei parallel geschaltete Akkus an einem Balanceranschluß hängen, wie z.B, bei den Dell-Laptop-Akkus).