LiPo-Akku mit Solarzelle laden

[Janscha]

Hallo zusammen,

Ich habe ein Problem, das vielleicht ein wenig komplizierter ist als es vom Titel her scheinen mag.

Ich hatte ursprünglich die Idee, als Matur(Abitur)arbeit ein RC-Flugzeug zu bauen, welches auf den Tragflächen flexible Solarzellen hat, welche den Flugakku während dem Flug aufladen, bzw. die Empfängerelektronik bei starker Sonneneinstrahlung direkt speisen. Somit wir der Strom nur bei schwacher Sonneneinstrahlung (z.B. Wolken) vom Akku gebraucht. Damit würde man eine deutlich längere Flugzeit erreichen.

Wenn ich normale NiMh/NiCd-Akkus brauchen würde, wäre das alles kein Problem. Doch ich habe mich entschlossen, als Akku einen LiPo zu benützen. Dies hat zur Folge, dass ich noch eine Ladeschaltung für den LiPo-Akku einbauen muss. Leider habe ich keine ahnung, wie ich diese Schaltung machen soll, da sie nur das nötigste an Bauteilen und Funktionen beinhalten soll (Gewicht).

Ich habe Erfahrung mit dem Lötkolben und habe auch schon so manche Schaltungen gelötet, bzw. Platinen geätzt.

Ich würde mich sehr freuen, wenn mir jemand mit einer Schaltung weiterhelfen könnte. Diese sollte die Ladeschaltung für den Lipo und zugleich die Schaltung für die Stromversorgung beinhalten.

Falls diese Idee nicht umsetzbar ist, so wäre ich froh wenn mir das jemand sagt, da ich sonst die ganze Arbeit umsonst mache. O:)

Mfg Jannik

[Besserwessi]

Wenn die Leistung der Solarzelle relativ gering ist (weniger als etwa 1 C), sollte es reichen die Ladespannung zu begrenzen. Es muss also nur verhindert werden das die Spannung an den Zellen größer wird als die im Datenblatt angegebene Maximalspannung. Wenn man die Akkus wirklich bis zum letzten voll laden will muß man eventuell die Akkutemperatur berücksichtigen. Wenn man etwas Reserve läßt, den Akkus also eventuell nicht ganz voll macht, dann sollte man auf die Temperaturkompensation verzichten können. Bei der Ladeschlußspannung ist vor allem Zuverlässigkeit gefragt, denn 50 mV zu viel können die Lebensdauer radikal reduzieren. Besser 50 mV zu wenig, dann hat man mehr Lebensdauer und nur etwas weniger nutzbare Kappatzität.

Komplizierter wird es erst wenn die Solarzelle relativ groß ist und man den Ladestrom begrenzen muss.

[avion23]

Ein Modellflugzeug mit Solarzellen? Wieviel wiegen denn die Zellen? IMHO lohnt sich das nicht.

Aber als Lösung deines Problems: Du brauchst Solarzellen mit Nennspannung(Solarzelle) > Nennspannung(Akku), damit überhaupt Strom fließen kann.
Die Oberfläche des Modellflugzeugs ist extrem klein, d.h. die Solarzellen werden wenig Leistung haben. Die "überschüssige" Leistung kannst du mit einem Shunt regulator verheizen. Als Bauteil könntest du z.B. den TL431 verwenden. Schau dir mal das Datenblatt an, ist sehr verbreitet. Die Spannung des Shuntregulators solltest du dann auf n*4.2V stellen, n = #lipo-Akkus. Den Shunt regulator solltest du parallel zu den Akkus hängen, die Verbindung sollte niederohming sein. Die vom shunt regulator ab zu führende Leistung dürfte extrem gering sein weil deine Akkus niemals voll werden.

[Janscha]

@avion23: Die Solarzellen wiegen 36g pro Solarzelle. Was die Grösse des Flugzeugs betrifft, bin ich ziemlich flexibel, da ich einen Grossteil aus Carbon fertige und auch sonst nur extrem leichte Baustoffe verwende.

@Besserwessi: Die Nennspannung einer Solarzelle ist 3V (bzw. 6V) und der Nennstrom ist 400mA das heisst ca. 1W (bzw. 2W). Als LiPo nehme ich einer mit einer Spannung von 3,7V und 1000mAh Kapazität. Auf die Temperaturkompensation würde ich gerne verzichten, da die Schaltung dann zu aufwändig würde. (Und ich will ja keinen Weltrekord für Langstreckenflüge aufstellen O:) )
Könntest du bzw. jemand mir eine Schaltung(-plan) empfehlen?
(Ich kann nämlich keine komplizierten Schaltungen selber entwerfen.)

Mfg Jannik

[daniel.weber]

sollte jemand eine konkrete Schaltung zum Laden von LiPos haben, die würde mich auch interessieren :) habe bisher weder einen Ladecontroller noch Schaltungen gefunden, die einen sicheren Ladevorgang zulassen, daher muss ich im Moment noch auf Lipos verzichten, kann sie einfach nicht laden :(

[Janscha]

@daniel.weber: Ich hab mal ein bisschen gegoogelt und bin auf ein paar mehr oder weniger brauchbare Schaltpläne gestossen:

Hier ein paar Links:

http://homepages.paradise.net.nz/bhabbott/lion.html (nur für einzellige LiPos)
http://home.arcor.de/christianpetry/etechnik/lipolyladegeraet.html (der hier ist auch führ Mehrzellige gedacht)

Hoffe ich konnte dir hellfen :)

Mfg Jannik

[merlin63]

hallo leutz

wäre ...DAS... (http://www.datasheetcatalog.net/de/datasheets_pdf/M/A/X/1/MAX1758.shtml)
vieleicht was für diese aufgabe?

LG thomas

[Besserwessi]

Die Solarzellen mit 3 V sind zuwenig um direkt zu laden. Die 6 V sind reichlich viel, da wird man relativ viel Leistung verschenken. Die 400 mA Ladstrom sollten für 1000 mA Akkus wohl noch gehen, man muß aber mal im Datenblatt der Akkus nachsehen. Für einen guten Wirkungsgrad wäre das oben vorgeschlagene IC MAX.... im Prinzip schon richtig. Nur die Version ist mehr was für mehr als eine Zelle. Für eine Zelle trauen die sich nicht einmal einen Wirkungsgrad anzugeben.

[Janscha]

@Thomas: Vielen Dank! Genau so habe ich mir das vorgestellt! Das wird auch vom Gewicht her kein Problem!

@besserwessi: Dieses IC von Thomas hat ja als min. Spannung 6V, desshalb wird auch nicht allzuviel Strom verloren gehen!? Oder sehe ich das völlig falsch? Klar wird ein Teil des Stroms verbraucht, aber das spielt ja keine allzugrosse Rolle, solange der Strom ausreicht.

Nun zu meiner anfänglichen Frage zurück:

Wie könnte der Rest der Schaltung aussehen (Kombiniert mit dieser)?

Das heisst, dass der Strom von der Solarzelle immer optimal genützt wird? (wenn der Motor, bzw. der Empfänger nicht den ganzen Strom der Solarzelle benützt, wird der Akku geladen)

Lg Jannik

[Eimer22]

http://home.arcor.de/christianpetry/etechnik/lipolyladegeraet.html

Was spricht dagegen diese Schaltung zu nutzen?

[daniel.weber]

nichts, was sollte dagegen sprechen??

[PICture]

Hallo!

Die vorgeschlagene Schaltungen mit ICs eignen sich als Ladeschaltungen, wenn sie stets mit einer fester Spannung versorgt werden. Wie werden sie sich aber verhalten, wenn die Spannung der Solarzelle niedriger oder sogar 0V wird?

Ich möchte sehr einfache Schaltung vorschlagen (siehe Code) und bin dankbar für alle Beurteilungen, da ich kein Spezialist im Bereich LiPos bin.

MfG

3 Si Dioden (z.B. 1N400X)

+->|->|->|-+------> Last (Motor, usw.)
.-|-. |
| | |
| | |
| | |
Solarzelle | | - LiPo
6V/400mA | | --- 3,7V/1Ah
| | |
| | |
| | |
'-|-' |
=== ===
GND GND

[Brantiko]

Nimm nen Step-Up Wandler und stelle den auf 4,2V ein -> Fertig.

[Eimer22]

Also könnte man einfach eine beliebe anzahl von Solarzellen nach V.in leiten, V.out mit dem Akku verbinden und den Akku mit den Motoren?
Sehe ich das richtig? Oder muss man was besonderes beachten?

[daniel.weber]

muss bei Lipos der Ladestrom nicht je nach Ladung abnehmen, irgendwas war da doch, das war auch der Grund warum ich mich an diesem Akkutyp noch nicht versucht habe.

Ich würde dir auf jedenfall bei deinen Experimenten empfehlen eine feuerfeste Unterlage unterlegen und sollte das mal anfangen zu brennen, auf keinen Fall mit Wasser löschen! ;)

[Brantiko]

Nein, du packst den Akku an 4,2V und stellst den Strom noch ein. Der Rest funktioniert automatisch bzw. der Akku läd sich selber voll. Daher sind Lipos eigentlich sogar leichter zu Laden als NiMh Zellen da dort, wenns gut sein soll die Ladekurve gemessen werden muss.

[Eimer22]

ich kann die doch garnicht an 4,2v anschließen, da die Solarzellen ja je nach Sonneneinstrahlung unterschiedlich stark sind.

[Brantiko]

Deswegen ja der Step-Up Wandler. Der erzeugt dann immer 4,2V sofern die Zelle auch genug Strom liefert.
Habe auf eienr Messe eine SolarZelle gekauft mit 4,3V.. der Mann am Stand meinte bei last bricht die Spannung auf 4,2V ein.. naja am Abend war die Lipozelle dann ganz schoen aufgebläht. Ab ind die (Sondermüll) Tonne damit!

Gruss

Alex

[avion23]

Ein Modellflugzeug mit Solarzellen? Wieviel wiegen denn die Zellen? IMHO lohnt sich das nicht.

Aber als Lösung deines Problems: Du brauchst Solarzellen mit Nennspannung(Solarzelle) > Nennspannung(Akku), damit überhaupt Strom fließen kann.
Die Oberfläche des Modellflugzeugs ist extrem klein, d.h. die Solarzellen werden wenig Leistung haben. Die "überschüssige" Leistung kannst du mit einem Shunt regulator verheizen. Als Bauteil könntest du z.B. den TL431 verwenden. Schau dir mal das Datenblatt an, ist sehr verbreitet. Die Spannung des Shuntregulators solltest du dann auf n*4.2V stellen, n = #lipo-Akkus. Den Shunt regulator solltest du parallel zu den Akkus hängen, die Verbindung sollte niederohming sein. Die vom shunt regulator ab zu führende Leistung dürfte extrem gering sein weil deine Akkus niemals voll werden.

Nochmal :)
Der Strom wird durch die Leistung der Solarzellen begrenztt, die Spannung durch einen Shuntregler. Im Datenblatt des von mir vorgeschlagenen Bauteils gibt es sogar den Schaltplan. Mehr gibt es bei lion Zellen nicht, ich verstehe nicht, was daran so schwierig sein soll.

[Eimer22]

avion23: Durch die Verständnisprobleme (tut mir ja leid) kann ich einfach nicht entscheide welche der genannten Lösungen die beste ist.
Ich weiß noch nicht welche Akkus und Solarzellen ich benutzen werde.
Aber wenn ich es erst weiß und es so eingebaut habe in mein Robot, darf auch nichts schief gehen. Daher würde ich am liebsten die sicherste variante nehmen, die zudem auch am effektivsten ist.

[Eimer22]

kann mir da nicht wer helfen? :)

[avion23]

Sicher und effektiv widerspricht sich. Je mehr Bauteile, destso mehr Gewicht und Fehlerquellen.
Ich finde natürlich meine Lösung am besten, sonst hätte ich sie gepostet. Die Solarzellenspannung muss höher sein als Ladeschlusspannung der Li-* Zellen und noch ein Shunt parallel. Das war's dann.