Verständnisfrage Solar-Ladegerät

[MeckPommER]

Bevor ich anfange, für die Tonne zu basteln, wollte ich mal fragen, ob ich das Prinzip einer Ladeschaltung richtig verstanden habe.
Ich möchte nämlich eine oder mehrere kleine LiPo-Zellen gemütlich und sicher per Solarzellen laden.

Leider finde ich immer nur mir zu einfach erscheinende Schaltungsstückchen und selten konkrete Angaben zum Prinzip an sich.

-Wenn ich mit Solarzellen irgendeinen Akku laden möchte, dann muss ich die Spannungen überwachen. Dazu empfiehlt es sich, einen µC über einen Low-Drop-Regler an den Solarzellen zu betreiben.
-Der µC sollte per Brownout-Detection etwas vor langsamer Unterspannung gesichert werden.
-Zwischen Solarzelle und Akku eine Diode, um Entladung des Akkus über die Solarzelle zu verhindern.

Meine Fragen:
- wenn ich einen Lipo lade, dann gibt es ja die sog. Ladeschlusspannung. Ab dieser Spannung ist das Laden zu stoppen. Ab welcher Spannung darf ich denn mindestens den Akku laden? Empfiehlt es sich hier, per Regler den Solarstrom auf die maximale Ladespannung des Akkus zu begrenzen und nicht zu laden, wenn diese Spannung von den Solarzellen nciht erreicht wird?
- kann ich wirklich direkt am Akku die aktuelle Akku-Spannung messen, auch wenn ich die Zelle am solarmodul zu hängen habe?

Ist schon immer beeindruckend, wenn man feststellt, wie wenig man weiß ^^

GRuß und dank, MeckPommER

[Besserwessi]

Die Spannung kann man schon direkt am Akku messen, solange man keinen sehr hohen Ladestrom hat und Kontaktwiderstände wichtig werden. Das wird aber bei Li Akkus kaum dass problem sein, denn man darf nur anfangs unter einen ersten Spannung schnell laden. Den Rest muß man ohnehin langsam laden.
Wenn man nicht die volle Kapazität braucht, und lieber etwas eher abschaltet soll sich dafür die Lebensdauer der Akkus erhöhen, wäre also auch nicht so schlimm. Nur überladen muß man unbedingt vermeiden.

Es sollte den Akkus nichts machen wenn man langsamer lädt, als die Akkus es vertragen würden, nur deshalb weil die Sonne nicht mehr hergibt. Man müßte aber eventuell ein bischen früher abschalten, denn die Spannung beim laden und damit die Ladeschlußspannung hängt etwas vom Strom ab.

[MeckPommER]

Schnell laden oder langsam laden ist also eine Frage des fliessenden Ladestroms, den man also auch im Auge behalten sollte und demnach über einen Shunt lädt? Gut, hohe Ströme werden bei der Solarladung kaum auftreten, aber ich möchte das Prinzip schon komplett verstanden haben.
Also ... Stromüberwachung - gut. Und was ist bei der Spannung zu beachten? Hinter die Solarzellen einen Regler, der die Spannung auf welchen Wert einstellt?

[Besserwessi]

Normalerweise geht die Ladung bei den Li Akkus in 2 Stufen:
1) Laden mit konstantem Strom (z.B. C/2), bis eine feste maximale Spannung erreicht wird.

2) Laden mit konstanter Spannung (z.B. die Schwelle am Ende der ersten Stufe), bis der Strom unter eine bestimmte Schwelle (z.B. C/100 ?) gefallen ist.

Wenn das Laden eher schnell sein soll, muß man wohl auch noch die Temperatur überwachen, denn der maximale Strom und die maximale Spannung hängt wohl von der Temperatur ab. Wenn man zu sehr von der Raumtemperatur abweicht (z.B. in der Sonne) sollte man die Temperatur eventuell trotzdem überwachen.

[Rofo88]

Nun ist die Frage wie groß dein Akku ist und welchen Strom deine Solarzellen zur Verfügung stellen. Ist der Strom nur bei C/10 kannst Du auf die Konstantstromladung verzichten da der Strom dazu zu klein ist.

[PICture]

Hallo!

Ich habe mir für meine künstliche Tiere (k.T.) solche Solar-Ladegeräte mit LiPo-Akkus gekauft und schon bekommen: http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=320573599375&ssPageName=STRK:MEWNX:IT . Ich will eigentlich nur die Solarzellen und LiPo Akkus anwenden und die USB Ladeschaltung weglassen.

Natürlich habe ich ein Stück gleich zerlegt und grob analisiert. Der Lipo Akku ist direkt an die Solarzelle angeschlossen. An Anschlüssen des Akkus hängt aber noch eine kleine Platine mit Elektronik, an die, die Solarzelle angeschlossen ist.

Ich vermute, dass es ein Balansierer ist und mit Vertrauen zu den chinesischen Entwickler aus Taiwan, könnte ich hoffentlich ruhig bleiben, wenn mein k.T. unter direkter Sonnenstrahlung stehen bleibt, oder ? :)

MfG

[ranke]

Ich vermute, dass es ein Balansierer ist...

Vielleicht eher ein Ableiter für zu hohe Spannungen, in der Funktion ähnlich wie eine Zenerdiode. Die Li-Akkus dürfen ja wohl keine zu hohe Spannung abbekommen, während die Leerlaufspannung der Solarzelle vermutlich etwas über der maximalen Ladespannung liegt. Das wäre auch recht schnell durchgemessen.

[PICture]

Hallo ranke!

Vielen Dank für deine rasche und hilfsreiche Antwort! :)

Ich habe die Solarlader erst heute nachmittag von der Post abgehehold, und wegen ziemlich früher Dunkelheit, konnte ich es nur grob untersuchen. Aber morgen, wenn ich den Glück hätte die Sonne zu sehen, werde ich die Solarzelle genau auf Lerlaufspannung und Kurzsschlußstrom durchmessen und die Ergebnisse posten.

Weil der LiPo Akku von USB durch getrente Schaltung geladen wird, vermute ich, das auf der kleiner Platine sich nur eine Schutzschaltung befindet. Auf das deuten zwei aktive Bauteile mit 8 und 5 Pins, die könnten änliche Schaltung, wie diese bilden: http://www.conrad.de/ce/de/product/155151/IC-LITHIUM-POLYMER-AKKU-SCHUTZSCHALTUNG
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/155151-da-01-en-LITHIUM_POLYMER_AKKU_SCHUTZSCHALTUNG.pdf . Deshalb werde ich nur die Solarzelle messen, da die Schutzschaltung an den Akku angeschlossen bleibt.

Ausserdem habe ich vor in meinem kleinem Weltempfänger, das mit drei 1,2 V NiMH AA Akkus berieben ist, eine 3,6 V AA wiederafladbare Lithium Batterie zu verwenden und danach das freie Volumen von zwei AA Akkus für zusätzliche Elektronik zu nutzen (z.B. BFO bzw. Produktdetektor für SSB). Bisher habe ich aber nichts übers Laden von solchen Batterien gefunden. Weißt vielleicht jemand etwas genaueres darüber ? Könnte man sie genauso wie LiPo's laden ?

http://www.buyincoins.com/trustfire-14500-aa-3-6v-rechargeable-lithium-battery-blue-2pcs-product-239.html
http://www.buyincoins.com/trustfire-14500-aa-3-6v-rechargeable-lithium-protected-battery-gray-2pcs-product-238.html

MfG

[ranke]

Das Wetter in Freyung ist heute wohl auch nicht besonders sonnig. Wenn Du die Ladeschaltung untersuchen willst, könntest Du die Solarzelle durch ein Labornetzteil mit zusätzlichem Vorwiderstand zur Strombegrenzung simulieren.
Besserwessi hat es oben schon geschrieben: Üblicherweise wird bis zum Erreichen der maximal zulässigen Spannung mit Konstantstrom geladen, danach wird der Spannungspegel gehalten, wobei der Ladestrom zurückgeht.
Bei der Ladung über Solarzelle dürfte deren Innenwiderstand selbst für eine Strombegrenzung sorgen, die Schaltung muss eingentlich nur dafür sorgen, dass die maximale Spannung nicht überschritten wird. Zusammen mit Deiner Schaltungsbeschreibung (Solarzelle, Akku und Elektronik sind parallel geschaltet) kam ich auf die Idee, dass die Schaltung so etwas wie eine Zenerdiode machen muss.
Bei der Ladung über USB könnte das auch funktionieren, allerdings braucht es wohl eine zusätzliche Strombegrenzung, die im einfachsten Fall durch einen Widerstand gemacht sein könnte.

[PICture]

Hallo!

Schönen Dank, alle deine Überlegungen finde ich richtig. :)

Da die Schutzschaltung permanent am Akku hängt, nehme ich an, dass sie beim Laden sowohl mit Solarzelle als auch USB richtig funktionieren muss.
Auf der Schutzplatine habe ich tatsächlich einen ziemlich großen SMD Widerstand gesehen, der wachscheinlichst bei USB um Strombegrenzung sorgt und bei Solar nicht schadet.

Deswegen habe ich ab jetzt keine Angst mehr die mit der Schutzschaltung ausgestattete Akkus zu werwenden. Die Solarzelle (86x38x2 mm, 15g) mit ca. 8V Leerlaufspannung 1 cm unter einer Tischlampe mit Leuchtstoffröhre 9 W lädt den Akku mit ca. 1,5 mA. Laut Bediennungsanletung hat eine diese Solarzelle bei direkter Sonnenstrallung ein Ladestrom von 70 mA bei 5,5 V mit Wirkungsgrad von über 15 % und der LiPo Akku (52x32x4,5 mm, 20g) 1500 mAh.

Ich habe den Ladestrom per USB mit ca. 80 mA gemessen, deswegen bezweifle ich die Angaben über Ladezeit des Verkäufers bzw. Kapazität des Akkus. Laut meinen geringen bisherigen Erfahrungen (200 mm² / mA) schätze ich nach Fläche die Solarzelle auf ca. 16 mA Kurzschlußstrom bei direktem Sonnenlicht. Vielleicht haben die chinesische Übersetzer Probleme mit Übersetzung von Zahlen ... ;)

MfG

[PICture]

Hallo!

Ich habe die Untersuchung den gekauften Lipo Lader beendet und kann hoffentlich den LiPo Akku mit daran hängenden Schutzschaltung, genauso wie bisher NiMH Akku benutzen.

So wie ich gelesen habe, nutzen alle Lader (hier z.B. beim Laden von USB) die Schutzschaltung. Tatsächlich den USB-Lader schaltet erst bei 4,25 V ab, trotzdem dass die Spannung 4,2 V überschreitet, arwärmt sich der Lipo Akku gar nicht.

Zum Messen der Kapazität habe ich den Akku mit 33 Ohm belastet und die Zeit gemessen. Nach ca. 9 Stunden hat die Schutzschaltung bei genau 3 V die Last von Akku völlig abgetrennt. Somit ergibt sich seine Kapazität als 900 mAh.

Ich möchte so einen Lipo Akku in mein kleinen Weltempfänger einbauen, der bisher mit drei NiMH Akkus in Serie betrieben wurde. Dafür will ich einen externen Netzteil mit 4,2 V benutzen, wobei der Lipo Akku mit der Schutzschaltung direkt mit dem Netzteil verbunden wird. Wenn das Netzteil eingesteckt wird, sollte das Radio von Netzteil versorgt werden und das Akku sich aufladen. Sonst sollte das Radio vom Akku versorgt werden. Wäre das richtig ?

MfG

[PICture]

Hallo!

Endlich habe ich geschafft die Solarzelle zu vermessen. Sie hat bei voller Sonne Leerlaufspannung von 8,6 V und Kurzschlußstrom 15 mA.

Ich habe bei Pollin diesen günstigen Lipo Akku, aber leider keine ausreichende Informationen über Anwendung gefunden: http://www.pollin.de/shop/dt/MjA1OTI3OTk-/Stromversorgung/Akkus/LiPo_Akkus/Lithium_Polymer_Akkupack_LIS2106.html .

Angeblich sind es zwei gleiche Lipo Akkus mit Schutzschaltungen paralell verbunden. Hat jemand von euch schon Erfahrung damit und könnte etwas genaueres über Benutzung sagen ?

MfG