Li-Ion mit U=const < 4V laden

[Rainer K. (zebra)]

Hallo zusammen,

ich hoffe ich bekomme hier eine Auskunft, die ich trotz tagelanger 
Recherche nicht im Internet finde, bzw. finde ich widersprüchliche 
Aussagen. Ich möchte mir eine USV mit Li-Ion Akkus bauen um kurzfristig 
den Raspberry Pi zu versorgen, bis er ordnungsgemäß runtergefahren ist 
oder das Netz wiederkommt. Dazu habe ich die Frage ob man einen Li-Ion 
Akku mit einer konstanten Spannung von z.B. 3.8V permanent laden kann. 
Der Strom wird auf ca. 100mA durch einen Widerstand begrenzt, wenn der 
Akku 0V hätte. Natürlich wird die USV bei Erreichen der unteren 
Entladespannung von z.B. 3V abgeschaltet.

Wenn also die Konstantspannung deutlich unter der max. Floatspannung = 
4.2V liegt, sollte sich doch der Strom bei Erreichen dieser Spannung auf 
0 reduzieren und nur die natürliche Selbstentladung kompensiert werden. 
Allerdings finde ich nirgends ein solches Ladeszenario für Li-Ion. Warum 
nicht? Was kann schief gehen? Die Selbstentladung sollte ja bei 3.8V 
Ladeentspannung auch ziemlich gering sein. Die Kapazität ist dann zwar 
auch gering (40%-60%), aber für meinen Zweck sollte es reichen.Und 
physikalisch verstehe ich nicht was der Unterschied ist zwischen

a) abschalten wenn z.B. 3.8V erreicht sind, warten bis die 
Selbstentladung die Spannung auf z.B. 3.6V gebracht hat und wieder bis 
3.8V aufladen

b) kontinuierlicher Prozess wie beschrieben mit U=const=3.8V permanent

a) geht ja in b) über wenn Delta-U zwischen aufhören und wieder anfangen 
mit laden immer kleiner wird.

Bevor Fragen dazu kommen : ich schalte zwei Akkus in Serie für die 
Entladung und lade sie aber unabhängig auf, sprich ein DC/DC Wandler zur 
galvanischen Trennung für den oberen Akku und 2 Spannungsregler von 5V 
auf 3.8V und einen Spannungsregler von 7.6V auf 5V für den Raspberry, 
natürlich mit Schutzdioden und Shutdown Features usw. Im Anhang einen 
ersten Schaltplanentwurf. Das geordnete Runterfahren ist noch nicht 
drin, ich müsste detektieren, ob der 5V Regler Strom liefert. Da habe 
ich gute Erfahrungen mit Reedkontakten und "Stromspulen" gemacht (wenige 
Wicklungen -> geringer Widerstand, aber viel Strom). Sollte für ca. 1A 
gut machbar sein und trennt galvanisch. Sicherungen sollten eventuell 
auch noch rein.

Gruß

Rainer

P.S. Sorry für das zweite Bild, weiß aber nicht wie man es löscht :(

[Heisenberg (Gast)]

Boah, da muss man nicht so ne Textwand dafür schreiben. LiIon im 
industriellen Einsatz/Standbybetrieb hängen dauerhaft an 3,9V, also kein 
Problem.

[Hans J. (step_up_mosfet)]

Ich würde nur einen LiIon-Akku und einen 5V StepUp Wandler für den 
Betrieb des Raspberry Pi nehmen.

StepUp von 3V bis 3.8V (oder bis 4.1V) auf 5V:
Beitrag "Re: Schaltungsverbesserung Werkstatt-LED-Handleuchte"

[Carsten R. (kaffeetante)]

Normalerweise lädt man CC-CV.

Constant Current zur Strombegrenzung um den Akku zu schützen.
Es geht um den Schutz! Der Strom muß nicht konstant sein.
Es muß nur begrenzt sein.
CC ist aber am schnellsten, weil der Strom maximal ist.

Bei erreichen des vollen Spannungspegels wird mit Constant Voltage 
begrenzt.
Auch hier wieder zum Schutz. Dabei reicht nun der Innenwiderstand wegen 
der geringen Spannungsdifferenz als Strombegrenzung aus. Der Widerstand 
/ die künstliche Bgrenzumg wird also weggelassen. Auch hier wieder weil 
es so am schnellsten geht.

CC-CV ist also die schnellste der Sicheren Methoden, und darum oft 
bevorzugt.
Deine Schaltung erfüllt alle Sicherheitskriterien, ist aber langsamer.
Das ist alles.

Daß Du dabei nicht die volle Kapazität nutzen kannst hast Du ja schon 
selbst geschrieben.

[MaWin (Gast)]

Ein auf 3.8V - 0.3V für die Schottky also 3.5V aufgeladener LiIon Akku 
ist leer.
Du musst dir schon eine andere Ladeschaltung einfallen lassen.
Auch sind deine Optokoppler LEDs so nicht auf eine Schaltschwelle 
einzustellen und sie saugen die Akkuzdllen leer, das ist also Murks.
Ausserdem sind es viele Bauteile.
Im Prinzip funktioniert aber das Aufladen zweier in Reihe geschalteten 
Akkus durch 2 galvanisch getrennte Spannungregler. Die 
Unterspannungüberwachung würde ich mit  ICL7665 machen, ohne 
Optokoppler..

[Rainer K. (zebra)]

Heisenberg schrieb:
> Boah, da muss man nicht so ne Textwand dafür schreiben.

Wenn du wüßtest was hier und woanders schon darüber geschrieben wurde, 
dann wüßtest du, warum ich so ausführlich war :-) Aber gut zu wissen, 
dass sich jemand auskennt ;-)

Rainer

[Rainer K. (zebra)]

MaWin schrieb:
> Ein auf 3.8V - 0.3V für die Schottky also 3.5V aufgeladener LiIon Akku
> ist leer.

Im Prinzip hast du recht, aber was ist der Spannungsabfall an den 
Schottkys bei sehr kleinem I? Na gut, ich werde es messen. Die 
Optokoppler brauchen nur ca. 1mA und schalten sehr steil, das Leersaugen 
ist also irrelevant, die Akkus laufen damit monatelang, auch ohne Netz. 
Aber vielleicht änder ich das noch. Trotzdem danke für die Hinweise.

Rainer

[Rainer K. (zebra)]

Rainer K. schrieb:
>> Ein auf 3.8V - 0.3V für die Schottky also 3.5V aufgeladener LiIon Akku
>> ist leer.
>
> Im Prinzip hast du recht, aber was ist der Spannungsabfall an den
> Schottkys bei sehr kleinem I? Na gut, ich werde es messen.

Ok, du hast recht, 1mA ergibt schon 200mV Spannungsabfall an der 
Schottky. Aber ich glaube der Regler davor braucht die gar nicht. Prüfe 
ich noch mal.

Danke!

Rainer

[Flip B. (frickelfreak)]

Wenns nicht hauptsächlich ums Basteln geht gibts Akkupacks zum 
Handyladen mit 5Ah und integriertem Lader, Regler und Füllstandsanzeige 
für unter 15€ inkl. Versand.

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

MaWin schrieb:
> Ein auf 3.8V - 0.3V für die Schottky also 3.5V aufgeladener LiIon Akku
> ist leer.

Naja, leer nicht, aber mit mehr als 20 % der Kapazität würde ich
nicht rechnen.  Könnte (je nach Akku) für den angedachten Zweck
natürlich ausreichend sein.