Schaltungsreview: Lithium-Ionen Lader aus Resten

[Marian (phiarc)]

Für einen LiIon 2S2P-Akku (zwei Zellen jeweils parallel und das dann in 
Reihe) brauche ich einen vernünftigen Lader, soll fest ins Akkupack 
eingebaut werden.

Meine Gedanken zu der Schaltung:
-LM317 als Spannungsregler für ~8.3 V (um etwas mehr Zyklen aus den 
Akkus zu kitzeln und v.a. um auf Nummer sicher zu gehen, dass da nix 
abfackelt).
-Q1 begrenzt mittels R3 den Strom auf ~350-400 mA für die CC-Ladephase
-R4 und R5 "modellieren" für diese einfache Simulation die Akkus. Das 
ist natürlich kein tolles Modell... um die unterschiedlichen 
Ladesituationen (CCCV) durchzugehen muss man den Widerstand manuell 
anpassen.
-R8 und R9 sind 100k, möglichst direkt an die Zellen montiert und 
erzeugen die Referenzspannung für den Balancer U2. R7 hat ~100 Ω und 
schützt lediglich die Ausgangsstufe von U2.
-U1 als einfacher Komparator um eine LED leuchten zu lassen, solange 
mehr als ~5 mA fließen.

Eigentlich sollte das ja so sogar nen ganz passablen Lader für die 
Li-Ion Akkus abgeben, oder übersehe ich etwas entscheidendes?

[stefanus (Gast)]

Sieht Ok aus. Allerdings hätte ich Schiss, dass die Spannungsregelung 
nicht präzise genug ist.

Im Datenblatt des LM317T steht "Guaranteed 1% output Volate Tolerance". 
Macht also +/- 0,083V. Dazu kommen noch Abweichungen von R1 und R2.

Du hast nur 0,1V Reserve eingeplant. Mir wäre das zu riskant.

Wenn ich mal die ganzen prozentualen Fehler aus dem Datenblatt zusammen 
addiere, komme ich auf weit über 1% (Line Regulation, Load Regulation, 
Thermal Regulation, Temperature Stability, Long Term Stability). Also ob 
wir uns auf die garantierten 1% einfach so verlassen können, bezweifle 
ich. Sicher gilt das nur unter bestimmten Rahmenbedingungen, zum 
Beispiel konstanter Temperatur oder so.

[Marian (phiarc)]

Mein Plan wäre R2 bei kaltem LM317 auf 8.2 V zu trimmen, dann sollte 
worst-case Ausgangsspannung

(Alles TI Datenblatt)

Figure 9 zeigt, dass die Ausgangsspannung bei steigender Temperatur und 
steigendem Strom sinkt — ok
Figure 15 zeigt, dass die Referenz mit steigender Temperatur fällt, 
damit auch die Ausgangsspannung — ok

Long-term ist knackig, weil der Drift ja in beide Richtungen gehen kann.

Hm. Zur Not kann man R2 immernoch verkleinern...

[MaWin (Gast)]

Marian B. schrieb:
> Eigentlich sollte das ja so sogar nen ganz passablen Lader für die
> Li-Ion Akkus abgeben,

Nein, natürlich nicht, sonst hätte man ja die ganzen LiIon Lade ICs 
nicht erst erfinden müssen.
Der LM317 ist VIEL zu ungenau um due Spannungsgrenze beim Laden mit 
Festwiderständen einhalten zu können.
Selbst wenn man mit einem Trimmpoti die Ladespannung genau einstellt, 
sind Temperaturschwankungen VIEL zu hoch für die benötigt genaue 
Ausgangsspannung. Man müsste den LM317 mit einem TL432B pimpen wie in 
der dse-faq gezeigt.
Dein Balancer balanciert ja kaum während des Ladens, sondern eher 
hinterher, also kann man sich beim Laden nicht auf die genaue Aufteilung 
der Spannung verlassen und müsste beide Zellen einzeln überwachen.
Wenn du jedoch nicht rohe Zellen, sondern Zellen mit PtotectionPCB 
verwendest, dann wäre die strombegrenzende Schaltung ok.

[Marian (phiarc)]

MaWin schrieb:
> Der LM317 ist VIEL zu ungenau um due Spannungsgrenze beim Laden mit
> Festwiderständen einhalten zu können.
> Selbst wenn man mit einem Trimmpoti die Ladespannung genau einstellt,
> sind Temperaturschwankungen VIEL zu hoch für die benötigt genaue
> Ausgangsspannung. Man müsste den LM317 mit einem TL432B pimpen wie in
> der dse-faq gezeigt.

Wenn ich die Schlußspannung ausreichend klein einstelle, bin ich doch 
trotzdem auf der sicheren Seite, wenn man mal den Long-Term Drift für 
nen Moment vergisst (wobei 1000 h Betriebszeit für nen Lader ja auch 
schon ne Menge Holz is).
Wenn ich etwa 8.2 V einsetze sehe ich nicht, wie der LM317 unter 
irgendeiner Last od. Temperatur die 8.4 V überschreiten könnte.

MaWin schrieb:
> Dein Balancer balanciert ja kaum während des Ladens, sondern eher
> hinterher, also kann man sich beim Laden nicht auf die genaue Aufteilung
> der Spannung verlassen und müsste beide Zellen einzeln überwachen.
> Wenn du jedoch nicht rohe Zellen, sondern Zellen mit PtotectionPCB
> verwendest, dann wäre die strombegrenzende Schaltung ok.

Es sind rohe Zellen, die stammen allerdings aus dem gleichen Pack 
(...Laptop Akku...), was einen Balancer hatte. Seitdem wurden sie nur 
einmal manuell geladen, dabei wurden alle Zellen unabhängig voneinander 
auf 4.18 V geladen.
Der Zelldrift sollte sich also in Grenzen halten, glaube ich

[MaWin (Gast)]

Marian B. schrieb:
> glaube ich

So baut man keine Schaltungen, schon gar keine brandgefährlichen.

Und das alles, weil man zu faul oder zu ungeduldig ist, auf eine 
Bestellung zu warten.

Der LM317 ist bei kritischen Werten, wie Temperaturstabilität und
Regulation, nur "typical" geratet. Grenzwerte sind nicht bekannt
und sicher von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich.

[Marian (phiarc)]

MaWin schrieb:
> So baut man keine Schaltungen, schon gar keine brandgefährlichen.

Hast ja recht

> Und das alles, weil man zu faul oder zu ungeduldig ist, auf eine
> Bestellung zu warten.

reichelt steht nächste Woche wieder eine aus, allerdings habe ich keinen 
integrierten Li-Ion Lader für 2S in dem Sortiment gefunden, also müsste 
ich schon bei Digikey oder Mouser bestellen. Das könnte dauern...

> Der LM317 ist bei kritischen Werten, wie Temperaturstabilität und
> Regulation, nur "typical" geratet. Grenzwerte sind nicht bekannt
> und sicher von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich.

Wenn ich mir andere 3-Pinner anschaue (etwa LT 1086, den gibts auch bei 
reichelt), dann sind zwar die Load/Line/Thermal Regulation hart 
spezifiziert, aber der Tempco wieder nur typical.

[Marian (phiarc)]

Gut, ich rechne die hier - 
http://electronics-diy.com/electronic_schematic.php?id=729 - vorgestelle 
Variante mit LM317 + TL431 nochmal durch. Ne TL431 müsste ich sogar da 
haben, aber wahrscheinlich die 1 oder 2 % Version . . . ohne Trimmen 
wird das eh nie was :D

/ natürlich mit Balancer.