Hallo liebe Gemeinde,

ich entwickele grade meinen 12V-Nabendynamolader weiter und möchte als Hauptziel die Baugrösse, das Gewicht und die Ladeleistung optimieren.

Das funktioniert inzwischen recht gut (Einzelheiten dazu sicher in Kürze).

Ein grundsätzlicher Punkt ist mir aber momentan noch unklar:

Speziell Lithium-Ionen-Akkus (aber wohl auch Lithium-Polymer) sind potentiell brandgefährlich. Dies kann durch Produktionsfehler bedingt sein (wie wohl im sehr bekannt gewordenen Fall Sony-Laptopakkus), aber auch durch Überladung und Unterladung (und natürlich durch zu hohe Ströme generell). Deshalb müssen diese Akkus serienmässig mit Schutzschaltungen ausgerüstet werden, die eine Überladung, eine Unterladung sowie zu hohe Ströme verhindern.

Nun endlich zu meiner Frage , wie arbeiten jetzt normalerweise die für diese Akkupacks gefertigten Ladegeräte?

Stellen sie einen Ladestrom zur Verfügung und überlassen den Schutzschaltungen die Überspannungsbegrenzung oder versuchen sie, selbst die korrekte Ladeschlussspannung des gesamten Akkupacks einzustellen?
(der 2. Fall dürfte ohne Balancing der Einzelzellen zum Scheitern verurteilt sein da sich im Laufe des Gebrauchs die Einzelzellspannungen etwas unterscheiden und Balancing habe ich bisher nur im Hochstrom-Modellbaubereich gefunden)

Also, wie wird das bei all den Kameras, Akkuschraubern, Camcordern usw. gemacht?

Fragende Grüsse,
Jens.

auch ned alle, aber es geht in erster Linie darum, die Lebensdauer ned unnütz abzukürzen. Tiefentladung ist von der Sicherheit her unbedenklich.

Da findest Du in anderen Foren sicherlich mehr, aber Grundsätzlich:
Man lädt mit einem maximalen Strom (~ 1C) bis zu einer bestimmten Spannung. Diese hängt von Deinen Ansprüchen bzgl. Lebensdauer und der Elektrodenart ab. Heutzutage nimmt man üblicherweise 4,2V pro Zelle. Es ist für die Lebensdauer nicht unbedeutend, ob da noch irgendwelche Wechselstromanteile überlagert sind oder nicht. Sobald diese Spannung erreicht ist, hält man sie konstant (dann geht der Strom zurück) bis ein minimaler Strom erreicht ist (C/10-C/20 ist da ein guter Wert). Dann wird völlig abgeschaltet, also keinesfall ein 'Erhaltungsstrom' aufrechterhalten (auch wenn manche schlechte Geräte das tun). Akkus die unter eine bestimmte Spannung gfallen sind (z.B. 3V im Leerlauf) dürfen mit normalen Geräten nimmer geladen werden.
Je nach Anwendung und Güte der Zellen, kann es notwendig sein, von Zeit zu Zeit eventuelle Unterschiede auszugleichen. (mit einem Balanzierer).
Alle diese Werte sind keine Naturgesetze, man kann sie über und unterschreiten, das beeinflußt halt dann die Lebensdauer.

Es gibt auch Leute, die behandeln die Zellen eher russisch. Fahren mit Konstantstrom rein bis die Schutzelektronik anspricht. Naja.

Noch was: Die Zellen mit der höchsten Kapazität sidn auch die unsichersten (d.h. neigen eher zu internen Kurzschlüssen durch mechanische beschädigung). Es gibt Zellen, die haben ein bisserl weniger Kapzität und sind da dafür sicherer. Kann unterm Strich leichter sein als ein ev. festeres Gehäuse.

Da ich schon mal mit Smart Batteries zu tun hatte: Der Akkupack in z.B. einem Notebook hat einen Controller drin der den Ladezustand überwacht. Wird das Ding in den Lader gepömpelt unterhält sich der Akku über i^2c mit dem Ladegerät. Die übertragenen Parameter sind max. Strom und Spannung. Dabei sagt dann der Akku wann er genug hat.
Wenn du mit einzelzellen hantierst dann solltest du rudimentär sowas nachbauen. Zwar kann man die Zelle als großen Kondensator betrachten, aber die Empfindlichkeit bei Überspannung ist recht hoch und läßt die Dinger wegkochen.
Privat lade ich Einzelzellen mit einem Konstanter. 1/2C und Umax der Zelle. Klappt ebenfalls recht gut, nur kann man das Ende der Ladung schlecht bestimmen, der Strom entspricht ja annähernd einer 1/e-Kurve.
hth,
Micha

(antworte mal jetzt nur in diesem Faden um die Übersicht zu behalten...)

Das ist schon mal sehr wertvoll. Wenn die Lebensdauer der Zellen sinkt ist das natürlich für mich eher akzeptabel als Sicherheitsprobleme.


Wie Du Dir ja inzwischen denken wirst bin ich im Moment einer dieser Russen.
Die Ursache dafür ist vorrangig im IBC-Forum zu suchen- dort wird exakt so geladen (aber an erheblich grösseren Akkupacks mit erheblich höheren Strömen, aber die Proportionen sind ähnlich).

Mein momentaner Versuchsaufbau ist im Prinzip extrem simpel, ich verwende auch keine thermische Überwachung der Zellen.

Also momentan:
Gleichrichtung, Glättung (Restwelligkeit also vorhanden), direktes Laden mit max. 0.5C (typisch eher 0.2-0.3C), "Laderegelung" über Schutzschaltung der Einzelzellen (Verpolschutz zum Schutz der einzelnen Schutzschaltungen der Handyeinzelzellen beim Ansprechen einer einzelnen Schutzschaltung). Ladespannungsbegrenzung erfolgt über Surpressordiode/Thermoschalter mit max. 22V bei 4 Zellen.

Das Ganze funktioniert (im Moment wenigstens) und liefert als Spitzenstrom etwa 1A (wobei ich maximal 0.5A abnehmen würde)- und ja, die im anderen Faden beschriebene Halogenbirne 12V/5W lässt sich problemlos trotz des recht hohen Einschaltstroms betreiben (12V 10W gehen deshalb nicht immer).

Meine Eingangsfrage zielt mehr in eine andere Richtung- reduziere ich hauptsächlich die Lebensdauer der Zellen oder stellt diese Anordnung auch ein Sicherheitsrisiko grösser als z.B. bei einfachen Camcorderladeschalen dar? (die können ja nicht balancieren und verlassen sich damit wenigstens indirekt auch auf die Schutzschaltung?)

@Michael: die Notebook-Lösung ist optimal für Lebensdauer, kurze Ladezeit und Sicherheit- dürfte aber durch den Management-IC nicht am Rad realisierbar sein .
Leider sehe ich halt nur die Möglichkeit, mit restwelligem Gleichstrom wechselnder Stärke bis zu einer Spannung zu laden und dann entweder zu trennen (mit z.B. einer Schutzschaltung) oder wie bisher eine Spannung einzustellen und eben nicht abzuschalten. Das ist aber bei Akkupacks nur mit Balancing möglich (über z.B. im Simpelfall Zenerdioden, aber die dürften nicht genau genug/temperaturkonstant sein). Im Moment habe ich mich testweise für Abschaltung über Schutzschaltung entschieden, zum Schutz der evt. fragwürdigen Handyschutzschaltungen könnte ich auch eine externe Einzelzellenüberwachung dazutun, aber am Ladeprinzip würde sich ja da nichts ändern (wäre halt doppelte Sicherung gegen über/Unterladen, mehr nicht)

Grüsse von
Jens.

Das sind 5,5V pro Zelle <schreck> das ist schon ein bisserl gar zu viel...
Beantworten wir das statistisch: Es gibt keine/kaum bekannte Sicherheitsprobleme mit normalen LiIon Zellen außerhalb des Modellbaubereiches.......

Hallo Jens,

schau doch mal hier unter LiIon.
Maxim (oder andere Chip-Hersteller) dürfte(n) auch eine ganz brauchbare Informationsquelle bzgl. Schutzschaltung sein.
Ansonsten einfach auch mal bei den Akku-Herstellern gucken ...

Grüße,
André

Hallo André,

Das ist wieder so ein Beispiel warum ich meinen Testaufbau so gebaut habe wie oben beschrieben:
"...wenn die Ladeelektronik nicht schon im Akkupack enthalten ist...." (sinngemäss) kann man durchaus auch wie ich deuten (die Schutzschaltung der Handyakkus arbeitet in der Praxis gar nicht mal so schlecht als Ladereglung ). Es gibt auch durchaus Ladegeräte (sogar speziell welche für den von mir verwendeten Handyakkutyp!) die nichts tun als Konstantstrom zu liefern.... das konnte ich auch (naja, fast konstant ).
Die vorgesehenen Ladetechniken der Akkuhersteller kenne ich durchaus (auch durch Dich, habe das Datenblatt ja schon vor bestimmt einem Jahr von Dir bekommen), habe aber den wohl nicht ganz falschen Verdacht, das sich auch so manch ein Ladegeräthersteller speziell im Billigsektor in der Praxis das Leben recht einfach macht. Da ich auch leider keine Chance sehe am Rad die Bedingungen nach Datenblatt einzuhalten suche ich halt nach Auswegen (denn speziell LiPo hat ein fast unglaubliches Leistungsgewicht und ermöglicht dadurch super kompakte Puffermöglichkeiten für alles mögliche elektrische am Rad ).

Grüsse von
Jens.

Hallo Micha,

das wäre ja mit einer Art "Forumslader 12V" angepasst auf die Ladeschlussspannung von meinetwegen 4.2V/Zelle auch möglich. Nur Abschalten kann ich da wohl nicht.... hab jedenfalls keine Idee wie das gehen könnte.
Möglicherweise ist das aber doch die bessere Variante als das komplette Verlassen auf die Schutzelektroniken..... da sie ja offenbar notfalls sogar zur Ladereglung taugen könnte ich ja das potentielle Auseinanderlaufen der Zellenspannung einfach erstmal ignorieren.
Wie sieht es denn mit Deiner Ladezeit aus, ab welcher Zellenspannung etwa beginnt Dein Ladestrom von 1/2C zu sinken?

Grüsse von
Jens.

Nun, ich verlasse mich im Moment ja voll auf die Zellenschutzschaltung.
Ich könnte auch die Dynamospannung auf meinetwegen 4.2V/Zelle abwürgen, würde durch den fehlenden Drop des Spannungsreglers im Ladewirkungsgrad immer noch ziemlich gut sein.... aber es fällt bei "Akku fast voll" einiges an Leistung am Begrenzungsbauteil (z.B. Surpressordiode) an.... und ob so eine Diode allzu spannungskonstant über verschiedene Temperaturen ist möchte ich auch bezweifeln.

Bliebe also die bisherige Variante ala "Forumslader 12V" mit Linearregler (würde wenigstens eine ordentliche Gleichspannung erzeugen).

Grüsse von
Jens.

Dafür ist die nicht da. Insbesondere muß die Ladeschlußspannung für JEDE Zelle bei einer Serienschaltung gewährleistet sein. Da gibts dafür von einem gleichnamigen Bastler eine Schaltung im IBC Forum für vier Zellen, und zwei zugehörige Monster-Threads (kenn' ma des net irgendwoher? ): die Bratbeck-Schaltung. Eine Platine mit einem Profi-Lade-IC.

ciao Christian

edit: habe im anderen Thread gelesen, daß Dir der Bratbeck ja schon bekannt ist. Irgendwo habe ich mal gelesen, daß die Schutzschaltungen unterschiedlich ausgelegt wären, nicht immer alle Funktionen erfüllen. Und weil Lithium Akkus halt potentiell saugefährlich sind, würde ich bei Basteleien, und dazu gehören schon eigene Ladegeräte für Serienakkus, nur erprobte Lösungen einsetzen.

Christian

Ich habe diese Platine da, getestet und für sehr gut befunden (in der 3- und 4-Zellenversion).

Allerdings passiert in einem nach Bratbeck verschaltetem Akkupack bei der Ladung nach der dort beschriebenen Methode (Notebook-Netzteil mit Halogenbirne in Serie zum Akku) exakt das Gleiche wie bei meinen Handyzellen mit Schutzdiode über jeder Zelle!
(und ja, man kann natürlich eine Bratbeck nach der von mir im Moment verwendeten Technik am Nabendynamo laden , läuft prima- man muss ja nicht zwingend die riesigen Akkupacks der IBC-ler mit 14.4V und etwa 7Ah verwenden )
Genau genommen haben mich ja die dortigen Techniken auf die Idee gebracht, alles so zu tun wie im Moment.
Die Bratbeck ist eine Controllerplatine mit IC von Maxim für die Einzelzellenüberwachung von 3 oder 4 LiIon-Zellen mit sehr hoher Strombelastbarkeit durch sehr leistungsfähige Mosfets, überwacht Überladung, Unterladung aber absichtlich keinen Überstrom (braucht deshalb zwingend eine Schmelzsicherung). Sie überwacht nackte LiIon-Zellen und ist damit vom Sicherheitsgrad zu meiner Schaltung absolut identisch.

Um genau diesen Punkt geht es mir hauptsächlich- Laden mit einfacher Sicherheit wie Bratbeck / meine Lösung oder doppelte Sicherheit wie nach Datenblatt gefordert (Schutzschaltung spricht normalerweise nicht an, Ladegerät bleibt in Spannungsbereichen vor einem Ansprechen der Schutzschaltung und diese würde erst z.B. bei deutlich in der Spannung auseinanderlaufenden Zellen aktiv werden müssen).

Da ja z.B. die Bratbecklösung in IBC-Kreisen meist als gut geeignet gilt und auch meine Verwendung von Handyzellen mit Schutzschaltungen und Verpolschutzdiode recht gut funktioniert werde ich mal testweise eine Variante mit doppelter Absicherung bauen und die Leistungsdaten vergleichen, die gut funktionierenden Schutzschaltungen sollten mir auf jeden Fall den Einbau von einem Balancer ersparen (wie wahrscheinlich ist bei LiPo eigentlich das Auseinanderlaufen der Einzelzellen in der Spannung bei Maximalströmen von 0.5C?)

Grüsse von
Jens.

Zumindest weniger als die 'normalen' LiIon.

Bei den deinigen Zellen schätze ich 20-30 Zyklen und Du wirst meßbare Unterschiede haben. Aber bei so einem Einzelversuch liegt alles drin.
Schau halt daß Dein Testamentsvollstrecker hier eine Nachricht hinterläßt (ja, ich weiß, das ist schon britischer....liegt vermutlich an den englsichen Rädern)

Hallo Jens,

bei der LiXX Laderei, so wie du sie vor hast, gibt's IMHO eigentlich nur 2 Punkte, die abzusichern sind:
1) Welche Eingangs- sprich Ladespannung verkraftet die Schutzschaltung in der Zelle?
2) Sorgt die Schutzschaltung für eine zuverlässige Abschaltung bei Ladeende oder muß da extern noch für gesorgt werden?

Kurzum, wenn dir die technischen Spezifikationen für die Schutzschaltung bekannt sind und du sie ein hältst, sollte alles im grünen Bereich sein. Sind dir die Speks nicht bekannt, wären Stresstests nicht so verkehrt ...

Ich kenne halt die Schutzschaltung in deinen Zellen nicht. So, wie ich z.B. die meisten MAXIM Chips verstanden habe, würden sie mit der externen Ladeelektronik wohl ganz gerne kommunizieren, um z.B. das Ladeende mitzuteilen.

Grüße,
André, der den Universal-Lithimladern auch nicht unbedingt traut.

Aja, das fiel mir noch ein: Diese Schutzelektroniken sind durchaus unterschiedlich. Manche billigen schützen nur vor einigen Problemen, die gescheiten vor allen (Überstrom, Überladen, Tiefentladung, Übertemp). Ebenso ist das Verhalten im 'Fehlerfall' unterschiedlich. Ich hab' z.B. geschützte 17670er Zellen (die ersetzen ja von der Größe her zwei CR123 Batterien) und wenn die abschalten wiel der Akku leer ist, brauchen die einmal ein bisserl einen Ladestrom bis sie wieder durchlassen. Mein Ladegerät, das dafür am praktischten wäre, 'entdeckt' aber die eingelegte Zelle nicht und tut daher nix.

Hallo André und PeLu,

das ist eigentlich das für mich stärkste Argument für ein spannungsgeregeltes Ladegerät, ich weiss zwar jetzt, das meine speziellen Handyzellen und die Bratbeckplatine so ladbar sind (hab sie auch recht gründlich getestet), aber wenn nicht alle Handyzellen in der Elektronik gleich sind und ich keine Informationen z.B. von Nokia über genormte Spezifikationen erhalte ist das Ladeverfahren nicht für Andere reproduzierbar- und das sollte ja der Sinn eines solchen Gedankenaustausches wie hier eben sein.

Hab grade nen schönen LowDrop-Regler rausgesucht (LT1086 sieht gut aus) und werde mal am WE ne Bestellung rausschicken.... schade nur, das die winzige Baugrösse der Platine dann nicht mehr zu halten ist

Melde mich dann mit neuen Erkenntnissen wieder - oder halt der Nachlassverwalter

Grüsse von
Jens.

Hallo an alle,

es gibt mich noch

Da leider erst gestern der LT1086 von Reichelt gekommen ist habe ich die Wartezeit mit der Optimierung der AC-Eingangsseite verbracht und vieeele Messfahrten unternommen.
Dabei konnte ich die Ladeleistung dank des Hinweises von Johann im unteren Geschwindigkeitsbereich extrem steigern (Ladung jetzt bereits so ab 5-10km/h sinnvoll möglich) und im oberen Bereich ebenfalls fast verdoppeln (etwa 9W bei 30km/h), so 20km/h bleiben wie immer bei etwa 4.5W.

Das Ganze wird dann wohl einen Schalter zum Umschalten der beiden Bereiche haben- der Umschaltpunkt wird so etwa bei 20km/h liegen (jeweils alles am 28"-Rad gemessen, bei 26" liegen die angegebenen Geschwindigkeiten entsprechend niedriger).

Näheres Später,

Grüsse von
Jens.

Hallo Jens,

schön, von Dir zu hören. Deine Messergebnisse klingen ja recht vielversprechend.

Grüße,
André

Hallo André,

ja, was die Ladeleistung angeht bin ich endlich weiter gekommen. Selbst einen Lader ohne Bereichsumschaltung würde ich jetzt etwas anders auslegen, am 28"-Rad wenigstens muss man mit meinem bisherigen Serienkondensator von 2x470uF schneller als 22km/h fahren um eine Kombination von Spannungsverdoppler und Serienkondensator zu schlagen, diese ist aber bei Tempo unter 20km/h erheblich leistungsfähiger.

Im Moment mag ich als 2-Stufen-Variante besonders in Brückenschaltung einen Serienkondensator von 2x220uF und als Verdopplerstufe auch 2x220uF- aber im Gegensatz zu Johanns Entwurf unbedingt ohne zusätzlichen Serienkondensator.
Ich teste auch generell die Ladekurven an 3 Zellen und 4 Zellen LiPolymer, im Moment aber noch ohne Spannunsregler dazwischen. Hoffentlich werden die Verluste nicht allzu hoch, habe aber die Hoffnung, mit dem LowDrop-Regler nicht zu viel Ladestrom zu verlieren.... evt. hab ich morgen früh Zeit um den Regler reinzutüdeln...

Wie auch immer, Ihr hört von mir.

Grüsse von
Jens.

Kurzer Zwischenstand:

geregeltes Laden von 3 und 4 Zellen LiPoly funktioniert mit nur geringen Verlusten gegenüber der sicherheitstechnisch bedenklicheren Direktladung bis zum Abwinken der Schutzschaltung

Mit der Ladekennlinie im 2-Stufen-Betrieb bin ich noch nicht ganz glücklich, werde das Laden unter 10km/h wohl vernachlässigen und lieber die Leistung bei 20-22km/h (mein gewollter Umschaltbereich) weiter erhöhen.... morgen also wieder neue Testfahrt (so kommt man auch auf seine Kilometer )

Insgesamt ist die Baugrösse meiner Platine inzwischen leider doch deutlich gestiegen, Handyakkus und Ladeelektronik brauchen jetzt den selben Platz - aber dafür hat sich ja inzwischen die Ladeleistung verdoppelt und steht über einen erheblich grösseren Geschwindigkeitsbereich zur Verfügung

Die Hauptschuld an dem Volumenzuwachs tragen die grossen und leider jetzt auch zahlreichen Ultra-Low-ESR-Kondensatoren, aber die Biester haben einen guten Teil der Leistungssteigerung eingefahren....

Werd bei Gelegenheit auch mal nen vorläufigen Schaltplan pinseln...

Grüsse von
Jens.

So, Dank der Hilfe des eCommercelers beim Webseitestricken ist das aktuelle Ergebnis der letzten Wochen jetzt hier zu betrachten.
Rausgekommen ist ein Schaltplan für 3 Zellen, 4 Zellen LiIon/LiPolymer und einer konservativ für NiMh/Pb wie bisher bei der 12V-Version.
Ich will bei Gelegenheit noch was zu den nötigen LiIon-Schutzschaltungen pinseln....

Schaut bitte mal rüber obs verständlich geworden ist und ob was fehlt und so....

Grüsse von
Jens.

"Damit ist es zum direkten Betrieb von vielen KFZ-Ladeadaptern und geeignet." bei lilon 4 Zellen, soll das ungeeignet heißen?

Eine weitere Frage, ich habe mal etwas von einer AddLite-Schaltung gelesen, die je nach Geschwindigkeit einen 2. Scheinwerfer zuschaltet, wäre das nicht prinzipiell möglich die als Schalter für die zwei Ladestufen zu verwenden?

Gruß Georg

Nein. Tipfehler- ich wollte erst auch GPS-Geräte dazuschreiben, wurde mir aber schlagartig bewusst das ich da ja gar keine Ahnung habe (das Ergebnis hast Du gefunden ). Also- KFZ-Adapter dürften allermeist funktionieren, das KFZ-Bordnetz hat allerdings nur bis 14.5V- deshalb die etwas vage Aussage.

prinzipiell ganz klar ja.
Das momentan beschriebene kann die Grundlage für eine Geschwindigkeitsumschaltung automatischer Art sein. (Die Idee für die 2. Leistungsstufe kam von JohannW, er hatte sogar 4 automatische Stufen in einer Schaltung realisiert!)
Allerdings dürfte meine momentane "Primitiv-Variante" wesentlich einfacher nachbaubar sein und eine Automatik ist erst im Extrembereich notwendig (Stromverbrauch im Grenzbereich des Erzeugbaren).
Nur mal so als Beispiel- meine aktuell am Rad verbaute Schaltung liefert bei Familien-Reisetempo sicher weniger als 3W (ich tippe eher auf 1.5-2W), aber durch das permanente Laden fällt deutlich mehr Energie an als 4 Personen verbrauchen - und das mit nur einem Ladegerät. Wir versorgen 2 Handys, 4 Stirnlampen, 1 Handlampe, eine Digiknipse und 2 MP3-Player.... und nebenbei mein Radlicht natürlich auch.

Grüsse von
Jens.