Skocz do zawartości

Ładowarka 6S Li-ion


Tded

Pomocna odpowiedź

Witajcie.

Zastanawiam się w jaki sposób ładować pakiet 6S baterii Li-Ion.

Z założenia układ ma się sam balansować, zabezpieczyć przed przeładowaniem i rozładowaniem.

Zastanawiałem się nad LM317 z ograniczeniem prądowym, i po jednym takim układzie na każdą celę, tylko co z masą? robić wspólną? porobią się chyba zwarcia, nie wiadomo jak by to działało, potrzebna by była symulacja.

Na blogu mdiy widziałem balanser fajnie działający, tylko taki układ potrzebuje zasilania stabilizowanego oraz z ograniczeniem prądowym, czyli dobry zasilacz/ładowarka.

Najlepsze co mam pod ręką to zasilacz laptopowy, czyli napięcie trzeba podbić a następnie jakiś zasilacz co mi to ustabilizuje i da CC.

Najchętniej wykonał bym układ dedykowany pod uC, tylko czy ma ktoś jakiś pomysł, jak by to z grubsza miało wyglądać? Jaką metodę zastosować, jakie komponenty, tak mniej więcej, potrzebuję troszkę inspiracji.

Pozdrawiam 😉

Link do komentarza
Share on other sites

Najprościej to kupić ładowarkę modelarską. Pakiety 6S ładują wszystkie "programowalne" sprzęty, nawet takie za 100zł. Zasilanie masz z 230VAC lub z 12-15VDC.

O jakich pojemnościach i czasach ładowania mówimy? Bo od tego zależą prądy a więc i metody. Poza tym przy dobrym akumulatorze nie musisz wciąż go balansować. Jeżeli wchodzi w grę wiele cykli (np. 10) normalnego ładowania/rozładowania a potem wyjęcie aku i zbalansowanie "konserwacyjne", to wystarczy zrobić proste źródło napięciowe 25.2V z ograniczeniem prądu a porządną, "sklepową" ładowarkę trzymać na biurku.

Jeżeli wymyślisz (co nie jest trudne) liniowy stabilizator napięcia z ograniczeniem prądu np. na LM317 lub na TL431+tranzystor to możesz każdą celę ładować jakby niezależnie. Do tego jednak potrzebujesz 6 odseparowanych źródeł napięcia. Oczywiście najładniej jest zrobić przetwornicę np. flyback i nawinąć trafo z 6 uzwojeniami wtórnymi, 6 prostownikami i 6 kompletami wyprowadzeń +/GND. To jednak rzeźba, choć tak właśnie są zrobione prościutkie ładowarki ładujące przez złącze balancera z 230VAC (ok. 30zł dla 3S). Możesz też wziąć 6 izolowanych, gotowych przetwornic DCDC np. 5V/5V. Wejścia podłączasz równolegle do 5V a na drugich końcach masz 6 odseparowanych źródeł 5V. W sam raz do ładowania 6 cel szeregowych tą metodą. Możesz użyć wtedy 6 tanich ładowarek USB do ogniw 1S w postaci gotowych scalaków z prądami ustawianymi rezystorem.

Możesz też zrobić balancer "kradnący" prąd - tak są zrobione ładowarki modelarskie. Od góry masz jedno duże źródło prądowe z ograniczeniem napięcia a każda cela ma równolegle do siebie tranzystor z opornikami. Gdy procesor wykryje że napięcie którejś celi jest zbyt duże, załącza jej tranzystor i ta cela jest ładowana wolniej względem innych, bo część prądu ją omija. Z pomiarem napięć takiej drabinki to pewnie sobie poradzisz.

W sumie to pomysłów w tym temacie jest mnóstwo, nie wiem czy jest sens pisać. Musisz się na coś zdecydować.

Link do komentarza
Share on other sites

te przetwornice DC/DC wydaje mi się, że nie przejdą, bym musiał rozłączać akumulatory, chodzi mi o te płytki z alledrogo ładujące i zabezpieczające baterię, mam takie 2 moduły i razem nie chcą współpracować.

IMG_582253212de3f5992.png

Wykorzystam taki układ, jako zasilanie zasilacz laptopy (21V) i przetwornica podbijająca do 25,2V, następnie LM317 z ograniczeniem prądowym do 500mAh, może troszkę więcej.

Baterie to odzysk 18650, więc coś około 1500mAh.

Do tego zaciągnę jeszcze jakiś uC do sprawdzania napięć na akumulatorkach, oraz będzie odłączał obciążenie z baterii przez mosfeik, oraz może ładowanie.

Nie podoba mi się bardzo rozwiązanie...

Troszkę pokomplikowane, ale jedna z łatwiejszych opcji.

Może lepiej było by to wykonać na LM'kach, porobić źródła prądowe, na napięcia

GND -||- 4,2V -||- 8,4V -||- 12,6V -||- itd... -||- <- Akumulatorek

Tylko przy założeniu, że ładuję prądem stałym, napięcie będzie powoli rosnąć więc różnica pomiędzy źródłami, 4,2V, może dojść do wartości 5,4V.

GND -||- 3V -||- 8,4V -||-...

Dalej średnio to widzę, może kontrolować wszystkie napięcia za pomocą uC i je zmieniać na bieżąco?

Link do komentarza
Share on other sites

Ależ oczywiście, że przetwornice zadziałają bez żadnego rozłączania ogniw. Przecież są osobnymi źródłami, więc robisz tak:

- wyjściowy "-" przetwornicy łączysz bezpośrednio z punktem wspólnym dwóch ogniw (lub na początku z minusem stosu),
- wyjściowy "+5V" przetwornicy wpuszczasz do wejścia scalaka ładowarki USB,
- jego wyjście podłączasz do następnego wyższego punktu wspólnego stosu ogniw (czyli tam, gdzie dochodzi "-" wyższego źródełka zasilania).

Schemat powtarzasz 6 razy, narysuj to sobie. Właśnie dzięki pełnej separacji galwanicznej zasilań każdy element takiego łańcucha pracuje na innym napięciu sumacyjnym nie przeszkadzając żadnemu innemu. To jednak tylko taka ciekawostka, moim zdaniem, bo jednak 6 przetwornic izolowanych o sensownej mocy to absurdalny koszt.

Twój pomysł nie jest dobry, bo LM317 ma bardzo duży drop-out napięciowy na samym "sobie" plus jeszcze dochodzi z definicji 1.25 V spadku na rezystorze szeregowym w układzie źródła prądowego. Okaże się, że maksymalne napięcie na stosie 6S będzie ponad 3V niższe niż wyjściowe z przetwornicy. A co gorsza spadek ten jest nieprzewidywalny.

Jeśli zrobisz zestaw źródeł prądowych stojących na masie (tj. pompujących prąd wracający za chwilę wspólną masą) i do każdego punktu wspólnego stosu ogniw podłączysz jedno, to każde niższe ogniwo będzie dostawało sumę prądów wyższych źródeł. Źródła muszą pracować w oczkach zamykających się przez jedno ogniwo, jak w moim pociesznym przykładzie z 6 przetwornicami.

Procesor i tak jest potrzebny, bo rozwiązuje wiele problemów z sygnalizacją i kontrolą procesu. W sumie to nie wiemy do czego chcesz to wykorzystać. Jak rozumiem ładowarka modelarska odpada (dlaczego?). Czy to będzie rozwiązanie "wbudowane" w coś większego? Wtedy zwykle i tak jest jakaś inteligencja na pokładzie więc co za problem? Proces ładowania jest powolny i nie wymaga jakiejś wielkiej mocy obliczeniowej lub krótkich czasów reakcji. Nawet Linux na Malinie odpalając proces kontroli raz na minutę spokojnie sobie poradzi. To samo w drugą stronę: małe ATtiny także da radę.

Dysponując zasilaniem 24V ja bym zrobił tak:

- Buduję beztransformatorową przetwornicę SEPIC z kluczem sterowanym PWM wprost z jakiegoś małego procesora ATmega typu 88 czy nawet Arduinowego 328. Przetwornica musi mieć wydajność wystarczającą do "pociągnięcia" pełnego obciążenia systemu plus prąd ładowania aku.

- Procesor zna napięcie wyjściowe przetwornicy czyli napięcie stosu 6S i prąd akumulatora. To pierwsze przez dzielnik, to drugie przez rezystor pomiarowy stojący dla uproszczenia na masie, czyli między minusem akumulatora a masą systemu/ADC. Napięcie na nim jest nieznacząco małe (np. 50mV przy 0.5A) więc pomijalne przy pomiarach napięć. Z resztą zawsze można je uwzględnić w rachunkach.

- Do każdej celi wstawiam równolegle "kradnący" prąd tranzystor z opornikami takimi, by zabierał np. ok. 20% przewidywanego maksymalnego prądu ładowania przy 4V napięcia celi. Dokładna wartość tego pobieranego "bokiem" prądu jest bez znaczenia.

- Ponieważ mierzymy prąd akumulatora, nie ma znaczenia ile pobiera system i nie musimy go na czas ładowania odpinać. Procesor stabilizuje prąd ładowania poprzez zmianę PWM robiąc programowe źródło prądowe. System pobiera ile chce i w ogóle nas to nie obchodzi.

- Jednocześnie algorytm czuwa nad napięciem stosu 6S i po dojściu do fazy CV ogranicza je do poziomu 25.2V.

- Algorytm balancera mierzy napięcia na celach i gdy zauważa gdzieś zbyt dużą odchyłkę w górę, załącza odpowiedni tranzystor. Jeżeli któraś cela ładuje się o 20% szybciej niż pozostałe mimo ciągłego włączenia tranzystora, to i tak cały pakiet jest do wywalenia. Normalnie jej tempo ładowania (narastania napięcia) powinno zwolnić i wszystkie inne powinny ją dogonić, bo dostają pełny prąd z przetwornicy.

Całość zamyka się w procesorze i kilku elementach pobocznych. Żadnego kombinowania i niepewności. Ładowarki które wbudowuję w moje projekty (pracujące często w warunkach polowych 24/365) często pracują właśnie wg takiego lub podobnego pomysłu. Klucz na wyjściu (między akumulatorem a obciążeniem) jest konieczny ze względu na zabezpieczenie przed nadmiernym rozładowaniem - to też robi procesor.

Oczywiście możesz zrobić rozwiązania pośrednie, np. przetwornica na jakimś silnym scalaku typu boost (np. LM2587 lub coś słabszego z tej rodziny) użytym jako SEPIC, z napięciem wyjściowym regulowanym przez PWM procesora. Taka hybryda ma tę zaletę, że pracuje na dużo wyższych częstotliwościach niż uzyskiwalne z timerów ATmegi więc konieczne indukcyjności i pojemności są dużo mniejsze. Można to modyfikować na mnóstwo sposobów.

Czy możesz napisać do czego to jest i w jakich warunkach będzie pracować?

  • Lubię! 2
Link do komentarza
Share on other sites

Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.
Zarejestruj się lub zaloguj, aby ukryć tę reklamę.

jlcpcb.jpg

jlcpcb.jpg

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

Dzięki, przekonałeś mnie do tego balansera na rezystorach, to faktycznie będzie najlepsza z opcji, z resztą i tak muszę zrobić przetwornice a uC i tak będzie tam siedział, więc czemu nie.

Układ będzie zasilał kolumienkę plenerową (coś jak by piecyk) moc to około 50W, no i problem był w tym, że wszystko ma być zabudowane, a wiadomo, ładowarki zazwyczaj się nie wozi a zasilacz do laptopa zawsze gdzieś się plącze. Te wszystkie gotowe zestawy nie są za wiele warte, przynajmniej dla mnie. A i taki układ zawsze się przyda do wszystkiego innego 😉

Dzięki jeszcze raz 🙂

Link do komentarza
Share on other sites

Jeśli zaplanowałeś sobie estetyczny sprzęt samowystarczalny energetycznie na wzór przenośnych głośników Bluetooth itp to OK, mogę zrozumieć Twoją chęć wbudowywania stosu LiPoli. Jednak mimo wszystko to trochę kosztowne i kłopotliwe rozwiązanie. Musisz skonstruować ładowarkę z balansowaniem i cackać się z tymi akumulatorami jak z jajkiem. Poza tym większe pojemności są po prostu drogie. Płacisz też za duże prądy rozładowania których tu raczej nie wykorzystasz. Ja bym to jeszcze raz przemyślał i... zrobił w tym "piecyku" po prostu gniazdko zewnętrznego zasilania. Miałbym wtedy opcję zasilacza laptopowego 24V DC, akumulatorów LiPol (gdybym takie miał pod ręką) a jako podstawowe źródło zasilania w polu mógłbym używać dwóch szeregowo połączonych akumulatorów żelowych. Mają 12V, są tanie i dostępne w wielu rozmiarach i pojemnościach. Gotowe ładowarki do tego też nie są drogie a najprostsza składa się z jednego opornika, nie licząc zasilacza i odpowiednim napięciu. Za 12V/7Ah zapłacisz poniżej 40zł. Ładując dwa równolegle pozbywasz się problemu balansowania ogniw a przecież można wstawić oba do środka i zrobić przełącznik praca/ładowanie. Co Ty na to?

Istnieje jeszcze inna możliwość: jeden wewnętrzny akumulator żelowy 12V ładowany bezpośrednio z gniazdka DCIN 12V i gotowa przetwornica boost robiąca 24V (czy ile tam potrzeba) dla toru audio. To też wydaje mi się prostsze niż 6S.

Oczywiście jeśli przedkładasz nad wszystko walory edukacyjne ładowarki LiPol 6S, nie było pytania.

Link do komentarza
Share on other sites

Dokładnie, samowystarczalne źródło dźwięku, a do tego słowo klucz - przenośne, i właśnie dlatego lipo, mała masa.

No, a te zabawy z ładowaniem to po prostu przymus, potrzebuję ponad 20V by wzmacniacz wydał z siebie te 50W. Wcześniej miałem równolegle w pakiecie 2s, te akumulatory, miałem do 2s ładowarkę balansującą, ale przetwornica do wzmacniacza nie wyrabiała jak miała podciągać do 24V z 7V.

A cena akumulatorków, no nie wchodzi za bardzo w grę, i też dlatego zależy mi na wbudowanym balansowaniu i zabezpieczeniu, bo te akumulatorki są z odzysku, a wiadomo jak z takimi jest...

Praca bez możliwości jednoczesnego ładowania nie wchodzi w grę, no niby litowców nie powinno stonować się do pracy buforowej, ale te baterie i tak idą na dobicie.

Rozmiary całej kolumienki nie są wielkie, jak od średniej wierzy do pokoju, jakieś 20x40x30cm.

Bardzo przydatne też do akademika, wiadomo, nie każdy ma tam sprzęt audio, a na takiej kolumience już można poszaleć 🙂

Walory edukacyjne, wiadomo jak zawsze, ale w moim przypadku, chyba po prostu lubię sobie komplikować życie 😉

Link do komentarza
Share on other sites

Rozumiem, ja też lubię jednostkowe wykonania - zwykle nie ma problemów z budżetem 🙂

"..litowców nie powinno stonować się do pracy buforowej.."

Nic podobnego. Właśnie dlatego że nie mają efektów pamięciowych i można zupełnie dowolnie sterować i/lub przerywać ładowanie, bardzo dobrze nadają się do pracy buforowej. W Twoim przypadku ważne jest to, by wbudowana ładowarka miała wydajność wszystkiego razem, czyli pokrywała prąd wzmacniacza audio i ładowania aku. Wtedy praca buforowa jest zupełnie naturalnym trybem. Pewnym minusem jest szybsza degradacja LiPoli w wyższych napięciach. Możesz ją poważnie ograniczyć lekko zmniejszając napięcie końcowe ładowania np. do 4.1V oczywiście kosztem pojemności. No i ma to znaczenie gdy będziesz długo pracował z sieci AC przy jednoczesnym pełnym naładowaniu - jak notebook używany tylko na biurku w domu. Jednak przy stosowaniu ogniw "drugiej świeżości" i tak niewiele można się po nich spodziewać.

Wrzuć schemat jak już coś narysujesz. Przemyśl sprawę sposobu zasilania procesora sterującego, jego usypiania oraz budzenia żeby nie wysysał niepotrzebnie akumulatorów gdy odłożysz sprzęt na miesiąc na półkę.

Link do komentarza
Share on other sites

Jak na razie coś takiego, trudno mi czas na to znaleźć, sporo skopiowane z schematów dostępnych w sieci czy ładowarki imax, co do zasilenia uC, to się zastanawiam, jak by to tu zrobić, by bateria nie siadała za szybko.

Na końcu mam zaciski obciążenia (load), jest ono sterowane przez mosfet'a, gdyby tak zabrać z BAT + za pomocą przycisku napięcie do osobnego stabilizatora(stab2) 5V, a z tego przez diodę do +5 uC, następnie załączyć mosfeta i zabrać już napięcie z Load przez diodę do stabilizatora stab(2), taka pętla, po prostu nie mam pojęcia jak to ogarnąć, sam nie wiem na ile dobrze zrobiłem schemat tej ładowarki...

adowarka.zip

Link do komentarza
Share on other sites

No widzisz, tak to jest gdy w pośpiechu coś kopiujesz bez pomyślunku. Ani nie usiadłeś do zasilania procesora, ani nawet nie zajrzałeś jak robi się SEPIC. Włożyłeś mnóstwo pracy w narysowanie nieczytelnego schematu (zupełnie odwrotnie narysowany cały balancer - plus na dole - kto tak robi??), bezsesnownie skomplikowane sterowanie tranzystorów, z resztą zupełnie niepotrzebne aż dwa klucze MOSFET, druty idące na skos przez procesor, podłączenie jego nóżek trochę przypadkowe (np. PWM?) itd.. Nie szkoda Ci czasu? Zapomnij o tym i zastanów się na kilkoma kluczowymi rzeczami:

1. Jak wygląda topologia SEPIC, zrozum jak działa, znajdź wzory do liczenia itd.

2. Jak zrobić zasilanie procesora? Załóż użycie włączalnego stabilizatora lub na razie mechanizmu włączania zwykłego 7805. Niech np. zasilanie 5V będzie jakoś magicznie włączane stanem wysokim. Na tym etapie na razie nie ma znaczenia jak, to tylko koncepcja - musisz ją mieć żeby pójść dalej. Kiedy chcesz żeby procesor dostawał zasilanie? Na pewno gdy ktoś podłączy zewnętrzne 24V lub gdy naciśnie przycisk (bez zasilacza). Zrób to. Potem dospawaj podtrzymanie zasilania z procka, tj. gdy ten już wystartuje powinien zablokować możliwość zdechnięcia 5V. Dopiero gdy sam zechce, sam sobie wyłączy, itd.. To nietrudne, ale musisz to mieć.

3. Znajdź stabilizator wyłączalny, który wytrzyma 24V i zrobi 5V i będzie załączany stanem wysokim na wejściu ENABLE. To może być gotowy moduł małej przetwornicy DCDC jakich teraz pełno.

4. Narysuj tylko to (pkt 2,3) i pokaż. Żadnych wielkich schematów, nie próbuj projektować całego urządzenia na raz, szczególnie gdy robisz to z doskoku i nie masz czasu.

Link do komentarza
Share on other sites

Nie mogę doczytać jakiego zakresu regulacji napięcia na SEPIC mogę się spodziewać, oraz jaki zakres wypełnienia PWM będzie wpływał na regulację.

Schemat wyliczył mi program Würth Elektronik Component Selector

Link do komentarza
Share on other sites

To smutne, jak możemy pomóc?

Możesz po prostu napisać w jakim przedziale występuje jakakolwiek regulacja, lub jeśli dysponujesz, zarzucić wykresem napięcia od wypełnienia, było by mi niezmiernie miło 😉

Skąd weźmiesz 200kHz?

Skombinuję zegarek na sterydach 😉 - Mikrokontroler na zegarku 16MHz

Link do komentarza
Share on other sites

Regulacja występuje w całym przedziale. Poniżej 50% (nie wliczając spadków napięć na elementach po drodze, głównie na diodzie) masz przetwornicę obniżającą a powyżej 50% podwyższającą. Zależności nie są liniowe, niestety. Mogę napisać Ci wzór, ale lepiej będzie jak jednak poczytasz coś więcej bo jeśli nie umiesz go wymyślić to znaczy, że nie rozumiesz jak to działa. A przy projektowaniu to jednak dość ważne. Proszę, oto pierwsze trafienie w przeglądarce (rozdział Duty cycle, ale spróbuj przetrawić jak najwięcej):

http://www.ti.com/lit/an/slyt309/slyt309.pdf

Drugie trafienie również niezłe:

https://web.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-050114-131841/unrestricted/SEPIC_MQP_Final_Report.pdf

16MHz/200kHz=80 a to znaczy, że będziesz musiał pracować z PWM ograniczonym do rozdzielczości 6 bitów, bo nawet 7-bitowy licznik da już tylko 16MHz/128=125kHz. A 6 bitów to 64 różne poziomy wypełnienia - maławo, prawda?. Z tego użytecznych pewnie będzie połowa. No i najważniejsze: timer musi to umieć. Normalnie masz 8 bitów czyli dostajesz jedynie 64kHz. Sprawdzałeś czy któryś umie skracać okres PWM poniżej 8 bitów?

Link do komentarza
Share on other sites

Dołącz do dyskusji, napisz odpowiedź!

Jeśli masz już konto to zaloguj się teraz, aby opublikować wiadomość jako Ty. Możesz też napisać teraz i zarejestrować się później.
Uwaga: wgrywanie zdjęć i załączników dostępne jest po zalogowaniu!

Anonim
Dołącz do dyskusji! Kliknij i zacznij pisać...

×   Wklejony jako tekst z formatowaniem.   Przywróć formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Twój link będzie automatycznie osadzony.   Wyświetlać jako link

×   Twoja poprzednia zawartość została przywrócona.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz wkleić zdjęć bezpośrednio. Prześlij lub wstaw obrazy z adresu URL.

×
×
  • Utwórz nowe...

Ważne informacje

Ta strona używa ciasteczek (cookies), dzięki którym może działać lepiej. Więcej na ten temat znajdziesz w Polityce Prywatności.