Wann Balancing bei Li-Ion?

Hallo, wann ist bei Reihenschaltung von Li-Ion-Zellen Balancing nötig? Unter

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ist ein Lader für 3 Zellen mit LP2952 beschrieben, bei dem die 3 Zellen einfach in Reihe an 12.6V liegen. Sowas kann doch nur bei gleich alten Zellen aus der selben Charge sicher funktionieren.

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Dipl.-Inform(FH) Peter Heitzer, peter.heitzer@rz.uni-regensburg.de
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Peter Heitzer
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Peter Heitzer schrieb:

Ohne jetzt den Link gelesen zu haben: Datenblätter und App Notes sind immer mit Bedacht zu lesen. Oftmals sind es nur vereinfachte Prinzipien, die dort vorgestellt werden und wesentliche Dinge läßt man der Übersichtlichkeit einfach weg. Es wird davon ausgegangen, daß der fachkundige Leser dann entsprechend ergänzt!

Ich würde eine Form von Balancing verwenden. Ansonsten riskierst du entweder eine unvollständige Nutzung einzelner Zellen oder gar gleich den Totalausfall nach einiger Zeit. Haftungsfragen mal außen vor gelassen.

Selbstwerbung:

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Gruß - Henry

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Henry Kiefer

Hallo!

Peter Heitzer schrieb:

Selbst da nicht, da auch die Alterung Toleranzen unterliegt. Ferner kommt es im Pack in der Regel durch die Einbausituation zu systematischen Temperaturunterschieden im Betrieb.

Marcel

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Marcel Müller

Marcel Müller schrieb:

So wie der Link aussieht, den ich dann doch noch sichtete, bezieht sich NS auf einen fertigen Pack. Fertige Lithium-Packs haben oft die Schutzschaltung schon mit drauf!

Ich würde empfehlen, auch noch über Eneloop NiMH nachzudenken. Die sind nicht so "giftig".

- Henry

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Henry Kiefer

n.

Irgendwie kriege ich das PDF nicht geladen. Ist die dort gezeigte Schaltung eigentlich nachbaubar oder ist es nur ein Prinzip- Schaltbild wie sonst in Patentanmeldungen =FCblich? Wrde f=FCr diesen Zweck auch eine einfache Schaltung wie diese reichen?

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(Nat=FCrlich mit Einzelabgleich der Spannung!) Gruss Harald

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Harald Wilhelms

Prinzipschaltbild, das Teil hat den Vorteil das man wirklich die volle Leistung über den "Balancer" kriegt.

Nicht wie bei den "üblichen" nur ein paar Amp.

Gruß Matthias

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Matthias D.

"Harald Wilhelms" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@56g2000hsm.googlegroups.com...

Zumindest halte ich es fuer unwahrscheinlich, dass das Patent Bestand hat falls es jemand angreifen sollte. Viel zu geringe Erfinderhoehe. Die Schaltung ist schon in Figure 1 im Datenblatt des LTC1043.

Nein, viel zu ungenau. Z-Dioden sind auch temp-abhaengig, schonder Temp-Coeff eines notmalen Widerstandes ist fuer LiIon zu viel.

Aber beim Laden jede Zelle auf 4.2V per Shunt zu begrenzen fuehrt auch zum Balancing, wenn man das Laden (zumindest einen verringerten Ladestrom) erst abschaltet, wenn auch die letzte Zelle voll ist.

Normale LiIon Controller schalten leider ab, wenn die erste Zelle voll ist.

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Manfred Winterhoff
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MaWin

Welches Dokument kriegst du nicht mit welcher Fehlermeldung? Eventuell habe ich einen Fehler drin??

Die allermeisten Balancer basieren auf dem Nebenschlußprinzip. Ab einer bestimmten Spannung wird mittels z.B. einer Zenerdiode(-nschaltung) die Spannung an der jeweiligen Einzelzelle begrenzt, äh verbraten.

Die Schaltung ist natürlich nachbaubar. Es ist kein Luftpatent. Allerdings gebe ich nicht kostenlos Unterlagen raus. Ansonsten gerne per PM...

Für die *.djvu Dokumente brauchst du einen djvu-Reader! Guckst du Wikipedia. Oder ich schicke es dir als pdf.

Gruß - Henry

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Henry Kiefer

MaWin schrieb:

Ich weiß nicht wann der durchaus interessante LTC1043 rauskam und ob sie darauf ein in DE anerkanntes Patent angemeldet haben. Aber es ist eh eine so entfernte Anwendung, das es ganz sicher Bestand hätte!

Wenn du so argumentierst, wäre jede Leitnersche Flasche oder wie die hießen, die in Reihe geschaltet wurde(n) und vorher einzeln quasi parallel an einer Primärzelle zum Aufladen hing, prinzipiell das Gleiche. Mal vom ICL7660 ganz abgesehen.

Wenn du viel Zeit hast, dann lese mal buchstabengenau die Patente von Fraunhofer Gesellschaft in diese Richtung. Da geht es um Nuancen!

Ist aber eh deine Einstellung zu Patenten. Die sei dir gegönnt.

Eventuell würde der TK zu Lithium passen. Weiß ich nicht. Andererseits muß man die Zelle auch nicht vollochsen.

- Henry

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Henry Kiefer

snipped-for-privacy@56g2000hsm.googlegroups.com...

Naja, anstelle einer Z-Diode h=E4tte ich dann auch den TL431 genommen. Der ist schliesslich kaum teurer. Ausserdem nat=FCrlich Metallschicht- Widerst=E4nde. Es ging mir da eher um die recht einfache Schaltung zur Erh=F6hung des zul=E4ssigen Stroms. Gruss Harald

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Harald Wilhelms

Es gibt da anscheinend ein Kompatibilit=E4tsproblem. Mit Firefox klappt schon der Link nicht, weil es ein ".html" am Ende erwartet und auch das PDF wurde nicht geladen. Mit dem Internet-Explorer (den ich eigentlich schon "eingemottet" hatte) klappt beides jetzt problemlos.

Nun, zumindest wenn man das mit Relais nachbaut, geht das recht einfach. Irgendwie vermisse ich allerdings den Lade-Widerstand zwischen den einzelnen Ladungsspeichern (Kondensatoren und Akkuzellen), der m.E. wegen des Kondensator- Paradoxons zwingend erforderlich ist und dann den Wirkungsgrad verschlechtert. Allerdings ist bei Ladeger=E4ten der Wirkungsgrad ja nicht sooo wichtig. =DCbrigens, ich hatte nicht vor, Deine Idee im grossem Massstab nachzubauen. Ich fand es nur an der Zeit, mich etwas intesiver mit Li-Akkus f=FCr allgemeine h=E4uslche Anwendungen zu besch=E4ftigen, da sie m.E. das Experimentierstadium inzwischen =FCberschritten haben. Die =FCblichen Vorsichtsmassnahmen bei deren Aufladung sind mir bekannt. Gruss Harald

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Harald Wilhelms

Ah so. Also der Link ist ein Short, der dann auf die eigentliche Seite weiterleitet. Eigentlich normales HTML drin. Werde ich mir mit Firefox ansehen. Aber ich erwarte schon, dafür gibts keine Lösung. IE kann vieles mehr.

Der Vorteil ist, daß ich dann auf dem Server beliebig strukturieren kann und für den Erstaufrufer ist der Link kürzer. Du bist auch der Erste, der sich diesbezüglich meldet *grmpf*

Die Schaltung wirkt sowohl beim Laden, als auch beim Entladen. Im Extremfall ist ein Zellentausch möglich, bei dem dann die Schaltung die Einzelzelle in der Luft überbrückt.

In der Prxis versucht man die Längswiderstände zu minimieren, extra Widerstände einzubauen wäre hier fatal. Die maximale Temperatur wird überwacht und damit indirekt der Transferstrom.

Zweitens: Es wird nur ein _Differenzstrom_ benachbarter Zellen transferiert. Der Hauptstrom geht immernoch _durch_ die Zellen!

Das mit dem Kondensator-Paradoxon, hm. Ich weiß nicht. Sollte eigentlich auch für Induktivitäten gelten. Weißt du, es ist so: Baut man die Schaltung mit den besten Bauelementen auf, dann beobachtet man die Merkwürdigkeit das der Strom bei merkbarer Belastung _nicht_ an beiden Enden der beiden verschalteten Akkus _gleich_ ist. Es fließt also auf z.B. dem oberen Zweig mehr Strom in die Schaltung rein, als unten wieder raus. Die Lösung: Am oberen Akku war dann die Zellenspannung kleiner, am unteren größer. Die unvermeidlichen Induktivitäten in der Schaltung haben ein Schaltnetzteil im klassischen Sinne realisiert. Anders konnte ich es mir bislang nicht erklären.

Du kannst natürlich Relais benutzen, wirst damit aber sicherlich nicht glücklich. Die Kontakte werden abbrennen oder hängen!

Das Patent ist abgelaufen, Privatnutzung ohne Veräußerung ist sowieso bei Patenten erlaubt.

Gruß - Henry

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Henry Kiefer

Das Kondensatorparadoxon besagt, das bei Energie=FCbertragung von einem zu einem anderen Kondensator grunds=E4tzlich die H=E4lfte der Energie im Vorwiderstand bleibt und zwar v=F6llig unabh=E4ngig vom Wert dieses Widerstands. Bei kleinen Widerst=E4nden findet diese =DCbertragung nur schneller und bei gr=F6sseren Str=F6men statt. Die sonst =FCbliche Vernach- l=E4ssigung von Innenwiderst=E4nden bei theoretischen Betrach- tungen geht hier nicht, da dann ein unendlich hoher Strom fliessen m=FCsste. Ich habe das Patent auch noch nicht voll- st=E4ndig durchgelesen. Dazu werde ich aber wohl am Wochenende noch kommen.

Bei Induktivit=E4ten m=FCsste es dann bei Reihen- schaltungen auftreten. Andererseits sind echte Induktivit=E4ten sowieso wesentlich weiter von Ihrem Idealzustand entfernt als das bei Konden- satoren der Fall ist. Vielleicht f=E4llt es deshalb dort nicht so auf.

n

Interessanter Effekt. Mal sehn, ob ich den anhand Deiner Patentanmeldung nachvollziehen kann.

Ja, wenn Die Str=F6me wegen des Kondensatorparadoxons zu hoch werden. :-) Gruss Harald

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Harald Wilhelms

Außerdem muß man dann Leerlauf durch Kurzschluss ersetzen und umgekehrt, und das widersetzt sich dann dem menschlichen Verständnis. :-)

Daß ein Kondensator, dessen Klemmen im Leerlauf liegen seine Ladung behält und die Spannung daran konstant bleibt, das kann man sich ja noch vorstellen, daß aber eine kurzgeschlossene Induktivität ihr Magnetfeld behält und der Strom unendlich im Kreis fließt, kommt einem schon ziemlich skurril vor.

Genau, was bei der Kapazität der parasitäre Leitwert ist, entspricht bei der Induktivität dem parasitären Widerstand.

Gruß Henning

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Henning Paul

Ich weiß. Berichte wenn du mehr Erkenntnis hast.

Damals hatte ich auch ein mathematisches Modell für die Schaltung entwickelt, so daß ich mit Bauelementewerten aus den Datenblättern bereits die Gesamteigenschaften der Schaltung vorhersagen konnte. Hat ganz gut geklappt.

Ja, es klingt nach SPICE. Das war aber die Zeit vor spice! Zumindest für mich in DE. LTspice schwomm noch als abstruser Gedanke im Hirn des Erfinders.

Mag sein. Das Kondensatorparadoxon kenne ich nur als akademische Blase. In der Praxis hatte ich damit bislang keinerlei Probleme. Wohl auch deshalb, weil Kondensatoren meist nur filternd verwendet werden.

Nein, die Patentanmeldung erwähnt es nicht. Ist auch nicht so leicht real meßbar. Da mußt du die Bauelemente schon zeitaufwändig selektieren und zumindest eine Platine machen.

Als Plattform was geht, gabs dann Gozillabooster. Das war eine Platine mit überall extra Kupferkabeln und CPU-Lüfter usw. Das Ding konnte dann

20A dauerhaft transferieren - Was für über 200A Strangstrom gut ist! Heutzutage wäre erheblich mehr drin.

Ist unschön, wenn die Kupferbahnen sich dellen oder Keramikkondensatoren im Chor zirpen...

Du redest mit einem Fernmelder, der Flachrelais 48 geputzt hat. Das hat mit dem Kondensatorparadoxon gar nix zu tun! Beiß dich dort nicht fest. Es ist unrelevant oder besser gesagt: Versuchst du es zu umgehen, erkaufst du dir einen noch größeren Nachteil. Genaueres will ich nicht sagen.

Ich grübele auch schon seit geraumer Zeit abundzu über ein Schaltungs-Update. Das Prinzip wäre dann aber erheblich anders. Aber wo kein Markt ist, werde ich nicht aktiv.

- Henry

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Henry Kiefer

Hallo Harald,

Das mit dem Kondensatorparadoxon will verstanden werden. Wenn die Zellen (nahezu) gleiche Spannung haben, dann wird der Wirkungsgrad sogar sehr gut.

Marte

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Marte Schwarz

Hallo Harald,

völlig enladenen !

und nur dann!

Nicht umsont kann man mit Kondensatorumladungen sehr hohe Wirkungsgrade bei Spanungsvervielfachungen erreichen.

Marte

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Marte Schwarz

Marte Schwarz schrieb:

Also ein Wirkungsgrad von 50% bei Volllast. Volle Last ist ein seltener Fall. Jeder Teillastbereich ist also über 50%, bis hin zu 100% bei keiner Last!

Wobei Wirkungsgrad-Definition schwierig ist.

- Henry

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Henry Kiefer

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Ja, der Ladevorgang findet dann ja nur =FCber die Differenzspannung statt. Je kleiner diese ist, desto geringer ist auch der Energietransport. Von der Energie die dann trotzdem noch transportiert wird, verschwindet aber wieder genau die H=E4lfte im Vorwiderstand, egal ob der nun als Bauteil drin ist oder nur parasit=E4r in den Anschlussdr=E4hten. Gruss Harald

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Harald Wilhelms

bei

Hallo Henry, ich hatte bei meiner Formulierung bewusst nicht von "voll" und "leer" gesprochen, da dieser Satz grund- s=E4tzlich immer gilt. Nat=FCrlich ist bei fast gleichem Spannungsniveau zweier Kondensatoren der Energie- Transport von einem zum anderen geringer, aber auch hier bleibt die H=E4lfte der transportierten Energie im Vorwiderstand h=E4ngen, egal ob dieser Widerstand wirklich als Bauelement vorhanden ist oder nur parasit=E4r z.B. in Form eines Anschlussdrahtes. Man ist es als Elektroniker eigentlich gew=F6hnt, das man f=FCr Berechnungen gewisse Widerst=E4nde, z.B. den Innenwider- stand von Spannungsquellen vernach- l=E4ssigt, weil dadurch die Berechnungen vereinfacht werden. Dies (also die Verbindung zweier Kondensatoren mit unterschiedlichen Spannungen)ist aber m.W. der einzige Fall, wo man das nicht machen kann. =DCbrigens habe ich dieses Paradoxon auch nicht auf der Ingenieur- schule gelernt, sondern es ist mir erst vor verh=E4ltnism=E4ssig kurzer Zeit hier in der NG "begegnet". Seitdem f=E4llt es mir allerdings doch h=E4ufiger ins Auge, z.B. auch bei sog. Kondensator-Schaltnetzteilen.

Deshalb m=F6chte ich Dich auch bitten, meine diesbez=FCglichen Angaben nicht als Kritik zu verstehen. Wie bereits gesagt: Vor etwa zwei Jahren, h=E4tte ich auch lauthals gesagt: "Das gibts nicht". :-)

Das gleiche gilt =FCbrigens =FCber meine Schwierigkeiten, Deine Links aufzurufen. Ich kenne mich im Webdesign auch nicht besonders gut aus. Mir war eben nur auf- gefallen, das es mit Firefox nicht ging, mit dem Internetexplorer dann aber doch. Gruss Harald

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Harald Wilhelms

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