"Schakeling" om lipo's op spanning op te slaan

Helemaal mee eens.
We trachten alleen de fouten die in het schema duidelijk te maken.
Het idee is wel vrij simpel te realiseren met een wat aangepast schema en dat is nuttig om te weten voor iemand de dit wil proberen.

 

Die fouten zijn we het nog niet over eens.
Afgezien of er een voorschakelweerstand voor de leds moet worden opgenomen. Dat hangt helemaal van de led(s) af.

Het gaat overigens wel ergens mis in de "schakeling", maar daar over straks.

Het nut (voor mij dan) heb ik in de eerste post al geprobeerd uit te leggen.
Ik zou graag willen dat ik al mijn lipo's kan bewaren op een gezonde spanning, zo danig dat ik er maanden niet naar om hoef te kijken.
Als je de gewoonte hebt om dit wel te doen is dit prima natuurlijk.

Het idee is dus om gewoon alle lipo's op een bordje te prikken ongeacht wat voor pakket het is. Van 2S tot en met 6S.
Als je dit doe met pakketjes die reeds keurig zijn geladen of ontladen tot 3,8V is er niets aan de hand. En kleine spanningsverschillen worden vereffend door de cellen onderling, waarbij de stroom beperkt wordt door een weerstand van 3,9 Ohm.
Aan deze waarde kwam ik door uit te gaan van het verschil tussen een lege cel van 3V en een volle cel van 4,2V. De maximale stroom is dan ca 300mA.
Dit wordt uiteraard ook nog beperkt door de andere weerstand.
Echter als je er van uit gaat dat er 1 cel vol is en dat er meerdere lege cellen parallel achter zouden kunnen komen wordt de invloed van die 2e, 3e etc weerstand steeds kleiner.
Een maximale stroom van 300mA is nog te overzien.

Maar hier gaat het uiteindelijk wel mis, als er overal 3,9 Ohm weerstanden worden toegepast.
Het totale verschil tussen een lege en een volle 6S is 25,2V - 18V = 7,V
De theoretisch maximale stroom zou dan 1800mA worden.
Op zich geen verschrikking, alleen moeten er dan weerstanden van 12W toegepast worden, en dat wil ik niet.

Hier onder een overzichtje van de nieuwe waarden.


Hier onder hoe de cellen onderling worden aangesloten.
Dit is verder willekeurig, zolang het geen pakketten zijn van meer dan 6S.
Het kunnen net zo goed 10 Lipo's van 2S zijn samen 4 lipo's van 4S etc.


Hoe de cel-spanning van elk pakket wordt bewaakt ben ik nog mee bezig.
Ik wil het zo simpel mogelijk houden. Een meer complexe uitvoering (plan B) is sowieso uitvoerbaar, maar die schuif ik liever nog even door.

Bedankt voor het meedenken en wordt vervolgt.

 

Dat hangt van de voeding af.
Dat is alles waar het om draait dus dat wacht ik even af.

 

Los van het feit dat het leuk is een dergelijke schakeling te ontwikkelen en er over te praten, vraag ik me af wat het nut is. Vereffeningsstromen kunnen er voor zorgen dat gebalanceerde pakketten uit balans raken. Dat zal toch niet de bedoeling zijn dat keurig gebalanceerde pakketten in onbalans van je schakeling komen.

Het is al eerder gezegd, de zelfontlading van Li-Po's is gering. Een pakket wat je op 3,7 volt per cel weglegt, blijft maanden op die spanning. Het effect van de schakeling op de cellen zal zeer gering zijn.

Het grootste probleem met Li-Po's is veroudering. Als Li-Po's niet worden gebruikt gaat de veroudering door. De cellen precies op 3,7 volt houden, zal dat niet verhinderen. Dat is iets waar we mee moeten leven.

 

Volgens mij gaat je nieuwe schema niet goed werken. Volgens mij heeft Ernst dit al eens aangegeven. De laadstroom zal van boven naar beneden lopen door alle cellen. Bij elke cel lager in het schema komt er laadstroom bij van de voeding van die cel (tot er een bepaalde onvoorspelbare balans ontstaat) waardoor de cellen naarmate je naar beneden gaat steeds een hogere laadstroom krijgen en er onbalans in je pakket ontstaat. Dit wil je niet. De onderste cel zal dus als eerste op storage spanning zijn en door blijven laden, misschien wel tot een te hoge laadspanning.

Je kunt volgens mij beter 6 losse voedingen (wel met trafo) nemen en die over elke cel schakelen.

Ander nadeel van dit soort schakelingen is dat als één van je voedingen kapot gaat en lekt dat al je aangesloten paketten kapot gaan.

 

Als dat zo is, dan is de schakeling i.d.d. nutteloos.
En de zelfontlading van lipo(accu's) bij kamertemperatuur schijnt iets van 8% te zijn. Niet echt heel gering.
Batterijen met lithium kunnen wel jaren meegaan.

 

Helemaal goed, en dat is waarom een ladder van weerstanden in mijn ogen niet gaat werken.
Dat de stroom in de onderste pakketten het hoogst is hoeft geen probleem te zijn mits je er voor zorgt dat de cel-spanning niet te hoog kan worden.
Het enige bezwaar van de meerdere trafo's is dat ik het niet zo'n charmante oplossing vind. Ik heb hier nog een viertal 1,65VA 2x12V, (die zijn wat betreft de spanning wat overgedimensioneerd) dus dat houdt me niet tegen.

 

Dat is juist de charmantste oplossing.
Dan hoeft elke voeding met een LM317 alleen maar een aantal parallel geschakelde cellen op 3.8V te houden.
Dat moet dat alleen ook voor de andere cellen maar de zaak wordt netjes per cel (setje) ingesteld en bewaakt maar moet wel nauwkeurig af te stellen zijn.

 

Een ladderweerstand kan juist wel werken. Jouw schema is volgens mij geen laddernetwerk.

Zoals Ernst al aangaf kun je het volgende doen met een weerstandsladder, alleen moet je voor elk S-waarde een eigen ladder bouwen.

Dus, een op de juiste spanning afgeregelde voeding. Daar het pakket op aansluiten en over elke afzonderlijke cel een exact gelijke weerstand plaatsen. Daarmee heb je ook meteen het evt. ontaden, als de spanning van de cellen te hoog is bij aansluiten, opgelost.

Mischien kun je op deze manier wel, met extra weerstanden tussen de cellen van de paketten, meerdere pakketen met gelijke S-waarde aansluiten. Moet ik nog even over nadenken.

 

Het lijkt me niet de bedoeling om met deze schakeling lipos te gaan laden of balanceren.
Daar mee bedoel ik dat de lipos die je hier op aansluit in balans en op storage niveau moeten zijn.
Dan zijn de weerstanden overbodig en eventuele vereffeningsstromen op een veilig niveau.
Dat komt de werking en de eenvoud ten goede.

 

Anderzijds, dat zal vast een keer gebeuren. En dan mag de boel niet in de hens gaan.

 

Daar zijn de weerstanden i.d.d.nog wel nuttig voor.
Voor het verdelen van de voedingsspanning over de ingangen worden weerstanden echter ook nog als optie gezien maar dat zal niet werken vooral niet bij uitvallen van de voedingsspanning.

 

Niet juist! Als je de datasheet er op nakijkt zal je zien dat de fabrikant waarschuwt tegen een hogere spanning op de uitgang dan op de ingang. Dit kan de LM317 van binnen wel degelijk vernielen! Om dat te voorkomen zal een diode antiparallel aan de LM317 moeten zetten. Zo blijft het spanningsverschil beperkt tot de diode overgang en dat kan de LM317 goed verwerken.

Neen, ALLE leds hebben een vorm van stroombegrenzing nodig. Ja er bestaan "comby leds" waar een weerstand in dezelfde behuizing is gebouwd. Die kunnen dan op bijvoorbeeld 10V tot 15V gebruikt worden. Er zijn ook meer geavanceerde uitvoeringen waar een stroombron in is gebouwd. Die zijn bruikbaar van bijvoorbeeld 5V tot 30V. Dit soort leds zijn niet makkelijk verkrijgbaar en er zijn ook niet zo gek veel fabrikanten die ze maken. De "gewone" leds die je zo in de winkel koopt hebben gewoon altijd een stroombegrenzing nodig. Dat zal in de meeste gevallen een simpele weerstand zijn.

Het spijt me toch echt voor je maar dit zal niet goed gaan werken. Zeker wanneer je meerdere pakketten gaat aansluiten op één bordje. Ook al heb je netjes geladen en gebalanceerde accu's zullen er toch verschillen zijn. Twee accu's parallel, want dat doe je hier, zal nog wel gaan, drie wordt al moeilijker en nog meer zal vrijwel zeker fout gaan. De "vereffeningsstromen" zullen met voldoende hoge weerstanden nog wel binnen de perken gehouden kunnen worden maar de spanning zal nooit zodanig gelijk worden dat je er geen omkijken meer naar zal hebben. Dat laatste is nu net je bedoeling.

Het bewaken van de celsspanning is essentieel. Te laag is niet goed en te hoog net zo min. De kans dat je met deze schakeling op een te hoge spanning uitkomt is redelijk groot.
De meest simpele manier is die weerstandsladder. Dat zal zeker niet ideaal zijn maar als je een redelijk goed gebalanceerde accu hebt zal het goed werken. En je kan ook hier niet meerdere accu's parallel zetten. Zolang je de stromen klein houdt, alle cellen goed zijn en redelijk gelijk zal het wel lukken. Als er ongelijkheden ontstaan zal het verkeerd kunnen gaan dus ook hier zal je er regelmatig naar moeten kijken. Er hoeft maar één cel kapot te gaan en je hebt al een flink probleem.

Het mag dan niet echt charmant zijn maar wel de enige goede manier die altijd goed zal werken en waarbij de kans op problemen absoluut het kleinst is.

Het is inderdaad niet de bedoeling dat deze schakeling gaat laden en/of balanceren. Het vervelende is dat je dat die schakeling niet kan vertellen. Het zal namelijk altijd gaan gebeuren! Hoe kleiner de verschillen zijn des te kleiner zijn de stromen die er gaan lopen. Door vrij hoge weerstanden te gebruiken kan je de stromen nog verder beperken.
Dit geldt overigens ook voor de enkele voeding met de weerstandsladder!

 

misschien is het een idee om een ringkerntrafo zelf van een aantal secundaire wikkelingen te voorzien. Geen idee hoeveel werk dit is.

 

Om de discussie nog even levendig te houden.

Aller eerst.
Het meest eenvoudig is toch gewoon voor elke cel een aparte wikkeling te nemen van de trafo(‘s) voor elke LM317. Er is van alles te bedenken, maar het wordt er niet simpeler of beter van. Jullie hebben gelijk.

Maar om met de spreuk van de belastingdienst te spreken:
Makkelijker kunnen we het niet maken, wel leuker.
Wil ik het onderstaande schema voorstellen.

Toch maar één transformator die ook maar één LM317 van spanning voorziet.
Eigenlijk werkt de schakeling op de eerste twee cellen van de accu’s.
Hangt er geen pakket (of minder 6V voor de 2S) aan de “lader” dan is zelfs de voedingsspanning op de trafo uitgeschakeld (ook als er niet behoeft te worden bijgeladen).
Hart van de schakeling is een Arduino nano bordje (je moet met je tijd mee gaan), wat dus wordt gevoed uit de 2S van het eerste de beste pakket wat wordt ingeplugd. (moet nog wel even kijken of die weerstanden nu niet te hoog zijn, nog niet gedaan )

De processor kijkt via de 6 analoge ingangen via de weerstandsdelers naar de spanning van de cellen.
Om deze spanning goed te bepalen moet hij eerst de spanning van cel 1 meten.
Daarna de spanning over cel 1 & 2.
Door van deze meting de spanning van cel 1 af te trekken heb je de waarde van de spanning over cel 2. Dan de spanning over cel 3,2,&1 – etc.
Voor elke cel kun je nu meten en uitrekenen wat de celspanning is.

Is de spanning ergens te laag dan worden voor deze cel twee relais geactiveerd.
Eén voor de +3V8 en één voor de GND van de LM317.
Daarbij wordt ook het relais van de voeding geactiveerd.

Omdat je tijdens dit laden niet meer de spanning (nuttig) kunt meten wordt dit voor een vooraf gestelde tijd gedaan (minuutje of 10).
Daarna de relais weer uitschakelen, de spanning over C1 vloeit weg via de led D1. En het meten kan weer beginnen.

Het laden van cel 1 en 2 krijgt natuurlijk voorrang, als dat nodig is.

De Arduino kan slechts spanningen meten tussen 0 en 5V vandaar de weerstanden R 9 t/m 18. Dit zijn 1% weerstanden uit de E24 reeks.
Of ik die allemaal zo heb liggen weet ik niet, maar desnoods pak ik één waarde en bouw deze in serie op (bv allemaal 1K weerstanden).

Cel 1 = maximaal 4,2V en rechtstreeks worden gemeten. (0-5V)
Cel 2 = maximaal 8,4V dus de deler wordt 1:1 (0-10V)
Cel 3 = maximaal 12,6V dus de deler wordt 1:2 (0-15V)
Cel 4 = maximaal 16,8V dus de deler wordt 1:3 (0-20V)
Cel 5 = maximaal 21V dus de deler wordt 1:4 (0-25V)
Cel 6 = maximaal 25V dus de deler wordt 1:5 (0-30V)
De meetresolutie is 1024 stappen en bij 0-30V geeft dat een resolutie van 0,03V, wat voor deze toepassing meer dan voldoende is.

Voor diegene die me compleet voor gek verklaren; ik vind dit gewoon leuk en heb alle onderdelen hier gewoon liggen (ik zou een winkeltje kunnen beginnen ;-) ) Alleen de connectoren niet.
Die zijn in China besteld en zullen daar eerst het Chinees-nieuwjaar wel gaan vieren.

De software zal ik eerdaags eens beginnen te schrijven en als er belangstelling voor is, deze hier dan ook eens posten.



Ps dit schema verwijst naar het plaatje in post 22, waar het principe van de accu's met weerstanden te zien is.
De weerstanden zijn daar wel erg voorzichtig gekozen, dus zullen wel een stapje lager worden.

 

Schematechnisch kan dit denk ik wel werken. Ik vind het een omslachtige methode maar ik lees dat je het gewoon leuk vindt om zo'n project te ontwerpen en te bouwen. Dat dat deed ik vroeger ook. Ik ben in 1975 begonnen met het allereerste electrische vliegtuig dat op de markt kwam. Daar zat een lader bij met een wasmachineklok. Na de eerste ontplofte NiCad accu in 1976 heb ik toen een Deltapeak lader ontworpen en gebouwd. Deze waren toen nog niet in de handel maar een grafiek, geleverd bij de accu, leerde me dat de accu vol zou zijn bij het hoogste punt van de spanningsgrafiek. Die lader heeft 20 jaar trouwe dienst gedaan.

Uit eigen ervaring sprekend zou ik er wel een beveiliging inbouwen. Mochten onverhoopt meerdere torren in geleiding komen (software of hardwarefout) dan heb je een flinke kortsluiting. Ik zou direct boven de relaiscontacten een serieweerstand of serielampje plaatsen. Met een lampje zie je meteen als er iets niet goed werkt en zie je ook meteen welke cel wordt geladen. Je kunt ook alle uitgangen naar de accu zekeren.

Wil je met dit schema meerdere pakketten parallel zetten?
Ga je nog wat bedenken voor een te hoge spanning van de cellen, of kijk ik daar overheen.

 

Dit is zeeeer omslachtig en de werking valt of staat met de software waardoor een fikse kortsluiting kan ontstaan zoals eerder genoemd.
Dat kan weer opgelost worden maar dan wordt het nog weer complexer.
Het idee is natuurlijk wel leuk omdat je met een 3.8V voeding alle cellen stuk voor stuk kunt corrigeren van een 6S lipo.
Nadeel is ook dat de cellen die niet geladen worden constant ontladen worden via de weerstanden.
Als dat meer is als de natuurlijk zelfontlading dan is het water naar de zee dragen.
Eigenlijk wordt de spanning per cel bewaakt door de voeding van 3.8V en moeten de relais alleen maar beurtelings per cel in geschakeld worden.
Ik weet niet of dat softwarematig te realiseren is.
Dan kunnen de weerstanden R9 t/m R18 en de aansluitingen van het Arduino nano bordje vervallen.

 

Erwin je creativiteit is geweldig. Deze schakeling zal kunnen werken maar zoals je van me verwacht heb ik er toch een paar opmerken bij.

Je keuze om de schakeling uit de eerste twee cellen van de accu te voeden vind ik niet erg elegant. Je belast die twee cellen constant met een stroom tussen de 10mA en 20mA. Als je het Arduino bordje steeds in de slaap mode zet halveer je die stroom ongeveer.
Als je de accu langdurig aangesloten wilt laten vormt dat toch een redelijke belasting. De schakeling zal dus met een behoorlijke regelmaat die twee cellen gaan bijladen. Dit zou zonder die belasting vele malen minder nodig zijn.

Een tweede punt is de relais. Natuurlijk heb je die relais nodig om cel voor cel te meten hoewel ik de manier waarop je meet erg complex en gevoelig voor fouten vindt, maar dat later.
Voor die relais zou ik geen enkelvoudige relais nemen zodat je er steeds twee nodig hebt. Het is veel simpeler, goedkoper en beter om relais te gebruiken die twee contacten hebben. Die hebben evenveel stroom nodig als een relais met één contact dus je stroomgebruik zal halveren en de kans dat één relais blijft hangen is duidelijk kleiner. Bovendien zou ik reedrelais gebruiken die hebben nog minder stroom nodig om te schakelen. De contacten van een reedrelais kunnen meestal minder stroom aan dan grote relais maar je hebt hier geen laadstromen van 0,5A of meer nodig dus dat is geen probleem.

Dan de meetmethode. Als je een accu hebt met maximaal 3 cellen is deze methode wel bruikbaar. De foutmarge is dan nog te overzien. Naarmate je meer cellen gaat gebruiken wordt de kans op fouten steeds groter. Helaas is dat inherent aan deze manier van meten.
Je moet je realiseren dat je maar maximaal 5V kunt meten dus als je twee cellen gaat meten moet je die spanning met weerstanden delen en kom je op de helft uit. De zo gemeten waarde moet je dan met twee vermenigvuldigen en de spanning van de eerste cel er aftrekken. Bij drie cellen moet je de spanning door drie delen en de gemeten waarde met drie vermenigvuldigen en dan de eerste en tweede cel er aftrekken. En zo verder!
Je krijgt een opeenstapeling van meet en berekeningsfouten die steeds groter wordt naarmate het aantal cellen groter wordt. Bij zes cellen wordt de mogelijke fout dus met zes vermenigvuldigd!

Je kan alles veel eleganter, netter en zelfs beter werkend maken als je de accu en de "lader" echt geheel van elkaar scheidt. De lader wordt gevoed uit het lichtnet, dat zal slechts enkele Watts zijn. Je tv of computer die stand-by staat gebruikt waarschijnlijk meer. Dat hoeft dus geen probleem te zijn. Je sluit de accu op de "lader" aan via de balans aansluiting maar die gaan alleen naar de relaiscontacten toe. Geen weerstanden of wat dan ook er mee in serie of parallel, niets. Door steeds één relais te sluiten zal de cel die daarop is aangesloten worden doorverbonden met het meetcircuit.

Elke cel wordt dus pas gemeten als die wordt aangesloten op de meetingang. Het voordeel is dat je dan geen spanningsdeler meer nodig hebt. Alle cellen worden op precies dezelfde manier gemeten en je hebt geen vermenigvuldigings, optel of aftrek fouten.
Blijkt de gemeten celspanning te laag dan kan je de lader er op aansluiten en zo die cel gedurende enige tijd opladen. Hoe lang? Dat valt moeilijk te zeggen maar je zou kunnen beginnen met 5 minuten of zo. In de praktijk zal moeten blijken of dat voldoende of juist te veel tijd is.
Daarna schakel je naar de volgende cel en zo kan je ze allemaal aflopen. Meet de computer 0V dan is er geen cel aangesloten en wordt die aansluiting genegeerd. Blijkt dat de cel daarboven wel weer een spanning afgeeft dan is er blijkbaar een cel defect of een draadje los of zo iets. Dan moet er alarm komen en aangegeven worden dat er iets mis is. Hoe? Tja daar valt nog van alles voor te verzinnen.
Is laden niet nodig dan kan je direct na het meten naar de volgende cel toe gaan natuurlijk. Is laden van geen enkele cel meer nodig dan kan je de hele computer in de stand-by stand zetten gedurende bijvoorbeeld een uur. Dan gaat de computer weer een rondje meten.

Zo zal je een compacte schakeling houden en de kans op fouten is zeer gering. Ja er zal een stekker in het stopcontact moeten blijven zitten maar het stroomgebruik is uiterst gering. Theoretisch zelfs minder dan als je de energie uit de te testen accu haalt want die moet er door de lader steeds wel weer ingestopt worden. Tijdens het laden en ontladen zal je verliezen hebben en om die te compenseren zal je meer energie in de accu moeten stoppen dan je eruit hebt gehaald. Dat betekend dat je ook meer energie uit het lichtnet zal moeten halen om dat te kunnen doen.

Deze opmerking is ook juist! Sluiting is mogelijk maar dat is ook met mijn idee van de schakeling mogelijk. Als je dat ook wilt voorkomen is zes apparte laders met ieder een eigen trafo (wikkeling) de enige oplossing.

Succes.

 

Heerlijk. We hebben weer stof tot nadenken.

De bedoeling was (is) idd om kleine reed relais toe te passen.
Die in de DIL behuizing. Ik wist trouwens niet dat die er ook in een tweevoudige uitvoering waren? Ik heb een bakje vol liggen met de "normale" uitvoering, maar als ik ze kan vinden is de luxe versie ook te overwegen.

De foutmarge is toch niet zo schokkend bij het meten?
0-5V in 1024 stappen geeft: 0,005V. Dit uiteraard weer x 6 geeft: ca 0,03V.
Je moet wel eerst de 1e cel meten, dan over de 1e en de 2e en het verschil nemen etc. Als je in de praktijk op maximaal 0,1V aafwijking uitkomt is dat nog wel te overzien (Dit zit toch ergens ruim in het midden).

Het idee was natuurlijk om de schakeling van de netspanning te houden voor zolang dat kon.
In eerste instantie moest en zou het uit 1 cel worden gevoed, maar dat werd veel te kritisch.
Maar je hebt gelijk het transformatortje wat ik in gedachten heb is maar 2,5 VA. En dan zal het gebruik normaal nog maar een fractie zijn. Dus toch maar overwegen de netspanning permanent aan te sluiten.
Ik zal in ieder geval tussen de "schakeling" en de accu's op elke aansluiting een kleine zekering meenemen, voor het geval dat.

Fout- of zelfs statusmelding is natuurlijk ook leuk.
Had er al wel aan zitten denken en zelfs overwogen om een LCD schermpje op te nemen. Maar dat vond ik zelfs wat overdone en juist deze zou (vooral met achtergrondverlichting) ook de accu's weer extra belasten.
Maar nu we toch weer overwegen uit het lichtnet te gaan voeden, mag dat misschien wel weer (uiteraard achtergrondverlichting standaard uit).

I'll be back.

 

Even aan het googlen geweest naar trafo's met meerdere secundaire wikkelingen.

https://www.elfa.se/elfa3~nl_nl/elf...ern_transformator_15_va_6_vac_(4x),_aa-021505

4x 6 volt (0.6A) secundaire spanning, 19 euro per stuk.

Zo kan je al tot 4S met simpele LM317's iets opbouwen. Koop er een 2e bij en je kunt tot 8S gaan.