laden van enkele Litium Ion cellen in serie (als bij laptop)

[indoubt]

Voor een semi mobiel systeempje (een soort ipod sound dock) denk ik aan een aantal litium ion cellen van 3,7 volt in serie. Ik wil het apparaat echter ook op netspanning kunnen draaien en dan moeten de cellen ook opgeladen worden.

Eigenlijk precies hetzelfde als hoe dat in eenlaptop gebeurt. Uiteraard zullen protected cellen worden gebruikt maar dat lost het probleem van de lader nog niet op. Ik wil hier niet lichtzinnig mee omgaan. Het laden van Li Ion cellen moet nauwkeurig gebeuren. Bij verkeerd laden kunnen ze ontploffen en zeer felle ernstige branden veroorzaken.

Ik heb al gezocht maar vindt weinig over dit onderwerp behalve in de RC autootjes wereld en die laders zijn veel te groot (moeten vaak heel snel laden om weer te kunnen racen)

Een systeem zoals bij laptops worden gebruikt zou ideaal zijn maar daar kan ik weer slecht informatie over vinden.

Is er iemand met een hint in welke richting ik zou moeten zoeken?

[Leon]

Google: lithium charger circuit

http://shdesigns.org/lionchg.html
of direct klaar:
http://www.sparkfun.com/products/10161
of geintegreerd:
http://para.maxim-ic.com/en/search.mvp? ... ersupplies

[Pjotr]

Ontploffen en in de fik vliegen doen moderne Li-Ion batterijen niet meer zo snel. Zeker die platte LiPo's niet meer, dan moet je ze echt flink mishandelen zoals kortsluiten. Wat ze wel doen is gegarandeerd stuk gaan boven de 4,1 V.Daarom mag je ze niet overladen en moet je bij serie schakeling van cellen de spanning van iedere cel apart bewaken. Om te voorkomen dat cellen een ongelijke lading gaan krijgen op den duur heb je ook een zogenaamd "Balancing circuit" nodig. "Protected" betekent meestal alleen maar dat er een zekering ingebouwd zit om ze te beveiligen bij kortsluiting. Over het laden zegt het niets.

Een volle lithium cel heeft afhankelijk van de soort een klemspanning van tussen de 3,7V en 4,1V. Ze laden vrijwel hetzelfde als lood accu's, dus een stroom-begrensde spanningsbron gebruiken. Li_Ion kun je met gemak in een uur opladen. Zijn ze vol dan nemen ze uit zichzelf geen stroom meer op bij de ingestelde laadspanning.

Zie ook hier: http://batteryuniversity.com/

Simpelste is eigenlijk een goede complete gereedschapsaccu kopen met bijbehorende lader.

[indoubt]

Leon, diegene die kant en klaar is laad maar een cel en word gevoed door de usb poort, Die van maxim zouden misschien kunnen maar die verkopen alleen chips en dat wordt me te complex.

Pjotr, zo'n gereedschapsaccu met lader heb ik nog wel reserve liggen maar die zijn echt ongelooflijk groot.

Ik probeer uit te vinden hoe het bij een laptop in elkaar zit maar kom daar niet gemakkelijk achter. Ik vermoed dat het laad circuit op het moederbord zit en dan wordt het lastig maar als het laadcircuit in de accu zit dan zou dat een oplossing kunnen zijn. Met een laptop kun je doorwerken tijdens het laden en dat is precies de bedoeling.

Ik ben er inmiddels wel achter dat het charching gedeelte in een laptop fysiek geen grote afmetingen heeft maar kan niet iets vinden wat je eenvoudig zou kunnen toepassen

[vacuphile]

LiPo is niet alleen gevoelig over overladen, maar ook voor te sterke ontlading. Je moet dus een baterijmanagementsysteem hebben dat de batterijen afschakelt onder de minimale spanning. Is te doen, maar het beste is om maar meteen wat A123-tjes te monteren. LiPoFe, iets duurder en zwaarder dan LiPo, maar veel veiliger.

[Pjotr]

Hoe het in een Laptop zit kan verschillen. Meestal zit een een klein BMS (battery management system) ingebouwd in de accu en zet het laadgedeelte op het MOBO. Dat laadgedeelte wordt dan bestuurd door dat BMS in de accu. Bij goedkope systemen waar geen BMS beruikt wordt gaan de accu's meestal niet lang mee. In de modelbouw is het nu wat beter maar een aantal jaren terug waren Lipo's door onkundig gebruik wel na 4x laden stuk.

Li-Ion accu's zijn mooie dingen maar ze vereisen een zorgvuldige omgang en een behoorlijk stuk elektronica om ze goed te gebruiken. Dat vereist best wel veel kennis van zaken. Dus zoiets zelf gaan bouwen zonder veel ervaring is een lange weg. Simpelste manier om Li-Ion te laden is ieder cel apart. In mobieletjes e.d. zit maar 1 cel en dan kan het laden relatief eenvoudig gehouden worden. In mijn camera zitten 2 cellen in serie en daar worden met de bijbehorende lader die cellen afzonderlijk geladen, niet in serie.

Het is best complexe materie met aardig wat elektronica er omheen. M.i. kun je dan toch beter omzien naar een gewone lood-gel accu of NiCad accu. Die laatste zijn als mooie complete accu packs in de modelbouwhandel te kust en te keur te krijgen. Stuk goedkoper ook dan Li-Ion

[Leon]

USB is niets anders dan 5V in dit geval 500mA max. Het is een prima verkrijgbare connector en daarom veelgebruikt voor lage hoeveelheden stroom.
Alle grote fabrikanten van IC's hebben speciale chips en schakelingen voor het laden van Lithium accu's. Dit soort chips wordt gebruikt in notebooks en andere acculaders. Je draait bij een notebook eigenlijk gewoon op de netspanning, en het restant van de voedingscapaciteit laad de accu op. Met name bij oudere notebooks zag je dat het laden veel langer duurde als er ook gewerkt werkt tijdens het laden.

NiCd is al een tijdje terug EOL gegaan. NiMh heeft ook gewoon een redelijke lader nodig, hoewel je ze ook vrijwel oneindig met 1/10C kunt laden (gaat alleen veel langzamer: meestal ca. 14 uur nodig). Verder is het heel eenvoudig: ook als je een Li-ion/Lipo pack in serie gaat maken, dan nog wil je de afzonderlijke cellen benaderen, en kunnen laden/balanceren. Vandaar dat je op een notebook accu altijd meerdere contactpunten aantreft, en niet maar 2. Een lader voor 1 cel is dus net zo geschikt als een lader voor 4 cellen, je hebt er alleen dan geen 4 nodig.

[Pjotr]

Ha Leon, hoe je het wendt of keert, een lader bouwen voor een stack LiIon cellen is gewoon niet simpel. Kant en klare IC's of niet. Die IC's zijn allemaal deel schakelingen die je toch weer op een verantwoorde manier aan elkaar moet knopen.

Er zijn veel mooiere IC's op de markt dan die van Maxim maar ze vereisen allemaal een microcontroller voor het management. Daarom zijn hiervoor ook speciale microcontrollers ontworpen met een stukje speciale analoge interfacing meegebakken. Wordt dan toch echt een relatief complex project. Het is niet voor niets dat je oplaadbare LiIon accus niet als losse cellen zomaar kunt kopen bij de Gamma e.d.

[vacuphile]

Kortom, A123-tjes met een weerstand (10 Ohm of zo) als constant current source, gevoed door simpel voedinkje van ongeveer de maximale laadspanning van het batterijpak. http://www.hobbyking.com/hobbyking/stor ... Search.asp
Kan je altijd aan laten staan en gaat nooit kapot.

[Pjotr]

Kortom, A123-tjes met een weerstand (10 Ohm of zo) als constant current source, gevoed door simpel voedinkje van ongeveer de maximale laadspanning van het batterijpak. http://www.hobbyking.com/hobbyking/stor ... Search.asp
Kan je altijd aan laten staan en gaat nooit kapot.

A123 accu's gaan ook gewoon stuk hoor als je overlaadt. Hoewel de huidige beter gelijk aan elkaar zijn dan die van een paar jaar geleden ontkom je niet aan balancen in een stack bij serie laden als je er lang mee wilt doen.

Niet om het een of ander maar het wordt voor indoubt wel een dure grap als hij in no time met een kapotte accu komt te zitten door al te simplistisch er mee om te springen. Zo goedkoop zijn die cellen niet.

[vacuphile]

Echt niet. http://www.a123systems.com/resources-overview.htm (spec sheet). Je kunt ze ontladen zonder dat er schade ontstaat, ver nadat je aan het geluid hoort dat de baterijen op zijn. Bij Lipo is te sterke ontlading net zo link als overladen (opblazen, met zeldzame pech een vlammetje). En als je de maximale oplaadspanning beperkt tot ongeveer 3.8 V per cel, dan ben je spekkoper.

Vlieg al meer dan 20 jaar soms vrij extreme electromodelbouw en dan ken je je batterijtjes.

[Pjotr]

Ja, met 4 van die A123 cellen kun je een auto starten. Zelf geprobeerd, ging prima

Maar is dat hier de bedoeling? 'Tis jammer dat je zo niet begrijpend reageert want je doet ook jezelf tekort. Die cellen gaan met fatsoenlijk balancen 1000 tot 5000 laad en ontlaad cycli mee. Zonder balancen 50 - 100 keer. Dat heb wij beroepsmatig nou weer getest met deze cellen.

Na 50 - 100 keer laden zonden balancer gaat de capaciteit van de afzonderlijke cellen van 4 cellen in serie al zo ver uit elkaar lopen dat de totale capaciteit van een stack hard achteruit loopt. Je krijgt hem gewoon niet meer vol zonder risico van overladen van een van de cellen.

Bij Lipo's gaat dat proces veel sneller, dat is waar. Balancen verdient zich met A123 cellen ook dubbel en dwars terug. Kijk ook eens hier: http://www.radicalrc.com/category/A123-Cells-Packs-199 Er is echt wel een goede reden waarom ze daar een balancer sterk adviseren. Die zijn daar trouwens kant en klaar voor een redelijk prijs {ong. $30) ook te koop: http://www.radicalrc.com/category/LIPO- ... ancers-157

[Leon]

Er zijn veel mooiere IC's op de markt dan die van Maxim maar ze vereisen allemaal een microcontroller voor het management.

Natuurlijk, welk gedeelte hiervan begreep je niet "Alle grote fabrikanten van IC's hebben speciale chips en schakelingen voor het laden van Lithium accu's"? Maxim is domweg een van de eerste die bij de google zoekopdracht getoond wordt. Atmel, TI, National, etc. komen pas later in de rij.

Waar ik een beetje moeite mee heb is dat je blijkbaar niet goed weet wat de balancing tab is. Even voor de goede order: dat is een connector die je toegang biedt naar iedere afzonderlijke cel, zodat je ze parallel aan kunt spreken. En dat is nu precies wat ik voorstel: gebruik de pack serieel, maar laad hem parallel. Want dat is wat in essentie een balancer doet: tijdens het laadproces de afzonderlijke cellen meten (ADC poort op de uC, is niks speciaals aan), en het laadproces aan de hand van de meting bijsturen om te zorgen dat alle cellen vol zitten. Als de cellen alle binnen de ca 0.05V van elkaar zitten is de pack als geheel immers in balans.

Naar de OP:
Als je het niet ziet zitten een schakeling te maken dan is het hele project waarschijnlijk een brug te ver. Wat je wilt is eenvoudig te beschrijven, maar niet zo 123 kant en klaar te koop. Misschien is het verstandiger een apparaat te maken dat maar op 1 voeding draait, en bijv. domweg NiMh batterijen daarvoor gebruiken. Die zijn heel eenvoudig aan te schaffen, en een lader ervoor is goedkoop en ook zo te koop. Als de batterijen leeg zijn wissel je ze met een andere, geladen set en draait weer verder.

[Pjotr]

Waar ik een beetje moeite mee heb is dat je blijkbaar niet goed weet wat de balancing tab is. Even voor de goede order: dat is een connector die je toegang biedt naar iedere afzonderlijke cel, zodat je ze parallel aan kunt spreken. En dat is nu precies wat ik voorstel: gebruik de pack serieel, maar laad hem parallel. Want dat is wat in essentie een balancer doet: tijdens het laadproces de afzonderlijke cellen meten (ADC poort op de uC, is niks speciaals aan), en het laadproces aan de hand van de meting bijsturen om te zorgen dat alle cellen vol zitten. Als de cellen alle binnen de ca 0.05V van elkaar zitten is de pack als geheel immers in balans.

Kun je daar eens een schema van tekenen en geven hoe je dat in serie ontladen en parallel opladen praktisch gerealiseerd ziet zonder het ingewikkeld te maken?

[Leon]

Waarom zou ik moeten tekenen? Daar ben ik niet goed in, en iemand anders heeft dat al gedaan: http://www.fmadirect.com/support_docs/item_1214.pdf
Schema voor een lader op basis van een dergelijke connector (hier JST): http://www.wattflyer.com/forums/showthread.php?t=20575
Valt best mee, maar het blijft een schema en zelf bouwen.

Parallel opladen kun je ook heel makkelijk en eenvoudig maken door op de + van de cel bijv. een male en op de - een female connector te gebruiken. Als je 2 cellen hebt pak je 2 laders als je die 2 cellen tegelijk wilt laden. Je plugt de cellen los, koppelt ze ieder aan een lader en zorgt dat beide cellen tot hetzelfde voltage worden geladen. Gewoon zoals iedere huis- tuin en keuken lader voor AA cellen dat doet. Je moet alleen je connector aan de lader standariseren, als alternatief voor de gestandaardiseerde formaat van een AA cel. Na het laden hang je ze weer in serie aan het apparaat.

Als je de pack niet uit elkaar wilt halen zul je over moeten stappen naar veel ingewikkelder mechanismes. De OP wil blijkbaar de pack ook nog in-circuit laden. Maar dat circuit is niet zo eenvoudig netjes in elkaar te zetten zonder een schema en PCB te gaan gebruiken dus vandaar mijn advies naar de OP.

Ik ben het dus grotendeels met je eens, maar niet in de keuze van de cellen: A123 is niet makkelijk te koop of goedkoop. Het is een cel van 1 fabrikant, die ook nog eens gestopt is te leveren naar de modelbouw (http://www.a123systems.com/a123racing.htm). Ze willen nu vooral naar voertuigfabrikanten leveren, de beschikbaarheid zal in de toekomst wel niet verbeteren. Bovendien heb je voor goed opladen precies eenzelfde probleem als bij Lipo. Gel cellen zijn zwaar, de OP heeft daar om begrijpelijke redenen geen zin in. NiCd is beperkter in capaciteit. Blijven standaard NiMh's over.

[Pjotr]

Mwah, dat kan ik niet echt parallel laden noemen, dat is gewoon iedere cel apart een lader geven. Ik had al zo'n bruin vermoeden Het is denk ik wel de meest realistisch methode om zelf te bouwen als het om niet meer dan 4 cellen gaat en om het overzichtelijk te houden. Overigens kwam die suggestie voor A123 cellen niet van mij hoor.

Li-ion is leuk als het heel licht en heel compact moet of als je echt snel wilt laden. Voor de toepassing van TS vind ik ook NiMH en makkelijker en veiliger en vooral ook een stuk goedkoper.

[indoubt]

Weer terug van weggeweest

Wat mij eigenlijk verbaast is dat er zo ongeveer een miljard laptops op deze wereld zijn die met een systeem werken zoals ik het ongeveer wil hebben maar dat het bijna onmogelijk lijkt hier op een eenvoudige manier aan te komen. Natuurlijk kan ik een moederbord van een laptop in m'n mini audiosysteem stoppen met bijbehorend accupack en voeding maar eigenlijk gaat een heel moederbord me te ver in een minisysteem.

Ik heb wel wat gevonden in de RC hoek maar ik ben er nog niet zeker van of dat de oplossing is. Deze lader kan meerdere accus tegelijk laden in een pack en heeft de mogelijkheid om te balanceren (niet alleen stroomkabels maar ook kabels voor het balanceren). http://www.hobbyking.com/hobbycity/stor ... COPY_.html

Maar zelfs als ie werkt ben ik er nog niet, blijkbaar heb ik me toch weer iets in m'n hoofd gehaald wat niet zo eenvoudig is

[indoubt]

Ik heb wel nog wat interessante artikelen kunnen vinden bij allbatteries.com.

Onder andere protection circuit boards zoals: http://www.all-battery.com/protectionci ... limit.aspx

en balanced chargers die 3 of 4 cellen in serie kunnen laden zoals: http://www.all-battery.com/universalsma ... cells.aspx of deze met een extra balancer: http://www.all-battery.com/universalsma ... ancer.aspx


Vermoedelijk heb ik dan nog wel een circuit nodig welke schakelt tussen de versterker op netstroom en de versterker op het accupack (of weer terug zodra de spanning van de accu te laag wordt)

[Pjotr]

Vermoedelijk heb ik dan nog wel een circuit nodig welke schakelt tussen de versterker op netstroom en de versterker op het accupack (of weer terug zodra de spanning van de accu te laag wordt)

Als je voor serie laden + balancer kiest is dat een kwestie van een enkele diode, als die al niet je ontlaad beveiliging zit. Dat is niet zo moeilijk, punt is wel dat je de lader moet afschaken van de accu als ie vol is. De lader moet dan voldoende stroom kunnen leveren om ook je dokkie zelf te voeden. Daarvoor lijkt mij zo'n 500 mA lader aan de krappe kant. Als ie al zou kunnen werken als voeding voor het dock en niet gewoon afschakelt als de accu vol is.

Zo'n lader plus omschakeling is nog wel zelf te klussen. Een balancer? Dat wordt complexer: Gewoon kant en klaar kopen.

[indoubt]

Ik kan ook deze nemen welke 1,5 A kan leveren. Voor een TA2024 is dat wel genoeg. http://www.all-battery.com/universalfas ... cells.aspx. Helaas is deze alleen voor 4 cell dus of 14,8 volt of op zoek naar een drie cell lader. De balancer kan dan los worden bijgeplaatst. Nadeel is dat er een IC in zit die de lader afschakelt indien de accu's zijn opgeladen.

Ik was me er niet van bewust dat dit type charger ook als voeding kan dienen. Ik had daar eigenlijk een separate voeding voor voorzien. Of eigenlijk heb ik liever een charger die op 12 volt werkt die ik kan voeden uit de reguliere voeding voor de versterker (een 12 volt laptopvoeding/meanwell of zo).

Waar ik me nog steeds zorgen over maak is de veiligheid. De site meldt de volgende tekst:
"Put the batteries in fire-proof container in charging. Never leave batteries unattended when charging
Do not put batteries on wood surface or carpet when charging"

Met het laden van een laptop doet niemand dit. Wat is er anders aan deze situatie?

[Pjotr]

Met het laden van een laptop doet niemand dit. Wat is er anders aan deze situatie?

Omdat men door veel schade en schande geleerd heeft om deze soort accu veilig te gebruiken

Li-Ion hebben gewoon veel controle nodig om ze goed te laten functioneren. En er zit heel wat elektronica in een laptop om die batterijen veilig te laten functioneren. Zelfde ook bij een elektrische fiets. Het is a.h.w. een gesloten systeem. Een handelaar die jou losse cellen verkoopt heeft niet inde hand of jij ze al dan niet veilig toepast en kan daar ook geen verantwoordelijkheid voor nemen.

Waardoor ze o.a. onveilig worden is b.v. door ze onder de 1,5V te ontladen. Er ontstaan dan koperbrugjes in de cell. Zo'n cell is hartstikke leeg, dus gevaar op zich levert dat niet op. Deze cellen zijn echter meestal nog wel prima vol te laden en dan begint de ellende. Dat soort cellen worden dan zoals het heet "instabiel". Soms resulteren die brugjes in een sterke zelf-ontlading maar ze kunnen ook een harde kortsluiting gaan vormen. Er komt dan voldoende energie vrij om ze flink heet te krijgen, bol te laten staan of in het ergste geval te laten ontploffen. Dat was wat er gebeurde een paar jaar geleden met laptops en mobieltjes. Er MOET gewoon een beveiliging zijn die de cellen niet onder de zeg 2,5V - 3V laat ontladen. Met losse cellen moet je dat dus zelf prutsen. Bij protected cellen zit zo'n beveiliging ingebouwd (maar soms is het alleen een zekering, dat is niet altijd duidelijk). Slaat die protectie aan dan gaan de cellen in slaap zoals dat heet. Meestal is dat mechanisme zo ontworpen dat je ze daarna niet meer wakker krijgt en je met een onbruikbare cel zit. 80 procent van die cellen is eigenlijk helemaal niet stuk als ze niet door zelf-ontlading onder de 1,5V zijn gezakt. Ze zijn wel weer wakker te krijgen op een speciale manier maar dan moet je wel heel goed weten met kennis van zaken wat je doet.

Eigenlijk is het sterk af te raden als je niet heel goed weet wat de ins en outs zijn van deze batterijen zijn om er zelf elektronica voor te gaan knutselen of bestaande electronica te gaan modificeren. Dus vandaar die strenge waarschuwingen op die site.

[Leon]

Het antwoord is redelijk eenvoudig:
1. In een notebook zit een IC die de staat van de afzonderlijke cellen bewaakt. Die zit keihard in het oplaadcircuit gebakken, en soms zelfs in de accu zelf (bijv. Sony InfoLithium). Door deze bewaking ontstaat geen onveilige situatie. Bij een losse pack, zonder IC kan er bijv. een lader gebruikt worden zonder balancer. Of nog leuker: een universele lader wordt gebruikt die verkeerd ingesteld wordt, en de cellen te snel, met een te hoog voltage of te lang laad. Door het gebruik van een geschikte lader voor pack af te dwingen vermijd de fabrikant van een notebook heel wat problemen.
2. Bij modelbouw kan het model crashen, wat de pack beschadigd en later voor brand kan zorgen. Bij een notebook zit de pack in een hard plastic behuizing. Als de notebook hard genoeg valt om de accupack te beschadigen is de body van de notebook zo ver kapot dat je niet meer eraan gaat denken de notebook op te laden.

[Jerommel]

Wat dan te denken van dit:

*linkje klopte niet meer... plaatje van LiPo accu*

Die heb ik in een Muse m15 geknutseld, zie hier
Ik heb weinig electronica kunnen ontdekken in het accu-pack, maar de lader gaat netjes uit als ie vol is.

Kan je die cellen niet gewoon 'afzeneren' op de maximale laadspanning?

Maargoed, ben ik er onterecht vanuit gegaan dat dit setje accu + lader gewoon okee gaat werken, meer dan 50 keer dus?

Een vriend van me met een RC hobby, die laadt z'n accu's via die connector waarmee je de cellen apart kan laden en controleren.
Ik zal 'm eens vragen hoe en wat.