För tung och klumpig batteriladdare

SM7EQL

SM7EQL

Kortvågs- och UKV-tekniker
Till laddning av de inbyggda LiFePO4 13,2V/4200mAh batterierna i min portabelstation används idag IMAX B6-AC som hittills fungerat bra.

http://www.hobbyking.com/hobbyking/...AC_Charger_Discharger_1_6_Cells_GENUINE_.html

Den är dock något otymplig i storlek och väger 700 gram inkl en kortare och tunnar nätkabel än original.
Utbudet lättviktsladdare verkar vara ganska knapert eller så har jag letat på fel ställen. Den laddare jag använder och flera andra snarlika är ganska komplicerade i menyerna eftersom de klarar flera olika batterityper. I mitt fall skulle det räcka med LiFePO4 och 4S, dvs fyra celler. Laddström drygt 0,6C kan vara lämpligt vilket i detta fallet blir 2,5 A.

Optimalt skulle vara att bygga in hela laddaren i portabelstationen vilket skulle förbättra användarkomforten. Alternativt bara bygga in laddningsdelen i stationen och ha 230 VAC nätdelen till laddaren separat. Switchade 12 V nätdelar för 3..5 A finns ju många att välja på och som knappt väger något. Samma nätdel kunde då också användas om portabelstationen skall strömförsörjas från 110-230 VAC-nätet.

Någon som vet mer?

Tanken här är att krympa ner portabelstationen och minimera det som går att minimera i syfte att få en lätt bärbar backpacker-station för kommande övningar i naturen. Jag har ju noterat att 100 gram här och 400 gram där blir till ett halvt kilo och när man börjar väga de olika tillbehören på köksvågen så blir man ofta överraskad vill jag lova. Bara sådana skitsaker som vanliga nätsladdar med påvulkade kontakter väger bly.
 
Skippa balanseringsladdningen och bygg en egen laddare, balansera kan du göra hemma när du underhåller din utrustning.
Själv balanserar jag mina batterier bara någon gång ibland vid långsam laddning.
Jag har flera LiPo-batterier, 2S-4S, i min ägo som används till modellplan och jag har inte förstört något batteri pga obalansering.
 
Verkligen? Jag har läst så mycket på nätet om hur viktigt det är att hålla koll på att max cellspänning aldrig tillåts överskrida 3,6 V. Men om det fungerar utan balanserad laddning så är i princip problemet ur världen. Då blir det genast enklare. OBS mina batterier är LiFePO4 inte LiPo.

Kanske man kunde konstruera ett enkelt överspänningsskydd som mäter över varje cell och shuntar cellen en aning. Inbillar mig att det inte behövs så mycket parallellresistans för att hålla tillbaka en cellspänning. En enkel krets som är stand alone och strömförsörjer sig själv från resp cell. Typ comparator som börjar reglera en FET vid t ex 3,59 V. Kan det fungera tro?

När du laddar utan balansering, hur vet du när hela batteriet är fulladdat. Kör du konstant spänning 14 V och stoppar när strömmen sjunkit till något bestämt värde eller?
 
Jag har ingen erfarenhet av LiFePO4 men inte är väl den kemin känsligare än LiPo eller LiIon.
Min enkla balanserare är av shunt-typ som förbikopplar laddströmmen till nästa cell när spänningen är uppnådd därav lite långsammare laddning under balansering.
Man kan även "urladdningsbalansera" ett batteri. Urladdning av varje cell till en förbestämd min-spänning före uppladdning i serie utan balansering.
Jag laddar med konstant ström till dess att polspänningen är uppnådd och därefter med konstant spänning, gillar inte för hög strömrusning i början av laddfasen.
Övervakning av strömmen visar att laddningen är färdig när den sjunkit under ett visst värde och därefter väljer jag att antingen avbryta eller fortsätta ytterligare ca 30min för att maximera laddningen. Dom fina laddarna som finns att köpa brukar bryta för tidigt vid lite för hög ström och då är dom "små" batterierna inte alls färdigladdade.
Jag har i bland roat mig med att mäta den individuella polspänningen på cellerna vid laddning. Jag blev först väldigt förvånad när jag såg att dom följer varandra så väl.

Mina modellflygkollegor som kör våldsamt hög ström (50-100A) och svindyra 8S-batterier balanserar alltid och det skulle jag nog också göra med tanke på investeringskostnaderna.
 
Intressant!

Jag provar nu att ladda upp ett 75% batteri nu så får vi se vad som händer. Obalansen mellan cellerna är än så länge under 7 mV och jag har ställt in nätaggregatet på 14,4 V. Strömmen är 1,4 A och sakta sjunkande just nu.

Men man vet inte vad man skall tro...

"3. Self balance
Unlike the lead-acid battery, a number of LiFePO4 cells in a battery pack in series connection cannot balance each other during charging process. This is because the charge current stops flowing when the cell is full. This is why the LiFEPO4 packs need management boards."

http://www.powerstream.com/LLLF.htm

Jag kan tänka mig att bygga ihop en enkel laddare utan balanseringsfunktion men med exakt kontroll på spänning och ström samt någon form av manuellt justerbar shunttillsats med komparatorer som tänder en LED vid exakt cellspänning om t ex 3,59 V eller vilken nivå man väljer att ladda till. En sådan tingest skulle inte behöva väga särskilt många gram och endast vara avsedd att användas vid behov/kontroll om i fall att det uppstår obalans. Den kan ju då anslutas till balanseringskontakten på batteriet. Kan det vara något för att slippa att släpa med sig den stora tunga laddaren?
 
Intressant med LiFePO4 batterier, har inte tittat på dom tidigare.
Måste ändå säga att en del info på den sidan känns lite motstridiga.

5. Simplified battery management system and battery charger
Large overcharge tolerance and self-balance characteristic of LiFePO4 battery can simplify the battery protection and balance circuit boards, lowering their cost. The one step charging process allows the use of a simpler conventional power supplier to charge LiFePO4 battery instead of using an expensive professional Li-ion battery charger.

En enkel "by-pass" krets borde kunna lösa balanseringen om den nu behövs.
 
SM7EQL said:
Optimalt skulle vara att bygga in hela laddaren i portabelstationen vilket skulle förbättra användarkomforten. Alternativt bara bygga in laddningsdelen i stationen och ha 230 VAC nätdelen till laddaren separat.
Click to expand...
Du har ju redan loggdator i portabellådan och loggning kan inte ta många klockcykler i anspråk. Gällde det min låda, skulle jag utöka loggdatorns ansvarsområden till att också sköta ackarna. Då kan upp-/urladdningsparametrar och balansering skräddarsys för ackumulatormodellen enligt datablad istället för köpeladdarnas mer generella inställningar eller krav på manuella moment. Display och tangentbord finns redan. Ytterligare knappar, LED:ar och liknande utökningar av användargränssnittet är inget måste om man inte vill. För långtidsstudier av ackarnas hälsa kan datorn föra batterilogg på SD-kortet.
 
Ja det är en god idé Thomas. Fördelen är som du skriver att man kan göra en optimerad laddningslösning och loggning av batteridata är också en kul grej. Nackdelen är möjligen att det blir mer komplext och integrerat. Hittills har jag tänkt i banorna att varje subsystem skall ha en egen funktion och vara oavhängig av de andra systemen för att minska risken för att det ena drar med det andra. Loggdatorn är också föremål för ev modifiering för att sänka strömförbrukningen ytterligare.

Jag skall löda ihop ett labbkort med fyra stand alone shuntregulatorkretsar som begränsar cellspänningen till max tillåtna vid förenklad laddning enligt GLD:s förslag. Så här omedelbart känns det som en praktisk lösning. Shuntregulatorerna kan byggas in fast i radiolådan och det behövs bara fyra LED som indikerar när shuntningen av resp cell är aktiv. När alla fyra lyser så är hela batteriet fulladdat. Det blir då samma laddningskabel till både den balanserade laddaren och den enkla laddaren. I ena fallet ansluter man balanseringskontakten och i det andra fallet får den hänga i luften. Ingen omkoppling behövs och shuntkortet med sina LED:ar lever sitt eget liv.

En ytterligare finess kunde vara att lägga till en varning för low cell voltage. Inte många komponenter behövs och LED kan ju vara en flerfärgshistoria.
 
Jag har provat en enkel koppling som shuntar cellerna i LiFePO4-batteriet vid laddning. Trip-punkten i provkopplingen kan ställas in mellan 3,5-3,6 V och är ganska skarp med liten hysteres.

8.jpg

Allt eftersom spänningen över resp cell når inställt värde så öppnar shunten och begränsar laddningen i just den cellen. En kanal är provad och de andra tre skall vridas ihop under morgondagen. Som jag ser på saken så spelar det ingen roll att cellspänningen är i obalans under uppladningsfasen utan det viktiga måste vara att säkerställa att cellspänningen aldrig tillåts överstiga inställt värde, t ex 3,6 V. Så när alla LED:arna lyser d vs alla cellerna nått 3,6 V så kan man anta att de är nära nog fulladdade. När laddningen kopplas bort sjunker cellspänningen några hundra millivolt och då öppnar PNP transistorn shunten helt och ingen ström flyter genom shuntmotstånden och drar ur batteriet. Resten av laddaren skulle då kunna utgöras av en 14,4 V nätdel med strömbegränsning på t ex 2,4 A. Ingen smart laddare med uPc precis men förhoppningsvis mer skonsam för batteriet än en helt obalaserad sak där man inte har koll på de individuella cellerna alls.

Kan det här fungera bra nog månne?
 
Det där fungerar troligtvis bra. Många balanserare bygger på den kopplingen.
Jag testade en sådan lösning för två celler som fungerade tillfredställande.
Du har seriemotstånd på 3ohm det hade inte jag med risk för härdsmälta om en transistor skulle gå i kortslutning.

Man måste dock övervaka laddningen och stänga av i tid annars blir det varmt när alla shuntregulatorerna leder full ström rakt i backen.
 

Attachments

  • LiPo_balancer.jpg
    LiPo_balancer.jpg
    48,3 KB · Views: 26
Jag har provladdat ett nästan fullt batteri en gång och tycker att det ser lovande ut. LED:arna tänder upp fint på exakt samma cellspänning inom uppskattningsvis +/- 10 mV. Injusteringen av de fyra shuntkretsarna gjordes initialt en och en genom att ställa in trimpotentiometrarna för exakt 50 mA shuntström vid 3,5 V från labbaggregatet. Alla fyra beter sig exakt lika. Skall finlira med trigpunkten senare men principen som sådan ser ut att fungera. När en bestämd cellspänning uppnåtts tänds LED:arna och sedan ökar inte cellspänningen mer.

BD678 var visst en Darlington så reglerområdet räckte inte riktigt till nedåt i spänning. Nu ersatt av en vanlig BD140 från junkboxen. Kanske finns mer lämpade transistorer och med snävare toleranser om nu matchningen kan spela någon roll.

3 ohm är ersatt av 6,8 ohm som jag hade gott om. 220 ohm trimpotentiometern har jag bytt till 1 k för att få ett större inställningsområde nu när jag labbar.

Konstruktionen medger nog inte 100% obevakad laddning. Men nöjer man sig med 90-95% så tror jag det blir bra. Då sjunker laddströmmen till nära noll när polspänningen är nästan uppe i topp. Förutsätter att laddaggregatets spänning hålls konstant på lagom nivå. Det finns olika åsikter om det här om man läser på nätet vad som är "rätt" och "fel". Ju mer man läser ju mer villrådig...

Nu håller jag på att ladda ur batteriets celler så det blir kraftigt obalanserat men väl inom tillåtna gränser. Sen får vi se om regulatorerna fungerar att balansera.
 
Det blev bra det här. Balanseringen fungerar perfekt och cellspänningarna diffar bara +/-10 mA efter att ett kraftigt obalaserat batteri laddats upp till 14,00 Volt och laddningsströmmen passerat 100 mA och är långsamt sjunkande. Dvs batteriet snart fullt och shuntkretsarna precis på gränsen att gripa in. LED-dioderna är fortfarande släckta. Om laddningsspänningen därefter ökas 20 mV till 14,02 Volt så tänds dioderna en efter en efter bara några sekunder. Önskad trig-punkt kan ställas med trimpotentiometrarna. Laddningsströmmen ökar kortvarigt till några hundra mA vid 14,02 Volt för att sedan långsamt sjunka. Shuntmotstånden blir efter några minuter svagt varma så det är väl genom dessa huvuddelen av den ökande strömmen går. Lysdioderna lyser med medelstarkt sken.
9.jpg
Komponenterna till balanseringskortet väger tillsammans 30 gram. Tillkommer ett litet mönsterkort på c:a 5-10 gram om konstruktionen krymps ihop en smula.

Det som fattas nu är att bygga ihop ett low voltage drop spänningstabilisator-kort som kan ställas till exakt 14,00 V och som innehåller en strömbegränsningsfunktion ställbar inom området förslagsvis 1 - 2,5 A. Kretsen skall klara av att matas från en standard 15 V halvdåligt stabiliserad switchad batterieliminator. Ja, vad finns det för bra lösning på en sådan stabilisatormackapär?

Den 15 V/2,5 A batterieliminator jag har här till KX3:an väger 150 gram plus kablaget (nätsladd och DC-sladd) 100 gram till. Totalt 250 gram. Sladdarna kan kortas till hälften och är ändå tillräckligt långa. Skulle göra c:a 25 gram till.
 
Såg att jag formulerade mig tvetydigt i föregående inlägg. Har studerat mätprotokollet med mätvärdena jag tog upp var 15:e minut. Så här skall det vara.

Cellerna laddades först ur till olika värden mellan 2,5 - 3,4 V. (Betydligt större obalans än som sker i verkligheten i ett friskt batteri) Batteriet fick sedan vila en stund. När laddningen slogs igång så började cellspänningarna att jämna ut sig så att differensen blev allt mindre och i häradet 200 mV som bäst. Balanseringskretsen är inte aktiva i början då cellspänningarna är relativt låga. Precis innan LED:arna tändes i slutet av laddningstiden så började shuntarna reglera. Det var i den fasen av laddningen som cellspänningarna balanserade sig. Resp LED tändes därefter upp och klampade spänningen i cellen allt hårdare. Balansen blev allt bättre. Först lös LED:arna svagt och sedan allt starkare. När alla LED:arna var tända så var cellerna lika inom c:a +/- 10 mV.

Efter laddningen i den egna laddaren fick batteriet vila 10 min för att sedan flyttas över till den avancerade uPc-styrda laddaren. Cellspänningarna låg efter 1 minuts stabilisering och pendlade mellan 3,9-3,6 V under tiden laddaren fyllde på det sista. Laddningsströmmen som är inställd på max 2,4 A visade värden kring 200 mA pendlande ner till noll, så som laddaren fungerar i slutet av laddcykeln innan samtliga celler nått 3,6 V. När cellspänningen 3,6 V varit stabil i samtliga celler under några minuter slår laddaren av och indikerar fullt batteri på displayen. Den sista påfyllnaden tog c:a 10 minuter på låga laddningsströmmar mellan 0-200 mA så det har inte varit särskilt mycket energi som fylldes på. Kanske de sista procenten.
 
Å vad trött jag blir när vi inte tillåts redigera våra egna inlägg och rätta skrivfel! Fan, jävlar!!!

"pendlade mellan 3,9-3,6 V"

Det skall stå 3,59 -3,6 V
 
SM7EQL said:
Hittills har jag tänkt i banorna att varje subsystem skall ha en egen funktion och vara oavhängig av de andra systemen för att minska risken för att det ena drar med det andra. Loggdatorn är också föremål för ev modifiering för att sänka strömförbrukningen ytterligare.
Click to expand...
Jag förstår precis hur du tänker Bengt. Själv är jag mycket förtjust i system som kan "halta fram" även om någon systemdel lägger av. Där ligger din lösning mycket bra till.

När det gäller att spara ström i loggdatorn, gissar jag att det MPU:n ägnar mest energi åt är aktiviteten att göra ingenting :) Det är inte ovanligt att processorer snurrar med en massa tomma klockcykler. Ofta förbisett och normalt inte något problem men vid batteridrift är det värt att tänka på. Att föra logg bör inte kräva många kHz i klockfrekvens. Genom att dra ner processorklockan kan man spara mer batteritid än man tror, också när man tillämpar olika varianter av sovlägen i processorn. Samma sak med att (helt) stänga av periferikretsar utom just när de används. Hur långt man ska dra det beror dels på nödvändigheten och dels på hur kul man tycker att det är att pyssla med sånt. Det senare är förmodligen viktigast i hobbyprojekt.

Det är intressant att följa hur ditt portabelprojekt utvecklas eftersom jag har funderat på något liknande ett tag.
 
REX skrev; "När det gäller att spara ström i loggdatorn, gissar jag att det MPU:n ägnar mest energi åt är aktiviteten att göra ingenting."
----

Det är ju sant. Nu är väl Arduino och dess uPc inte optimerad för låg strömförbrukning. Med en helt annan low power lösning så skulle det bli mycket strömsnålare. I nuläget drar loggdatorn med periferienheterna 80 mA. Då ingår en LCD display och Nano RX-pluggen till det trådlösa tangentbordet samt en klocka och shielden för SD-kortet där loggen sparas och set up filerna finns. LCD-displayen skulle kunna ersättas med en OLED-display som bara drar några mA. Diplayen behövs normalt inte vid trafik men är bra att ha. Dock behövs den för att kunna redigera set up etc i menyerna.

Någon form av sleep mode är redan provad men då blev uPc svårväckt så att första tangentrycket ibland missades. Kanske finns andra bättre alternativ men det där digitala är ju inte mitt område precis och ointresset för att sätta sig in i programmering är väldigt stort. Vissa bitar bör lämnas bort till di där knapptryckarproffsen helt enkelt. :rolleyes:

>>>Själv är jag mycket förtjust i system som kan "halta fram" även om någon systemdel lägger av.

Bra formulerat. Precis min filosofi. När något går sönder skall det finnas en reservutgång som fungerar tillräckligt bra om än ej perfekt. Det blir ju dubbelt viktigt i en portabelstation som används på platser utanför civilisationen där inga reservdelar finns och minsta lilla sak som strular kan betyda QRT.
 
Problemet med mer generella processorer vilka också har ett stort operativsystem är att väldigt många klockcykler går åt till att administrera operativet och
bara en liten fraktion till att göra något produktivt.

Tyvärr ser jag inte något enkelt sätt att komma runt frågan utan att skriva specialutvecklad kod till strömsnåla CMOS-processorer med relativt låga klockfrekvenser. Anstränger man sig gick det att få till en fullt fungerande multi-taskingmiljö med bara enstaka mA strömförbrukning när man använde t.ex. MC68HC11 med realtidsexekutivet MCX-11. En "loggdator" består i princip av en enkel formuäreditor, en skärmhanterare och ett filsystem. Inget av detta är varken speciellt minnesutrymmes- eller CPU-krävande när det kodas i assembler...

73/
Karl-Arne
SM0AOM
 
SM7SEK said:
Jag jobbar på det!
Click to expand...

Nu har jag pillat lite på inställningarna. Kolla om ni kan redigera era inlägg. Jag satte två timmars fönster för redigering, sedan stängs inlägget för gott. Ni måste alltså posta ett inlägg och testa på....
 
SM7EQL said:
Nu är väl Arduino och dess uPc inte optimerad för låg strömförbrukning. Med en helt annan low power lösning så skulle det bli mycket strömsnålare.
Click to expand...
Det kan kanske också variera mellan olika modeller och tillverkare. Arduino eller klon kan spela roll. Eftersom jag är en nyfiken typ, kopplade jag upp en Arduino Uno och mätte hur mycket den drar i grunden. Mätuppställningen var bara Unon och ett 9-voltsbatteri i serie med en amperemätare. Simplast möjligt test alltså.

I ena mätläget, normalläget, fick arduinon snurra för fullt utan att göra någonting alls. Ett tomt program, helt i standardläge, alltså. Då mätte jag upp en förbrukning i storleksordningen 75-80 mA. Variationen kan bero på att processorn eller co-processorn (som sköter USB) jobbar med något i bakgrunden.

Eftersom Arduino är befriad från operativsystem, är det relativt enkelt att pilla i processorns inställningar på detaljnivå. Bl.a. finns en prescaler som kan dela ner systemklockan i åtta steg. Det påverkar alltså all timing i processorn. Jag lät prescalern dela klockan med största talet 256. Det betyder att processorn gick från att arbeta i 16 MHz till 62,5 kHz. I lågfartsläget uppmättes 60-62 mA. En strömbesparing i storleksordningen 20%.

Sovlägen sparar förstås mer ström. Det svåra är, som ni märkte, att hitta rätt sätt att söva utan att datorn upplevs vara seg. En annan variant är att använda en eller ett par I/O-pinnar till att styra strömförsörjningen till periferikretsarna. SD-kort, realtidsklocka och LCD behöver t.ex. bara ha ström vid skrivning och läsning. LCD behöver lite längre timeout så att du hinner läsa i lugn och ro. Med lite finurlig kodning bör det gå att spara några mA här och där utan några större hårdvaruförändringar.
 
You must log in or register to reply here.
Back
Top