Laden von 2 Li-Ionen-Akkus über ein einziges Ladegerät

Ich baue gerade ein tragbares USB-Ladegerät. Es verwendet 2 Li-Ionen-Akkus in Reihe, die über einen geregelten 5-V-Abwärtswandler an einen USB-Anschluss angeschlossen sind. Während ein einzelner Lithium-Ionen-Akku für die meisten Anwendungen ausreichen würde, muss dieses USB-Ladegerät in der Lage sein, 1 A bei 5 V auszugeben; Eine einzelne Li-Ionen-Batterie des Typs, den ich habe, kann nur 1 A bei 3-4 V oder maximal 3-4 W ausgeben - daher würde eine Erhöhung der Spannung die maximale Stromabgabe verringern. Der Konverter selbst ist kein Problem, außer dass er mehr als 5 V zum Betrieb benötigt (daher die Batterien in Reihe schalten, um eine Eingangsspannung von 6-8 V zu erzeugen), da er eine maximale Stromabgabe von 3 A hat.

Zum Aufladen habe ich ein relativ billiges TP4056-Mikro-Ladeboard, das speziell zum Laden von 3,6-V-Nennbatterien wie den, die ich habe, entwickelt wurde. Es ist in der Lage, CC-CV zu laden und automatisch herunterzufahren, wenn der Strom zu niedrig ist (was auf Sättigung hinweist). Allerdings ist er nur für den Betrieb mit einem Akku ausgelegt – er kann also nur erkennen, wann der angeschlossene Akku voll ist. Gibt es etwas, das ich einrichten könnte, das es dem Ladegerät ermöglichen würde, zwischen den Batterien zu wechseln, wenn eine voll ist, und den Ladevorgang zu beenden, wenn beide voll sind?

Ich stelle mir vor, dass eine relativ einfache Lösung eines manuellen Schalters für den Betrieb, nachdem eine Batterie voll ist, funktionieren könnte, aber dies führt zu Mikromanagement, von dem ich glaube, dass es ziemlich leicht vermieden werden kann.

Versuchen Sie, 2 Li-Ionen-Akkus aufzuladen (gemäß Ihrem Fragetitel) oder versuchen Sie, etwas anderes aus zwei Li-Ionen-Akkus in Reihe aufzuladen?
Beides – die Li-Ionen-Akkus werden zuerst geladen und dann zum Laden eines tragbaren Geräts verwendet – aber das einzige Problem ist das Laden der internen Li-Ionen-Zellen.
nimmst du sie zum laden aus dem gerät? oder möchten Sie eine vollständig integrierte Zwei-Zellen-Aufladung?
Letzteres. Das System ist vollständig in das Gehäuse eingeschlossen.
@AlexFreeman, Mann, es sei denn, Sie tun das, was ich in den Kommentaren meiner Antwort gesagt habe, es wird ohne eine riesige und komplexe Ausgleichsladungsschaltung sehr schwierig sein. Diese Designs sind schwer zu bekommen, ich habe die ganze Woche nach einem Typen bei der Arbeit gesucht. Das einzige, was ich sehen kann, ist, dass Sie zwei separate Einzelzellenbatterien sorgfältig eingerichtet haben, sie separat aufladen und sie am Ende in Reihe schalten, um die Nennspannung von 7,4 V zu erhalten. Dies funktioniert nur, wenn Sie die Systemlast trennen und alles aufladen (Schnellladestil) und die Last dann wieder anschließen. Machen Sie die Austauschlogik, wie wir zuvor gesagt haben.

Antworten (4)

Wenn Sie Lithiumbatterien in Reihe laden, benötigen Sie ein sogenanntes Ausgleichsladegerät, um die Zellen auf ähnlicher Spannung zu halten. Eine Möglichkeit, wie einige Ladegeräte dies tun, besteht darin, das Aufladen beider zu stoppen, wenn eines voll ist, das volle zu entladen, bis sie gleichmäßig sind, und sie dann beide wieder aufzuladen. Es gibt Ladegeräte mit vollem Funktionsumfang, die für das Fernsteuerungshobby gedacht sind, aber sie erfordern, dass die Ladeoptionen vor jedem Ladevorgang auf dem Bildschirm eingestellt werden. Ich kann anscheinend keine "Plug-and-Play"-Balance-Ladekarten finden, die dem TP4056 ähneln. Ich bin mir ziemlich sicher, dass es ICs gibt, die die Buck / Boost-Stromversorgung und den Ausgleich übernehmen, aber ich kann anscheinend keinen finden, und Sie müssten Ihre eigene Leiterplatte herstellen, und der Chip ist mit ziemlicher Sicherheit oberflächenmontiert.

Davon abgesehen gibt es ein paar Problemumgehungen. Eine besteht darin, die Batterien für den Betrieb in Reihe und zum Laden parallel zu schalten und entweder ein oder zwei Einzelzellen-Ladegeräte zu verwenden. Dies kann durch einen 3PDT-Schalter erreicht werden, und eine gute Erklärung finden Sie hier . Beachten Sie, dass Sie nicht dasselbe Ladegerät verwenden müssen, Ihr TP4056 sollte ersetzt werden können.

Einfacher und eleganter wäre es, ein Netzteil im Boost-Modus zu verwenden und die Zellen nicht in Reihe zu schalten. Sie können mehrere Ihrer aktuellen Zellen parallel anschließen, sodass bei zwei Zellen und einem Verbrauch von 5 W 2,5 W pro Zelle oder ~ 0,67 A liegen. Es gibt viele Ladegeräte, die für diese Anwendung entwickelt wurden und sowohl das CC-CV-Laden als auch den Boost-Regler für den Ausgang handhaben, wie z. B. der Lipo Rider Pro von Seeed Studio, der einen 1A-Ausgang liefert. Das würde ich empfehlen.

Alternativ können Sie leistungsstärkere Batterien kaufen, die mehr als 1 A ausgeben, anstatt mehrere parallel zu schalten.

Oder wenn Sie den ganzen Spaß aus diesem Projekt nehmen und einfach etwas kaufen wollen, das funktioniert, gibt es USB-Batteriebänke aus China, die sich um das Laden und Entladen von 18650 LiPo-Akkus kümmern. Ich habe Banken gesehen, die eine bis sechs 18650-Zellen parallel aufnehmen können, und einige der größeren können bis zu 3A-Ausgang leisten. Hier sind ein paar Beispiele und ein Video-Review . Ihre Verarbeitungsqualitäten und Benutzeroberflächen sehen ziemlich schlecht aus, aber anscheinend funktionieren sie.

Ein sehr einfacher digitaler Schalter könnte mit einem Arduino oder einem anderen leicht verfügbaren Controller zum Erfassen der Spannung über jedem (mit ADC) hergestellt werden, und wenn der erste 4 V erreicht oder was auch immer Ihre Grenze ist, schalten Sie die Ladelast auf den anderen um. Wenn beide voll sind, lassen Sie den Controller einige LEDs aufleuchten, um Sie darüber zu informieren, dass der Ladevorgang abgeschlossen ist.

Ist es das, wonach Sie gesucht haben? Das ist automatisierter als nur ein physischer Schalter (der nur ein "zweipoliger Einzelwurf" oder was auch immer wäre)

Ich fürchte, so einfach ist das nicht. Lithium-Ionen-Akkus sind nur zu 70–80 % geladen, wenn sie die maximale Spannung erreichen – danach gehen sie in den Ladevorgang mit konstanter Spannung, bei dem der Strom langsam reduziert wird, bis er so niedrig wird (~3 % des Nennstroms), dass er in Betracht gezogen wird vollständig gesättigt. Der TP4056 kann dies erkennen, aber ein einfacher Spannungsdetektor wäre nicht in der Lage. Außerdem muss das Aufladen tatsächlich aufhören, wenn beide aufgeladen sind, und nicht nur eine Anzeige, die aktiviert wird. Vielleicht ein Hystereseeffekt, bei dem der Stromkreis immer dann abgeschaltet wird, wenn beide Zellen geladen sind, bis er manuell zurückgesetzt wird?
ja tatsächlich. Wenn Sie schnell auf 80 % der Kapazität aufladen möchten, ist dies eine nützliche Lösung. Wenn Sie wollten, könnten Sie 1 US-Dollar für einen aktuellen Shunt-Monitor ausgeben (TI hat einen, INA138 sieht gut aus) und einen zweiten ADC-Eingang verwenden, um auch diesen zu überwachen. Sie können einen Systemlastschalter und einen Pfadumschalter haben, um zu wechseln, welche Batterie mit dem Ausgang verbunden ist
Sie könnten tatsächlich einen SR Latch / Flip Flop für den Zustand "alles erledigt!" und haben einen kleinen Druckknopf, der den Latch-Zustand zurücksetzt
Ich verstehe. Das hilft. Ich bin mir jedoch nicht ganz sicher, wie ich einige davon implementieren soll, insbesondere ADCs.
@AlexFreeman Vielleicht verstehe ich nicht, was Sie versuchen, aber das Aufladen von Li-Ionen in Reihe ist immer eine Herausforderung, da sie irgendwann unausgeglichen werden. Wie wäre es, wenn Sie Ihr Problem lösen, indem Sie beide Li-Ionen parallel schalten? einfacher aufzuladen, und sie wären in der Lage, den Strom auszugeben, den Sie für den Ausgangsteil ihrer Aufgaben benötigen würden. Wenn die Batterien parallel geschaltet sind und jeweils 1 Ampere ausgeben können, können sie zusammen 2 Ampere parallel leisten.
Das setzt voraus, dass beide Akkus die ganze Zeit gleich geladen bleiben. Leichte Ungleichmäßigkeiten in der Entladung können zu Abweichungen in den einzelnen Akkuladungen führen – und wenn die Ladeschaltung nur darauf ausgelegt ist, jeweils einen Akku zu laden, könnte dies für den Akku mit der höheren Ladung fatal sein.

Sie können den DC-DC-Wandler 0505 und zwei TP4056 verwenden , von denen einer erdfrei ist, um Batterien unabhängig voneinander zu laden. In diesem Fall wird der zweite TP4056 von DC-DC gespeist, die Masse dieses TP4056 ist mit dem gemeinsamen Draht von zwei in Reihe geschalteten Batterien verbunden.

Der Li-Ion muss normalerweise eine Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten haben, um die Spannung zu überwachen, und das von Ihnen gezeigte Bild kann einen Brand verursachen, da der erste Akku, nachdem er eine Spannung von 4,1 oder 4,2 erreicht hat, weiter aufgeladen wird und nicht Stoppen Sie den Ladevorgang, es muss eine separate Schaltung oder Schutzschaltung angeschlossen werden, damit die erste Batterie den Ladevorgang beendet, nachdem sie 4,1 oder 4,2 Volt erreicht hat, und die zweite weiter lädt. Es hat die Schutzplatine für Li-Ionen-Akkus mit 8,4 V. Schlagen Sie es in der Google-Suche nach.