Sicherheit beim Laden von zwei LiPo-Zellen in Reihe

HINWEIS: Ich stelle diese Frage, weil ich neu in diesem Thema bin und sicher sein möchte, was ich tue, bevor ich losgehe und Teile kaufe.

Ich mache eine wirklich schicke Uhr mit einem OLED-Bildschirm, Sensoren und all diesen Leckereien, zusammen mit einem Arduino-Nano, der 7-12 V in seinem Eingang benötigt, um zu funktionieren. Mein Plan ist, zwei 3,7-V-LiPo-Zellen in Reihe zu schalten.

Ich muss sie von Zeit zu Zeit aufladen, und wenn ich das tue, möchte ich die Stromversorgung der Uhr natürlich nicht unterbrechen. Also, ich folge derzeit diesem Online-Leitfaden:

http://blog.zakkemble.co.uk/a-lithium-battery-charger-with-load-sharing/

(Dies ist ein Tutorial zum Aufbau einer "... Schaltung, [die] die Batterie trennt, wenn USB-Strom angeschlossen ist, die Last verwendet stattdessen Strom von USB. Dadurch kann die Batterie normal ohne äußere Störungen aufgeladen werden.")

Meine Frage lautet: Ist es sicher, zwei dieser Schaltungen herzustellen, sie parallel zu verdrahten und beide Batterien gleichzeitig aufzuladen? Und wenn das nicht gut ist, ist es in dieser Serienkonfiguration zumindest sicher, jeden einzeln aufzuladen?

Danke

Warum nicht einen Boost-Regler anstelle eines 2S-Akkus verwenden?
Warum nicht? Weil ich bis zu Ihrem Kommentar nicht wusste, dass es existiert ... (wie gesagt, ich bin ziemlich neu). Ist dies eine bessere Option?
Es kann sein. Es wird definitiv das Aufladen vereinfachen, da Sie nur eine einzige Zelle haben, aber Schaltregler haben ihre eigenen Vorbehalte in Bezug auf das Rauschen.
Geräusche sollten bei einer schicken Uhr kein Thema sein! Und ja, eine einzellige Lithiumbatterie mit hoher Kapazität, die zu einem Aufwärtswandler geht, um stabile 9 V zu erhalten (also nicht zu nahe am 7-V-Minimum), wäre eine gute Idee.
(Nach einigem Googeln) Wie wäre es, wenn Sie auf 5 V erhöhen und diese an den 5-V-Einfacheingang des Arduino anschließen?
Ich bin überrascht, dass der Nano 7V benötigt. | Wenn Batterien in Reihe "fest verbunden" sind, müssen Sie zur Verwendung von zwei Ladegeräten jedes Ladegerät schweben lassen - dh sie müssen isoliert sein, damit eines über dem anderen "stehen" kann. Wenn Sie eine gemeinsame USB-Quelle verwenden, können sie nicht isoliert / gefloatet werden. Sie können eine nach der anderen aufladen. | Wenn Sie die Energiequelle zwischen Batterie und Last anschließen, damit Sie erkennen können, welcher Strom in die Batterie und welcher in die Last fließt, können Sie gleichzeitig laden und arbeiten. Wenn das Ladegerät auf I_ch_bat_max begrenzt ist und die Last geringer ist, können Sie im laufenden Betrieb aufladen - es ist nur langsamer. ....
... dies verursacht nur im CV-Modus potenzielle Probleme, da der Ladevorgang nicht beendet wird, wenn er sollte, wenn das Ladegerät "denkt", dass der Ladestrom der Batteriestrom ist. Aber wenn Iload << I auflade, ist das wahrscheinlich kein Problem.
Wenn Sie nur die MCU verwenden, die im Nano zu finden ist, sollten Sie überhaupt keine Regulierung benötigen, sondern nur eine Reduzierung der Taktfrequenz. Schnallen Sie ein Uhrenglas an und Sie werden eingestellt.

Antworten (1)

Ladegeräte der Serie

1-Zellen-Ladegeräte können nicht für mehrere Zellen in Reihe verwendet werden, da ihre Ladespannung nicht ausreicht. Ich habe keine Erfahrung mit Ladegeräten, die zum Laden mehrerer Zellen in Reihe ausgelegt sind, aber ich gehe davon aus, dass ein solches Ladegerät einen separaten Eingang für den Thermistor jeder Zelle haben würde, falls vorhanden, oder zumindest für seine Spannung: Ohne eine Art Lastausgleichsschaltung werden Sie am Ende landen mit unterschiedlichen Spannungen an Ihren Zellen, Sie müssen also sicherstellen, dass zum Zeitpunkt des Ladevorgangs keine besonders belastet wird - Lithium-Akkus sind gefährlich, wenn sie unsachgemäß geladen werden.

Aufwärtswandler

Die übliche Lösung (meine jedenfalls, habe sie spätestens letzten Freitag in einem Produkt verwendet) ist die Verwendung eines Boost-DCDC-Wandlers: Wenn Sie die Definition nachschlagen, sehen Sie, dass es sich um einen Wandler handelt, der einer Pumpe ähnelt: Er erhöht die Spannung am Ausgang. Dies geht jedoch zu Lasten von:

  1. Verfügbarer Strom: Der Konverter kann nur einen begrenzten Strom verarbeiten. Obwohl mehr Strom meistens besser in Bezug auf die Effizienz ist (siehe 2.), kommt der Punkt, an dem die Komponenten nicht mehr genug abführen können und Sie nicht mehr aus ihnen herausholen (oder sie werden aufheizen und ausbrennen). Wenn Sie ein besonders leistungsfähiges Boost-Modul haben, achten Sie auf den Strom, den es am Eingang ziehen wird: Auch bei idealem Wirkungsgrad (siehe 2.) ist der Eingangsstrom höher als der Ausgangsstrom.
  2. Batterielebensdauer: Wandler haben, wie jede Schaltung, einen nicht einheitlichen Wirkungsgrad: Sie verbrauchen etwas Leistung, was bedeutet, dass Sie für 1 Leistungseinheit mehr als 1 Leistungseinheit am Eingang ziehen. Die Verlustleistung zieht einen zusätzlichen Strom am Eingang, was die Batterielebensdauer verringert. Ist es proportional zur Ausgangsleistung? Wenn nur! Umrichter haben Wirkungsgradkurven, um den Wirkungsgrad als Funktion der Ausgangsleistung zu beschreiben. Nun sind Aufwärtswandler Schaltwandler, die auf Pulsweitenmodulation basieren: Sie verbrauchen hauptsächlich Leistung zum Zeitpunkt der Übergänge. Wenn Sie also weniger Leistung benötigen, sinkt bei gleicher Frequenz der Wirkungsgrad. Einige von ihnen haben eine Möglichkeit, die Frequenz auch abhängig von der Last anzupassen, diese werden als pulsfrequenzmoduliert (PFM) bezeichnet und haben selbst bei niedrigen Lasten ziemlich flache Wirkungsgradkurven.

Berechnungen

Eine Formel kostet nicht viel:

P Ö w e R ich N = P Ö w e R D ich S S ich P A T e D + P Ö w e R Ö u T
⇔ v ich N ∗ ICH ich N = v Ö u T ∗ ICH Ö u T e F F ich C ich e N C j
⇔ ICH ich N = v Ö u T ∗ ICH Ö u T e F F ich C ich e N C j ∗ v ich N
B Ö L B A T T e R j l ich F e = C A P A C ich T j × D e P T H Ö F D ich S C H A R G e ICH ich N
BOL gibt den Beginn des Lebens an. Je tiefer die Entladung, desto mehr sinkt die Kapazität mit Zyklen. Hier ist die Kapazität in Ah => Akkulaufzeit in Stunden, der Rest ist SI.

Illustrationen

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Beispiel für Wirkungsgradkurven eines Aufwärtswandlers mit und ohne PFM ( Quelle ).Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Illustration der Wellenform eines PWM + PFM [Bearbeiten: Eigentlich scheint es nur PFM zu sein. PWM würde auch die Breite modulieren] Boost-Konverter-Ausgangsspannung vor dem Filtern ( Quelle ).

Abschluss

Ich würde vorschlagen, einen Aufwärtswandler (Sie können Plug-and-Play-Module kaufen) mit Pulsfrequenzmodulation (da Sie bei einer Uhr sicherlich niedrige Ströme verwenden) und einer Kurve mit hohem Wirkungsgrad zu verwenden und am Vcc / 5V- Eingang auszugeben der Arduino. Nicht das RAW, da Sie am Ende auch unnötig Strom im integrierten Regler verlieren (noch mehr, da es sich um einen linearen Regler handelt, der für die Ableitung ausgelegt istder Leistungsunterschied). Fügen Sie jedoch eine zusätzliche Filterung (hier als Entkopplungskappen bezeichnet) hinzu, um sicherzustellen, dass alles glatt ist (Schaltwandler sind ziemlich laut). Sie benötigen jedoch immer noch ein Ladegerät für eine einzelne Zelle. Die meisten Ladegeräte, die ich gesehen habe und die gleichzeitiges Laden ermöglichen, tun nichts anderes, als Geräte während des Ladevorgangs direkt an den Akku anzuschließen, aber ich denke, es hängt alles von der aufgenommenen Leistung ab. Wenn die Leistungsaufnahme zehnmal geringer ist als der Ladestrom, denke ich, dass es in Ordnung ist (kann das jemand bestätigen?).

Wow! Vielen Dank für die ausführliche Antwort. Dies hat eine Menge Verwirrung auf meiner Seite beseitigt. Danke schön!
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