lipobal

.SB

Als Schaltzentrale habe ich wie in vielen anderen meiner Schaltungen, den unter 2 EUR erhältlichen 8Pin Prozessor ICL 7665 verwendet.
Die beiden OP-AMP´s (am Pin 3 und 6) werden durch die interne Referenzspannung von 1,3V und die beiden externen Widerstände 2,2M & 1M beim
erreichen von 4,1 V geschaltet, wodurch der Ausgang HYST 1 (Pin 2) nach Plus geht und den Sipmostransistor durchsteuert.
Eine kleine Abweichung des Spannungsschaltpunktes beim Sipmostransistor ist durch eine Änderung des 10k Gatewiderstandes beeinflussbar.
Besser ist durch eine Reihenschaltung eines Widerstandes von 33k ... 100k in den Kreis des 1 M - Widerstandes bei höherer Spannungsabschaltung.
Bei zu tiefer, einen Widerstand von von 47k ...220k in den Kreis des 2,2 M -Widerstandes.
Die Gleichheit der Abschaltungspunkte ist bei 1%igen Metallwiderständen und des Prozessors** gleicher Serie sehr genau. Sehr kleine Unterschiede sind
nur bei unterschiedlichen Herstellungsserien durch geringe Abweichungen der internen Referenzspannungen des Prozessors möglich.
Auf ein Trimmpoti oder Trimmwiderstand zur Einstellung des Einschaltpunktes des Sipmostransistors wurde absichtlich verzichtet, um eine dauerhafte,
unverstellbare, nicht triftende Einstellung zu bekommen.
(Es kann sein, dass z. B. die exakte Einstellung von 4,1 V anstatt des 2,2M - Widerstandes mit einer Reihenschaltung von
2 x 1M und 1x 150K Widerständen man den Abschaltpunkt erreicht.)

(Prozessors** nicht mit den Mikroprozessoren zu verwechseln, da ich schon per Mail aufmerksam gemacht wurde, dass die Bezeichnung nicht richtig ist.
Meine Meinung und Antwort auf diese Mails lautete:
"Da streiten sich die Gelehrten, viele meinen, wenn ein IC einen Prozess ablaufen lässt, kann man es als Prozessor nennen, ich gehöre dazu. Das er keiner der heutigen bezeichneten Mikroprozessoren ist,, der meist vielfältige und unterschiedliche Prozesse ablaufen lässt oder kann und auch beinhaltet, ist mir auch klar.
Wo ich ihn vor Jahren gekauft habe (Reichelt-Elektronik) wurde er ebenfalls unter dem Oberbegriff als Prozessor geführt. Es kann sein, dass man sich auch dort schon des neuen Sprachgebrauches angepasst hat. Ein Prozess ist meiner Ansicht nach ein sich meist wiederholender Funktionsablauf. Die Verwirrung kommt meistens aus den missverstandenen deutschsprachigen Bezeichnungen und Benennungen, die bei besonders Jüngeren nicht mehr verstanden werden, da es cooler wirkt mit fremdsprachlichen Bezeichnungen zu glänzen und Wissen zu demonstrieren.
Nix für ungut, ich möchte weiterhin möglichst mit meinem begrenzten deutschen Sprachschatz auskommen, den ich mir in knapp 7 Jahren Volksschule vor über 60 Jahren hart erarbeitet habe.")

Der Ausgang OUT 1 (Pin 1 nach 0V) wird zeitgleich mit dem Ausgang HYST 1 (Pin 2 nach Plus) und steuert die Kontroll-LED durch,
auf die auch verzichtet werden kann. Dann reduziert sich die Anzahl der .externen Bauteile auf den Sipmostransistor und 3 Widerstände.

Wie im SB vermerkt, beträgt der gemessene Leerlaufstrom bei einer Zellenspannung unter 3,95 V nur 0,0000065A,
Dieser geringe Strom, der mindestens eine vollgeladene 1500mAh-Zelle eine Entladungszeit von 230769 Stunden erbringt,
was etwa 26 Jahren entspricht, wenn man die Selbstentladung der Zelle nicht berücksichtigt.
Aber wer will das schon erreichen?

Der gemessene Strom beträgt bein Einsatzpunkt von 4,10V etwa 30 mA,
                                                                         bei 4,12V etwa 300mA,
                                                                        bei 4,15V etwa 0,5 A,
                                                                      bei 4,18V etwa 0,8 A,
                                                                        bei 4,20V etwa 1,2 A.
Der Strom erreicht aber nicht den eingestellten Ladestrom des Ladegerätes,
da normalerweise der Ladestrom an der Zelle reduziert wird und somit nur die
Differenz am Transistor abfällt, es sei denn, die Zelle hätte einen Kurzschluss.
.
Darauf zu achten ist, dass die Erwärmung gut abgeführt wird.
Die Verlustleistung ohne Kühlung des Sipmostransistors sollte nicht 1/2 W übersteigen.
[Sie ergibt sich etwa aus der Spannungsdifferenz der Zellen und dem Strom.]

.

Darstellung nicht maßstäblich, nur funktional !

Die Taktfrequenz beträgt je nach Ladezustand und Zellenwerten wie die Kapazität, also dem Ri der Zelle, von 1kHz bis auf etwa 5 Hz herunter.
Wobei das Tastverhältnis in der Regel bei etwa 1 : 2 bis 3 = Ein : Aus liegt, die auch vom Stromwert des Laders abhängt.

die Strombegrenzung ergibt sich theoretisch aus dem Ri des SiIPMOS.
Da zum einen die Ansteuerspannung für das Gate des BUZ11 weit unter der eigentlichen Ansteuerspannung liegt (10...20V) und der Treibersipmos im ICL 7665 relatief schwach ist, entsteht eine Einschaltzeit von etwa 200us, da man das angesteurtem Gate des BUZ11 mit einem 1nF Kondensator etwa vergleichen kann, womit es der arme Winzling zu tun hat.
Da der Treiber aber schon nach gemessenen 0,05 V wieder abschaltet entsteht ein stetiges Ein- und Ausschalten in einem Spannungsbereich (je nach Einstellung) von 4,1 und 4,05 V aber kein Kurzschluss.
Will man allerdings einen zusätzlichen Widerstand einbauen, dem steht nichts im Wege dem Begrenzungsstrom ist es egal ob er nur durch den Transistor oder durch 1...n Widerstände geht.. Der Regelbrumm aber wird immer bleiben, wobei die Spannungshysterese zugegebener maßen auch kleiner werden kann. Wichtig ist nur, dass der Transistor nicht zu warm wird (über100°C), dann wird er wohl thermisch kaputt gehen und dann ist ein sehr kleiner Widerstand möglich, der einem sogenannten Kurzschluss nahe kommt. Auf die ausreichende Kühlung wurde ja bereits darauf hingewiesen.
Bruno Eberle hatte im RC-LINE-Forum den Vorschlag, den ich hiemit einbringen möchte, dass man dieses Problem mit einer Sicherung von 1....4 A begegnen könnte.

Die Messung der Zellenspannung kann mit einem Vielfachmessgerät ausreichender Empfindlichkeit gemessen werden,
zeigt aber dann den Effektivwert an.
Das heißt, dass die Spannung abhängig vom Tastverhältnis und der Schaltfrequenz etwas zusammenbricht, was zu Irritationen
führen kann und man meint, die Spannung bricht weiter als die am Oszilloskop tatsächlich gemessenen 4,1 V !
Beim Test auf die Spannungsbegrenzung (Schaltpunkt) des Sipmostransistors, gilt der erste Einsatzpunkt.
Er ändert sich also mit dem Effektivstrom des Transistors d. h. die gemessene Spg. an der Zelle wird kleiner bei größer werdenden Strom des Transistors.
Der Transistor kann ohne zusätzlichem Kühlblech oder Kühlkörper etwa 1 A ab, was er aber in der Kette mit den anderen Zellen kaum erreichen wird.
Um keine Überraschung zu erleben, sollte bei sehr hohen Ladeströmen bei über 3 A ein Test bezüglich Wärme, Wärmeabfuhr also Kühlung geschehen..
Ansonsten kühlen!
Durch den Einbau eines Kondensators (C im SB, gestrichelt eingezeichnet) als Mitkopplung des Regelkreises, erhält man eine Spannungshysterese,
die das Tastverhältnis der Einschaltzeit vergrößert und die Schaltfrequenz verkleinert. So kann jeder nach seinen Vorstellungen die Einstellung beeinflussen.
Der Sipmostransistor mit den sehr hohen Ansteuerungsspannungen (eigentlich über 10V) für das Gate (wie der BUZ 11 o. ä.)
reichen in den Strombereichen bis etwa 3 A aus, da dieser Strom nur kurzzeitig erreicht wird, wenn die Ladezustände der Zellen völlig auseinander gelaufen sind
und der Ladestrom sich bei etwa 5 A oder größer bewegt.
Für diejenigen, die etwas skeptisch dem gegenüber stehen und meinen, die allgemeinen SIPMOS-Tr. bei 4 V S-G nicht ausreichend durchsteuern,
empfehle ich die etwas teuren Sipmostransistor mit einer Ansteuerspannung von 5 V zu verwenden (die Logik level Typen).

Hier ein Aufbaubeispiel,
wobei die Möglichkeit besteht durch trennen auch ein Einzelmodul oder dem Bedarf entspechende
Einheiten zu bekommen, die direkt auf sie Zellen angebracht und verschaltet werden können..
Links am ersten Balancer ist eine Kontroll-LED als Beispiel angebracht.

.

Die Widerstände sind auf der Rückseite angebracht. Es empfiehlt sich 1/10 Watt, Metallfilm - Typen zu verwenden.
Es sind 2 Beispiele hier dargestellt. Links = 5x ohne Kontroll-LED und mit einem 2,2M, 1/2 W - Widerstand, da noch keine anderen
vorhanden waren und rechts mit Kontroll-LED und dem 680 Ohm Widerstand und für den 2,2M sind 2 x 1M und 220k 1/10W
als weiteres Beispiel wie man es machen kann, in Reihe geschaltet. Bei einer Verwendung von alten Kohleschichtwiderständen
sollten alle Widerstände in dem Spannungsteiler dann Kohleschichtwiderstände sein, da sonst die unterschiedliche Temperaturdrift
die Abschaltspannung stark versetzen kann.

Um nicht an und an den Lipozellen eine, die erste Kontrolleinstellungsmessung zu machen, verwende ich diese unten abgebildete Meßschaltung

Der Elko C und der Widerstand R verhindern ein eventuelles Schwingen der Spannung vom Netzgerät,
zumal bei längeren Leitungen, an geregelten Netztgeräten (Regelungsschwingungen).
R fungiert als kleine Grundlast und sollte etwa 10 k betragen.
Eine LED erleichtert die Einstellung!
C sollte etwa 2200uF betragen, da bei bei kleineren C wie bereits beschrieben
der Schaltpunkt mit einem Vielfachmessgerät schlecht messbar/erkennbar ist.

Maximum ist Minimum

Im Februar 2005 Hg
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Nachtrag

Im Nachtrag ein praktisches Beispiel. (1. Version, siehe nächste Version!)

Zu sehen ist ein Akkupak mit 3 seriell fest verschalteten LIPO´s 3200mAh, 20C ,
mit einem 6pol - Hochstrombuchse (je 3 parallel) zum Anschluss ans Modell oder Ladekabel versehen.
Und mit einer 5pol - Buchse die ich zum Anschluss des daneben liegenden Lipobalancer verwende.
..
Bei beiden Steckverbindungen sollte unbedingt auf ein Verpolsicherheit geachtet werden!
.
Um den 3er - Lipobalancer auch für andere Modelle mit 3 Lipo´s verwenden zu können, wählte ich eine Steckverbindung,
obwohl auch eine feste Verbindung der extrem kleinen Leckströme von etwa 6,5uA wegen möglich ist (siehe oben die Entladezeit),
so kann ich doch den Balancer für mehrere 3er- oder 2er- Packs verwenden.
Nochmals zur Sicherheit der Balancer, auf Verpolung achten. Die Zellen sind durch die verhältnismäsig dünnen Drähte gesichert, die
bei einer Verpolung wohl wegbrennen werden.
Selbstverständlich kann auch jeder Balancer einzeln z. B. mit Feinsicherungen abgesichert werden.
.

Ein kleiner Trick nebenbei.
Die Zugentlastungen der Anschlussdrähte habe ich mit einem Kontaktkleber Pattex gemacht worden,
den ich wegen seiner sehr guten Isolierfähigkeit und festen aber doch etwas elastischen Verbindung im trockenem Zusand
oft für derartige Entlastungen, Fixierungen und Isolierungen verwende.
.
Eine Entfernung ist mit etwas erhöhter Wärmezufuhr gut möglich.

Im Mai 2005 Hg

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Ich habe nach einer Zeit im praktischen Betrieb festgestellt, dass bei größeren Ladeströmen, ohne einer ausreichenden Kühlung der anfallende Verlustleistung
nicht auszukommen ist. Deshalb habe ich mir eine wie im unteren SB und Bildern dargestellte Einrichtung entwickelt.

Prinzipiell arbeitet die Schaltung, Zuschaltung des BUZ 11 wie schon beschrieben. Durch die Steckbarkeit, also die Balancer nach erfolgter
Ladung wieder abgesteckt werden, ist der Spannungsteiler niederohmiger gewählt und zur exaxteren Einstellung mit einemTrimmpoti versehen.
Um eine bessere Kühlung bei höheren Ladeströmen und somit einer Überhizung der BUZ 11 zu verhindern habe ich einen 12V-Lüfter eigebaut.
Dieser wird um nur bei einer Erwärmung über 40°C mit einem kleinen Darlingtontransistor oder wie ich verwendete mit 2 NPN-Transistoren
wie im SB dargestellt mit einem 10k-NTC-Widerstand eingeschaltet. Die Einstellung bei 40°C geschieht mit einem 1...5k-Trimmpoti.
Die etwas niedrigere Spannung bei 2 Zellen und etwas höhere bei 3 Zellen hat nur eine geringere oder größere Luftkühlung zur Folge,
die aber bei der Einstellung der Ladeströme berücksichtigen muss, vor allem, wenn die Ladekapazitäten der Zellen größere Unterschiede haben.
Die Entkopplung der 2. zur 3. Zelle geschieht mit der 1N4004 o. ä. Diode.
Die LEDs sind nicht nur zur Einstellung zu empfehlen, sonder auch um eine bessere Kontrolle zu haben, welche Zelle sich wie verhält.

Graphische Darstellung des Steckers.

An ihm kann durch eine Verschiebung keine Verpolung stattfinden. Man findet sie in div. alten Elektronikgeräten.
oder fertigt sie aus Stiftleisten an, indem ein Stück Kunststoff, Sperrholz oder Metall einseitig angeklebt wird.
und dieses ebenso an der Buchsenleiste.
Es können ebenso die 5- oder 8-pol Printstecker und ihre dazu gehörenden Buchsen verwendet werden.

im Juli 2005 Hg
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Nachtrag Juli 2006
Anstatt Sipmostransistoren sind besser NPN-Transistoren zu verwenden, da SipMos-Transistoren eine zu große Temperaturdrift entsteht!

Beschreibung und Funktionsweise auf dieser Seite.

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