Wie bereits erwähnt, nach den Erfahrungen meiner bisher gebauten und vermessennen Balancer, bin ich zu dem Entschluss gekommen, ein universelles Gerät für 2 bis 4 Zellen und einem Verlustleistungsvolumen von   3 W/Zelle  zu bauen. Der Strombegrenzungswiderstand (Rx1...Rx4) begrenzt den Maximalstrom (Berechnung = ohmsches Gesetz), die bei einer 5W/Zelle Versionb entfällt.   Das Gerät kann somit nach den Bedürfnissen eines Jeden,  für höhere Zellenzahlen, sowie kleineren oder größeren Verlustleistungen (Strömen) nachgebaut werden. So können auch weit auseinander gedriftete Akkupacks sicher geladen werden.  Auch mit Ladern, die den Ladestrom im Ladeendbereich nicht so rapid herunterregeln, z. B. Eigenbaugeräte, wobei die Ladezeiten, vor allem im Ladeendbereich sich sehr verkürzen.

Die Funktionsweise ist wie bei meinem schon vorgestellten Gerät  LIPOBALANCER unter 3 EUR, nur habe ich hier für genauere Einschaltpunkte Trimmpotis eingebaut und die SIPMOS-Transistoren auf einem Kühlkörper aufgebaut, (es versteht sich isoliert). Der Einschaltpunkt kann je nach Zellentyp und Spannungsbegrenzungspunkt der zu verwendeten Ladegeräte an den Trimmpotis eingestellt werden (4,09...4,2V). Meine Einstellungen liegen bei  4,11 V. Es erfolgt dann wie schon beschrieben ein Schoppen mit einem unterschiedlichen Tastverhältnis an, was bei zunehmender Spannung um etwa 0,1 V den Sipmostransistor fast voll ansteuert. Man kann den LED,s gut erkennen (vor allem beim Einstellen), wie sie dann vom wenig Leuchten zum vollen Leuchten sich hinbewegen. In der Praxis wird dieses wohl kaum erreichbar sein, da ein so großes auseinandertrifte der Zellen nicht möglich ist und der Strom im Spannungsendbereich gegen Null dentiert. ( Siehe unten dasLadediagramm eines Akkupacks "3S1P 3200" mit einem Graupner-Ladegerät geladen), zumal die Ladegeräte wie im Diagramm zu erkennen, ja auch den Strom im Ladeendbereich bis auf Null A reduzieren. Diese Messwerte dienten für mich auch zur  Einstellung der Schaltpunkte. Wie die Werte bei anderen Ladegeräten sind entzieht sich meiner Kenntniss, da ich nur dieses Ladegerät für meine LIPO-Packs verwende. Es kann sein, dass bei anderen Geräten der Ladeausschaltpunkt bei etwas höheren oder niedrigeren Spannungen als 4,100 Volt liegt. Dementsprechend würde ich auch die Balancer einstellen,
z. B. bei 4,2 V Abschaltung pro Zelle dann halt bei 4,20 ... 4,22. Schließlich will man ja auch (mal) zur Beruhigung die LED´s leuchten sehen.

Um zu keiner so großen Bauform des Gerätes zu kommen, habe ich einen 12V/100mA - Axiallüfter aus einem alten PC für die 5W/Zellen -Version vorgesehen, der beim Erreichen von 40°C über den Darlingtontransistor (siehe SB) eingeschaltet wird. Für die 3W/Zellen-Version reicht ein ausreichend dimensionierter Kühlkörper auch ohne Lüfter. Der Einschaltpunkt des Lüfters wird durch das Trimmpoti in Verbindung mit dem NTC-Widerstand eingestellt. Er wird wie im SB erkennbar mit 2;  3 oder 4 Zellen betrieben. Bei mehr als 2 Zellen werden die vorherliegenden Zellen durch die Dioden  entkoppelt. So werden bei allen zu ladenden Zellen ein gleicher vom Lader begrenzter Strom zugeführt, der mit dem  Lüfterstrom, den Ladestrom aller Zellen um den gleichen Strom reduziert.
Der Ladestrom wird, wie bereits beschrieben bei der vollen Zellen ab dem eingestellten Schaltpunkte von den jeweiligen Balancer aufgenommen, was der Sinn eines Balancers ja ist.

Durch die Steckberbindung und somit nur zur Ladung angeschlossenen Balancer, habe ich die Widerstände und Trimmpotis niederohmiger gewählt als zu der Version des LIPOBALANCER unter 3 EUR, der durch den weitaus geringeren Ruhestrom auch fest/direkt an die Zelle angeschlossen werden kann.

SB1

Die Abschaltung geschieht, besser gesagt die Stromübernahme wird vom Sipmostransistor BUZ 11 übernommen, der durch den
P-Kanal - Sipmostr. des ICL 7665 (Ausgang 2) angesteuert wird. Dieses geschieht bei dem erreichen der Schaltspannung
der LIPO - Zelle durch die Einstellung des Schaltpunktes mit dem 50k-Spindeltrimmer.
Durch den Mitkopplungskondensators 1nF (kein Keramik mit kleinen Parallelwiderstand, da sonst die Hysterese zu groß) vom Ausgang 7
zu den Eingängen 3 und 6 wird ein exakteres Schalten erreicht, wobei der Übernahmestrom des BUZ 11 mit einem Effektivstrom
von etwa 100mA einsetzt und sich bis zu einige Ampere steigert. Es geschieht in einem Tastverhältnis, was sehr gut an den LEDs
erkennbar ist, da sie wechselweise Blinken. Dieses geschieht im weiteren Ladeschlussbereich der jeweiligen Zelle innerhalb von 0,2V,
wobei es danach in die volle Strombegrenzung geht (LED1 leuchtet voll und LED2 ist vollstädig aus).

Da der Ladestrom im Endbereich vom Ladegerät reduziert wird, werden hohe Ströme des Transistors nur bei extremen Spannungsdifferenzen
unter den Zellen und das im unteren Spannungsbereich (unterhalb von 4V/Z) sich ergeben.
Dieses signalisiert auch den bald kommenden Ausstieg der Zelle.
Der Strom des Transistors kann also niemals den Ladestrom des Laders übersteigen,
deshalb reichen Balancer bis maximal 3 A, auch bei Ladungen mit großen Strömen wie etwa 5 A.

Die Sicherungen schützen die Schaltung und die Zellen bei einer Verpolung des Anschlusses.
Sie sollten nicht zu groß gewählt werden, die Differenzströme sind weitaus kleiner als man glaubt.
Ich selbst habe mit 2 A abgesichert.

Es empfiehlt sich, die mit Rx in den Schaltplänen bezeichneten Widerständen, beim Einbau won weniger Leistungsfähigen
Transistoren zur Wärmeabführung vorgesehen. Ich selbst verwende sie nicht und sorge für ausreichende Kühlung der Transistoren.

Vorteilhafter als die BUZ 11 sind  z. B.   SIPMOS- Typen mit kleinen Ansteuerspannungen (für TTL geeignete Typen).
Auch können  NPN-Leistungstransistoren anstatt der SIPMOS-Typen verwendet werden, die ich bei meinem 2. Gerät verwendet habe.
Hierbei muss, wie in den Schalbildern dargestellt, ein zur Basis führender Widerstand (47 ...100 Ohm)
die Belastung der Treibertransistoren begrenzen.

Die Lötaugen für den Widerstand sind in dem unten dargestellten Layout und Bestückungsplan schon vorgesehen.
Bei einem Einbau von Sipmostransistoren kann anstatt des Widerstandes eine Brücke eingesetzt werden.



  Layout
Leider gibt mein Layouteditor keine bessere Qualität der Lötaugen bei exportierten Grafiken her.
Vom Editor gedruckt ist sie ok.            

Bestückungsplan

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Zum besseren Verständnis beim Nachbau und der Auswahl der Versionen SIPMOS- oderNPN- Transtistor
hier 2 TeilschaltbilderSB 2

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Hier mein Gerät, mit auf Lochraster aufgebauten Elektronik (halbe Größe hätte auch gereicht)
Die 4 Balancer sind von außen durch ein 3mm Loch abgleichbar.
Über den Einstelllöchern ist jeweils die LED (rot) für die Anzeige beim Erreichen der eingestellten Spannung angebracht
und unter dem Loch die LED (grün) für dir Anzeige, dass die Zelle angeschlossen ist und geladen wird.
Außer der Steckverbindung für den Anschluss des Verbindungskabels zu den Zellen,
 habe ich eine Zusätzliche Buchse angebracht, wo der Ladeverlauf jeder einzelnen Zelle kontrolliert werden kann.
Dieses kann mit Spannungsmessern oder auch PC geschehen.

In der Praxis hat sich ergeben, dass der Kühlkörper überdimensioniert ist, leider hatte ich aber keinen kleineren
und ich muss langsam sehen, dass ich von meinen vorhandenen div. Bauteilen herunter komme.

Im Juli 2005  Hg

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(Anhang vom März 2006)

LIPO-Balancer für 2 ... 5 Zellen, X-beliebig erweiterbar.

Hier mein 2. Gerät für Unterwegs was im PKW stationiert ist.

Ich habe es für 2 bis 5 Zellen konzipiert und in einigen Baustufen dargestellt.

Hier die Elektronik ebenfalls kurz auf einer Lochrasterplatine bestückt und rückseitig passend verbunden.

Die 3mm-Kontroll-LEDs habe ich mit den Vorwiderständen versehen, gut zu sehen bei den grünen, die noch ohne Schrumpfschlauchisolierungen sind habe ich später gegen gelbe ausgewechselt. Die grünen waren noch eine ältere Generation, die einen höheren Strom erforderten.  So haben sich die Bauteile incl. Transistor und IC auf  8 pro Zelle beschränkt.  Zur besseren Darstellung ist das Kühlblech der Transistoren nicht montiert.

Und hier aus der Hand ins Netz, die rückseitigen Verbindungen, die mir viel Zeit für die Entwicklung  eines Layout´s, ätzen, bohren u. s. w.  für ein einziges Exemplar erspart hat.

SB 3
Das Schaltbild , was sich logisch 5 x wiederholt (wie oben in SB 1).
Absicherungen mit z. B. Feinsicherungen oder aus dem KFZ-Bereich bleiben jedem selbst überlassen.
Ich selbst stehe auf Sicherheit und baue 2A Sicherungen ein, die bei einer Eventuellen Verpolung dann ansprechen.
Die anfallende Wärme fällt wie gehabt allein an den Leistungstransistoren ab, die deshalb auch dem entsprechend
gekühlt werden müssen.
Verschiedentlich sind bei Nachbauten und Veröffentlichungen Begrenzungswiderstände für den Leistungstransistor
eingebaut worden, deren Existenz meiner Meinung völlig überflüssig sind, da bei einer Kühlung des Leistungstransistors
es egal ist, ob wenige Prozente der Verlustleistung ein Widerstand übernimmt. Meiner Meinung ist dies ein Bauteil zu viel.

Der Kondensator mit dem Widerstand (von Pin 3+6 nach 7)ermöglicht die bessere Erkennung, wenn die Balancierung beginnt und ein Blinken der LEDs einsetzt. Das Blinken beginnt mit einem unterschiedlichen Tastverhältnis (rot kurz Ein, gelb lang Aus), verändert sich bis zur Dauereinschaltung von rot Ein und gelb Aus.    Ohne dieser Bauteile ist die Zeit zwischen Ein und Aus so kurz, dass man es nicht erkennt oder besser gesagt von einem leichten zu einem stärkeren Leuchten der roten LED sich anzeigt und bei der gelben umgekehrt bis zum Aus.
Beide Varianten haben keinen Einfluss auf den Balancerstrom, da der Effektivwert des Balancerstromes gleich ist und sich dieses in wenigen mV-Bereichen abspielt.

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Es passt alles sehr gut in dieses Billiggehäuse. Die Leistungstransistoren sind isoliert auf ein Kühlblech montiert,

das nach außen (siehe unteres Bild) die anfallende Wärmeenergie abgeben. Dieses wird durch Blinken der LED-gelb wechselweise mit der LED-rot angezeigt (kleiner Ausgleichstrom) bei der eingestellter Zellenspannung von 4,18 V.
Wird eine Spannung von 4,20 V erreicht, leuchtet die LED-rot dauernd und begrenzt bei einer weiteren Ladung der noch nicht vollen Zellen mit den am Ladegerät eingestellten Ladestrom, sodass ein weiterer Spannungsanstieg nich mehr stattfindet.
Dieser Balancer ist für maximale Ströme bis 3 A  bei 5 Zellen ausgelegt, wo die Annahme, dass höchstens 2 Zellen mit den Maximalstrom den Kühlkörper belasten, was wohl kaum erreicht wird, da die Verlustleistung das Produkt aus der Differenzspannung und des Ladestromes maximal ergibt.

Den Anschluss vom Balancer zum Akku habe ich mit einseitig blockierenden Steckverbindungen versehen, die eine Verwechslung ausschließen.

Im Mai 2006  Hg

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