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BQ24450 (UC3906) SLA AGM GEL Ladegerät Charger
#1
Mit 3 Bleigelzellen in Reihe stellte sich die Frage nach artgerechter Ladung der Zellen. Ladung in Reihe ist suboptimal, da die Zelle mit dm kleinsten Innenwiderstand immer gewinnt und die Zellen mit der Zeit auseinander driften.

Bei der Beschaffung der Zellen wurde darauf geachtet, dass diese aus der gleichen Charge und vom gleichen Herstellungstag sind, das erhöht die Change auf "Gleichheit".

Einfache Ladeschaltungen (LM317, Komparator, 2 Stufen, Diodendropper usw.) scheiden aus, wenngleich die Komparatorlösungen (2-Stufen Lader) auf den ersten Block einen guten Eindruck machen. Ein LT4020 ist hier aufgrund des Preises und der Komplexität ebenfalls kontraindiziert.

Die Wahl fällt auf den BQ24450 von TI, auch bekannt als UC3906 von Unitronic. Mit 6€/Stk. nicht billig, mit den gebotenen Features aber preiswert.

BQ24450:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq24450.pdf
http://www.ti.com/lit/ug/sluu464/sluu464.pdf

Um nun 3 Zellen gleichzeitig in Reihe zu laden befindet sich für jeden Lader ein isolierter DCDC-Wandler am Eingang. Somit lassen sich beliebig viele Zellen aus einer Quelle laden.

Die Standardbeschaltung in Maximalkonfiguration zeigt:

   

Mit dabei sind Vorladung bei tiefentladenen Zellen, Reihendiode zur Vermeidung von Rückströmen bei nicht angeschlossener Quelle, sowie Wegschaltung des FB-Zweigs.

In Konfiguration mit PNP Passtransistor funktioniert die Schaltung mit mindestens dV=0.5V, zuzüglich Diodenspannung. Da ich nur 15V am Eingang habe, muss die Diode mit einem FET-HS-Switch ersetzt werden, da man ja bis 14.5V laden möchte. 15V deshalb, da ich günstig 15V TDK-Lamdba Module um 2.50€ bekommen konnte. Alternativ können auch Module von Delta/Murata/usw. eingesetzt werden, der kleinere (moderne) Footprint ist Industriestandard. Nutzt man nur einen Lader, kann über entsprechende Header direkt dahinter eingespeist werden. Die Platinen sind so ausgelegt, dass sie eingangsseitig leicht parallel sowie ausgangsseitig serialisiert angeschlossen werden können.

Alles in allem keine Raketenwissenschaft. Die Ladestati werden über der 3 LEDs angezeigt.

Schaltplan:

   

In 80*50mm:

   

Die TDK-Module sind PP6-24-15 (6W):


.pdf   pdf_pp_ppd.pdf (Größe: 186,18 KB / Downloads: 102)

Das Ladestrom ist auf 350mA dimensioniert, das Modul kann 400mA ausgeben. Für 5Ah Zellen ist das ausreichend. Will man mehr, muss ein modernes Modul mit 10W her.
 
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#2
(31.12.2016, 07:51 PM)christianw. schrieb: ...
Einfache Ladeschaltungen (LM317, Komparator, 2 Stufen, Diodendropper usw.) scheiden aus, wenngleich die Komparatorlösungen (2-Stufen Lader) auf den ersten Block einen guten Eindruck machen. Ein LT4020 ist hier aufgrund des Preises und der Komplexität ebenfalls kontraindiziert.

Die Wahl fällt auf den BQ24450 von TI, auch bekannt als UC3906 von Unitronic. Mit 6€/Stk. nicht billig, mit den gebotenen Features aber preiswert.
...

Echt jetzt ?  lachend

Btw, für 6€ kannste nen µC + Display verbauen  Wink

Guten Rutsch ...
"Ich hab Millionen von Ideen und alle enden mit Sicherheit tödlich."
 
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#3
Und wozu brauche ich das? Natürlich kann man das auch alles in einem uC erschlagen, aber das braucht (wahrscheinlich) mehr diskrete Bauteile und die Entwicklungszeit der Software ist in 6€ auch nicht drin.

Btw.

Man kann anstatt der Tivoli-Lösung für Wifi-Streaming auch was mit rPi oder kleiner bauen, sogar mit Display.. Confused
 
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#4
Bei diesen Ladeströmen würde ich die PMOS-Dioden durch einfache Schottky-Dioden ersetzen.
Stattdessen den PNP ersetzen durch PMOS - und überhaupt - brauchst Du wirklich ne Rücksperrdiode?
Wohin soll der Strom den abfließen - bei gesperrtem PMOS?
Ansonsten - klar können diese BQ-Teile all das, was man erstmal wieder tagelang programmieren, testen und debuggen muß.
Und gerade Ladetestläufe sind ausgesprochen zeitfressend.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#5
Leider findet sich im Datenblatt und auch im TI-Forum kein Hinweis auf Verwendung von PMOS. Im TI e2e Forum wird sogar davon abgeraten, frag mich nicht warum. Zumindest kann man den PMOS nicht direkt ansteuern, sondern über einen Treibertransistor.

Bezüglich Diode, die kann alternativ bestückt werden, ist im Layout bereits so vorgesehen. Der Rückstrom fließt ohne Diode in den Controller zurück, irgendwie gehts immer.
 
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#6
Ich hab nochmal ein bisschen geschaut, man kann auch PMOS fahren. Die Frage ist, läuft das noch bis 14.4-14.5V max. Ladespannung mit einem PMOS und Schottky? (Bei angenommener Vf 0.3V, bleiben noch 0.2V für den FET)
 
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#7
Bei den paar 100mA sehe ich kein Problem darin, einen linear regelnden PMOS mit 0,3 Spannungsgefälle zu betreiben. Zumal es 20V-PMOS wie Sand am Meer gibt.
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#8
Andererseits - für einen linear arbeitenden Regler ist ein PNP heutzutage meist die bessere Wahl.

btw - hast Du Dir mal Gedanken zur Kühlung der PNP-Längstransistoren gemacht?
...mit der Lizenz zum Löten!
 
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#9
PCB Kühlung auf der Rückseite - muss reichen. Im schlechtesten Fall muss ich 2W abführen.
 
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#10
   

   

Habe fertig. Die Isolationsfräsung soll die Verlustwärme des PNP vom Controller fernhalten, da dieser temperaturkompensiert ist.
 
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#11
(31.12.2016, 08:28 PM)christianw. schrieb: Und wozu brauche ich das? Natürlich kann man das auch alles in einem uC erschlagen, aber das braucht (wahrscheinlich) mehr diskrete Bauteile und die Entwicklungszeit der Software ist in 6€ auch nicht drin.

Btw.

Man kann anstatt der Tivoli-Lösung für Wifi-Streaming auch was mit rPi oder kleiner bauen, sogar mit Display.. Confused

Oh mann, da habe ich ja was angerichtet  Rolleyes
Mein Einwand bezog sich auf den doch deftigen Preis für einen Laderegler ohne Leistungsstufe...

Zu mal gerade AGMs recht friedfertig und einfach zu behandeln sind, dafür bissel Code zu erzeugen, sollte für Geübte kein komplettes Wochenende verschlingen.
(Wobei ich mal behaupte, das schon min. 1000 Leute nen Blei-Gel-Lader in Code gegossen haben, man fängt nicht bei NULL an)

Zu dem hätte man mehr Flexibilität bei der Umsetzung, zB. würde ich nicht zwingen analog, Spannung und Strom einregeln, schade drum.
Das ganze getaktet wäre eher ein moderner Ansatz, auch lässt sich genauer die Akkuspannung ermitteln, sobald man mal in einer 'Austastlücke' misst, etc.
Aber gut ist letztlich Geschmackssache, will da nicht rein reden, war nur ein Reflex aufgrund des harten Kurses für das Stück Sand von TI.

Nun den, viel Spaß mit dem Projekt in 2017  Wink
"Ich hab Millionen von Ideen und alle enden mit Sicherheit tödlich."
 
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#12
Der Einwand ist berechtigt, mit einem Controller lässt sich eine Menge Komfort generieren. Hier jedoch ist nicht der abweg das Ziel, sondern ein robuster Lader für Das Soundbike. Ladegeräte für Blei-Serienladung gibts fertig nicht für "kleines" Geld und sind, wenn verfügbar, für wesentlich größere Akkus.

Die Pflegeleichtigkeit von AGM kann ich , aus eigener Erfahrung, so nicht bestätigen, vielleicht liegts auch an der Zelle. Eine 9Ah adeptly-Cycle hat nach 5 Zyklen noch ca. 7Ah. ("Siga DeepCycle") Immer ordentlich geladen mit Ausgleichsladung und Timer am Labornetzteil oder LTC4020. Wenn man sich die Datenblätter von Yuasa ansieht, sollten die Spannungen doch recht genau eingehalten werden um nicht zu viel "Wasser" bei zyklischer Anwendung zu verlieren.
 
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#13
(02.01.2017, 02:40 PM)christianw. schrieb: Der Einwand ist berechtigt, mit einem Controller lässt sich eine Menge Komfort generieren. Hier jedoch ist nicht der abweg das Ziel, sondern ein robuster Lader für Das Soundbike. Ladegeräte für Blei-Serienladung gibts fertig nicht für "kleines" Geld und sind, wenn verfügbar, für wesentlich größere Akkus.

Die Pflegeleichtigkeit von AGM kann ich , aus eigener Erfahrung, so nicht bestätigen, vielleicht liegts auch an der Zelle. Eine 9Ah adeptly-Cycle hat nach 5 Zyklen noch ca. 7Ah. ("Siga DeepCycle") Immer ordentlich geladen mit Ausgleichsladung und Timer am Labornetzteil oder LTC4020. Wenn man sich die Datenblätter von Yuasa ansieht, sollten die Spannungen doch recht genau eingehalten werden um nicht zu viel "Wasser" bei zyklischer Anwendung zu verlieren.

AGMs mögen keine (vollen) Zyklen, ebenso wie die ganzen Lithium Kanidaten !

Da sind in der Regel 'standby' System (USV, Notlicht, etc.), da hängt man knapp unter der Ladeschluss Spannung (2,3V statt 2,4V pro Zelle) und 'floatet' mit.
Aber wie alle chemischen Batterien, zersetzen sie sich mit der Zeit. Das ganze wird noch durch die Umwelt (Temperatur !) beschleunigt.
Dann verfilzen noch die Platten (Sulfit) und die Kacke wird zunehmend hochohmig, was grad bei Zyklenlast mit 1C Entladerate AGMs echt übel nehmen, 
da wird es warm im Säure Bauch ...

Ed:
Und eine intakte AGM verliert kein Wasser - das ist ja der Witz an den geschlossenen Zellen ...

Wie haste den die Kapazität bestimmt ? - Die üblichen AGMs mögen Entladeraten kleiner 0,2 C um die Kapazität überhaupt zu erreichen.
Geht man härter ran, kommt wesentlich weniger raus ....
"Ich hab Millionen von Ideen und alle enden mit Sicherheit tödlich."
 
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#14
0.4A CC.

Eine Deep-Cycle Zelle sollte 80-100% aber mehr als 5 Zyklen packen.

Ich hab jetzt Zellen von Multi-Power drin, "High Drain" - die "darf" man auch leer fahren. Eventuell sind die "Siga" einfach nur Mist. Big Grin

Warm wurden die auch mal, obwohl 14.7V als Absorbtion Spannung im Bereich der angegeben 14.4-15.0V liegen.

Beim Laden richte ich mich nach den Vorgaben von Yuasa für zyklische Ladung.
 
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#15
Nochmal, 
...wie hast du die Kapazität bestimmt ?

Deine Phaeton S9-12 bringt die 9Ah in 20Hr (5,4Wh)  bei einer Entladung mit konstant 0,45A (~<6W).
Bei dreifachen Strom (~18W) ist nach 5Hr Schicht, was ziemlich genau 7,5Ah wären...

Ed:
Die 0,4CC hatte ich übersehen ... Ladeschlusspannung bzw. war sie für auf 13,8V oder 14,4 Geladen ?
"Ich hab Millionen von Ideen und alle enden mit Sicherheit tödlich."
 
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#16
Geladen auf 14.6V.

Also Ladung bis 14.6V mit Konstantstrom 2.5A, dann bei 14.6V Konstantspannung gelassen, bis 0.005*CA erreicht wurden, also 45mA.

Danach entladen bei 0.4A Konstantstrom bis 10.5V.

Bezüglich Wasser, da muss ich wiedersprechen - AGM setzt Wasserstoff/Knallgas frei, darum muss belüftet geladen werden. Zusammen mit H2O "sollen" die Zellen Wasser selbst regenerieren können, es handelt sich ja um VRLA (vale regulated lead acid) Zellen. Wenn da nicht richtig funktioniert, verlieren sie "Wasser".
 
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#17
(02.01.2017, 04:47 PM)christianw. schrieb: ...
Bezüglich Wasser, da muss ich wiedersprechen - AGM setzt Wasserstoff/Knallgas frei, darum muss belüftet geladen werden. Zusammen mit H2O "sollen" die Zellen Wasser selbst regenerieren können, es handelt sich ja um VRLA (vale regulated lead acid) Zellen. Wenn da nicht richtig funktioniert, verlieren sie "Wasser".
Kannst ja, ist nur nicht ganz richtig  Smile 

Grundsätzlich sind VRLAs bzw. in AGM Bauform gasdicht !
Die Ventile sind für den K-Fall vorgesehen, damit bei Überdruck das Gas kontrolliert entweichen kann.

Bzgl. Knallgas - das würde bei Ladung mit AC ganz sicher entstehen, da der Rekombinationsmechanismus der VRLA dann ausfällt.
Konkret wird aber 'nur' etwas (im Sinne von wenig) Sauerstoff freigesetzt, welches innerhalb der Zellen aber vollständig zu Wasser rekombiniert wird,
ansonsten würden die Viecher noch schneller* austrocknen.
Massiven Gasverlust erleidet man idR. nur bei massiven Überladen - wenn das Ding kocht und die Ventile zu Sicherheit hochkommen und abblasen.
Hab das mal beobachten dürften - die Deckel kommen nen halben Zentimeter hoch und es zischt ordentlich (wenn auch kurz), dann gehen sie wieder zu, bis der Druck wieder angestiegen ist.
Das passiert solange, bis nichts mehr verdampfen kann und Feierabend, vgl. Dampfkochtopf  Cool

*Noch schneller, weil es nicht so einfach ist Wasser bzw. Sauerstoff irgendwo ein bzw. auszusperren, das Zeug kriecht durch lockere Polymere Verbindungen, wie Plastik, ziemlich gut...
-----------------

Das ganze erklärt natürlich nicht den Kapazitätsverlust des Zellehaufens  Rolleyes 
Würde die Teile auf jeden Fall beobachten, geht das in dem Tempo weiter, sind sie hin.

Inwieweit kannste der Quelle vertrauen ?
Werden die vom Händler schon nicht gepflegt (-> die Regel) & die Teilen stehen schon nen Jahr im Regal, sind sie Schrottreif.

Es bleiben Blei-Säure Batterien, was sie hassen sind Wärme, Tiefentladung, faules Rumstehen (keine Elektronenbewegung -> Sulfid Bildung)
"Ich hab Millionen von Ideen und alle enden mit Sicherheit tödlich."
 
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#18
Ich muss mal auf den Datecode schauen - eventuell sind sie einfach "überzüchtet". Bezüglich Gasung, da hatte ich ein Gespräch mit einer Frau vom Yuasa-Support. Da ging es um die Ladung einer 12V 1.2Ah Zelle in einem normal wasserdichtem Gehäuse. Hier war zu klären, wieviel Gasaustausch die Druckausgleichsmembran der Box bringen muss um die Zelle sicher zu laden. Das hat sich mal eben ausgerechnet und mir am Telefon mitgeteilt. Big Grin

EN50272 usw.

Die Batterie braucht zum Laden 2.88l/h, die Membran kann max 22l/h.
 
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#19
Es geht halt darum, das keiner auf die Idee kommt die Akkus in einem gasdichten Umgehäuse zu laden.
Da immer eine gewisse (kleine) Menge Wasserstoff (bei VRLAs) bzw. (eher mehr) Knallgas (Wasser- und Sauerstoff) bei offenen Bleiakkus austritt.

Letztlich muss man unter der Gasungsspannung bleiben, dann blubbert es kaum.
Und genau das, was weiterhin aus den Zellen ausgast, ist das was die Lebensdauer ruiniert, umso wärmer umso besser.
Offene Akkus kann man wieder in Grenzen nachfüllen, VRLAs eben nicht, darum die Membrane (welche aber Wasserstoff nur begrenzt hindern kann).

Ich vermute, aufgrund der hiesigen Wetterlage (pfui bäh) wirste den Hänger jetzt eher weniger im Einsatz haben.
Probiere mal nen Handvoll Formierungsladungen, also sanftes Auf- und Entladen, dabei schön mitschreiben.
Wenn die Kapazität nicht wieder kommt, bzw. sogar weiter abnimmt, ist sie durch - chemisch am Ende.
Was man noch untersuchen könnte, ist der aktuelle Ri der Zellen. Wenn der deutlich (Faktor 10...) vom Nenn weg ist, 
sind entweder die Gitter schon am bröseln oder aber es gibt Sulfidwachstum ...

Hab mich gestern auch nochmal erneut belesen zu dem Thema.
Kritisch für Blei-Säure ist alles unter 20% Restladung - und Restladung bezieht sich immer auf den aktuellen Stand, 
nicht auf eine Frische (ja, ist klar, übersieht man aber schnell).

Btw, habe mich vor ner Weile eingehend mit den Viechern beschäftigt.
Warum ? - Basteltrieb mit dem Ziel einer 1kW USV auf 12V Basis  Rolleyes 
Da hatte ich nicht nur schaltungstechnisch viel gelernt, sonder auch über die Blei Akkus - bei Letzteren auch ein Haufen Lehrgeld.
Am Ende gab es drei tote Starterbatterien, einen 250Ah Solarakku (Sonnenschein, war gebraucht) und 
eine 40Ah Hochleistungs USV Batterie (war neu, und teuer)...
Dem Solarakku ging übrings die Gasung durch (die Nummer mit den ploppenden Sicherheitsventilen) - eine der 6 Zellen hatte schon Kurzschluss, da wird es schwierig die Ladeschlussspannung zu erreichen  Big Grin
Die USV Batterie hatte ich mal 6 Monate vergessen, danach konnte man diese dann vergessen - war ich sauer, ~400€ für die Tonne !
"Ich hab Millionen von Ideen und alle enden mit Sicherheit tödlich."
 
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#20
Ich hab im Hänger jetzt wie gesagt 3x 12V/5Ah High-Drain. Mal schauen wie die sich machen. Die haben jetzt einen Zyklus runter. Die erste Aufladung haben sie in Serie bei 41.1V und 0.2A bekommen, da sollte sich der Drift in Grenzen halten. Jetzt wo sie "voll" sind, fließen noch 10mA - gut. Den 12V/9Ah hab ich in ein Tonmöbel verfrachtet, der bekommt nur noch Schwebungsladung, vielleicht liegt ihm das mehr.

[Bild: a0267eb75ba6cd5952aa151f5bf37d20.jpg]

Läuft als Bi-Pol (somit beidseitig) per BT, 20er Tischlerplatte und Rollen drunter. Alles Isophon-Chassis, AlNiCo.
 
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