Diskussion Effizientes LiPo-Entladegerät

[BAXL]

LiPos auf Lagerspannung zu entladen ist hier in den Themen allgegenwärtig. Dazu dienen die Ladegeräte mit Entladefunktion, oder selbstgebaute Entladeapparate mit Widerständen oder Glühlampen. Egal wie, es wird am Ende immer Energie nutzlos verbraten. Das Entladen ist dann zwar effektiv (Ziel erreicht), aber nicht effizient, weil Energie vergeudet wird.

Nun habe ich die Tage ein anderes Problem gehabt, nämlich einen Arduino ohne Netzspannungsversorgung autark zu betreiben. Dabei bin ich auf die DC/DC-Wandler gestoßen, die es in vielerlei Ausführung gibt. Am besten haben mir die gefallen, die bereits einen USB-Anschluß besitzen. Und da hat es Klick gemacht.

Warum kann man diese kleinen Schaltungen nicht auch zum Laden von Geräten nehmen, die typischerweise über USB geladen werden. Smartphones, Tablets, Heißklebepistolen, Akkuschrauber, Fahrradlampen usw., usw..

Und wo nimmt man die Energie her? Aus Netzteilen mit höherer oder niedrigerer Spannung, oder eben aus Akkus. Warum also nicht die Akkus nehmen, die man sowieso entladen möchte. Das ist effizient.

Bei einem Händler bin ich auf folgendes Modul gestoßen:

Im Grunde ideal. Eingangsspannung von 6V - 32V, also genug Bandbreite für 2s (7V-8,4V) - 6s (21V- 25,2V) Akkus. Einziges Problem wäre die Überwachung der einzelnen Zellen, doch das wäre im ersten Schritt mit einem LiPo-Wächter möglich. Dann muß man natürlich immer in Hörweite sein, um ggf. (Ent)Ladevorgänge sofort unterbrechen zu können.

Zweiter Punkt ist die Gesamtspannung des Akkus. Der Einfachheit halber würde ich im ersten Schritt den Wandler direkt am Hauptstromkabel anschließen und den LiPo-Wächter am Balancerstecker.
Da würde natürlich ebenfalls wieder Energie verschwendet.

Praktischer wären USB DC/DC Step Up Wandler, die jeweils an nur einer Zelle angeschlossen würden. Damit könnte man gleich mehrere Geräte parallel an einem Akku laden. Klar geht das bei der o.g. Varainate auch, man braucht dazu nur mehrere Wandler parallel an das Hauptstromkabel anschließen, doch das ist eigentlich wieder zu einfach.

Ich habe da einige Ideen im Kopf, mal sehen ob etwas daraus wird. Jetzt warte ich erstmal auf die bestellten Module und probiere damit etwas herum.

 

[ParRagonXMaxX]

Du sagst es selbst, Effizienz sieht anders aus. (Auch wenn nicht mit diesen Worten) hatte auch schon mal überlegt mit größeren Akkus dann kleinere Akkus laden denn über die Ladegeräte kannst ja X Strom einstellen, müsste man dann halt nur auf die Kapazität vom Akku achten

 

[damoer]

Sowas gibt es hier schon komplett fertig: LiPo-USB-Ladeadapter

 

[BAXL]

Zu lösen wäre die Einzelzellenüberwachung. Das geht eben mit dem LiPo-Wächter oder z.B. mit einem Arduino, der beim Erreichen der Lagerspannung die Last abwirft. Die Verwendung von step Up Wandler hätte den Charme, alle Zellen gleichmäßig zu entladen, quasi win Balancing beim Entladen. Auch dafür habe ich mehrere Gedankenansätze.

Sowas gibt es hier schon komplett fertig: LiPo-USB-Ladeadapter

Gute Idee, fährt die Lipos aber bis 3V runter, also unterhalb der Lagerspannung. Wo dann tatsächlich abgegriffen wird ist nicht ganz klar. Per Arduino könnte man die Zellen der Reihe nach auf einen gewünschten Wert herunterfahren.

 

[tobi-KS]

Mit dem ISDT Bg-8s kann man ja auch den Lipo über USB entladen. Hat ja eine Einzelzellenüberwachung und schlägt bei Unterschreitung Alarm.

 

[BAXL]

Mir kommt es primär auf den Selbstbau an. Einfach die schiere Herausforderung.

 

[Mic da Silva]

Sowas gibt es hier schon komplett fertig: LiPo-USB-Ladeadapter

Der isdt bg8 kann genau das auch... Handyladekabel oder sowas Anschliessen und Energie in dein Handy lleiten
Tobi war schnelller

 

[tobi-KS]

Mir kommt es primär auf den Selbstbau an. Einfach die schiere Herausforderung.

Weiß ich doch Bin auf deine Umsetzung gespannt!

 

[Deleted member 5600]

MikeHH hat eine permanente Übertragung der Akkuspannung auf sein Handy glaube ich. Er kann z.B. bis auf die Lagerspannung der Akkus fahren.

Wenn man nicht fahren kann oder will, würde ich eine Schaltung bauen, die über einen Lastwiderstand den Akku soweit entläd, bis eine Lagerzellenspannung erreicht ist (also einem definierten Cut Off). Also eine Konstantstrom-Elektronik mit Cut Off. Dann die Zellenunterschiede über einen Lader im Storage Modus angleichen.

Gruß Play

 

[tobi-KS]

Es geht doch darum die entladene Energie sinnvoll zu nutzen. Deswegen der USB Anschluss.

 

[Deleted member 5600]

Dann ein Step Up/Down Wandler. Aber einen etwas potenteren. Quasi als Universal-Netzteil.
Da kann man dann die benötigte Aúsgangsspannung und Stromstärke einstellen. Z.B. auch NiCd Akkus, ... laden.

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Gruß Play

 

[Spritschlucker]

Ich bin auch kein Freund von Energieverschwendung, wenn ich nach dem Fahren eine vollen Lipo übrig habe, schließe ich mein Hota Ladegerät daran an und lade damit die anderen Akkus auf Lagerspannung. Oder den Senderakku nachladen und Handy dazu, am USB Port. Beim Hota kann man ja eine untere Schwelle für die Primärspannung einstellen, somit ist man auf der sicheren Seite, bezüglich tiefentladen.

Wenn man dicke 6s Lipos hat, könnte man die auch an einen 24V Wechselrichter anschließen und damit 230V Geräte im Haushalt versorgen... es gibt viele Möglichkeiten.

 

[BAXL]

Die Möglichkeiten sind beliebig, aber irgendwo muß man ja mal mit einer praktischen Umsetzung anfangen. Für den ersten Schritt schien mir das am einfachsten. Man darf nicht die Zellenüberwachung vergessen, denn sonst ist der eigentliche Zweck, auf Lagerspannung zu kommen, nicht erfüllt. Bislang haben die genannten Fertigmodule das nicht. Da wird stumpf eine angelegte Eingangsspannung nur gewandelt aber nicht überwacht. Und die, die vorgeblich so eine Überwachung haben, gehen meist bis auf 3V oder schlimmstenfalls noch tiefer.

Bei AZ-Delivery habe ich so ein Modul gefunden, mit dem man sich eine Powerbank selbst herstellen kann, den Rezensionen nach bietet das Modul aber auch keine zuverlässige Überwachung der Eingangsspannung.

https://www.amazon.de/AZDelivery-Laderegler-TP5400-Anschluss-Arduino/dp/B07S19JL2M/ref=sr_1_67?__mk_de_DE=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&dchild=1&keywords=usb+step+up+wandler+az-delivery&qid=1615711515&quartzVehicle=121-624&replacementKeywords=usb+step+wandler+az-delivery&sr=8-67

Zitat eines Rezensenten:
...
Der auf der Herstellerseite und in der Produktbeschreibung beschriebene Tiefenentladungsschutz existiert nicht, selbst bei unter 1V Akkuspannung wird fleißig weiter entladen (getestet mit einem NimH akku), in den niedrigen bereichen schwankt der Output dann aber stark von so gut wie Null Volt bis zur Batteriespannung. Auch meinen Li-Ionenakku wollte das Modul unter die 2,7V grenze entladen.
Des weiteren führt das wiederholte ein- und ausstecken des Ladekabels am Ladeport zu höherer Spannung, so dass wenn man das Kabel direkt wieder einsteckt das Ladegerät kaputt gehen könnt oder wie in meinem Fall der Computer aufgrund der Schutzfunktion des Mainboards abgeschalten wird.

Alles in allem ein sehr kompaktes, brauchbares Modul, wenn man das fehlen des Tiefenentladungsschutzes bedenkt und nur Geräte betreiben will die die Spannungsspitzen verkraften können.

...

 

[Deleted member 5600]

Da hilft nur 2x Geräte hintereinander zu schalten. Eine Tiefentladungsschutzschaltung (Lipo-Warner mit Relais) und danach ein Step-Up-Wandler. Der step-Up-Wandler bekommt dann nur solange Saft, bis die Cut Off Spannung erreicht ist.

Ein OP als Komperator mit nachgeschaltetem Relais und ein Umschalter mit verschiedenen Widerständen für den Komperatoreingang des OPs (für 1S, 2S, 3S, 4S, ....) Damit wird die Vergleichsspannung eingestellt, ab der das Relais abgeschaltet wird.

Sowas gibt es bestimmt irgendwo als Tiefentladungsschutz in einem Elektor Heft / Buch.

Gruß Play

 

[BAXL]

Klar gibt es das alles muß man nur bauen. Für die Arduinolösung habe ich schon ein paar Sachen hier liegen. Für die Messung habe ich ADC Module , die auch eine Differenzspannungsmessung mit 16 Bit Auflösung können sollen. Wenn es klappt, wäre Hürde Nr.1 genommen.

 

[Deleted member 5353]

Ne effiziente und komfortable Methode einen Lipo zu entladen, ist eine Rückspeisung (per fähigem Ladegerät) in einen Versorgungsakku. Schon die ersten Junsi konnte das, ohne Umstecken. Effektiv scheitert das aber oft an der Größe des VersorgungsAkku(sehr teuer). Daher nutzen Piloten mit sehr großen Lipos einfach einen dicken 24V/50V Tauchsieder im Warmwasserspeicher der Heizungsanlage als EntladeLast. So ist die entladene Energie wenistens nicht ganz vergeudet. Wirklich effektiv ist das erzeugen von Wärme aus elektrischen STrom aber auch nicht.

Eigendlich haben ja viele genügen ungenutzte STromspeicher zuHause herum liegen(müde RC-Lipos die nicht mehr viel Belastung aushalten, oder unverhätnismäßigen Zellendrift zeigen). Gäbe es eine Möglichkeit diese ganzen alten Lipos gemeinsam zu nutzen, hätte man ja einen großen und günstigen Energiespeicher, der die Entladeleistung aufnehmen kann. Und vorallem auch die Energie für den nächsten Ladezyklus(oder zum Handy aufladen) wieder nutzbar macht.

 

[BAXL]

Es gibt viele Möglichkeiten für die Nutzung von alten Akkus usw., es geht aber aktuell um das Entladen von "guten" Akkus auf Lagerspannung, was derzeit idR. darin mündet, dass ein Ladegerät, oder eine selbstgebaute Last aus Widerständen oder Lampen die Energie schlicht in Umgebungswärme wandelt. Das Einfachste und Naheliegenste wäre die vielen akkubetriebenen Geräte, die per USB geladen werden, über eine Zusatzschaltung aufzuladen.

Darum auch mein erster und vom Aufwand her einfachster Schritt, einen Step Down Wandler mit USB-Port zu verwenden. Denkbar wäre ein ganz banales Gehäuse mit zwei Buchsen für Bananenstecker, in die man einfach das normale Ladekabel des Akkus zum Ladegerät steckt und den zu entladenden Akku anschließt. LiPo-Checker an den Balancer und los geht es.

Das Gehäuse wäre noch ausbaufähig vielleicht mit einem der vier Minivoltmeter, die ich kürzlich gekauft habe, um die Akkugesamtspannung im Blick zu haben und eine einfache LED, die den Betreibszustand "AN" des Step Up Wandlers anzeigt. Im nächsten Schritt dann vielleicht einen Arduino, der die Gesamtspannung misst und beim Unterschreiten von X Volt per Relais die Last abwirft. Der könnte dann sogar über eine eigene USB-Buchse (Step Up-Wandler) betrieben werden. Ein Summer könnte dann noch akustisch warnen. Nähme man einen ESP32, wäre auch eine Meldung auf das Smartphone (wenn es nicht gerade selbst am Lader hängt) möglich. Im Moment spiele ich in Gedanken noch mit mehreren Lösungsmöglichkeiten.

 

[Deleted member 5353]

Wie viele Wattstunden passen in deine per USB aufladbaren Endgeräte rein, vorrausgesetz sie sind auch genau in diesem Moment alle fast leer? Bei mir wäre das höchstens der LaptopAkku, der genügend EntladeEnergie aufnehmen könnte, um zwei volle 4s Lipos auf annähernd Lagerspannung zu entladen.

 

[BAXL]

Wie viele Wattstunden passen in deine per USB aufladbaren Endgeräte rein, vorrausgesetz sie sind auch genau in diesem Moment alle fast leer? Bei mir wäre das höchstens der LaptopAkku, der genügend EntladeEnergie aufnehmen könnte, um zwei volle 4s Lipos auf annähernd Lagerspannung zu entladen.

Der normale Haushalt hat mehr als nur ein Smartphone. Bei mir wären es alleine 3 Smartphone, 3 Tablets, Heißklebepistole, diverse Akkulampen, Spiegel mit LED-Beleuchtung per Akku, Kleinstmodelle mit USB-Ladekabel, Kameras, ... Mit einem passenden Step Down Wandler und anderen Anschlußsteckern wären auch weitere Geräte möglich. Worauf willst Du hinaus?

Eigendlich haben ja viele genügen ungenutzte STromspeicher zuHause herum liegen(müde RC-Lipos die nicht mehr viel Belastung aushalten, oder unverhätnismäßigen Zellendrift zeigen). Gäbe es eine Möglichkeit diese ganzen alten Lipos gemeinsam zu nutzen, hätte man ja einen großen und günstigen Energiespeicher, der die Entladeleistung aufnehmen kann.

Da ist übrigens die Krux. Warum wollen alle dauernd ihre Akkus entladen? Weil sie Angst haben, dass ihnen der Akku hochgeht oder so. Wenn ich jetzt also die Energie von einem noch "guten" Akku in einen "schlechten" Akku lade, habe ich im Prinzip wieder dasselbe Problem. Wenn die dann noch als gemeinsamer Energiespeicher zusammengeschaltet werden, habe ich die Risikopatienten sogar auf einen Fleck gebündelt. Grundsätzlich aber nicht verkehrt. So ähnlich läuft das z.B. mit Akkus, die aus Elektoautos genommen werden. Die laufen noch eine Zeit in USVs. (Nicht SUV )

 

[Deleted member 5353]

Ich bringe meine Lipos immer wieder so schnell wie möglich auf ein "neutrales" oder schonendes SpannungsNiveau(3.6-3.9V Lagerspannung), um die Alterungsprozesse zu minimieren, und somit die Leistungsfähigkeit möglichst lange zu erhalten. Die Sicherheit wird für mich eher durch das Überladen, Tiefentladen, Überbelastungen oder thermische/mechanische Beschädigungen beeinflusst. Ob der Lipo nun bei 3.7V oder 4.2V auf einer feuerfesten Unterlage durch geht, macht von der Sauerrei her für mich keinen großen Unterschied. Das ist mir aber bisher nur beim Aufladen mit billigem/defekte SteckerLader(USB) passiert. Im Zusammenspiel mit einer Vorschädigung durch zeitlich überlangem TiefentladeZustand im SpielzeugModell ohne sinnvollen Tiefentladeschutz (3V).

Ne optimale Lösung, um die entladen Energie zurück zu gewinnen(kostengünstig zu speichern), wäre ein für mich ein BMS, an den man seine alten Lipos mit unterschiedlichen Zellenanzahlen, Kapazitäten und Zellenfitness per Plug&Play anschließen und jederzeit austauschen kann, um sie als einen großen Versorgungsakku nutzen zu können. Je größer die entstehende Gasamtkapazität, desto eher bleibt die Spannungslage im "neutralen" Bereich. Um den Zellendrift dieses großen "Patchwork" Speichers aus zu gleichen, kommt ein stendig aktiver regenerativer Balancer zum Einsatz, so das beim Ausgleich zwischen den Zellenspalten keine(möglichst wenig) Energie verloren geht.

Aber das läuft ja an deiner Idee schon wieder vollständig vorbei, einfach nur einen DC/DC Spannungsregler an den vollen FahrLipo zu hängen, um ihn als USB Powerbank zu nutzen, die sich nur maximal auf Lagerspannung entlädt. Viele StepDown Regler bieten ja von Hause aus schon die Möglichkeit, auch ein LowVoltageCutOff am Reglereingang zu aktivieren. Das funktioniert auch schon ganz ohne μC, rein alanlog. Man bräuchte dann nur mehrere Regler, die unterschiedliche eingestellt sind, abhängig von der Zellenanzahl des zu entladenen FahrAkkus. Pololu bietet dazu schon fertige Lösungen an(DC Spannungsregler mit verstellbaren Cutoff). Nur leider sind die mit 1.5A Strombelastbarkeit am Ausgang, zu mager für eine sinnvollen USB PowerbankErsatz. Da sollten schon etwa 5V/10A Belastbarkeit abrufbar sein, um auch mehrere USB-Verbraucher gleichzeitig anschließen zu können.