LiFePo4 piller için şarj devresi tasarlamak istesek neleri bilmek gerekir?

fide

Meraklı ve "nasıl" sorusunu seven biri
Katılım
8 Eylül 2021
Mesajlar
3,135
Piyasada çoğu zaman 220V AC beslemeli LiFePO4 batarya şarj cihazları denk geliyor. Besleme işini kendimiz araba, solar yada herhangi başka DC bir kaynaktan yapmak istesek, şarj devresi tasarlamak için neleri bilmemiz gerekir?
 
Son düzenleme:
İlk aklıma gelen 2 soru: şarj akımı ne olacak? Hücreler parallelmi olacak, yoksa serielmi?
 
Seri paralel durumu kullanılan hücreye göre değişir. Şu anda elimde 32700, 32140 silindirik ve 50A prizmatik hücreler var.
Bunlarla 4s, 8s ve 20s batarya yapma durumum var. Akım 5 ila 15A arasında (hücre tipine göre) değişebilir. 50A prizmatik için 25A şarj akımına izin veriyor. Silindirik olanlar için ise kuruluma göre 5 ile 10A arasında.
Şema yerine şarj cihazının mantığını anlamaya çalışıyorum aslında.
İlk başta sabit akımla voltaj belli bi eşik değerine gelene kadar şarj et. Sonra voltajı 3.6V (hücre başı) sabitle ve akımı serbest bırak.
Akım hücrenin gücünün (50A) için %5 ine düştüğü zaman (bu hücre için ~250mA) şarjı kes. Buraya kadar tamam ama bu işin kanunu kitabı nedir bunu arıyorum.
 
Son düzenleme:
Benim şu ana gördüğüm kadar her üretici akü için datasheet'inde bu tür bilgileri sıralıyor. Ve her üreticide bu fark gösterebiliyor.
Seriel olacaksa, işin içine birde balancer giriyor.
Kesici ve çekiç ile mermere yazılmış kurallar hiç görmedim (tabii benim görmemem fazla birşey ifade etmez). Genel kurallar var, ama detaylar dediğim gibi her üreticide farklı olabiliyor.
Örneğin
50A prizmatik için 25A şarj akımına izin veriyor
yazıyorsun.
Eminim datasheet'in başka bir sayfasında bu akım ile şarj etmek akünün ömürünü şu kadar kısaltığını belirtiyordur. Gibi.
 
aslında smart charger entegrelere bakarsan onların içindeki fonksiyonları kopyalayabilirsin.
termal koruma, şarj süresi koruma gibi fonksiyonlar var. başlangıç voltajı ve şarj akımına bakarak süre sayıyor belli sürede
voltaj yeterince yükselmez ise şarjı kesiyor ve reset atana kadar tekrar şarj etmiyor. lifepo4 için işler biraz daha kolay. şişmiyor-patlamıyor yangın çıkarmıyor. ama bildiğim kadarıyla şarj voltajı konusunda epey hassaslar.

bu tip konularda bir de akademik çalışmalar-tezler vs referans alınabilir. bazen çok faydalı içerikler denk geliyor. çok hücreli ve yüksek akımlı sistemlerde balans konusu da önemli yoksa bir süre sonra iç direnci yüksek olan pil arızalanmaya başlıyor.

bu tip paperları gezerek ve içindeki atıflara bakarak epey bilgi toplamak mümkün.
 
Seri paralel durumu kullanılan hücreye göre değişir. Şu anda elimde 32700, 32140 silindirik ve 50A prizmatik hücreler var.
Bunlarla 4s, 8s ve 20s batarya yapma durumum var. Akım 5 ila 15A arasında (hücre tipine göre) değişebilir. 50A prizmatik için 25A şarj akımına izin veriyor. Silindirik olanlar için ise kuruluma göre 5 ile 10A arasında.
Şema yerine şarj cihazının mantığını anlamaya çalışıyorum aslında.
İlk başta sabit akımla voltaj belli bi eşik değerine gelene kadar şarj et. Sonra voltajı 3.6V (hücre başı) sabitle ve akımı serbest bırak.
Akım hücrenin gücünün (50A) için %5 ine düştüğü zaman (bu hücre için ~250mA) şarjı kes. Buraya kadar tamam ama bu işin kanunu kitabı nedir bunu arıyorum.
Şarj işlemi bittikten sonra voltaj yüksek oluyormuş.
1/2-1 saat sonra ölçün deniliyor.

t=Kapasite/(Şarj akımı*120)
120 katsayısını salladım. :)
Şarj edilirken her t süre sonra şarj kesilip voltaj ölçerek eğri çıkartılsa ne olur?
Voltaj değişimi azsa dolu kabul edilebilir.

Düzeltme:
Şarj bitimine yakın voltaj daha hızlı yükseliyormuş.
İşe yaramaz yöntemim.
State-of-Charge-Curve.webp

 
Son düzenleme:
Geçen gün gemini ile LiFePO4 batarya şarjı hakkında konuştuk.
24V güç kaynağı ile 8S (nominal 25.2V, tam şarj 28.8V) LiFePO4 batarya şarj etmek istiyorum. Bu noktada CC CV ayarlı step up converter kullanmam gerekecek. Ama 8S her zaman sabit değil. 4S yada 10S olabilir.
Step up converter içinde genelde tl494 yada uc3825(çip ismi hatalı olabilir ama buna yakın birşeydi) var.
TL494 çipi mcu ile istediğim CC CV noktasında gerilim üretmesini nasıl sağlarım? Digital pot kullanmak istemiyorum ama dac ile voltaj enjeksiyon yapabilirim. Ne önerirsiniz? TL494 için step up güvendiğiniz şematik var?
 
Son düzenleme:
Hazır mcu varken bir de güç kaynağı-batarya akım bypass devresi ekleyeceğim.
 
Geçen gün gemini ile LiFePO4 batarya şarjı hakkında konuştuk.
24V güç kaynağı ile 8S (nominal 25.2V, tam şarj 28.8V) LiFePO4 batarya şarj etmek istiyorum. Bu noktada CC CV ayarlı step up converter kullanmam gerekecek. Ama 8S her zaman sabit değil. 4S yada 10S olabilir.
Step up converter içinde genelde tl494 yada uc3825(çip ismi hatalı olabilir ama buna yakın birşeydi) var.
TL494 çipi mcu ile istediğim CC CV noktasında gerilim üretmesini nasıl sağlarım. Digital pot kullanmak istemiyorum ama dac ile voltaj enjeksiyon yapabilirim. Ne önerirsiniz? TL494 için step up güvendiğiniz şematik var. I?
494 push pull tasarım için değil mi?
 
Step up converterde tl494 gördüm. Push pull olmasına gerek olacağını sanmıyorum. Trafo yok. Sadece step up için bobin olacak.

1782033734466.jpeg


Bu devreyi potansiyometreden kurtarıp mcu ile CC CV ayarlı hale getirmek istiyorum
 
Hem 24-25.2 voltun birbirine fazla yakın olması hem de 4s durumunda çıkışın girişten düşük olması sebebiyle stepup çalışmaycağı için ben push pull tavsiye ederim.

Hem 494 hem 38x5, analog entegrelerdir mcu analog çıkışı varsa onunla entegrenin error amp girişimi bağlayabilirsiniz
 
4s ve 10s için de durum burdakine yakın olacak. 4s için 12V besleme ile, 10S için ise 30~36V besleme ile çalışacak.
Aslında buck-boost çalışan devreler var ama şarj akımı burası için 4A, başka uygulamalar için 10A civarına çıkabilir. TL494 içeren (1.8KW kadar) sürüyle boost converter gördüğüm için bu entegre hoşuma gitmişti.
 
Hem 24-25.2 voltun birbirine fazla yakın olması hem de 4s durumunda çıkışın girişten düşük olması sebebiyle stepup çalışmaycağı için ben push pull tavsiye ederim.

Hem 494 hem 38x5, analog entegrelerdir mcu analog çıkışı varsa onunla entegrenin error amp girişimi bağlayabilirsiniz
Önerebileceğiniz şema var mı?
 
Eğer max input gerilimi 24 olarak belirlenir ise boost converter gayet olur(pilin min voltajı 24den büyük diye varsaydım), yalnız bu noktada zaten bir mcu ekleme niyetinseyseniz TL494 ya da benzeri bir pwm kontrolcü kullanıp modifiye etmenin değecek bir çaba olduğunu düşünmüyorum, doğrudan mcu içerisinde gerekli kontrol döngüleri döner. Eğer izolasyon isteğiniz varsa pushpull bu giriş voltajı için kullanılabilir bir topoloji ancak TL494 ile kullandığınızda en basitinden flux walking e bir önlem almak için ek işlem gerekecek, o yüzden modern bir push pull kontrolcüsünü kullanmak bence daha avantajlı. Verim açısından da bakmak lazım ama specleri derli toplu göremediğim için yorumlamak istemedim.

Özellikle hobicilerin tek giriş voltajı ile istediğini şarj ettiği şarj aletleri buck-boost converter ya da inverting buck boost oluyor diye hatırlıyorum. Eğer tek şarj aleti birden fazlasını şarj edecekse, max voltaja bir bakmak lazım tabi ama eğer el verirse 48V giriş yapıp buck converter kullanmak gerçekten avantajlı olur.

Artık pek bahsedildiğini görmesemde (sorun çözüldüğü için olduğunu sanmıyorum) piller darbeli akımla şarj/deşarj işleminden aşırı hoşlanmıyor, zaten ek ısı yaratıldığı kesin. O yüzden boost gibi bir topoloji kullanılırsa pil ile araya ek filtre takmak gerekir, buck durumunda ise girişe eklemek gerekir ancak bence buck durumu daha avantajlı olabilir. Buck ın ana dezavantajı olarak en basit halini bile yapacak olsanız switch high side da olması diyebilirim.
 
Hocam tam olarak durum şöyle.
24V 10A Ray tipi smps var. 24V akü ve 24V ile çalışan bir router var. Elektrik kesildiği zaman sistem akü üzerinden besleniyor. Akü 1~2 senede ölüyor
Bu durumda aküyü LiFePO4 batarya ile değiştirmek istiyorum. Giriş voltajı sabit. Değiştiremem.
1000117385.jpg

Halihazırdaki bu sistemi LiFePO4 bataryaya çevirmem lazım.
 
Eğer max input gerilimi 24 olarak belirlenir ise boost converter gayet olur(pilin min voltajı 24den büyük diye varsaydım), yalnız bu noktada zaten bir mcu ekleme niyetinseyseniz TL494 ya da benzeri bir pwm kontrolcü kullanıp modifiye etmenin değecek bir çaba olduğunu düşünmüyorum, doğrudan mcu içerisinde gerekli kontrol döngüleri döner. Eğer izolasyon isteğiniz varsa pushpull bu giriş voltajı için kullanılabilir bir topoloji ancak TL494 ile kullandığınızda en basitinden flux walking e bir önlem almak için ek işlem gerekecek, o yüzden modern bir push pull kontrolcüsünü kullanmak bence daha avantajlı. Verim açısından da bakmak lazım ama specleri derli toplu göremediğim için yorumlamak istemedim.

Özellikle hobicilerin tek giriş voltajı ile istediğini şarj ettiği şarj aletleri buck-boost converter ya da inverting buck boost oluyor diye hatırlıyorum. Eğer tek şarj aleti birden fazlasını şarj edecekse, max voltaja bir bakmak lazım tabi ama eğer el verirse 48V giriş yapıp buck converter kullanmak gerçekten avantajlı olur.

Artık pek bahsedildiğini görmesemde (sorun çözüldüğü için olduğunu sanmıyorum) piller darbeli akımla şarj/deşarj işleminden aşırı hoşlanmıyor, zaten ek ısı yaratıldığı kesin. O yüzden boost gibi bir topoloji kullanılırsa pil ile araya ek filtre takmak gerekir, buck durumunda ise girişe eklemek gerekir ancak bence buck durumu daha avantajlı olabilir. Buck ın ana dezavantajı olarak en basit halini bile yapacak olsanız switch high side da olması diyebilirim.
Şema yada çip önerebilir misiniz?
 
LiFePO4 spesifik olarak tecrübem yok maalesef. Hücre voltajlarına baktım, 2.5 kesim 3.65 max, 3.2 nominal yazıyordu bunu referans alarak yazıyorum. Bu attığınız sistemde meanwell in ups yazan parçasının datasheetine baktım ama bana çok işlevli gelmedi o parça. Şarj işlemini yaparken ne kadar kontrol yapıyor, dc supply gittiğinde deşarj da regüleli voltaj mı veriyor açıkcası anlamadım. 24V router için vs çok iyi olmasa da regüleli olması lazım sanırım. Bu noktada eğer ki elektrik kesildiği durumda AC DC nin çıkışına voltaj uygulamanız dert değilse(ki anladığım kadarıyla değil) aslında şunu yapabilirsiniz, senkron bir dönüştürücü yaparsınız(biraz ekstra uğraş gelecek çünkü dcm de çalışma durumunda veriminizi korumak isteyebilirsiniz) Dc den bataryaya boost, bataryadan DC ye buck olur. Tersi de mümkün. Meanwell in parçası sökülür, yerine sizinki takılır oldu bitti.


Şema yada çip önerebilir misiniz?

Push pull için mi? LM5033 var en basit uygulanabilir. Feedback devresini standart datasheet dışına çıkartıp CC CV çalıştırabilirsiniz, ti in bu konuda bir notu vardı. Yalnız bu şekilde sadece şarj işlemini yaparsınız.
 
Dr-ups40 yazan cihazın yerini alacak devre yapmak istiyorum. Hem smpsten LiFePO4 batarya şarj olacak. Elektrik kesilince de bataryadan 24V hattı besleyecek. Ac yok
 

Forum istatistikleri

Konular
9,244
Mesajlar
148,378
Üyeler
3,782
Son üye
nalburx

Son kaynaklar

Back
Top