Bachelorproef: Ontwerp batterijlader Solar boat

Kijk eens naar de MIC5156 LDO mosfetcontroller serie voor een DIP8 oplossing.

voor lineair gebruik zijn meerdere lineaire mosfets aan te bevelen.

Ik zou denk ik eerder voor MOSFET's kiezen met een lage weerstand. Je idd meerdere MOSFET's of transistoren parallel kunnen zetten. Er zijn dan wel een aantal zaken waar je even rekening mee moet houden. Maar dat is huiswerk. (Tis een schoolvraag neem ik aan?)

Ik denk ook dat je in je lader iets van MPPT wilt toepassen. Dat zie ik nu niet terug in je schema. Daarmee kan je het maximale uit je zonnepanelen halen.

Moest ik u zijn zou ik alles eens uitrekenen naar vermogens toe, misschien zal uw droom wat realistischer worden
Als je geen schakelende voeding maakt zie ik niet hoe je dat gaat in elkaar steken.

Heeft de batterij een capaciteit van 3500mAh, of heeft iedere cel een capaciteit van 3500mAh?

Stel dat ik de batterijen wil opladen aan 1C[, dan] zou er door transistor Q3 een stroom van 20*3.5A = 70A [gaan]

De hele batterij is dus 70 Ah.

De afzonderlijke cellen zijn 3,5 Ah. Hij noemt die af en toe abusievelijk ook batterijen.

--
'Een batterij is een samenstel van samenwerkende, veelal identieke, componenten.' Hier dus: een batterij van Li-cellen.

Er zijn MOSFETs die 180A kunnen voeren, en nog wel meer als het moet.

Echter, je hebt nu ergens een schema van een lineaire regelaar gevonden, is dat de handigste optie?

Wat is nou de "bron"? Komt de energie van de zonnepanelen, of wil je voor het testen van andere dingen gewoon een alternatieve methode hebben in het pakket te laden?

Wat bepaald in jouw situatie de spanning? Waar bepaald de stroom? Wat bepaald het maximale vermogen dat je uit de zonnepanelen kunt halen?

Je analyse is tot dusver echt geen bachelor waardig, begin daar eens mee!

De bron is de netspanning die wordt gelijkgericht (niet in huidig schema) naar ongeveer 50V (exacte waarde ga ik later nog zien). De lader dient om via het net het batterijpakket op te laden. De zonnepanelen komen hier nergens tussen. Daarom heb ik hier niets over vermeld.

De bron is de netspanning die wordt gelijkgericht (niet in huidig schema) naar ongeveer 50V (exacte waarde ga ik later nog zien).

Rare netspanning heb jij dan. Hier is de netspanning 230 volt. En als je dat gelijk richt krijg je 230 x √2 = 325 volt. Nooit geen 50 volt. En als je drie fasen gebruikt wordt dat 400 volt. En als jij heel snel wilt gaan laden lijkt mij een drie fase aansluiting de aangewezen weg.

Verder ga jij internet lopen afzoeken en kom jij met een oeroud schema van lineaire regelaar. Daar kan het ook uitstekend mee. Er zijn echt wel transistoren die grote stromen kunnen regelen, en je kunt er ook zonder meer wel 100 parallel zetten als je dat wil. Dat is het probleem niet. Je echte probleem is het afvoeren van alle warmte. Dat is ook de belangrijkste redenen dat een transistor erg lastig hele grote stromen kan regelen. In een lineaire regelaar wordt minimaal (meestal is het meer) de helft van het gevoerde vermogen in warmte omgezet. Bij jou is dat dus die 50V x 70A = 3500 watt. Je stopt 3500 watt in die batterij en er wordt 3500 watt aan warmte afgefakkeld. Je hebt enorme koelplaten nodig op je voeding die gloeiend heet worden.

Deze getallen zijn een grof voorbeeld dat een beetje laat zien hoe het niet moet of zelfs kan. Om dit te bedenken hoef je echt geen wiskundige ofzo te zijn. Voor iemand die blijkbaar een bachelor studie doet vind ik het wel een beetje bedenkelijk dat die een oeroud internet schakelingetje opgeduikeld en daar niet eens de beperkingen van kan zien.
Van een bachelor verwacht ik dat hij met zijn opgedane kennis zelf iets ontwerpt en uitdenkt. Of is de studie niet electronica maar psychologie ofzo. Er is niets mis met psychologie maar dat kan wel verklaren dat er geen kennis van electronica aanwezig is.

Een tip! Stap af van lineaire regelaars en kijk eens naar de schakelende variant en maak eens een serieuze vermogens berekening zodat je weet wat voor netaansluiting je kunt gaan gebruiken. En kijk eens serieus hoeveel stroom je in die accu kunt duwen zonder dat hij uit elkaar knalt en de laadtijd toch zo klein mogelijk wordt. En let er ook op dat je alle afzonderlijke cellen allemaal ongeveer even snel wilt laden naar een gelijk niveau. Daar zijn speciale schakelingen voor. Doe je dit niet dan is je batterij geen lang leven beschoren

Bedankt allemaal voor jullie constructieve feedback! Ik ga verder zoeken naar betere uitwerkingen.

Verder zoeken naar betere uitwerkingen?
Zou je zelf niet iets uitwerken, als je tenminste een voldoende wil halen.

Een lineaire voeding zoals jij voorstelt is jaren-tachtig-ouderwets. Zelfs een student kan een DCDC converter ontwerpen.

Als je accupack 36V is (hartstikke leeg), en je trafo geeft gelijkgericht 55V, dan wil jij dus 1.3kW aan warmte in die transistoren gaan stoppen. Doe es effe normaal!

Als je het professioneel doet, dan moet het mogelijk zijn om een schakelende stroom-begrensde 230V->50.4V lader te maken. Dat is wat ingewikkeld en zal hier vastlopen op de benodigde trafo. Maar gewoon transformeren, gelijkrichten en dat jij dan een DCDC converter bouwt, lijkt me een prima aanpak.

@Sparky: Ik denk dat ik weet welke cellen hij gebruikt, en wat de max-laadstroom daarvan is.

Even heel snel gekeken hoor, maar het schema in de startpost is toch helemaal geen lineare regelaar? Ik zie daar een comperator met wat hysteresis. Volgens mij is dit een aan of uit regelaar.

Goed, dit is nog steeds niet geschikt om lithium op te laden. Ow ennuh, een lithuim lader maken die 70A gaat laden is echt niet makkelijk. Begin eens met 1 cell laden. Lijkt me een stuk realistischer doel.

[Bericht gewijzigd door hardbass op maandag 21 maart 2022 22:57:56 (22%)

Op 21 maart 2022 20:50:41 schreef Ex-fietser:
...
Verder ga jij internet lopen afzoeken en kom jij met een oeroud schema van lineaire regelaar.

Het is geen lineaire regelaar. Het is een rare switcher door de terugkoppelweerstand Rh. Ook Q4 en Q5 zijn voor mij rare dingen.
Ik ben het eens met hardbass mbt de comparator. Over het laden van de batterijen met zijn moeilijkheden weet ik te weinig af om daarop te reageren.

Op 21 maart 2022 20:50:41 schreef Ex-fietser:
In een lineaire regelaar wordt minimaal (meestal is het meer) de helft van het gevoerde vermogen in warmte omgezet.

Dat is natuurlijk wel een beetje kort door de bocht; het vermogen is natuurlijk gelijk aan de spanningsval over de transistors, keer de stroom. Die stroom heeft de TS al op 70A gezet (totaal niet gehinderd door kennis), en de spanningsval is natuurlijk afhankelijk van de ingangsspanning en de spanning over de accu, die weer afhankelijk is van de lading en de stroom.

Iedereen die hier verstand van heeft ziet natuurlijk meteen dat het een krankzinnig plan is om, met de schijnbare kennis van de TS, een lader van 50V en 70A te willen bouwen.

Het lijkt me een stuk haalbaarder om gewoon een flinke labvoeding te nemen, die 50V en 10A of zo kan leveren. Als hij het perse zelf wilt bouwen, zou het een schakelende voeding moeten worden, maar dat is echt niet eenvoudig, en lijkt me ver buiten bereik van de TS met zijn schijnbare kennis en ervaring.

Op 21 maart 2022 23:03:57 schreef ohm pi:
Het is geen lineaire regelaar. Het is een rare switcher door de terugkoppelweerstand Rh. [...]

Het is wél een lineaire regelaar. Q4 en Q5 stellen de laadstroom voor.
De schakeling met Q1-2-6-3 schakelt de laadstroom af als de batterijspanning boven een bepaalde waarde komt.
Pas bij een lagere batterijspanning wordt het laden weer ingeschakeld. Deze hysterese wordt ingesteld door Rh.

(Nog een andere manier om onmiddellijk te zien dat het geen switcher is, is het ontbreken van iets dat de periodeduur bepaalt: er zijn geen condensatoren of spoelen.)

--
Natuurlijk hebben lineaire regelaars verhoudingsgewijs grote verliezen. Wat je eigenlijk zou willen, is wél een switcher. In dit geval dus een met een bepaalde uitgangsstroom.
Dat komt min of meer overeen met wat een gewone led-driver doet. Misschien is daartussen dus iets te vinden, in elk geval qua idee, dat vrolijk fluitend en met weinig verliezen de vereiste laadstroom levert.

Aan- en uitschakelen bij bepaalde batterijspanningen kan gemakkelijk worden toegevoegd, dát is het probleem niet.

Op 21 maart 2022 23:12:55 schreef SparkyGSX:

Iedereen die hier verstand van heeft ziet natuurlijk meteen dat het een krankzinnig plan is om, met de schijnbare kennis van de TS, een lader van 50V en 70A te willen bouwen.

Ziet eruit als een korte lichtflits en tig x 2N3055 met een gaatje in het TO3-kapje. (Fabrikant beweerde dat de voeding kortsluitvast was. Na de lichtflits wisten we het beter)

Op 21 maart 2022 23:14:08 schreef Frederick E. Terman:
[...]Het is wél een lineaire regelaar. Q4 en Q5 stellen de laadstroom voor.
De schakeling met Q1-2-6-3 schakelt de laadstroom af als de batterijspanning boven een bepaalde waarde komt.
Pas bij een lagere batterijspanning wordt het laden weer ingeschakeld. Deze hysterese wordt ingesteld door Rh.

Ja, het is lastig. Het is maar hoe je het bekijkt. Deze schakeling schakelt Q3 in en uit, afhankelijk van de gemeten spanning over de batterijen. Dus is het een switcher. Voor mij hoeven er geen spoelen of condensatoren in te zitten, want de in- en uitschakeltijden worden bepaald door de laad- en ontlaadstroom en/of triggerspanningen. Zolang Q4 en Q5 ingeschakeld zijn is het een lineaire regelaar, dus dat klopt ook. Bij uitgeschakelde stroom door Q3 wordt er sowieso niks lineair geregeld.

Deze schakeling schakelt Q3 in en uit, afhankelijk van de gemeten spanning over de batterijen. Dus is het een switcher.

Dan is elke lineaire voeding met een aan en uit knopje erop dus ook een switcher!

Als dat knopje bestuurd wordt door de batterijspanning zonder verdere tussenkomst van mensen, dan wel in mijn optiek. Switcher is voor mij een zelfstandig schakelende voeding. Maar voor de anderen zou het kunnen zijn dat een voeding alleen een switcher genoemd mag worden als de voeding hoogfrequent geschakeld wordt en dat deze schakelfrequentie mede bepaald wordt door de aanwezigheid van spoelen en/of condensatoren.

Wel een beetje off-topic, maar af en toe iets bijwerken aan mijn Nederlandse taal is nooit weg.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op dinsdag 22 maart 2022 00:04:35 (11%)

Op 21 maart 2022 23:16:58 schreef ohm pi:
Deze schakeling schakelt Q3 in en uit, afhankelijk van de gemeten spanning over de batterijen. Dus is het een switcher.

Q3 is niet het regelende element in deze schakeling. Dat zijn Q4 en Q5, twee instelbare stroombronnen.

Helaas staat er geen partnummer bij, dus we kunnen niet opzoeken of Q4 en 5 lineair danwel schakelend zijn.

Het lijkt wel of iedereen alleen naar de comparator en Q3 kijkt (want dat zijn symbolen die we kennen!), en de vage Q4 en Q5 negeert.
Terwijl Q4 en Q5 nu juist de kern van deze schakeling zijn als het om dimensionering en opwarming gaat!

Q4 en Q5 zijn sowieso niet regelend. Ik ga er vanuit dat Q4 en Q5 bijna ideale stroombronnen zijn, dwz de stroomsterkte wordt ingesteld door de waarde van R_adj1 en R_adj2 en alleen als Q3 geleidt. Als Q3 spert, dan is de stroomsterkte nul Ampere. (voor een ideale stroombron maakt het niet uit of Q3 enige basissturing heeft.) In geleidende toestand is de laadstroom constant, onafhankelijk van de batterijspanning. Het aan- en uitschakelen van Q3 hangt af van de batterijspanning, dus Q3 is het regelende element (beter Q2, Q6 en Q3)

Op 22 maart 2022 01:14:12 schreef blurp:
..
Terwijl Q4 en Q5 nu juist de kern van deze schakeling zijn als het om dimensionering en opwarming gaat!

Inderdaad, daar gaat de meeste verschilenergie tussen opgenomen en afgeleverde energie in zitten. Dus Q4 en Q5 elk 650W van rew als ze beiden evenveel stroom doorlaten (en Q3 ergens tussen de 70 en 140W)

.

[Bericht gewijzigd door ohm pi op dinsdag 22 maart 2022 02:00:32 (99%)

Je zou een voeding kunnen nemen die genoeg vermogen kan leveren, bij voorkeur bij een spanning die iets hoger is dan de maximale accuspanning. Vervolgens kun je met een aantal buck converters de spanning omlaag brengen en de stroom regelen. 70A met één converter is vrij kansloos bij dergelijke spanningen, voornamelijk omdat de vereiste spoel idioot wordt, dus ik zou het verdelen over een stuk of 4 in fase verschoven converters.

Er zijn best spoelen te vinden voor 70A. Die hebben misschien niet veel inductie, maar dat is een kwestie van voldoende schakelfrequentie. En MOSFETS die 70A kunnen schakelen op >1MHz zijn er best.

Waarschijnlijk is voor een Bachelor-eindwerk een converter maken met een enkele dure spoel realistischer dan een setje parralelle converters in current-sharing mode opzetten.

Je moet geen standaard buck converters misbruiken om de stroom te regelen, vooral omdat de batterij spanning nauwelijks varieert tussen 30A en 70A laadstroom.

Uiteindelijk wil je wel een buck-converter configuratie, maar in plaats van de duty-cycle regelen op basis van uitgangsspanning wil je direct op uitgangsstroom regelen.

Voor de meeste Lithium-batterijen zijn er nog meer haken en ogen aan het laadproces, maar als je de batterijspanning kunt meten en de laadstroom kunt regelen dan ben je een heel eind.

Met current-mode control kan dat prima, en er zijn buck converters die je extern en synchronisatie puls kunt geven, om verschillende converters in fase verschoven te laten werken.

En enkele spoel kan wel, maar dan moet doe grote stroom dus ook door één set MOSFETs, en het wordt allemaal een stuk ingewikkelder als je de frequentie zo hoog moet maken.

Het lijkt me handiger om een stuk of 4 converters te maken die wel elk bijna 20A kunnen leveren. Als je voedingen van 60-100V of zo gebruikt voor de ingang van de converters, heb je gelijk een galvanische scheiding van het lichtnet en eventueel kun je het verdelen over meerdere voedingen.

Je kunt natuurlijk ook beginnen met 325VDC, of 400VDC vanuit een actieve PFC, maar vanwege de veiligheid lijkt dat me niet zo handig.