Быстрая зарядка LiFePO4 аккумуляторов

[FAS_r7]

Коллеги, собрался делать себе мощную зарядку для LiFePO4 аккума.
Предлагаю мощными считать зарядки от 1 кВт выходной мощности.
Понятно, что можно найти (а можно и не найти) подходящий по мощности БП, или запараллелить три-четыре 5А зарядки которые идут в комплекте с литиевыми аккумами ( ).
Но КПД таких решений, и вес/габариты каковы будут?   
Хотелось бы сделать зарядку с КПД порядка 95%, и довольно компактной, например в габаритах штатной.
Просьба предлагать варианты решения задачи.

У меня на примете есть одно, как мне кажется хорошее, схемотехническое решение. Его я приведу чуть позже когда нарисую схемку в spl формате.
Базовая идея моей задумки - использовать готовые высокоэффективные DC-DC преобразователи (пдф в аттаче), которые я юзал в повышающем преобразователе. Стоят они на ебее 8$ за штуку.
Взять шесть штук. Их входы соединить последовательно, и подключить к диодному мосту после 220В.
Выходы (они гальванически развязаны от входов) также последовательно.  На выходе получим около 60..64В, и тянут эти модули до 25А, при КПД 95%. 
Единственное нет стабилизации выходного напряжения  . 
ну и ещё проблемки о которых расскажу на схеме.

[qxov]

Коллеги, собрался делать себе мощную зарядку для LiFePO4 аккума.
Предлагаю мощными считать зарядки от 1 кВт выходной мощности.

Советую почитать http://www.books.ru/shop/books/67537 (Силовая электроника для любителей и профессионалов). В электронном виде: http://www.toroid.ru/book/semenovBU.zip. Вот тут еще список литературы: http://www.toroid.ru/isp.html.

Почитайте, тема несколько сложней, чем кажется.

[Mixail]

У циклона есть зарядка на 48V 30A, значит, и на 60в мощную можно найти.
Только цена, вес и размер могут огорчить, а может и нет.

[xaoyag]

Я собирал себе зарядку сам, правда не для лития а длясвинца, на 4 аккумулятора, так вот ее размеры поместились компьютерный блок питания, тот что ватт на 200 - 300 он немного меньше по размерам стандартного, по весу, до 1 кг точно не мерял. Так вот на 1 блок делать намного проще, чем на 4 хоть и на 60 вольт.
Я просто перемотал, эл трансформатор для галогенных лампочек на 150ватт, как перемотал не буду писать, ато меня помидорами в банках забросают, добавил фильтр, стабилизатор, важно подобрать правильно транзистор, радиатор, если надо куллер и вперед.
Будут вопросы пишите в личку, Скоро напишу тему с подробными фотками.

[FAS_r7]

.....Так вот на 1 блок делать намного проще, чем на 4 хоть и на 60 вольт.
Я просто перемотал, эл трансформатор для галогенных лампочек на 150ватт, как перемотал не буду писать, а то меня помидорами в банках забросают.....

Т.е. вы имеете ввиду не 4 канала для 4-х 12В акков, а один на 48 ?
Какой ток она давала?
2 Mixail   а можно ссылочку на мощную зарядку циклона?

Вот моя схемка. Бета версия, ещё почти структурная.
Основная проблема такого включения DCDC модулей связана с наличием в них защиты от перегрузки по току. Если пытаться взять с преобразователя >28A, то он отключается. И тогда напряжение на входе выключившегося стремительно пойдёт вверх, т.к. они все последовательно включены. А в описалове написано, что абсолютный максимум входного = 60В
Правда есть надежда, что когда один отключится, напряжение на выходе сразу просядет на 10В, и ток сам в аккум не пойдёт, если он конечно не сильно разряжен (напряжение на акке под током заряда менее 50В).
Для защиты входов от кратковременного повышения напряжения ставим на вход защитные диоды. И электролиты им на вход побольше.
Страшно как-то за этот момент, сработает?  Что скажите?

Поэтому хочу делать ШИМ регулировку тока нагрузки. На микроконтроллере. Он же позволит сделать режимы на нужный ток заряда, например, 5, 10, 15, 20А.
Микроконтроллером (МП) хочу реализовать примерно след. алгоритм:
По дефолту ставится минимальная ширина управляющих импульсов, например 1/256.
Когда подключат нагрузку - пойдёт ток, небольшой. ну а это в общем хорошо.
Видя это МП начинает плавно увеличивать ширину импульсов, и наблюдает за ростом тока.
Далее МП держит ток на заданном уровне.
При резком повышении тока (а в друг) возвращаться к дефолту.
Так же вижу полезным реализовать снижение тока заряда например до 5А когда напряжение на аккуме уже поднялось до 56..58В (для 16 ячеистого акка). Обычно при 59..60В акк наполняется и BMS начинает его отключать.
Так же можно и в начале, когда акк сильно разряжен - сразу не гнать в него все 20А.

Но даже с ШИМ остаются опасения, за мощнейшие импульсы тока нагрузки. Не будут ли отключаться DCDC ?
Может на выходе нужно дроссель сглаживающий поставить? (с защитным диодом разумеется) Правда индуктивность желательно побольше, но ток в 20А даст нехилий его нагрев.
Так же была мысль коммутировать ШИМом не выходой ток, а вход, т.е. через оптрон, драйвер, полевик ШИМить входы преобразователей.
Покритикуйте, плиз!

[xaoyag]

Да я так и имел в виду. Напомните пожалуйста напряжение вашей акб, емкость и кол - во элементов паралельно е или последовательное соединение? Моя зарядка имеет 5 независимых каналов. 4 для зарядки акб все одинаковые, каждый канал выдерживает до 3 ампер, последний 5 немного меньше, так как используется для раскачки трансформатора, и для вентелятора и сигнальной лампочки.
Если надо мощность по больше, тогда можно взять трансформатор на 250 ватт, если мотать на 60 вольт, то можно получить 3.5 ампера уже со всеми потерями и тд. Либо порыться в интернете и наидти схему импульсного блока на 600 ватт, его можно будет переделать по лучше.
Напишите параметры, я прикину, может чего да подскажу.

[xaoyag]

По поводу схемки. Не скажу точно, но преобразователь прийдется собирать импульсный. Последовательные соединения таких схем и паралеьное на выходе что то не лепится, почти что короткое. Если делать, то  брать на пример какую то схему и апгрейдить. по поводу перенапряжения, в импульсную схему в любом случае надо ставить стабилизатор, по тому что напряжение в сети ой какое нестабильное. По поводу шим, надо протестировать на осциллографе китайскую зарядку, что она покажет на выходе, и потом проектировать под нее.
И последнее , если не планируется делать зарядку мобильной, можно мотать самому, В автомобильных темах кто то латр перематывал, и делал из него зарядку под литий, посмотрите пообщайтесь, там точно что то скажут, по вашей схеме, я бы точно так не делал.
По поводу контроля напряжения, в импульсном варианте, в принципе все есть, вот только контроль по току и плавный старт, или как его еще называют мягкий, если импульсную схемку дополнить такой то сразу не будет подаваться такой ток.

[FAS_r7]

По поводу схемки. Последовательные соединения таких схем и паралельное на выходе что то не лепится, почти что короткое. ...
И последнее , если не планируется делать зарядку мобильной, можно мотать самому.

Как раз и хочу мобильную, чтобы взял с собой, и например заехав к другу (+30..40 км к дневному пробегу, Москва она блин большая) на часик другой, можно было ощутимо пополнить заряд акка. Следовательно она должна быть мощной + лёгкой/компактной => обладать хорошим КПД.
Дома у меня есть ЛАТР, мощный, но он ведь ооочень тяжелый.
Акк у меня 48В LiFePO4, 16 ячеек, 20Ач, если точнее 16s4p. Но в скором времени, когда починю ещё один такой же акк, и запаралелю их то ёмкость будет 40Ач.

На схеме и входы и выходы преобразователей соединены между собой последовательно !
Преобразователи ведь готовые (покупные) и работают они отлично (КПД 95%).
Всё что нужно - это подать на них постоянное напряжение и получить постоянное на выходе, но уменьшенное в 5 раз.
Вся проблема в недопущении подачи им на вход напряжения более 60В.
Ну и второе - регулирование (стабилизация) тока заряда.

[xaoyag]

По поводу схемки. Последовательные соединения таких схем и паралельное на выходе что то не лепится, почти что короткое. ...
И последнее , если не планируется делать зарядку мобильной, можно мотать самому.

Как раз и хочу мобильную, чтобы взял с собой, и например заехав к другу (+30..40 км к дневному пробегу, Москва она блин большая) на часик другой, можно было ощутимо пополнить заряд акка. Следовательно она должна быть мощной + лёгкой/компактной => обладать хорошим КПД.
Дома у меня есть ЛАТР, мощный, но он ведь ооочень тяжелый.
Акк у меня 48В LiFePO4, 16 ячеек, 20Ач, если точнее 16s4p. Но в скором времени, когда починю ещё один такой же акк, и запаралелю их то ёмкость будет 40Ач.

На схеме и входы и выходы преобразователей соединены между собой последовательно !
Преобразователи ведь готовые (покупные) и работают они отлично (КПД 95%).
Всё что нужно - это подать на них постоянное напряжение и получить постоянное на выходе, но уменьшенное в 5 раз.
Вся проблема в недопущении подачи им на вход напряжения более 60В.
Ну и второе - регулирование (стабилизация) тока заряда.



40ампер часов заряжают токами 5 ампер, ну пускай 10 ампер на 60 вольт это грубо 600ватт, а при чем 28 ампер? это же если перемножить на напряжение выходит 1.8 киловатт???????    у друга розетки могут погореть от такой мощьности, а если на 600 ватт то нет проблем в интернете схем полно, только по напряжению подкорректировать надо.
И последнее, вы же не думаете заежжать к другу меньше чем на час? или полтора, стандартная зарядка при неполном разряде даст очень неплохой результат.
Могу посоветовать вот такой вариант заряжать акб раздельно, и гемороя меньше и зарядку сделать проще, и разряжать 1+1 будет одинаково, что 2 паралельно, это же не свинец, при том что акб и бмс могут немного разнится не факт что спаралелив что то не спалите.

[Mixail]

http://cyclone-tw.com/order.htm
Только у них там в куче все.
Судя по фотографии размер и вес зарядного не маленький.

[FAS_r7]

28А из даташита на DCDC.  При таком токе на выходе он отключается. Номинально он рассчитан на 25А.
Проблема в недопущении потребления такого тока с них. Иначе кто-нить из них отключится, и к ниму со входа  придёт пушной зверёк в виде напруги >60В.
Я расчитываю больше 20А ток заряда не делать. Это 55*20=1100Вт, ну из розетки процентов на 10 больше пойдёт.
Я наоборот не считаю правильным юзать два акка раздельно.
1.е работая вместе на каждый приходится половина тока - для них это щадащий режим, т.е. смогу больше из них выжать.
2-е если один будет разряжен, а второй заряжен их ни вкоем случае нельзя параллелить, инече БУМ. А переключать их в дороге как-то ммм, не охота.

40Ач акк заряжать током 5А - это только на ночь, за 8 часов зальёшь. В 90% случаев таким током и буду заряжать.
У меня у первого моего акка зарядка на 5А была, а он ведь всего 15Ач (реально даже 13)
Кстати ей сайчас и заряжаю. Т.к. с новыми в комплекте шли на 2.7А.
Даже "некондиционный китайски литий" спокойно можно заряжать током в половину ёмкости.
Для моего 40Ач это будет 20А.

[xaoyag]

Я бы взял блок питания на 650 ватт и перемотал его под эти цели, все таки 10а на 55 вольт + потери, как раз вложусь и размеры будут не больше компьютерного, и не намного тяжелее, и схему будет лепить проще, и зарядка будет не за 8 а за 4 часа. А по поводу переключения по дороге, я имел в виду другую схему, сначала 1 а потом второй, а заряжать 2 одновременно разными зарядками, а ездить на одном, а затем на другом, а если уже вся батарея на 40 а часов собрана, и надо за час ее довести до максимума, то тут уж намного сложнее.Да и потом собрать стабилизатор на 60в и 20а проблематичнее. Есть еще одна идея, сделать 2 зарядных и спаралелить их, или так заряжать одновременно в месте, в конце заряда оба до идут до одного напряжения а потом паралелить, и розряжать вместе, одновременно (
паралелим заряженные разряжаем паралельно, рассоединяем и заряжаем каждый своеи зарядкой, а потом  снова паралелим и вперед.) а чтоб не было бум надо между батареями поставить автомат на 16 - 25 а и хозяина спасет, и акб сохранит.

[FAS_r7]

БП предлагаете взять комповый?  Была и у меня такая идея, но шота я ей пока не проникся.
Заодно узнал цены у циклона на зарядку и ячейки лифепо4 10Ач (64шт, типа для 48в40Ач акка).
1.  one 48V 30A charger for LiFePo4 battery.    350USD
2.  3.3V 10Ah LiFepo4 cylindrical cell, for quantity 64.     29x64= 1856USD
3.  Shipping to Russia. 294USD

Что-то все наши знатоки-электронщики по поводу схемки не высказываются 
неразрешенных вопросов по ней хватает

[xaoyag]

Я когда искал в интернете( импульсный блок питания ) та к и писал, он мне выдал много интересного, поищите, все равно вариантов только 3
1 сделать самому
2 Купить с доставкой
3 Забить и не парится.
Да и вы писали что акб у вас есть, значит вам надо только зарядное, ну и + доставка, а если вас будет двое, ( кто то акб а вам зарядку) поделите доставку поровну.

[Alex_Soroka]

Вот моя схемка. Бета версия, ещё почти структурная.
Основная проблема такого включения DCDC модулей связана с наличием в них защиты от перегрузки по току. Если пытаться взять с преобразователя >28A, то он отключается. И тогда напряжение на входе выключившегося стремительно пойдёт вверх, т.к. они все последовательно включены ...

Сами DC-DC преобразователи "внутри их" - имеют гальваническую развязку?
Если "нет" - то схема неработоспособна - выгорит при первом-же "раскачивании"...
У вас будут течь непредсказуемые "токи замыкания" между точками с разным потенциалом... проверено

...кстати - если и "имеют гальвюразвязку" - то все равно работать не будет - у вас DCDC это внутри ШИМ(иначе никак) а значит что он будет на входе в себя выдавать разное сопротивление, т.е. высасывая ту мощность что хочется - а это будет полный бардак с входными напряжениями - и стабилитроны тут не спасут ...

Если делаете "многоканальную" то делайте ее правильно - а лучше всего делать гальванически развязанные каналы...

а вообще - я не понимаю проблемы... ведь у вас в литии стоит BMS - она-же и балансир и "предохранитель". Что мещает ее умощнить ? Поставьте вентилятор на обдув, замените балластные резисторы на более мощные...

[FAS_r7]

Алекс, не ожидал от Вас такого странного ответа. Как с луны упали, а ведь Вы инженер всё же, зарадки с алгоритмами проектируете, по ночам паяете, транзики жгёте, всё как положено.
Ну да ладно, ещё раз обо всём по порядку:
1. Непонимание проблемы? ...странно... Проблему (задачу) я описал в первом посте. Нужен мощный, с хорошим КПД, довольно компактный БП на 60В и ток 20А. И при этом не сильно дорогой.
2. При чём здесь BMS? Зачем её вентиляторами обвешивать, менять балансировочные резисторы, и вообще что-либо с ней делать, ведь быстрее влить ток в аккум это не поможет. Она работает и её трогать не надо.
3. Гальваническая развязка входа от выхода у преобразователей имеется, об этом я в первом посте написал, и даташит об этом же говорит (почитайте его).  Никаких токов замыкания не будет.
4. Какие каналы, Вы о чём? Зарядка, как нарисовано на схеме, имеет один канал. А зачем литию больше-то    Так что будем делать одноканальную.

теперь по существу:
Про разное сопротивление. Смотрите, сами блочки соединены входами и выходами последовательно, т.е. ток на выходе у них будет абсолютно одинаков, ровно столько сколько будем нагружать. На их входах напряжения будут также почти равны, т.к. каждый потребляет почти одинаковую мощность, т.е. имеет почти одинаковое со всеми входное сопротивление. Почти одинаковое, обусловленное не полной идентичностью параметров экземпляров. Конечно им на вход (каждому) нужно поставить емкости побольше, но равные по номиналу, что бы исключить изменение напряжения на входе от их внутреннего ШИМления.

Как выразился оверрайдер в соседней ветке, ума большого для создания мощного БП не надо, однако и тут всё непросто, особенно когда хочется с хорошим КПД сделать девайс, и довольно компактно.

[xaoyag]

Вот пришла в голову еще одна идея решил поделиться. А надо или нет уже сами решите. 60в  и 20 а это 1200 ватт Берем эл трансформатор для галогеновых ламп ватт на 250, просто больше в продаже не видел. (только там с фильтром не очень просто ) перематываем ее таким образом чтоб получить с нее 10 в и 20 ампер. Далее соединяем последовательно 6 шт
Правда там мотать особо не чего, она и так на 10 - 11 вольт намотана, а вот с фильтром прийдется немного повозится. Далее стабилизатор на транзисторе IRF параметры подобрать по номиналам или как у нас принято говорить даташит. Вроди все.

[FAS_r7]

Идея с эл. трансами очень не плоха. Нравится, что на входе ничего им мутить не надо, просо воткнуть в сеть.
Проблемка стабилизатора тока заряда остаётся. Мы же не будем его делать линейным, т.к. это будет слишком горячо
При наличии ШИМ, перематывать "трансы" не надо, просто шесть штук и всё.
Какие у них проблемы с фильтрами, о которых вы говорили?
Правда я с ними ещё только поверхностно знаком. Посмотрел цены, параметры:
вариант на 300Вт с КПД 95% стоит 900р,  в другом месте на 150Вт КПД 90% 400р.  Первый вариант вкуснее.
Почти у всех написано о допустимом диапазоне нагрузки 33...100%, т.е. при меньшей нагрузке они тоже отключаются.
С этим как быть? Наверно просто придётся отказаться от режимов с низким током заряда. А что будет происходить в случае отключения нагрузки, например когда BMS начнёт отключать акк под конец заряда?
Так же прочитал, что при их самоотключении (перегруз, недогруз, ...) она сами рестартуют, но с интервалом в десятки секунд. Например, если один из них отключился, то всем остальным тоже придётся отключиться, т.к. ток нагрузки резко упадёт. При включении БП в сеть может быть похожая ситуация. Вряд-ли они все синхронно включатся. Что думаете? этот вопрос тоже как-то надо решить.