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Ein Batteriesimulator

Dem Ladegerät eine Batterie simulieren


Heute möchte ich einen Batteriesimulator vorstellen, bzw. in ein paar Worten die Application Note "Building your own Battery Simulator" (lokale Kopie) erklären.
Prinzipiell wird die Ladekurve eines LiPo-/LiIon-Akku simuliert und das Ladegerät entsprechend belastet.

Funktionsbeschreibung

Der OPA544 (lokale Kopie) kann bis 4 Ampere verkraften. D.h. ein Ladestrom bis 4 Ampere kann simuliert werden. Da der OPV bei reichelt.de doch ganze 15 € kostet wäre ich vorsichtig mit dem Ladestrom.
In der Application Note sieht man in Figure 2 und 3 schön die rosa Ladekurven welche den Lade-IC/-gerät belasten. Diese kann man an BAT+ messen.
Der Simulationsaufbau (download) in LTSpice und der Vergleich mit Figure 2 und 3 haben Aufschluss darüber gegeben, dass BAT+ und BAT- die Anschlüsse der "Batterie" sind. Also, die die am Lade-IC/-gerät angeschlossen werden.


Zwischen VIN+ und VIN- wird die simulierte Ladeschlussspannung angegeben. Dies wird erst unter Punkt 2 von "3. Test Procedure" in der Application Note beschrieben. Die downloadbare LTSpice-Simulation sollte es verdeutlichen. Um schneller ans Ziel zu kommen wurde der Transistor Q1 aus Figure 1 in der Simulation durch einen 2N2222-Typ (in LTSpice standard mäßig vorhanden) ersetzt. Man kann auch sagen ich war zu faul den FMMT2222A als Spice-Model zu suchen.
Die Spannung Ube der beiden Transistoren ist ähnlich, aber die Verstärkung scheint unterschiedlich zu sein. Der daraus resultierende Unterschied scheint die anzulegende Ladeschlussspannung zwischen VIN+ und VIN- zu sein. Statt wie in der Application Note angegeben 5,5 Volt muss man 4,8 Volt auswählen. Ist aber nur für einen realen Aufbau wichtig. Das Prinzip ist in der Simulation das selbe.

Simulationsergebnis


Rot dargestellt ist die Ladekurve an BAT+, grün der Knoten VC, welcher die Steuerspannung der Basis des Transistor Q1 darstellt. Die Ladekurve geht von ca. 2,2 Volt bis 4,2 Volt. In der Application Note wird unter Punkt 2.2 von "2 Explanation of the Circuit" erklärt wie man die "Startspannung" einstellt. Diese "Startspannung" ist mit der Entladeschlussspannung des Akkus gleichzusetzen. Diese beträgt für LiIon ca. 2,5 Volt und LiPo ca. 3,0 Volt. Mit der dort angegebenen Formel kann für das eigene Design die "Startspannung", bzw. VBIAS dimensioniert werden.
Für meine Simulation habe ich einfach die Werte aus dem Schaltplan der Application Note genommen, da es mir nur ums prinzipielle verstehen des Batteriesimulators ging.

Fazit

Wofür braucht so einen Batteriesimulator?
Ich gehe davon aus TI hat sich diese Schaltung zum Testen ihrer Lade-IC's ausgedacht. Aber auch selbst aufgebaute LiIon-Ladegerät kann man hiermit testen ohne gleich die Batterie zu beschädigen. Die Lithiumakkus können ja immerhin das Brennen anfangen, wenn sie falsch behandelt werden.
Durch Manipulation der Spannung an VIN+/- müssten sich auch Sicherheitsfunktionen des Lade-IC's testen lassen. Ich habe mich aber nur darauf beschränkt was, bzw. wie die Schaltung eine Batterie simuliert.

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cc-by-sa: David Thiesbrummel

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