LED-Laterne mit 3x Cree XM-L2 + 3s LiIon Akku 18650

[TinoKlaus]

Hallo an alle begeisterte Lampenbauer,

ich habe aktuell ein Projekt, welches nichts mit Fahrradbeleuchtung zu tun hat, aber Im Grunde das gleiche Know-How benötigt. Deshalb möchte ich mich mit meinen Fragen an euch wenden.

Das Projekt:
Ich möchte eine Docht-Sturmlaterne auf LEDs umbauen. Ich möchte das Licht dimmen können.
http://lucernae.jimdo.com/bat/bat-158/
(Akkus und Elektronik sollen im ehemaligen Tank untergebracht werden. Der Drehstift für den Docht soll den Poti zum Dimmen der LEDs betätigen. In den Tankdeckel könnte ein Schalter eingebaut werden. Alternativ gibt es vielleicht auch Potis mit einer Schaltstellung für AUS. Zum Laden der Akkus soll irgendwo eine Stecker-Buchse hin.)

In meiner LED-Lampenbau-Karriere habe ich bisher nur mit Gleichrichtern am Dynamo oder Netzteilen und KSQs an Netzteilen gearbeitet. Akku auf LiIon-Basis sind mir noch völlig fremd, auch wenn ich hier und in anderen Foren fleißig mitgelesen habe. Mit Dimmer-Schaltungen habe ich bisher auch noch gar nicht gearbeitet.

Ich habe mich selbst schonmal in die Spur geschickt und folgende Teile zusammengestellt und würde mich über Ratschläge und Meinungen dazu freuen und ein paar Fragen sind bei mir auch noch aufgekommen.

Akku:
LiIon 18650 mit 2300mAh
http://www.reichelt.de/Industriezel...=2&ARTICLE=151100&GROUPID=4084&artnr=NC+NL183

LiIon 18650 mit 3100mAh
http://www.reichelt.de/Industriezel...=2&ARTICLE=151103&GROUPID=4084&artnr=NC+NL188


Akku-PCB:
http://shop.lipopower.de/PCB-4-A-3-Zellen-Lipo-Li-ION-061

Meine Frage dazu: So wie ich das richtig verstehe wird entladen und geladen über die gleichen Anschlüsse. Heißt das, dass ich einen Wechselschalter einbauen muss, um zwischen Last und Ladebuchse umschalten zu können?


KSQ:
PowerLine SLIM KSQ 350mA
https://www.led-tech.de/de/LED-Cont...stromquelle--350mA,-30V--LT-1151_118_119.html

Meine Gedanken dazu: Mit diesen KSQ habe ich schonmal Lampen gebaut und war zufrieden. Bei Bedarf könnte ich auch auf eine 700mA-KSQ aufrüsten


Dimmer:
MultiLine PWM Dimmer mit Poti
https://www.led-tech.de/de/LED-Cont...Line-PWM-Dimmer-mit-Poti-LT-1618_118_119.html

Meine Frage dazu: Regelt die Schaltung den Strom, sodass auch vom Akku weniger entnommen wird, oder verheizt die Schaltung die Energie, wenn ich runter-dimme?


LED:
3x Cree XM-L2 T3 (warm weiß)
https://www.led-tech.de/de/High-Pow...e/CREE-XM-L2-T3-auf-Star-LT-2072_120_170.html
Meine Gedanken dazu: höchste Effizienz, 125° Abstrahlwinkel


Meine Berechnungen:
Der 3s-Akku stellt mir 3x 3,7V bereit = 11,1V
Die 3 LEDs in Reihe an der KSQ benötigen > 3x 2,8V + 1V (Drop an der KSQ) = 9,4V

Um grob die Leuchtdauer zu berechnen, kann ich doch die 3100mAh des Akkus durch die 3x 350mA der LEDs teilen und erhalte ca. 3h?

Wie ist eure Meinung dazu? Sollte ich meine Teilewahl nochmal überdenken? Gibt es alternative KSQs, Dimmer, Akku-PCBs die ich mir mal ansehen sollte? Mit ein paar Links, Hinweisen oder Kommentaren kann ich dann gezielter weiter recherchieren, um die Zusammenstellung zu verfeinern.

Danke

 

[TinoKlaus]

Ich bin jetzt mal das letzte Jahr im "Die selbstbaulampen der IBC´ler - Teil 1"-Thread durchgegangen und habe noch eine Alternative KSQ gefunden. Bin aber noch nicht schlauer geworden wie groß ich den Akku dimensionieren sollte.

KSQ+Dimmer:
Stepdown Regler LED Slave V4 mit Dimmer
https://www.pcb-components.de/led-a...-850-700-550-500-350-200ma-6v-30v-detail.html

Aus dem oben genannten Thread habe ich herausgelesen, dass bei 3 LEDs oft zu einem 4s Akku mit StepDown oder 2s mit StepUp geraten wird. Jedoch sollen die LEDs dort meist mit 1A betrieben werden und es wurde von Akku-Schonung geredet. Ich will die drei XM-L2 bei 350mA betreiben, dadurch ist die Belastung auf den Akku ja geringer. Ob das jetzt einen Einfluss auf die Akku-Dimensionierung hat kann ich nicht einschätzen, daher bräuchte ich da euren Rat. Ich denke Platz-technisch kann ich 2s2p oder 4s1p unterbringen.

 

[yellow_ö]

nummer eins: eine WEISSE led hat keine 2,8 Volt, sondern auch grob 3,7 ...

wieso drei Leuchtdioden?
Nachdem Du eh nicht mal nahe am möglichen Maximalstrom der XM-L arbeitest, würde mit einer davon alles leichter ...
(außer es geht um die Ausleuchtung, aber da könntest mit einem enstprechenden "pyramidenartigen" Spiegel auch arbeiten)
sowas hier auf die Art:
http://www.dx.com/p/fenix-flashlight-camping-lampshade-adapter-transparent-white-52403
http://www.dx.com/p/solar-powered-hand-cranked-dynamo-6-led-2-mode-white-light-camping-lamp-90683
http://www.dx.com/p/ry-t91-solar-hand-crank-42lm-7-led-dynamo-camping-lantern-lamp-black-221301
((und dann einfach alles "unsichtbar" unten ins ehemalige Flüssigkeitsteil einbauen))

somit: die erste Schaltung (Slave v4 dimmer) mit einer Led, mit 2-s Akku ...

Laden / licht: einfach einen Schalter in den "Licht"-Teil vom Akku weg.
Anschlüsse nach außen nur fürs laden

wie Du Dir den Akku auslegst, hängt am ehesten davon ab, wie/womit Du laden möchtest.
Ob wir jetzt 1, 2, 3 oder 4 Zellen in Serie als sinnvoll erachten, ... muss für Dich nicht auch das "beste" sein
(Idee, zum Überdenken: alles mit einem System, z.B. Handy-Ladegerät mit Mini USB ... dann 1-s Akku und entsprechende Schaltung)

 

[TinoKlaus]

Zur LED-Spannung: Soweit ich die Datenblätter und Diagramme von Cree richtig deute sind es schon die ca. 2,85V typische Vorwärtsspannung für die XM-L2 bei 700mA. Bei 350mA dann etwas weniger. Bei 3A kommt man vielleicht auf 3,7V.

Drei LEDS hatte ich zuerst ins Auge gefasst, weil ich schonmal mit drei Osram EdiLine eine Nachttischlampe gebaut habe. Dort habe ich die LEDs im Dreieck angeordnet. Durch die 125° Abstrahlwinkel der XM-L könnte ich mit 3 Stück davon einen Kreis abdecken. Nach oben und unten begrenzt dann eh der Lampenkörper.


Über eine LED die nach oben strahlt und von einer spiegelnden Pyramide gestreut wird, hatte ich auch schon nachgedacht. Ich bin mir nicht sicher ob eine XM-L2 bei 700mA und ca. 230lm hell genug wird. Die Laterne soll schon vernünftiges Licht machen, sodass man damit eine Nachtwanderung machen kann oder im Garten beim Grillen ein Licht hat. Ich hab noch mehrere Laternen und will auch verschiedene Helligkeiten und Konzepte umsetzen. Eine hat einen roten Glaskörper und soll mehr ein Stimmungslicht werden, dort spielt die Helligkeit dann eine untergeordnetere Rolle und eine Version wird mit Bewegungsmelder ein Nachtlicht im Bad werden. Auch da soll es nicht sehr hell werden. Die erste die ich jetzt aber baue soll einigermaßen hell sein.
Trotzdem danke für den Hinweis mit einer LED, die nach oben strahlt. Ich werde das mal weiterverfolgen, weil es günstiger und einfacher umzusetzen ist.

Mir fehlen die Erfahrungswerte zur Kühlung einer XM-L bei 700mA. Viel Zugluft wird es rund um die LED in der Laterne nicht geben und die Wärmeableitung sollte ich so auslegen, dass ohne Wind bei sommer-abendlichen Temperaturen alles im Rahmen bleibt.

Könnte ein Stück von diesem Kühlkörper reichen? https://www.led-tech.de/de/High-Pow...-Kuehlkoerper-fuer-LT-662-LT-888_106_114.html

Bei zwei Zellen würde ich damit Laden: http://shop.lipopower.de/230-V-Stecker-Lipo-Lader-max-1A-fuer-2-Lipo-Zellen-Hohlbuchse-55x25mm

Das wäre dann für einen 2s LiIon Akku der eines dieser PCBs bekommt: http://shop.lipopower.de/PCB-6-A-2-Zellen-Lipo-Li-ION-040

Dahinter der Wechselschalter zwischen Ladebuchse und der KSQ. Der Schalter fungiert dann gleichzeitig als Aus-Schalter. Den Slave V4 will ich dann mit einem normalen 4,7kOhm Poti Dimmen.

Hier noch ein paar Bilder vom aktuellen Stand:
- Den Lampenkörper habe ich gebürstet, entrostet und kalt-verzinkt. Über die Farbe und Ausführung des Finishs mache ich mir dann Gedanke, wenn die Elektronik steht, läuft und reinpasst.


- Die Dochthalterung muss später den Poti und den Kühlkörper samt LED aufnehmen


- Der untere Glas-halter wird nur so umgearbeitet, dass die LED mit Kühlkörper durchpasst.

 

[kadikater]

hallo sektschlampe,

lass dir vom gelben ö nichts erzählen. der hat seit 9 jahren keinen emitter mehr
in der hand gehabt, geschweige denn mal ein multimeter an einen gehalten.

die 2,8V passen!

ich würde bei 3 leds und bei 350mA zu einem 2s akku greifen. bei 350mA kannst du recht kleine kühlkörper verwenden, der von dir verlinkte reicht.

als ksq nimmst du einen stepup und halt einen akkuwächter oder die von dir verlinkte schuscha.

die helligkeit bei 3 leds und 350mA reicht zum grillen mehr als aus.

ich denke du bist auf dem richtigen weg.

gruß

karsten

 

[Siam]

Nimm nicht die Akkus mit integrierter Schutzschaltung, Du hast ja eine separate für den ganzen Pack. Nimm ungeschützte Einzelzellen z.B. von Akkuteile.de, da gibt es die Schutzschaltung auch gleich. Sind auch viel billiger.

Ansonsten nur Mut zum Selbstbau, ist kein Hexenwerk!

Gruß
Thomas

 

[Siam]

Akkus:
https://www.akkuteile.de/lithium-io...ic/panasonic-ncr18650b-3-6v-3400mah/a-100639/

Was die Schutzschaltung angeht ruhig mal anrufen und fragen. Die haben mehr als im Shop gelistet. Übrigens kann man die Zellen nach etwas anschmirgeln mit einer dicken Spitze sehr gut löten.

 

[TinoKlaus]

Ich habe jetzt alle nötigen Teile bestellt. Ich habe mich erstmal für die 4s + 3 LED Variante entschieden. Wenn es zu hell ist oder ich auf andere Probleme stoße, dann kann ich immer noch auf 2s + 1LED wechseln und die übrigens Komponenten in einer anderen Lampe verwenden. Die Akkus sind natürlich ohne Schutz und bei der Schutzschaltung habe ich auch die aus dem Akku-Shop genommen.

Der Grund war erstmal der günstigere Preis des Slave V4 Dimmer gegenüber dem Boost-Regler mit extra Dimmer-Modul.

Ich habe eine Multitip 25W Lötspitze, die wird wohl nicht reichen um direkt am Akku zu löten, deshalb habe ich erstmal einen Zellenhalter mitbestellt. Bevor ich alles in die Laterne einpasse, baue ich erstmal alles auf um mich mit allen Teilen zurecht zu finden.


Muss ich mir Gedanken über eine zusätzliche Temperaturüberwachung der Akkus machen?


Auf meiner Feature-Kann-Liste für die Laterne steht noch eine Füllstandsanzeige für die Akkus. Ich hab jetzt bei meinen Recherchen öfters gelesen, dass der/die Selbstbauer bei 3,3V (für irgendeine Zelle aus dem Pack), ein Warnsignal oder eine LED-Anzeige haben wollen. Ich habe auch gelesen, dass man getrost bei 3V stoppen kann, da nicht mehr viel Restkapazität übrig ist.

Die Akkus, die ich bestellt habe, werden mit 2,5V Entladeschlußspannung angegeben und das Akku-PCB hat den Tiefentladeschutz bei 2,3V. Ich sehe das jetzt erst. Aus dem Datenblatt für das Akku-PCB kann ich zwei Werte für die Tiefentladung entnehmen.
Wert 1: VDET2 = 2,3 V (over discharge detection voltage)
Wert 2: VREL2 = 2,7 V (over discharge release voltage)

Zu der Bezeichnung von Wert 1 habe ich gefunden, dass bei dieser Spannung der Stromfluss aus dem PCB eingestellt wird.
Zu der Bezeichnung von Wert 2 habe ich gefunden, dass das PCB den Stromfluss wieder zulässt, sofern die Zellen wieder über 2,7V kommen.

Mache ich mir hier unnötige Gedanken?

Zum Thema der Füllstandsanzeige belese ich mich noch und würde wohl auf eine Abschaltung bei ca. 3V hinarbeiten (+ eine kleine Status LED die angeht). Das soll wohl gut für die Lebensdauer der Zellen sein, wenn man sie nicht immer bis zum letzten Quäntchen leer macht.

 

[Siam]

Mach Dir da keinen Kopp, gute Zellen haben da kein Problem. Das passt schon so zusammen. Bei 3V/Zelle dichtmachen ist optimal, 3,3V ist gerade bei kaltem Wetter und hoher Last zu früh für 18650er, eher für hochstrom Lipos.

Gruß
Thomas

 

[TinoKlaus]

Soo, jetzt war ich hier so lange abwesend. Die Laterne ist schon seit längerem bis auf eine kleines Detail fertig und bisher problemlos im Einsatz.

Bilder sagen mehr als tausend Worte:

Mit eineen Gel zum Rostlösen habe ich so den meisten Rost entfernt. Danach mit Wasser gespült und mit Drahtbürste, Topfschwamm und Stahlwolle den angelösten Rost entfernt.

Ergebnis für einige Teile nach dem Entrosten.

Aus normalen Stahlblech aus dem Baumarkt habe ich für den Poti und den Dochtdrehknauf eine Halterung gebaut, damit ich Stilecht die Laterne dimmen kann.

Anzugprobe: passt

Vorbereitung für eine neue Bodenplatte.

Die alte Bodenplatte war durchgerostet, deshalb habe ich eine neue hergestellt und noch drei kleine Winkel mit Messingmuttern, damit ich den Boden demontierbar befestigen kann. Leider hat das hartlöten der Winkel am Laternenkörper nicht funktioniert, sodass ich dort dann mit 2K-Kleber gearbeitet habe.

Die Innereien

Aus einer Kupferendkappe und Kupferblech habe ich einen Kühlkörper für die drei LEDs (hart-)gelötet und ...

...danach mit Hammerite Hammerschlag dunkelgrün lackiert.

Auch die anderen Teile habe ich dann lackiert, ein paar Tage lüften lassen und dann im Ofen nochmal bei 100°C für 2h getrocknet.

Bilder von der fertigen Laterne muss ich gleich mal noch machen

 

[TinoKlaus]

Hier die aktuellsten Bilder:

Der kleine noch nicht lackierte Tankdeckel mit dem Schalter ist das kleine unfertige Detail.

Für die Spaziergänge im Wald und gegen die Eigenblendung hab ich aus einer Alten Wegzeugtasche und Blumendraht einen Umhang gezaubert. Ich war mir erst nicht ganz sicher, ob es gut genug aussehen wird, aber ich finde es verleiht der Laterne so einen Mittelalter-Look und ich bin zufrieden.

Die Unterseite habe ich mit Filz beklebt, um einerseits keine Kratzer auf Untergründen zu hinterlassen und andererseits erhalte ich den nötigen Höhenunterschied für die Schrauben und den Lade-Anschluss.

Der Kopf wird das nächste Projekt

Und nochmal ein Vorherbild. Die anderen zwei Laternen sind auch erfolgreich "aufgehübscht". Allerdings sind diese für den Betrieb an der Steckdose.

Noch drei weitere Bilder zu den Laternen, aber das wird dann langsam zu Off-Topic:

 

[kadikater]

Klasse Umbau!

 

[Siam]

Sehr schönes Projekt! Und auch wirklich gut umgesetzt. Viel Spaß mit der Leuchte, sieht bestimmt witzig aus wenn Du damit durch den Wald läufst...