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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LiPo Lade-/Entladesteuerung mit Verpolungsschutz


Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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Hallo Community,
ich habe gerade mit Erfolg den ersten Prototyp meines Projekts getestet, 
habe allerdings für die finale (gibt es das bei Elektronik überhaupt) 
Verion ein paar Veränderungen geplant:

Wegen Gewicht und Spannungseinbruch bei Mignon Zellen, möchte ich auf 
LiPos umsteigen, desweiteren brauche ich einen Verpolungsschutz mit 
möglichst geringem Spannungsabfall. Für diesen Fall hatte ich hier im 
Forum eine Schaltung mit einem Mosfet gefunden, die mir sehr zugesagt 
hat. Da ich allerdings ebenfalls eine Lade-/Entladesteuerung für den 
LiPo brauche hatte ich überlegt ob man das nicht irgendwie miteinander 
verbinden könnte.
Da ich momentan auch noch einen sehr hohen Standby Strom habe sollte der 
Controller (ATmega8) ebenfalls in der Lage sein die Spannungsversorgung 
für alle Bauteile abzudrehen (außer für sich selbst) und erst durch ein 
Interrupt diese wieder aktivieren.
Softwareseitig ist das wohl alles kein Problem, allerdings weiß ich 
nicht wie viel ich hardwareseitig zusammenfassen kann. Ist es vielleicht 
geschickter den Ladeschaltkreis aus der Schaltung herauszunehmen oder 
ist diese dringend auf der Platine erforderlich? Und kann ich 
Abschaltung des Stroms bei zu niedriger Spannung einfach über die 
Brown-out Detection laufen lassen? Ich hatte mir das so vorgestellt, 
dass der Controller an einen Mosfet das Gate auf High hält solange Strom 
an ist und durch das Brown-out sozusagen gezwungen wird loszulassen, 
wodurch der Mosfet dann blockiert und der Akku nicht mehr belastet 
wird...

Ich weiß, dass das jetzt recht viele Fragen sind, vielleicht kennt einer 
von euch ja auch eine Seite wo das alles oder vieles draufsteht, 
vielleicht steh ich auch auf dem Schlauch und es geht viel einfacher, 
weil ich ja eigentlich "nur" einen LiPo will, der einen Verpolungsschutz 
hat

Freue mich über jeden konstruktiven Vorschlag/Link

Gruß
Kai

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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*kick

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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hilfe :(

Autor: Alexander Ofner (Gast)
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Hi Kai,

Also, ich bin zwar kein Profi, aber zuerst mal zum Verpolungsschutz.
Ich denke, du kennst einen normalen Brückengleichrichter mit 4 Dioden 
(z.B. 1N4001) zur Gleichrichtung von Wechselspannung. Wenn man jetzt den 
Glechrichter mit Gleichspannung betreibt, ist ja egal, wie die 
Spannungsquelle gepolt ist, es kommt ja immer die richtige Polung raus.

Zur Ladesteuerung hätte ich die Frage, wie du den Ladevorgang steuern 
möchtest, denn Lipos sind ja ziemlich zimperlich, was das Laden 
betrifft. Also mit Ladestrom und so.

Und bezüglich Brown-out-detection muss ich leider sagen, dass ich dir da 
nicht weiter helfen kann, da ich mich da noch zu schlecht auskenne.

mfg Alex

Autor: warze (Gast)
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Richtig schlau werde ich nicht aus der Beschreibung.

Wenn Du mal einen Schaltplan bringst und Daten zu den Akkus kann 
womöglich jemand was konkretes sagen.

Wichtig beim LiPo Akku ist vor allem das die maximale Ladespannung nicht 
überschritten wird (in der Regel 4,2V pro Zelle).

Minimalste Verluste beim Verpolungsschutz erreichst Du mit einer MOSFET 
Schaltung (einige mOhm On Widerstand je nach FET). Nächstbeste Lösung 
ist eine Schottkxdiode (ca 150mV Spannungsabfall).

Autor: mehrfacher STK500-Besitzer (Gast)
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Den Lastschaltkreis sollte man mit einem High-side-switch unter 
Kontrolle bekommen.
Ein einfacher Verpolungsschutz wäre eine Diode in Reihe zur Schaltung. 
Schottky-Dioden haben eine relativ kleine Vorwärtsspannung.
Die Schaltung mit dm MOSFEt würde mich auch interessieren.

Autor: Marius S. (lupin) Benutzerseite
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Eine flinke Sicherung direkt hinter deinen akku, dann eine diode 
antiparallel geschaltet. Bei Verpolung is die Sicherung schnell weg.

Autor: Kai Franke (kai-) Benutzerseite
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Hallo,
schön, dass sich doch noch ein paar Antworten gefunden haben :)
Ich muss auch zugeben, dass ich mir beim Schreiben des Threads noch 
nicht ganz über die Realisierung klar war...

@warze: Ich würde ja gerne einen Schaltplan uploaden, aber den gibt es 
schließlich noch nicht, deshalb ja dieser thread. Ebensowenig gibt es 
einen Akku, aber ich dachte da an ein bis zwei Einzeller in 
Parallelschaltung

@rest: Die Schaltung schluckt bis zu 4A und braucht mindestens 3,4V was 
eine Diode (ja, auch Schottky) leider ausschließt, weil bei den Strömen 
auch eine Schottky 0,6V schluckt.
Deshalb bin ich mir jetzt einig, dass ich die MOSFET Lösung nehme. Wie 
der funktioniert hab ich mal angehängt (ist nicht von mir, sondern von 
jemand anderem aus diesem Forum)
schön wäre halt wenn ich mit dem gleichen MOSFET auch eine automatische 
Stromabschaltung basteln könnte...

Zum Laden werde ich wohl ein externes Ladegerät benutzen, da LiPos aber 
auch sehr penibel auf Tiefentladung reagieren bräuchte ich eine 
Schaltung, die den Strom abstellt sobald die Spannung unter einen 
bestimmten (welchen?) Wert fällt. Meine Idee war halt die Brownout 
Detection vom µC dafür zu benutzen.
Geht das? Oder hat jemand eine bessere Idee?

Autor: Fasti (Gast)
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Hi,

So was kritisches würde ich auf keinen Fall im uC unterbringen sondern 
am Besten direkt auf dem Akku mit einer kleinen Platine. Damit bist du 
auch sicher, dass der Akku auch ohne die große Schaltung geschützt ist.
An deiner Stelle würde ich ja zu einem Akku mit integrierter 
Schutzelektronik tendieren, wenn es den aber so nicht gibt, schau mal 
bei den Diversen Herstellern (National, Analog, Maxim, OnSemi,etc. ) 
vorbei, die haben eigene ICs, welche genau für diesen Zweck gemacht 
sind. Vorteil wäre auch, dass diese ICs nicht nur eine 
Unterspannungsabschaltung, sondern meist auch einen Kurzschlußschutz und 
einen Überspannungsschutz beinhalten. Man sollte allerdings bedenken, 
dass man trotzdem etwas früher abdreht (Würd ich in deinem Fall nicht 
mit der BrownOut Detection sondern mit einem Komparator oder wenn uC AD 
Wandler), da diese Chips eigentlich nur als Notlösung da sind, falls 
alle anderen Mechanismen versagen. Ausserdem wollen die Hersteller einem 
meist die Freiheit geben, wie tief der Akku entladen wird. Der Akku wird 
zwar nicht zerstört wenn die SchutzICs eingreifen allerdings sinkt die 
Zyklenfestigkeit mit der Entladetiefe. Deshalb sollte man bei 3V 
Zellenspannung abdrehen, die Chips greifen aber meist erst bei 2,7V ein, 
was schon zu einer erheblichen Zyklenreduzierung führt.
Ein Parallelschalten von LiPos würde ich vermeiden, ausser man hat die 
Möglichkeit die Akkus einzeln zu laden, ansonsten brauchts wieder einen 
Mehraufwand an Beschaltung wegen der Ladeströme. In Serie selbiges 
Problem nur halt in Bezug auf die 4,2V Ladespannung.
Ich hab mal im ELV Journal eine solche Schutzschaltung wie auch einen 
Balancer gesehen, die kosten nicht viel und man braucht sich nicht um 
die Bauteilbeschaffung kümmern.

Grüße

Fasti

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