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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Alternative (schondende) Schutzschaltung für Li Akkupacks gesucht


Autor: Armin (Gast)
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Wie bereits angekündigt eröffne ich für dieses Thema einen eigenen Fred.

Ich beschreibe kurz meine Ausgangssituation: Ich habe einen 4S3P 
Akkupack, das heißt 12 Zellen, davon 4 in Reihe, jeweils 3 parallel. Die 
resultierende Spannung sind 14,8V. Die Kapazität beläuft sich auf 3x4Ah 
= 12Ah.
Aus dem Pack gehen 5 Leitungen - für jeden der in Reihe geschalteten 
Akkupakete eine.


Für meine Anwendung wird der Akku relativ ungewöhnlich betrieben: Ich 
habe unter Umständen hohe Lagerzeiten (Monate), niedrige 
Leistungsentnahme (3A-Bereich = 0,25C) und eine lange Einsatzdauer 
(möglichst eine Akkulebenszeit im x-Jahre-Bereich). Nur aus Platzgründen 
kann ich keinen Bleiakku verwenden.

Aufgrund diesen Anforderungen sind die normal erhältlichen 
Akkuschutzschaltungen für mich nicht geeignet. Besser gesagt ich brauche 
ohnehin eine Schaltung, die den Akku vor zu großer Belastung schützt und 
damit die klassichen Protection Circuits ersetzen kann (überflüssig 
macht).


Ich habe also an diese Schaltung folgende Anforderungen:

1. Sie soll den Strom durch den AkkuPack begrenzen. Eine sinnvolle 
Schranke wären hier 6A, was 0,25C entspricht. Das dürfte sowohl fürs 
Laden als auch fürs Entladen genug Sicherheit bedeuten. Ich gehe mal 
davon aus, dass sich dieser Strom gleichmäßig auf die drei jeweils 
parallel geschalteten Zellen verteilt.
2. Es gibt einen Überspannungsschutz für jeden Zellen-3er-Block (4 Werte 
werden überwacht). Sollte eine Spannung über den Grenzwert steigen, wird 
ein weiteres Laden dieses Zellenpakets verhindert. Nur noch Entladen ist 
möglich. Die Grenze wird irgendwo zwischen 3,95V und 4,1V liegen.
3. Es gibt einen Unterspannungsschutz für jeden Zellen-3er-Block (4 
Werte werden überwacht). Sollte eine Spannung unter den Grenzwert 
fallen, wird ein weiteres Entladen dieses Zellenpakets verhindert. Nur 
noch Laden ist möglich. Die Grenze wird bei 3,0V liegen.
4. Einige Minuten vor Erreichen dieser Abschaltung bei einer Zelle 
beginnt eine Warn-LED zu leuchten. Also etwa bei einer Zellspannung von 
3,05V
5. Die ganze Schaltung ist ständig am AkkuPack. Sie darf nur minimalen 
Strom verbrauchen. Optimal wäre etwas im zweistelligen µA-Bereich. Die 
Versorgungsspannung der Schaltung schwankt entsprechend zwischen 11V und 
15V.
6. Optimal wären 1-3 Temperaturfühler, die das Pack ab 55°C komplett 
abschalten. Aber meine Vorstellung sind wohl auch ohne Sensoren schwer 
zu erfüllen, oder?
7. Die Schaltung wird direkt zwischen AkkuPack (Eingang) und allen 
angeschlossenen/anschließbaren Geräten (Ausgänge) fest angebracht. Dazu 
gehören Balancer/Equalizer, Ladegerät sowie der Verbraucher

Ist so etwas realisierbar?
Oder hat so etwas vielleicht schon mal jemand gebaut?


Ich sehe im Prinzip zwei Möglichkeiten:
a) Analog zu den 5 Leitungen aus dem Pack gibt es 5 Ausgänge an der 
Schaltung, die universell einsetzbar sind. Als Konsequenz müsste die 
Stromflussrichtung gesteuert werden, was durch zu und abschalten von 
Diodenstrecken zu lösen wäre. Es werden 10 Leistungsdioden notwendig. 
Probleme sehe ich hier dabei, dass die abfallende Spannung am Ende 
meinem Verbraucher fehlen könnte.
b) Die Schaltung bietet für jeden Anwendungsfall eigene Ausgänge. So 
wird das Ladegerät an einen anderen Anschluss als der Verbraucher 
angeschlossen. Die Schaltung schafft dann für die jeweiligen Anschlüsse 
eine leitende Verbindung zum Pack oder eben nicht.
Eine Sonderstellung nimmt hier der Balancer ein. Hier muss man dann wohl 
davon ausgehen, dass er dem Pack nicht schaden kann und ihn immer direkt 
verbunden lassen.
c) Hier könnte deine Idee stehen =)

ehrlich gesagt bin ich mit der konkreten Realisierung ziemlich 
aufgeschmissen. Aber vielleicht fällt euch ja etwas dazu ein?
Bisher habe ich mich fast ausschließlich mit Digitaltechnik beschäftigt. 
Aber die funktioniert halt auch nicht ohne Strom...

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Hmm... sooviele Wünsche auf einmal...

Strombegrenzung (6A) würde ich über eine normale Sicherung machen. Wenn 
die auslöst, ist eh etwas anderes kaputt, und man sollte vor dem 
Wiedereinschalten sowieseo nochmal alles checken.

Balancer evtl mit LM3420 ö.Ä. der hat dann aber schon einen 
Eigenverbrauch von ~100µA, hier lohnt sich also ein bischen Suche, obs 
was sparsameres gibt.
Wenn die Balancer dauerhaft an den Zellen bleiben, erledigen die auch 
gleich den Überspannungsschutz mit.
Für den Tiefentladeschutz würde ich nur die Gesamtspannung überwachen, 
und das Entlade-Ende weiter oben ansetzen, z.B. bei 3.2V/Zelle. Kommt 
auch der Akku-Lebensdauer zugute, wenn die nicht immer bis auf den 
letzten Tropfen ausgequetscht werden.

Autor: Marc Seiffert (euro)
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da wir hier in einem µC-Forum sind und du dich mit digitaltechnik 
beschäftigt hast: such mal bei farnell nach "mega406" ;)

Autor: Olaf (Gast)
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Also wenn ich deine Wuensch so lese beschreibst du im Prinzip
eines der ganz normalen ueblichen Standard-ICs wie sie in jedem
Akku verwendet werden. Als einzigen Unterschied vermag ich
nur zu erkennen das deine Mindestspannung hoeher ist als
normalerweise ueblich.
Allerdings habe ich schon Datenblaetter gesehen wo die Hersteller
von ihrem IC locker 20Typen im Datenblatt gelistet hatten die sich
nur durch einen Buchstaben an der Typbezeichnung unterschieden und
wo der Unterschied gerade in unterschiedlichen Spannungen fuer
die Abschaltung lagen.
Lediglich fuer deinen Vorwarnausgang wirst du dir dann noch was
extra basteln muessen. Sollte aber wohl kein Problem sein.

Die Absicherung gegen Ueberstrom erfolgt bei den Teilen indem sie
den Spannungsabfall am Mosfet messen mit dem abgeschaltet wird.
Das kannst du also durch Wahl des Mosfet mit einer gewissen Toleranz
einstellen.

Olaf

Autor: P. S. (Gast)
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Armin wrote:

> (möglichst eine Akkulebenszeit im x-Jahre-Bereich). Nur aus Platzgründen
> kann ich keinen Bleiakku verwenden.

Wenn Li == LiPo oder LiIo, duerfte x kaum ueber 3 kommen. Ich wuesste 
nicht, dass sich bei der Lebenszeit in den letzten Jahren viel geaendert 
haette.

Autor: Josef (Gast)
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Zum Thema LiION Schutzbeschaltung gibt's auch hier noch ein paar Infos 
und Bauteile -> 
http://focus.ti.com/paramsearch/docs/parametricsea...

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