Tiefentlade-Schutzschaltung für 4S1P / 14,8V LiPo-Akku

Mit der Zeichnung hast du dir ja Mühe gegeben, das motiviert mich, mir 
auch zu Mühe zu gegeben. Es wäre aber gut, wenn du auch die Zellen und 
den Verbraucher einzeichnen würdest.

Spontan sehe ich nichts Auffälliges. Aber allein die Möglichkeit, dass 
du nicht das realisiert hast, was du wolltest (Diode verpolt, bei den 
Widerständen zu einem falschen gegriffen, irgendeine Verbindung fehlt 
oder ist falsch...), ist so einfach nicht überprüfbar.

Fabii schrieb:
> über den Transistoren fällt eine Spannung von ca. 0,47V ab und am
> Ausgang erhalte ich auch bei 3,5V je Zelle keine messbare Spannung.

Wo ist denn bei dir der Ausgang? Wenn über die Transistoren je 0,5 V 
abfallen, müssen sich doch mehrere Volt pro Zelle an den rechten 
Anschlüssen, die ich als Ausgang bezeichnen würde ergeben!

Es gäbe auch verschieden Gründe, warum es nur in der Theorie, aber nicht 
in der Praxis richtig funktioniert. (Beispiel: Zenerdiodenstrom zu 
klein, Hysterese zu klein).

Wie auch immer, du hast ja ein Voltmeter: Wie groß sind bei vollen 
Zellen folgende Spannungen gegenüber Source (es reicht, lediglich z. B. 
die untere Schaltung zu vermessen):
- Spannung über ZD
- Spannung über R1
- Spannung am Gate
- Spannung an Drain
(Im Grunde also alle Knoten der Schaltung)

Grüße, Torchwood

Hallo Torchwood,

vielen Dank für deine schnelle und ausführliche Antwort. :)
Ich habe die Schaltung ein bisschen modifiziert, um zu sehen ob ich 
meine Funktion auch anders erfüllen kann. Ich werde aber die 
ursprüngliche Schaltung wie in der Zeichnung zu sehen noch einmal 
aufbauen und dann sobald wie möglich konkret die für die Analyse 
notwendigen Spannungen posten.

Hallo,
Ich habe die Schaltung noch einmal aufgebaut (Siehe Foto bzw. 
Schaltplan), jedoch vorerst nur für einen Akku mit 2 seriellen Zellen. 
(Ich weiß, so wie im Foto zu sehen sollte man Platinen nicht bestücken, 
aber es ist nur ein Prototyp und meine erste eigene Schaltung) Nach den 
ersten Messungen habe ich festgestellt, dass die Versorgungsspannung 
eines Ops nicht angeschlossen war. Ich habe die Messungen nach der 
Fehlerbehebung wiederholt und die Spannungen, die in der Tabelle 
dargestellt sind, gemessen.

Mir ist dabei aufgefallen, dass wenn die Spannungsdifferenz an den 
Eingängen einer einzelnen Tiefentlade-Schutzschaltung kleiner als die 
berechneten 3,112 V ist (also der OP den Ausgang auf V- schaltet), (oder 
kleiner als 3,246 V während der Ausgang des OPs noch auf V- liegt), über 
dem sperrenden Transistor 0,47 V abfallen. Der Transistor sollte 
eigentlich komplett sperren, über ihn sollte also die Spannung der 
nächsten Tiefentladeschutz-Schaltung abfallen. Die im Transistor 
integrierte Diode wird jedoch in Durchlassrichtung betrieben, weil der 
Source-Kontakt auf einem höheren Spannungspotential liegt als der 
Drain-Kontakt.
Für den, in der Zeichnung untersten Transistor, welcher an den "-" 
Kontakt des Akkus angeschlossen ist, gilt das nicht, da hier der 
Drain-Kontakt immer auf höherem Potential liegt.
Konkret würde das für die Schaltung heißen, dass wen die Spannung über 
der "untersten" Zelle größer als 3,112 V + 0,47 V = 3,582 V liegt, der 
unterste Transistor immer durchgeschaltet wird, egal welche Spannung 
über den anderen Zellen anliegt.
Das wäre unter anderem auch der Fall, wenn in einer längeren 
Serienschaltung von Akkuzellen die Spannung einer beliebigen Zelle unter 
3,112 V fällt, jedoch eine der folgenden Zellen eine Spannung größer als 
3,582V hat. Auch in diesem Fall wird dann, (wenn keine Zelle mehr folgt, 
die eine Spannung kleiner als 3,112 V besitzt) der unterste Transistor 
durchgeschaltet.

Eine Aussage darüber, wie problematisch das für einen Akku ist, bei dem 
im geladenen Zustand alle Zellen die gleiche Spannung besitzen und der 
mit dieser Tiefentladeschutzschaltung betrieben wird, kann ich leider 
nicht treffen. Mir stellt sich die Frage, ob die interne Diode des 
MOSFETs Schaden nimmt, wenn sie in Sperrichtung betrieben wird.
Die Verlustleistung die an der folgenden Zelle  entsteht, dürfte sich 
dadurch jedoch nicht erhöhen, oder?

Bei den Messungen habe ich festgestellt, dass der OP seinen Ausgang 
zuverlässig auf V+ schaltet, wenn die Spannung am nichtinvertierenden 
Eingang größer als die des invertierenden Eingangs ist. In dieser 
Schaltung also bei einer Spannungsdifferenz zw. V- und V+ von 3,246 V.

Wenn der Akku längere Zeit gelagert wird (abhängig von der Kapazität der 
angeschlossenen Zelle und der Verlustleistung der angeschlossenen 
Schutzschaltung) kann dieser durch die Schutzschaltung selbst 
tiefentladen werden, da über diese ein stetiger Strom fließt.
Deshalb ist für längere Lagerung, bzw. für einen leeren Akku dafür zu 
sorgen, dass die Tiefentladeschutz-Schaltung vom Akku getrennt wird.

Für meine Anwendung sollten die festgestellten Eigenschaften dieser 
Schaltung keine Probleme machen, wenn die Diode des IRF7401 durch 
Nutzung des Sperrbetriebs nicht geschädigt wird, da die 
Spannungsdifferenzen zwischen den einzelnen Zellen meines Akkus kleiner 
als 0,47 V betragen sollten.

Was Du hier tun willst: Kann man so machen.
Tut man aber in der Regel nicht.
Bei Li-xx Akkus ist die Überwachung der einzelnen Zellen beim 
Ladevorgang wichtig. Stichwort: Balancer.
Beim Entladen überwacht man die Gesamtspannung des Akkuspacks.
Und schaltet dann das ganze Pack ab, wenn die Spannung unter einen
bestimmten Wert fällt. Diese Abschaltwert liegt immer im Bereich der
untersten Entladespannung (lt. Herstellerdatenblatt) pro Zelle 
multipliziert
mit der Anzahl der (gleichen) Zellen.
Was Du hier realisieren willst kommt letzten Endes auf gleiche Ergebnis, 
nur viel aufwändiger und unnütz.

Danke für den Hinweis. Ja, du hast recht, die Spannungsdifferenz beim 
Entladevorgang werden wohl eher gering ausfallen, weshalb diese 
Schaltung eher unsinnig und zu aufwändig ist. Im Vordergrund dieser 
kleinen Bastelarbeit stand für mich aber auch, dass ich mich mit Ops 
beschäftige und praktische Erfahrung sammle. Einen Balancer für das 
Laden des Akkus besitze ich. Ich werde eine einfachere Schaltung 
einbauen, welche die Last vom Akku trennt, wenn die Spannung des 
gesamten Packs zu niedrig ist.