Hallo! Ich möchte gerne eine Schaltung aufbauen, bei der die einzelnen Zellen meines 14,8V LiPo Akkus vor einer Tiefentladung geschützt werden. Ich habe mich bei meinem Schaltungsentwurf an diesem Vorbild orientiert: http://www.ledhilfe.de/viewtopic.php?f=35&t=7924 Für die Widerstände habe ich folgende Werte gewählt: R1 = 82 kOhm, R2 = 130 kOhm, R3 = 68 kOhm, R4 = 3 MOhm. Somit ergibt sich für die Schmitt-Trigger Schaltung des OPAmp (TS912) eine Abschaltspannung von ca. 3,112V und eine Einschaltspannung von 3,246V. Parallel zu R1 und der Z-Diode(LM 385) habe ich jeweils einen 100uF Kondensator geschaltet um eventuell auftretende Spannungsspitzen auszugleichen. Für die angeschlossene Last, eine High Power LED mit vorangeschaltetem DC-DC Abwärtswandler (LM2596) benötige ich nur den Ausgang des untersten MOSFETs sowie den obersten Spannungspfad. Wie in der angehängten Zeichnung zu sehen, soll der Ausgang des ersten MOSFETs die Versorgungsspannung für die nächste Schutzschaltung liefern usw.. Ich kenne mich leider nicht sonderlich gut mit der Beschaltung von MOSFETs aus und habe für die Schaltung ausschließlich den IRF7401 n-Kanal MOSFET verwendet. Ich habe die Schaltung bereits aufgebaut, doch leider funktioniert sie nicht so wie sie soll, 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. Die Transistoren besitzen ja intern eine parallele Diode. Den Spannungseingang des Akkus habe ich auf den Source Kontakt des Transistors und den Drain Kontakt jeweils als Eingang für die nächste Schaltung verwendet. Wo habe ich meinen Fehler gemacht?
Angehängte Dateien:
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_DSC2979.JPG
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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.
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