Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik TL431-LiPo-Balancer "reloaded"


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von Stefan (Gast)


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Hallo,

bezugnehmend auf den 
Beitrag "Entwicklungsidee einfacher LiIon-LiPo Balancer" ...

Wäre es möglich, die im obigen Beitrag vorgestellte 
"Minimal"-Balancer-Schaltung so (siehe Skizze) um einen UVLO zu 
erweitern? Sinn soll sein, dass der Balancer wirklich am Akku verbleiben 
kann, ohne diesen auf die Dauer tiefzuentladen.

Wenn ich mich nicht irre/vertan habe, sollte die obige Schaltung den 
Balancerteil bei weniger als ca. 3,6V (Zs+0,6V) von der Akkuzelle 
trennen?


Stefan

von Teo D. (teoderix)


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Damit nich.
Gibst allerlei ICs dazu, mit wesentlich weniger Eigenverbrauch.
zB: https://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3305fb.pdf
<50µA

von Falk B. (falk)


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@ Stefan (Gast)

>Wäre es möglich, die im obigen Beitrag vorgestellte
>"Minimal"-Balancer-Schaltung so (siehe Skizze) um einen UVLO zu
>erweitern?

Nicht wirklich. U.a., weil durch Q2 nicht mehr die echte Zellenspannung 
von R1 und R2 erfaßt wird.

> Sinn soll sein, dass der Balancer wirklich am Akku verbleiben
>kann, ohne diesen auf die Dauer tiefzuentladen.

Wieviel Leckstrom sind für dich OK?

Der TLV431 kommt mit weniger als 100uA aus. Wenn man den in die 
Schaltung einbaut, muss man keine extra Klimmzüge machen. R1/R2 
hochohminger, dann könnte das passen.

>Wenn ich mich nicht irre/vertan habe, sollte die obige Schaltung den
>Balancerteil bei weniger als ca. 3,6V (Zs+0,6V) von der Akkuzelle
>trennen?

Das ist alles eher ungenau und frißt auch Strom. Ein Prinzipschaltung 
ist noch lange keine Low Power Schaltung.

von Stefan (Gast)


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Hallo Falk,

das hatte ich befürchtet... ;-)

80uA wären wohl OK...

Der Akku ist ein S34P mit 10Ah. Wenn ich den (angenommen, wird 
hoffentlich nie passieren...) 10 Jahre unbeachtet in die Ecke lege und 
noch im sicheren Bereich sein will (ca. 1/3 der Kapazität), käme ich auf

( 10A * 2/3 )  24  365 / 10 ~= 75uA

viele Grüße,
Stefan

von Falk B. (falk)


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@Stefan (Gast)

>80uA wären wohl OK...

Hmm, das ist schon recht wenig. Ob man das mit dem TLV431 hinkriegt, 
weiß ich nicht. Man sollte mal wenigstens 10uA für den Spannungsteiler 
einplanen.

R = U / I = 4,2V/10uA = 420k

Also müssen R1+R2~420k ergeben.

OK, ich hab's mal fix aufgebaut, siehe Anhang. Allerdings mit einem 
BC327, ich hab hier keinen brauchbaren PNP-Darlington.

Mit R4 kann man genau die Ladeschlußspannung von 4,2V einstellen. Mit 
dem BC327 kann man ca. 100mA Balancerstrom bzw.Ladestrom erreichen, mit 
einem großen Darlington und kleinem Kühlkörper eher 1A. Unter 4,1V 
geht der Ruhestrom der Schaltung auf 74uA zurück. Ich würde sagen, das 
paßt!

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Stefan schrieb:
> 10 Jahre unbeachtet in die Ecke lege

Das mag so ein Akku aber auch aus anderen Gründen nicht. Mit 100-200µA 
wärst du vermutlich auch noch auf der sicheren Seite - wenn du den 
Balancer überhaupt fest am Akku haben willst.
Im Ursprungsthread hatte ArnoR auch schon den 2SB772 als 
Leistungstransistor vorgeschlagen, weil der eine recht hohe hFE bietet 
und damit steil durchschaltet.
Als UVLO wäre evtl. ein zweiter 431 gar nicht so dumm, weil er so steil 
ist wie keine andere Z-Diode in diesem Spannungsbereich.

: Bearbeitet durch User
von Stefan (Gast)


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Vielen lieben Dank, Falk!

Stefan

von Stefan (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> Stefan schrieb:
>> 10 Jahre unbeachtet in die Ecke lege
>
> Das mag so ein Akku aber auch aus anderen Gründen nicht. Mit 100-200µA
> wärst du vermutlich auch noch auf der sicheren Seite - wenn du den
> Balancer überhaupt fest am Akku haben willst.

Ja, will ich... Hintergrund ist, dass ich das inkl. Laderegler und noch 
ein bisschen anderem Geraffel in einer netten Box vereinen möchte. Quasi 
wie eine wirklich dicke Powerbank. Nur eben nicht mit USB-Out sondern 
mit 12.6V/15A output (bzw. auch 20V/5A via DC/DC-Wandler).

Soll eine Outdoor-Stromversorgung für Netbook und TRX (oder vielleicht 
auch mal eine Kühlbox) werden.

Und die wollte ich vorzugsweise nicht ständig auseinanderbauen müssen, 
um den Akku zu laden und oder einen Balancer anzuschließen.

Stefan

von Falk B. (falk)


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@ Stefan (Gast)

>Und die wollte ich vorzugsweise nicht ständig auseinanderbauen müssen,
>um den Akku zu laden und oder einen Balancer anzuschließen.

Naja, intelligenterweise führt man die Abgriffe der Zellen auf einen 
Ladestecker, dann kann man die Balancer ins Ladegerät packen und 
trotzdem einfach anstecken und laden und ggf.  mit stromfressenden 
Balancern leben.
Der externe Balancer hat auch den Vorteil, daß man dort einen dicken 
Kühlkörper dranpappen kann und mit deutlich mehr Strom laden kann. Denn 
der Balancer muss im Extremfall den vollen Ladestrom bei voller 
Zellenspannung verheizen. Dann ist aber meist eine Zelle defekt.

von Falk B. (falk)


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Nachtrag. Es gibt auch den ZR431 von Diodes, der braucht nur 35uA, hat 
allerdings 2,5V Referenzspannung. Dann muss man R2=200k und R3=300k 
ändern.

von Hermann (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Der TLV431 kommt mit weniger als 100uA aus.

Wenn es um wenig Strom geht, gibt es bessere:
LM385 mit 10µA oder noch besser:
LT1389 mit 0,8µA

von Klaus R. (klaus2)


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...in dem Fall lohnt sich der Selbstbau einfach nicht, auch nicht aus 
akademischen Interesse. Protect bei ebay kaufen und Balancer extern mit 
zB imaxB6 machen...mache ich genau so.

Klaus.

von Falk B. (falk)


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@Hermann (Gast)

>Wenn es um wenig Strom geht, gibt es bessere:
>LM385 mit 10µA oder noch besser:

Nicht wirklich, denn bei 5V braucht der worst case auch ca. 50uA.

>LT1389 mit 0,8µA

Geht nicht, denn der hat keinen Referenzeingang.

von Stefan (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> ...in dem Fall lohnt sich der Selbstbau einfach nicht, auch nicht aus
> akademischen Interesse. Protect bei ebay kaufen und Balancer extern mit
> zB imaxB6 machen...mache ich genau so.

Jain... Im Moment lade ich den Akku über einen B6AC. Was mir daran nicht 
gefällt:

1. Der Akku ist "nackt" (Ist etwas in dieser Machart, nur mit 
Powerpoles: 
https://hobbyking.com/media/catalog/product/cache/3/image/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/1/7/176420_9067000276-0_2.jpg)

Das ist für den Transport im Rucksack eher "ungünstig", selbst dann, 
wenn man die Anschlüsse mit arretierten Blindsteckern gegen ungewollten 
Kurzschluss sichert. Sooo irre stabil sind diese Flightpacks nicht...

2. Der Komfort lässt sehr(!) zu wünschen übrig. Ja, geht so... Lala..

Alles in Allem: Ja,... geht. Toll ist die Kombi die du vorschlägst 
nicht. Ich nutze sie und kenne die Nachteile daher zu gut.

>"akkademisches Interesse"

Ich würde eigentlich bevorzugen, den Akku komplett fertig zu kaufen. Ein 
"Powergorilla" (siehe A*zon) wäre an sich ideal. Er liefert die 
benötigten Spannungen, sieht nett aus, hat einen eingebauten 
MPPT-Solarlader (an den lt. Testern auch größere Panele angeklemmt 
werden können) ist HF-mäßig "still"... hat nur leider zu wenig "Bumms" 
im Ausgang und viel(!) zu wenig Wh...

best,
Stefan

von Klaus R. (klaus2)


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...dann kauf bei ebay noch den 6s balancer dazu. Fertsch. Brauchst du 
aber noch ein 6s Ladegerät! Ich find imax einen guten Kompromiss!

Klaus.

von Stefan (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> ...dann kauf bei ebay noch den 6s balancer dazu. Fertsch. Brauchst du
> aber noch ein 6s Ladegerät! Ich find imax einen guten Kompromiss!

Ähhh,... Du hat schon gelesen, dass es sich um einen 3S handelt?

Und ja, der IMAX-B6ac ist ein guter Kompromisseslader... Aber davon wird 
aus dem nackten Akku trotzdem keine bequem nutzbare Lösung. Hast du dir 
die angegebene powerbank angesehen? Es ist mir absolut unklar, warum es 
so etwas nicht mit ca. 100Wh und 10A bei 12V zu kaufen gibt.

von Hermann (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Geht nicht, denn der hat keinen Referenzeingang

Habe ich glatt übersehen.
Ebenfalls den worst case bei LM385 - gut zu wissen.

Aber - unter worst case arbeitet der Akku sowieso nicht mehr und es geht 
ja nur um eine Privatanwendung.
Nehme ich also den besseren Bruder LM185 und wäre dann bei 4,2V und den 
typischen Werten und ein bißchen Sicherheit bei ca. 30µA.

von Hannes (Gast)


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Entschuldigung, das ich den alten Thread wieder hoch hole.

Ich habe den Balancer von Falk schon mehrfach nachgebaut. Zuletzt teil 
mit einem Sziklai-Paar aus BC560 und TIP31 - weil ich die noch vielfach 
da hatte.

Ich würde den Balancer gerne etwas erweitern, denn ich habe ein 
Laderegler der "Trickle Charge" kann.

Meine Idee: Ein 4S Pack mit LiFePos Wird mit 0,5C Geladen, bis der erste 
Balancer meldet "Jo, bin rappel voll!". Jetzt schaltet das Ladegerät in 
"Trickle Charge" mit C/20 und lässt einen Timer laufen und sieht sich 
auch die Ausgangsspannung an. Je nachdem was zuerst erreicht wird (Zeit 
um oder Packspannung = "Voll" erreicht) schaltet es ab.

Ich weiß nur nicht so recht, an welcher Stelle ich solch ein Signal am 
geschicktesten am Balancer abgreifen kann und wie. Hatte am anfang an 
einen Optokoppler o.Ä. gedacht, der aber ja immer strom bräuchte. Die 
Ausgänge der Koppler dann alle parallelen Open Collector an den 
Laderegler?

Ich wäre für jede Hilfe dankbar!

von Hannes (Gast)


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Eine Idee von mir ist im Anhang.

Das Problem dabei ist aber das laut Datenblatt die Flussspannung über 
die IR-Diode de Kopplers 1,2-1,4V wäre. Bei den 2,5V des TL431 und dann 
die Flussspannung on top wäre das aber mehr als meine einzelne Zelle 
verkraft?!

Also 1,4V(Vf_ir) + 2,5V(TL431) = 3,9V. Meine Zelle, eine LiFePo sollte 
aber bei spätestens 3,6V (lieber 3,5V) enden.

Sehe ich das falsch, das meine Idee suboptimal wäre?

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Es kommen sogar noch weitete 1,4 Volt hinzu. 0,7 Volt für die 
Eingangsdiode D1 und weitere 0,7 Volt für die B-E-Strecke vom BC560. 
Also insgesamt 5,3 Volt!

von Hannes (Gast)


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Oh mist! Ich habe vergessen das zu erklären: Die Diode mit der Quelle 
zusammen sollen mein Ladegerät simulieren.

Das ist natürlich nur ein Simulationstest mit einer von vier Zellen - 
würde sonst ja auch wenig Sinn machen.

Aber ansonsten stellt sich mir noch immer die Frage: Wie ich ab besten 
das abfragen kann, ob der Balancer aktiv ist.

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Schalte am Emitter von Q1 einen 10 Ohm / 4 Watt Widerstand nach Minus 
und parallel dazu die LED mit entsprechendem Vorwiderstand.

von Hannes (Gast)


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Ja, das kann klappen.
Aber auch nur solange eben genug "Trickle Charge" fließt. Also um auf 
Nummer sicher zu gehen also ein Strom, der über den 10Ohm mehr als 1,4V 
abfallen lässt.

Also min. 140mA. Dass kann klappen :)

Andererseits, werden die Verluste jetzt um den Transistor "drumherum" 
geschippt und statt dessen im Widerstand verbraten. Macht dann das 
Konzept noch Sinn? Wäre es dann nicht besser den TL431 als Komparator 
laufen zu lassen, der einen kleinen Logik-PFET zuschalten sollte, wenn 
die Spannung an die Grenze des erlaubten fährt?

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Du kannst auch parallel zu Q2 noch einen Q3 schalten (ebenfalls PNP), 
wobei Die Basisanschlüsse über je einen Widerstand entkoppelt werden 
(2k2). Allerdings wird dann am Kollektor von Q3 eine LED mit 
Vorwiderstand nach Minus geschaltet.

von Hannes (Gast)


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So?

Also in der Simulation funktioniert es schon :)
Ich glaub, ich nutz den Nachmittag mal für einen Testaufbau, sollte auch 
alles da haben.

Ich werde berichten, wenn ich es heute noch hinbekomme!

von Hannes (Gast)


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Aso, und schon wieder was vergessen :-/

Es fehlt natürlich der Dank an "Ach Du grüne Neune" :)

von Ach Du grüne Neune (Gast)


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Hannes schrieb:
> So?
>
> Also in der Simulation funktioniert es schon :)
>

Ja, so.
Da du für Q2 und Q3 den gleichen Transistortyp verwendet hast, kannst du 
den 2k2 Widerstand evtl. auch noch auf 470R reduzieren.

von MaWin (Gast)


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Hannes schrieb:
> Ich habe den Balancer von Falk schon mehrfach nachgebaut.

Na ja, ein TL431 zieht schon ERHEBLICH Strom obwohl Ref noch nicht seine 
2.5V erreicht hat. Der entlädt die Akkuzelle also auch unter 4.2/3.6V 
deutlich.

Man nimmt besser HY2213 oder ähnliche. Die haben einen Ausgang der 
deutlich high oder low ist beim Überschreiten der Grenze.
Damit man diese Information in einer Reihenschaltung von Zellen und 
Balancern bis zum Masseanschluss auf dessen Potential normalerweise die 
Auswerteelektronik bezogen ist, weiterreichen kann, reicht ein 
Spannungsteiler mit 1uA Querstrom, also 5-8 MOhm. Der erzeugt bei der 
darunterliegenden Zelle 1/3 UBat oder 2/3 UBat, was sich deutlich mit 
UBat/2 als Grenze unterscheiden lässt.

Hierfür gibt es mehrere Bauteilmöglichkeiten: OpAmp bzw. Komparator wie 
MCP6542 mit Microampere Versorgungsstrom an UBat/2 Spannungsteiler (der 
verknüpft damit auch noch den eigenen Zustand um das logische 
Summensignal weiterzuleiten) mit ca. 3.6 MOhm.
Oder ICL7665 mit eigener Referenz und trotzdem nur 3uA.

von Hannes (Gast)


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Hallo MaWin,

ja das stimmt wohl! Ich habe allerdings in der kleinsten Konfiguration 
ein 4S2P Pack aus 8Ah Headway Zellen, also 16Ah im Pack. in der nächsten 
Ausbaustufe sogar 4S1P aus 40AH Zellen.

Und da die oft (aktuell ~3-4x die Woche einen Zyklus) gebraucht werden, 
finde ich einen Strom von 1-3mA im "Stand By" nicht ganz so schlimm.

Aber du hast natürlich Recht! Der Balancer sollte, wenn er nicht 
gebraucht wird, nahezu keinen Strom benötigen. Erst recht wenn die 
Zellen klein und die Lagerdauer hoch ist.

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