Guten Tag, nachdem ich in den letzten Tagen hier viel im Forum gelesen und mich auf anderen Webseiten erkundigt habe, qualmt mir solangsam der Kopf und ich komme einfach nicht weiter bzw. wiedersprechen sich einige Informationen, die ich so gefunden habe. Ich hoffe daher, dass das Thema nicht zu ähnlich zu den existierenden Themen ist. Ein Freund und ich haben die Idee einen kleinen Solarspeicher zu bauen, den wir z.B. als Insellösung im Garten nehmen, für ein Wohnmobil, oder ähnliches. Es geht dabei nur um das Hobby, Erfahrungen mit neuen Technologien und natürlich auch die Herausforderung. Jetzt ist es so, dass es für LiFePO4-Akkus jede Menge ICs zum Schutz der Zellen gibt, diese aber natürlich auch auf die absoluten maximalen Grenzen des Akkus ausgelegt sind. Unsere Überlegung war es, den Akku natürlich nicht im Grenzbereich zu benutzen, um so auch eine längere Lebensdauer zu erreichen. Hier im Forum habe ich eine Schaltung gefunden, bei der ein TL431 zusammen mit einem Spannungsteiler als Balancer genutzt wurde. In einem anderen Forum habe ich eine Schaltung für die Unterspannungsabschaltung gefunden - genutzt wurde ein "Schmitt-Trigger" bestehend aus einer Referenz (LM385-Z1.2), einem OpAmp (TS912) und einem N-Channel-MOSFET (IRF7401) sowie einem entsprechenden Spannungsteiler. Meine Frage wäre jetzt, ob ich beide Schaltungen so aufbauen muss, oder ob man irgendwie mit einer Schaltung beide Punkte nutzen kann. Vom Prinzip her stelle ich mir das so vor, dass bei Unterschreitung der Spannung von 3.0V ein MOSET den Akku (oder besser den 4S2P-Verbund) von der Last trennt. Auf der anderen Seite soll bei 4.0V über ein MOSFET ein Leitungswiderstand zur Zelle geschaltet werden, da die hier gefundene Schaltung den Strom sonst nur mit wenigen Milliampere über den Transistor verheizt. Idealerweise wäre es noch perfekt, wenn die spätere Schaltung so flexibel sein kann, dass man durch Änderung des Spannungsteilers auch andere Zellen (LTO, Li-Ion) nutzen könnte. Bei einem normalen 12V System wären so auch sechs LTO-Zellen möglich (1.85V bis 2.75V je Zelle). Ich weiß, viel Text bis hier hin und kein Schaltplan :( Es wäre schön, wenn ich hier Unterstützung finden würde. :) Ich freue mich auf eure Antworten bzw. natürlich auch Fragen und Anregungen. Viele Grüße, Stefan
Als Gast kann ich leider nicht editieren - die Spannungen beim LiFePO4 waren natürlich falsch! V(min) = 2.9V V(max) = 3.4V
Stefan schrieb: > die Spannungen beim LiFePO4 > waren natürlich falsch! > > V(min) = 2.9V > V(max) = 3.4V Jo, so sieht das besser auf. Für LiFePo4 Blöcke gibt es Balancer, die direkt über die Zelle geschraubt werden. Im Prinzip nichts anderes als die o.a. Balancierschaltung mit TL431 und z.B. Leistungstransistor. In welcher Grössenordnung sich das abspielt, hängt davon ab, was für Zellen das sind.
Der Balancer sollte selbst so wenig Leistung wie möglich aus den Akkus ziehen. Die Standardschaltung dafür nutzt den MAX921 (Komparator mit eingebauter Referenz).[1] Die Unterspannungsabschaltung geht mit sog. RESET-Schaltungen die eigentlich für Mikrocontroller sind am besten. Die haben sehr präzise Spannungsschwellen und verbrauchen wenig Strom. MCP100 oder TCM8095 von Microchip Technologies, APX809/ -810 von Diodes Incorporated, STM809/ -810 von ST Microelectronics, MIC803 von Micrel, NCP301 von OnSEMI. Einen MOSFET zu treiben geht dann noch immer ganz gut. Die Standardschaltung ist aber mit ICL7665 – selber raussuchen. Keine dieser diskreten Varianten schützt für Überstrom oder gar Kurzschluss sowie Verpolung, was aber vorhanden sein sollte. Schnell kommt man mal mit den Anschlüssen in Berührung oder vertauscht etwas. Daher sind die integrierten Schutzschaltungen deutlich besser. 2 MOSFETs in SOT-23-3 und ein kleiner TSSOP sind nun mal nicht besser zu integrieren – was Euer Ziel ist. Das kompakteste mit diskreten Bauteilen ist AN731 von Maxim Integrated. [1] https://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?157641-LiPo-Balancer-Schematics-PCB
Vielen Dank für eure schnellen Rückmeldungen! Unsere Idee war natürlich erstmal klein anzufangen und dann ggf. andere Systeme aufzubauen. Aktuell gehen wir von 40Ah bei 12V aus - also vier LiFePO4 Zellen. Ich habe mir die von Robert verlinkt Schaltung einmal angesehen und sie ist wirklich sehr interessant! Vielen Dank dafür! Robert hat natürlich Recht, dass keine der Schaltungen vor Verpolung bzw. Kurzschluss schützt - da müssen wir dann entsprechend aufpassen. Überstrom hätte ich auf jeden Fall mir div. Sicherungen vorgesehen - also in der eigentlichen Anschlussleitung und ggf. sogar auf den einzelnen Balancer-Boards eine kleine Feinsicherung. Leider wird keine der genannten Schaltungen mit den LTO-Zellen funktionieren, da ich hier nur 1,85V bis 2,75V zur Verfügung hätte. Reicht es aus eurer Sicht, wenn man im "Fehlerfall" (also Unterspannung) nur entsprechend die eine Zelle über die Überwachung trennt oder sollte man auch den Hauptlastkreis trennen und somit zwei MOSFETs steuern (Zelle + Zuleitung)?
Hallo Stefan, Stefan schrieb: > Ich weiß, viel Text bis hier hin und kein Schaltplan :( > Es wäre schön, wenn ich hier Unterstützung finden würde. :) Stefan schrieb: > Hier im Forum habe ich eine Schaltung gefunden, bei der ein TL431 > zusammen mit einem Spannungsteiler als Balancer genutzt wurde. > > In einem anderen Forum habe ich eine Schaltung für die > Unterspannungsabschaltung gefunden ich interessiere mich auch für das Thema "Balancing". Auch im Namen aller anderen Interessierten darf ich Dir herzlich für die gewahrte Vertraulichkeit danken, mit der Du sicherstellst, dass kein anderer Interessierter von den von Dir gefundenen Schaltplänen Kenntnis nimmt. Vielen Dank! Mit herzlichen Grüßen Peter M.
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Peter M. schrieb: > herzlich für die > gewahrte Vertraulichkeit danken Ach du meine Nase - wir haben hier schon oft darüber diskutiert. Eine einfache Suche erbringt z.B. meinen alten Thread: Beitrag "Entwicklungsidee einfacher LiIon-LiPo Balancer"
@Peter Es war nicht meine Absicht hier etwas zu verheimlichen. Eine Schaltung war bereits von Boris O. hier verlinkt worden. Den zweiten Schaltplan, den ich angesprochen hatte, hatte ich hier gefunden: https://www.ledstyles.de/index.php?thread/7483-eine-ganz-banale-unterspannungsabschaltung/&postID=125984#post125984 Viele Grüße
Stefan schrieb: > Meine Frage wäre jetzt, ob ich beide Schaltungen so aufbauen muss Nee, besser nicht. Erstens gelten LiFoPo4 als so robust, daß sie keinen Balancer brauchen. Stefan schrieb: > Hier im Forum habe ich eine Schaltung gefunden, Echt, nur Eine ? Welche denn von den Dutzenden ? NATÜRLICH gibst du keinen Link an, macht ja Mühe, könnte ja Fakten liefen. Dann scheinen (deine Schaltungen so stromhungrig zu sein, daß sie den Akku schon selbst entladen, ganz ohne angeschlossenen Verbraucher. Stefan schrieb: > Den zweiten Schaltplan, den ich angesprochen hatte, hatte ich hier > gefunden: Geile Seite: Erstens werden mindestens 3 Schaltungen dort besprochen, dann verweist es auf ein anderes Forum, und der einzige Schaltplan ist für Nicht-Mitglieder verborgen. WAS SOLL DER SCHEISS ? Warum nicht einfach fertig kaufen ? https://www.ebay.de/itm/4S-12V-100A-BMS-PCB-PCM-for-4-Pack-3-2V-LiFePO4-LIPO-Battery-w-BALANCE-Cable/273731923462
@Michael B. Ich danke dir sehr für deine ausführliche und sehr hilfreiche Antwort zu meinem Anliegen. Selbstverständlich hast du dir die Mühe gemacht meinen Eingangspost zu lesen und auch meine Fragen darin zu verstehen. [Achtung - der oben geschriebene Text kann Ironie enthalten] Aber um die Punkte zu beantworten: - Mir sind die Schaltgrenzen bei den fertigen BMS zu niedrig bzw. zu hoch, da die genau die Akkugrenzen sind - hatte ich aber auch schon so geschrieben! - Mein Link führt genau zu einem Beitrag, in dem drei Schaltvarianten (mit anderen Bauteilen) aufgezeigt werden. Die Schaltungen lassen sich auch ohne Anmeldung jederzeit aufrufen. Keine Ahnung, was du da angestellt hast?! - Mir war es lieber den Link zum Forum zu nennen und somit auch den Urheber, als einfach nur eine Schaltung zu kopieren. Sonst muss man festhalten, dass du als Troll super Arbeit geleistet hast, sonst aber genau 0 zur Problemlösung beigetragen hast.
Hallo Matthias, Matthias S. schrieb: > Ach du meine Nase - wir haben hier schon oft darüber diskutiert. Eine > einfache Suche erbringt z.B. meinen alten Thread: > Beitrag "Entwicklungsidee einfacher LiIon-LiPo Balancer" bei der Suche zum Thema habe ich eine Reihe von Balancer-Threads durchgelesen, natürlich auch Deinen.
Hallo Stefan, wie im echten Leben und in bestimmten Situationen ist es auch hier sinnvoll einige "Spezialisten" einfach zu ignorieren - oder sprichst und diskutierst du auch mit jeden Bahnhofobdachlosen der um Geld bettelt, oder irgend einen besoffenen Heini der rumpöbelt? Ansonsten: Genau das was du brauchst, allerdings für LiPo, suche ich auch, als reines Warnsystem gibt es das sehr komfortabel und preiswert aus dem Modellbaubereich, aber eben nicht als echte autonome Schutzschaltung für die Akkulebensdauer (Innenwiderstand bleibt über viele hundert Ladezyklen möglichst gering, nutzbare Kapazität nimmt möglichst wenig ab). Irgendwie schon erstaunlich, es dürfte doch kein Problem sein anstatt eines Piezosummers und einer LED zu schalten auch einen Leistung MOSFET die Last wegschalten zu lassen - denn ansonsten bieten schon sehr preiswerte LiPo Warner alles was man benötigt. Jemand
@Jemand Das kann man natürlich auch so sehen und du hast damit sicherlich auch Recht! Es ging mir aber genau um diese Art und Weise... Wie im Eingangsposting geschrieben, hat mir bei eigentlich allen Kaufsystemen die Möglichkeit gefehlt etwas an den Schaltschwellen zu machen - diese sind meistens auf die Minimal- / Maximalwerte des Akkus gesetzt. Wie das jetzt bei deinen LiPo Warnern aussieht, weiß ich ehrlich gesagt nicht - wäre aber sicherlich eine schöne Idee, wenn man die umbauen könnte. Nachdem ich gestern noch viel gelesen habe, würde ich es aktuell mit dem MAX921 für einen Balancer versuchen bzw. ICL7665 für den Unter- / Überspannungsschutz. Das hat mir eigentlich ganz gut gefallen. Was ich allerdings noch bräuchte, wären Alternativen für LTO-Zellen (1.85V bis 2.75V je Zelle). Die vorgeschlagenen ICs scheinen dafür nicht zu gehen. Vielleicht kann mir hier nochmal jemand helfen? Viele Grüße, Stefan
LTO Zellen habe in der Tat eine ungewöhnlich niedrige Spannungslage. Betrachten wir uns mal hierzu die Entladekurve einer LTO Zelle: https://www.ev-power.eu/docs/web/2015/LTO-DisCharge-Rates.gif Auffällig ist, dass zum Entladeende hin die Spannung steil in den Keller geht. Es macht eigentlich keinen Sinn, die Abschaltung bei 1,85 V vorzunehmen. Bei 2,0V ist bereits 98% der Kapazität entnommen bzw. bei 2,2V etwa 96%. (Vorausgesetzt Entladeströme <= 1C). Zudem schont es die Zelle, wenn man die Abschaltung gut vor dem absoluten Minimum vornimmt. Welche Halbleiter eignen sich nun für die niedrige Spannungslage? Fangen wir mal mit dem MOSFET an. Hier ist wichtig, dass dieser für Vgs=1,8V spezifiziert ist; also im Datenblatt zu dieser Spannung ein Rdson Wert angegeben ist. Wenig hilfreich ist es, Vgs(th) heranzuziehen. Den braucht man eher, wenn man wissen will, wann der MOSFET noch sicher sperrt. Hier mal eine Auswahl mit <= 1,8V Typen: P-Kanal: IRF7410, IRF7420, SiS407DN, CSD25402 N-Kanal: Si4836DY, Si2342DS, PSMN006-20K, DMN1019USN Bei den OpAmps sieht es ähnlich mager bei 1,8V aus. Hier ist auch auf R2R und very low supply current zu achten, damit der Akku nicht zu schnell leergesaugt wird. Geeignete OpAmps: 1-Kanal: MAX4289 2-Kanal: MAX4240 Als Spannungsreferenz ist der LM385-1.2 immer noch gut und günstig. Der liefert noch bei einer Bestromung von 10µA stabile 1,235V. Das wäre an 1,8V mit einem Vorwiderstand von 56kOhm gegeben. Ok, laut Designempfehlung sollte man 20µA vorsehen. Das wäre ein Vorwiderstand von 27kOhm, dann ist man auf der sicheren Seite. Weiterhin gibt es als all-in-one Lösung den bereits genannten ICL7665 (Oldie) als Low-Power-Voltage-Detector. Zu erwähnen sei noch der TPS3779 mit sehr ähnlichen Eigenschaften, der zudem deutlich günstiger ist und Push-Pull Ausgänge hat, um einen MOSFET in beide Richtungen niederohmig (ohne Pull-Up) zu treiben. Der Spannungsbereich ist allerdings nur 1,5….6,5V Kommen wir nun zur Abschaltung bei Unterspannung. Das macht eigentlich nur bei einer einzelnen Zelle Sinn. Haben wir einen Verbund z.B. 5S LTO Zellen für 12V, genügt ja eine gemeinsame Abschaltung, so ist das nun mal bei einer Reihenschaltung. Und bei 12V ist die Auswahl an Halbleitern wieder riesig. Außerdem braucht es bei Reihenschaltung einen Balancer, bei dem IdR ein Unterspannungsschutz vorhanden ist. Nur nicht immer frei wählbar.
Hallo Bernd, vielen Dank für deine ausführlichen Informationen, die mir wirklich sehr weitergeholfen haben!!! Wenn ich mir deine Vorschläge ansehe, macht es für mich natürlich Sinn bei den neuen ICs zu bleiben (egal ob LTO oder LiFePO4), damit ich nicht soviele verschiedene Bauteile erwerben muss bzw. die Platinen gleich bleiben können. Ich habe eben ein paar Rechnungen angestellt und vielleicht kannst du da einmal drüber gucken. Ich würde den MAX4289 zur Steuerung des Balancers nehmen. Einschalten soll sich dieser bei LTO-Zellen bei 2,58V. Als Referenz habe ich die Schaltung aus dem oben genannten Forum "Ledstyles" genommen. Vorwiderstand LM385-1.2 ausgehend von einer minimalen Versorgungsspannung von 2,2V: U= 2,2V I = 20µA -> R= 11k Spannungsteiler für MAX4289: R1 = 33k (festgelegt bzw. aus Schaltung übernommen) R2 = 33k * (2,58V / 1,235V - 1) = 35,94k => 35,7k 1% Weiterhin würde ich den TPS3779 für die Unter- bzw. Überspannung nehmen. (für die Berechnungen habe ich mich an das Datenblatt von TI Seite 14-15 gehalten). V(MON_PG1) = 2,2V V(MON_UV1) = 2,0V (unter 2,0V soll abgeschaltet werden) V(MON_PG2) = 2,5V V(MON_UV2) = 2,6V (bei über 2,6V soll abgeschaltet werden) R(total) = 2,6V / 2µA = 1,3M R3 = 1,194 / 2µA = 597k R2 = (1,3M / 2,0V) * 1,134 V - 597k = 140,1k R1 = 1,3M - 597k - 140k = 563k => 562k 1% Ich hoffe ich liege so spät jetzt nicht total daneben. Viele Grüße, Stefan
Hallo zusammen, ich würde gerne bald die ersten Teile bestellen und dann mal sehen, wie weit ich mit dem Projekt komme. Es wäre toll, wenn sich jemand vorher die Rechnungen einmal ansehen und kontrollieren könnte, bevor ich die falschen Widerstände kaufe - ich habe zu Hause leider keine Auswahl, so dass kurzfristige Änderungen nicht möglich sind. Vieken DANK! :)
R=(2.2-1.2)/20u=60k Beim MAX scheint es zu passen. TPS, nicht nachgeprueft. Sehe Trimmer vor, oder Plaetze fuer zusatzliche Abgleichwiderstaende.
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