Spannungsrippel Li-ion Akku beim entladen

[Falko (Gast)]

Hallo,
ich habe vor einen Makita li-ion Werkzeugakku mit 18V und einen 
LED-Arbeitsscheinwerfer zu einem mobilen, kompakten Baustrahler zu 
kombinieren.
Die angebotenen Arbeitsscheinwerfer haben einen variablen 
Spannungsbereich von 10-30V. In den Rezensionen der Scheinwerfer liest 
man des öfteren, dass nach Einbau der Scheinwerfer an ein Fahrzeug das 
Radio stark rauscht / stört. Da ich davon ausgehe, dass dieses 
Störsignal vom Spannungswandler des Scheinwerfers ausgeht, wollt ich nun 
wissen was ein solcher Spannungsrippel (Frequenz und Amplitude leider 
noch unbekannt) für Auswirkungen auf den Werkzeugakku haben könnte? Ich 
habe keine Lust mir den Akku auf Dauer zu zerstören. Ich könnte mir 
vorstellen, dass die Chemie gereizt auf dieses Inkonsistenz reagieren 
könnte ;-)
Hat jemand Erfahrung mit Spannungsrippel beim Entladen von Li-Ion Akkus?

Beste Grüße
 Falko

[Mauricio DiMauro (Gast)]

Falko schrieb:

> ich habe vor einen Makita li-ion Werkzeugakku mit 18V und einen
> LED-Arbeitsscheinwerfer zu einem mobilen, kompakten Baustrahler zu
> kombinieren.

Viel Erfolg.

> Da ich davon ausgehe, dass dieses
> Störsignal vom Spannungswandler des Scheinwerfers ausgeht,

Das ist sehr wahrscheinlich, aber Dioden können selber erheblich 
rauschen.
Letzteres wird in Deinem Fall aber keine hohe Relevanz haben. Ersteres 
schon.

> wollt ich nun
> wissen was ein solcher Spannungsrippel (Frequenz und Amplitude leider
> noch unbekannt) für Auswirkungen auf den Werkzeugakku haben könnte?

Erfahrung mit Nickel und Blei Akku:
Wenn Stromspitzen die Spannung einbrechen lassen, wird zu früh auf 
leeren Akku erkannt.
Stromspitzen machen den Wirkungsgrad kaputt. Höhere Ströme > höhere 
Stromverluste. Mit einem gleichmäßigeren Stromfluss bist Du u.U. besser 
dran.
Hängt halt am Detail.

> Ich
> habe keine Lust mir den Akku auf Dauer zu zerstören. Ich könnte mir
> vorstellen, dass die Chemie gereizt auf dieses Inkonsistenz reagieren
> könnte ;-)
> Hat jemand Erfahrung mit Spannungsrippel beim Entladen von Li-Ion Akkus?

Der Innenwiderstand von LiIon ist meist kleiner als bei Nickel und Blei 
Akku.
D.h. die Stromspitzen werden höher. Das kann zum Ansprechen der 
Schutzelektronik des Akkus führen. Es gibt Elektroniken, die schalten 
dann für immer und ewig ab.
Die Schutzelektronik des akkus könnte auch anderweitig durch den Ripple 
gestört werden.

Dagegen Hilft Filtern.
Vor dem Scheinwerfer in der + Zuleitung eine Drossel mit einer 
Schottkydiode als Freilaufdiode. Zwischen Drossel und Scheinwerfer einen 
Elko und einen keramischen Kondensator paralell zwischen + und -.
Zwischen Drossel und Akku einen Folienkondensator zwischen + und -.
In Härtefällen eine zweite Drossel an gleicher Position in der Minus 
Zuleitung.

[Armin X. (werweiswas)]

Ich behaupte mal, dass so ein "Störrippel gar nichts ausmacht.
Der durch eine PWM verursachte Rippel ist zwar nicht so hochfrequent 
aber von der Amplitude um einiges größer als der einer Radiostörung.
Ich würde mir viel mehr Gedanken um den Akku machen weil der 
Scheinwerfer diesen bis auf mindestens 10V herunter leersaugen wird 
wobei die schlechteste Zelle da mit Sicherheit auf unter 2V entladen 
sein wird.
Im schlechteste Fall gar bis auf 0V oder sogarumgepolt wird weil die 
restlichen Zellen noch munter 3V/Zelle liefern...
Sprich: Du brauchst dringend noch eine aktive Abschaltung bei ca 14 - 
15V.

[H. B. (Gast)]

Armin X. schrieb:
> Ich behaupte mal, dass so ein "Störrippel gar nichts ausmacht.
> Der durch eine PWM verursachte Rippel ist zwar nicht so hochfrequent
> aber von der Amplitude um einiges größer als der einer Radiostörung.
> Ich würde mir viel mehr Gedanken um den Akku machen weil der
> Scheinwerfer diesen bis auf mindestens 10V herunter leersaugen wird
> wobei die schlechteste Zelle da mit Sicherheit auf unter 2V entladen
> sein wird.
> Im schlechteste Fall gar bis auf 0V oder sogarumgepolt wird weil die
> restlichen Zellen noch munter 3V/Zelle liefern...
> Sprich: Du brauchst dringend noch eine aktive Abschaltung bei ca 14 -
> 15V.

Kann mir vorstellen, dass die Spannungserzeugung für die LED´s im 
Scheinwerfer mit einem Boost Converter generiert wird.
Wenn der nicht sauber aufgebaut ist (Entstörung, schlechtes Layout, 
usw.) kann der das Radio stören.

Bei jedem Einschalten des Leistungstransistors steigt der Eingangsstrom 
rasch an, bei jedem Ausschalten sinkt er rasch. Diesem Welligkeitsstrom 
überlagert gibt es einige Gleichtaktstörungen, die der 
Eingangskondensator nicht ausfiltern kann. Allgemein sind die Störgrößen 
auf der Eingangsseite aber geringer als auf der Ausgangsseite, weil die 
Akkustromversorgung eine Quelle mit geringer Impedanz ist, die einen 
Großteil hochfrequenter Störungen absorbiert. Ein typischer 
reflektierter AC-Welligkeitsstrom am Eingang ist im angehängten Bild 
dargestellt.

Um solche Wandler optimal zu Entstören, sollte man am Eingang und am 
Ausgang jeweils ein Pi-Filter schalten (stromkompensierte Drossel mit C 
davor und dahinter).
Da du auf den Ausgang wahrscheinlich keinen Zugriff hast, musst du dich 
nur mit einem Eingangsfilter begnügen.

Was das "leersaugen" des Akkus angeht, brauchst du dir keine Sorgen 
machen, solche Akkupacks haben bereits Elektronik verbaut, die die Akkus 
vor Überladung, Überstrom und Tiefentladung schützt und bei einer 
definierten Mindestspannung abschaltet.

[Jan R. (Gast)]

H. B. schrieb:
> Was das "leersaugen" des Akkus angeht, brauchst du dir keine Sorgen
> machen, solche Akkupacks haben bereits Elektronik verbaut, die die Akkus
> vor Überladung, Überstrom und Tiefentladung schützt und bei einer
> definierten Mindestspannung abschaltet.

Manche haben nur die Sensorik verbaut, aber kein FET um um die Last ab 
zu werfen..

[Falko (Gast)]

Vielen Dank für die schnellen Antworten. Da das Problem mit Filtern in 
den Griff zu bekommen ist, würde ich die benötigten Teile nun bestellen 
und dann mit dem Oszi den tatsächlichen Rippel aufnehmen.

H. B. schrieb:
> Um solche Wandler optimal zu Entstören, sollte man am Eingang und am
> Ausgang jeweils ein Pi-Filter schalten (stromkompensierte Drossel mit C
> davor und dahinter).
> Da du auf den Ausgang wahrscheinlich keinen Zugriff hast, musst du dich
> nur mit einem Eingangsfilter begnügen.

Mauricio DiMauro schrieb:
> Dagegen Hilft Filtern.
> Vor dem Scheinwerfer in der + Zuleitung eine Drossel mit einer
> Schottkydiode als Freilaufdiode. Zwischen Drossel und Scheinwerfer einen
> Elko und einen keramischen Kondensator paralell zwischen + und -.
> Zwischen Drossel und Akku einen Folienkondensator zwischen + und -.
> In Härtefällen eine zweite Drossel an gleicher Position in der Minus
> Zuleitung.

Mit dem Thema Filter würde ich mich dann nochmal im Forum belesen 
müssen, damit habe ich aktuell noch keine Erfahrung. Eure Eläuterungen 
haben mir aber bereits verdrängtes Grundwissen wieder in Erinnerung 
gerufen ;-)

H. B. schrieb:
> Was das "leersaugen" des Akkus angeht, brauchst du dir keine Sorgen
> machen, solche Akkupacks haben bereits Elektronik verbaut, die die Akkus
> vor Überladung, Überstrom und Tiefentladung schützt und bei einer
> definierten Mindestspannung abschaltet.

Ich habe mich nochmal in der Dokumentation zu den Makitaakkus belesen, 
also es ist tatsächlich so, dass die neueren Modelle (mit Stern) wohl 
dieses erweiterte BMS haben und die alten Modell tatsächlich nicht 
abschalten. Da ich beide Varianten habe werde ich wohl zur sicherheit 
eine Schutzschaltung zusätzlich einbauen.
Gibt es dazu eventuell schon einen fertigen IC oder eine günstiges 
Board,  welches ihr dazu empfehlen könnt?

Ich melde mich sobald ich nähere Informationen zum Rippel habe, nochmals 
vielen Dank an die Helfenden.

[Falko (Gast)]

Vielen Dank für die schnellen Antworten. Da das Problem mit Filtern in 
den Griff zu bekommen ist, würde ich die benötigten Teile nun bestellen 
und dann mit dem Oszi den tatsächlichen Rippel aufnehmen.

H. B. schrieb:
> Um solche Wandler optimal zu Entstören, sollte man am Eingang und am
> Ausgang jeweils ein Pi-Filter schalten (stromkompensierte Drossel mit C
> davor und dahinter).
> Da du auf den Ausgang wahrscheinlich keinen Zugriff hast, musst du dich
> nur mit einem Eingangsfilter begnügen.

Mauricio DiMauro schrieb:
> Dagegen Hilft Filtern.
> Vor dem Scheinwerfer in der + Zuleitung eine Drossel mit einer
> Schottkydiode als Freilaufdiode. Zwischen Drossel und Scheinwerfer einen
> Elko und einen keramischen Kondensator paralell zwischen + und -.
> Zwischen Drossel und Akku einen Folienkondensator zwischen + und -.
> In Härtefällen eine zweite Drossel an gleicher Position in der Minus
> Zuleitung.

Mit dem Thema Filter würde ich mich dann nochmal im Forum belesen 
müssen, damit habe ich aktuell noch keine Erfahrung. Eure Eläuterungen 
haben mir aber bereits verdrängtes Grundwissen wieder in Erinnerung 
gerufen ;-)

H. B. schrieb:
> Was das "leersaugen" des Akkus angeht, brauchst du dir keine Sorgen
> machen, solche Akkupacks haben bereits Elektronik verbaut, die die Akkus
> vor Überladung, Überstrom und Tiefentladung schützt und bei einer
> definierten Mindestspannung abschaltet.

Ich habe mich nochmal in der Dokumentation zu den Makitaakkus belesen, 
also es ist tatsächlich so, dass die neueren Modelle (mit Stern) wohl 
dieses erweiterte BMS haben und die alten Modell tatsächlich nicht 
abschalten. Da ich beide Varianten habe, werde ich wohl zur Sicherheit 
eine Schutzschaltung zusätzlich einbauen wollen.
Gibt es dazu eventuell schon einen fertigen IC oder eine günstiges 
Board,  welches ihr dazu empfehlen könnt?

Ich melde mich sobald ich nähere Informationen zum Rippel habe, nochmals 
vielen Dank an die Helfenden.

[Armin X. (werweiswas)]

H. B. schrieb:
> Was das "leersaugen" des Akkus angeht, brauchst du dir keine Sorgen
> machen, solche Akkupacks haben bereits Elektronik verbaut, die die Akkus
> vor Überladung, Überstrom und Tiefentladung schützt und bei einer
> definierten Mindestspannung abschaltet.

Vergiss das!
Die Mosfets in den Makita Akkus dienen nur dazu den Pack von der Umwelt 
zu trennen wenn das eingebaute "Hirn" der Meinung ist dass der Akku nun 
tot zu sein hat.
Dann kriegst Du den aber auch nicht mehr wiederbelebt...