Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Reihenschaltung von 3 Bleigel-Akkus überwachen


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von Marcel G (Gast)


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Moin Moin!

für eine mobile Spannungsversorgung schalten wir aktuell drei 12 Ah 
Bleigel-Akkus (selbe Charge und alle neu) in Reihe. Der 
Spitzen-Entladestrom liegt bei ca. 10A also maximal 400W.

Geladen werden die Akkus separat oder parallel (noch nicht ganz klar)

Kopfzerbrechen bereitet uns noch die Tiefenentladungsüberwachnung der 
Akkus.
Bei 11,5 V bzw. 34,5 V Gesamtspannung würden wir die Akkus gerne von der 
Last trennen, um ein wenig was von den Akkus zu haben. Unter Last 
verlieren wir da zwar etwas an Kapazität, was aber okay ist.

Ich habe im Prinzip zwei Ideen:

1. Nur einen Akku mittels ICL7665 überwachen und entsprechend einen 
MosFET schalten. Da bin ich mir unsicher, ob man mit 12 Volt am Gate 36V 
zwischen Source und Drain schalten kann. Ich habe zwar Grundkenntnisse 
in dem Bereich aber dafür reicht es nicht aus. 12 V Akkus habe ich schon 
häufiger mit diesem IC überwacht und die Last geschaltet.

2. Klassisch mit irgendeinem OPV eine Schaltung mit Spannungsteiler und 
Spannungsreferenz aufbauen. Der Ausgang schaltet dann den MosFET. Da 
stellt sich die Frage, welche OPVs 36V vertragen und gleichzeitig einen 
geringen Strombedarf haben und mir bei getrennter Last nicht noch den 
Akku leer ziehen.

Über Denkanstöße wäre ich sehr dankbar

Grüße
Marcel G

von Marcel G (Gast)


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Niemand?

So wie im Anhang hab ich mir das zusammengesucht. Scheint grundlegend zu 
funktionieren. Rot zeigt die Spannung des Akkus und grün den Strom über 
R5.
Sämtliche Stützkondensatoren sind nicht aufgeführt.

Bleibt das Problem, dass die Komponenten, die hier einfach beispielhaft 
angenommen wurden, keine 36V DC vertragen und ich auch keinen Komparator 
finden konnte, der die Spannung von drei vollen Akkus verträgt...

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Dann baust Du halt drei einzelne parallel zu jeweils einem Akku und 
machst eine UND-Verknüpfung oder Nicht-ODER.

von Matthias L. (lippy)


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Warum baust Du nicht eine potentialgetrennte Schaltung dreimal. Jede ist 
parallel zu einem Akku und überwacht deren Spannung. Ist sie hoch genug, 
wird per Optokoppler ein Signal an den schon erwähnten Mosfet-Schalter 
weitergeleitet. Hier werden alle drei UND-verknüpft und erst dann gibt 
der MOSFET die Reihenschaltung frei...

von Helge (Gast)


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Die Schaltung aus der Simulation wird nicht ausreichen. Es braucht eine 
bessere Referenz, außerdem eine Hysterese. Der belastete Akku hat ja 
weniger Spannung als der ausgeschaltete. Vielleicht läßt sich ein 
Tiefentladesensor pro Akku bauen, mit dem ICL7665. Für den Baustein 
gibts hier aber bessere Spezialisten, ich hab den vor langer Zeit 
zuletzt eingesetzt. Dann die Summe aus den 3 Signalen auf einen Mosfet.

von Manfred (Gast)


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Marcel G schrieb:
> Bleibt das Problem, dass die Komponenten, die hier einfach beispielhaft
> angenommen wurden, keine 36V DC vertragen

Um auf der sicheren Seite zu bleiben, wäre die Schaltung auf 45V 
auszulegen - drei Akkus in Reihe an dummem Ladegerät.

> und ich auch keinen Komparator
> finden konnte, der die Spannung von drei vollen Akkus verträgt...

Einen Spannungsteiler kennst Du?

Ich könnte mir einen µC (Arduino) am unteren Akku vorstellen, der alle 
drei Spannungen misst und rechnet - eine sonderlich hohe Auflösung ist 
da nicht gefordert und der µC könnte auch lastabhängig kurze Einbrüche 
wegrechnen.

Matthias L. schrieb:
> Warum baust Du nicht eine potentialgetrennte Schaltung dreimal. Jede ist
> parallel zu einem Akku und überwacht deren Spannung. Ist sie hoch genug,
> wird per Optokoppler ein Signal

Dieser Gedanke ging mir auch durch den Kopf, pro Akku seinen ICL7665 
(oder ähnliches) und deren drei Ausgänge per Optokoppler verknüpfen.

von Marcel G (Gast)


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Moin,

danke für eure Tips!

Mit Optokopplern kenne ich mich leider gar nicht aus.

Ich denke, so wie im Anhang wird das nicht funktionieren richtig?

Helge schrieb:
> Es braucht eine
> bessere Referenz, außerdem eine Hysterese.

Es ist doch eine Hysterese vorhanden durch die Rückkopplung. 34,5 V 
Abschaltspannung und knapp 36 Wiedereinschaltspannung.

von Manfred (Gast)


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Marcel G schrieb:
> Mit Optokopplern kenne ich mich leider gar nicht aus.

Mit FETs auch nicht. Überlege, welche Spannungen sich zwischen 
Gate-Source ergeben, so wird das nichts. Wenn die Last auf GND bezogen 
ist, muss da ein P-FET rein.

Die Funktion von Optokopplern kann man nachlesen, "kenne ich mich nicht 
aus" ist kein Grund.

von Marcel G (Gast)


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Manfred schrieb:
> muss da ein P-FET rein.

Der IRF4905 ist doch ein P-Fet ?! Den habe ich schon diverse Male in 
Kombination mit dem ICL7665 genutzt. Allerdings nur an 12V Geräten.

Manfred schrieb:
> Die Funktion von Optokopplern kann man nachlesen, "kenne ich mich nicht
> aus" ist kein Grund.

Was ein Optokoppler ist und wie er grundlegend funktioniert weiß ich, 
allerdings nicht wie man mehrere Signale damit logisch verknüpft und 
anschließend einen UND-verknüpften Ausgang schalten kann. Aber ich werde 
lesen..

von Zentralbatterie (Gast)


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Relais in Selbsthaltung mit passendem Vorwiderstand
und Parallelkondensator.

Der Kondensator ist wichtig, damit das relais nicht bei kurzen
Spannungseinbrüchen abfällt.

Wenn das Relais wegen dauerhafter Unterspannung abfällt,
wird der Akku komplett getrennt und nicht über irgendeinen
(Teiler-) Widerstand weiter entladen.

Seit ca. 100 Jahren bewährte Technik.

von Manfred (Gast)


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Marcel G schrieb:
> Manfred schrieb:
>> muss da ein P-FET rein.
>
> Der IRF4905 ist doch ein P-Fet ?! Den habe ich schon diverse Male in
> Kombination mit dem ICL7665 genutzt. Allerdings nur an 12V Geräten.

Entschuldige, da habe ich mich verguckt, sind tatsächlich P-FETs.

Kannst Du in der Kette der Drei gewähleisten, dass die +-20V U(GS) nicht 
überschritten werden?

Marcel G schrieb:
> Was ein Optokoppler ist und wie er grundlegend funktioniert weiß ich,
> allerdings nicht wie man mehrere Signale damit logisch verknüpft und
> anschließend einen UND-verknüpften Ausgang schalten kann.

Einen P-FET und alle drei Optolopplerausgänge in Reihe nach GND. Wenn 
einer davon zu macht, ist der FET aus. Dazu ein Spannungsteiler, um die 
zulässige U(GS) nicht zu überschreiten.

von Schwarzer H. (feke-te)


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Marcel G schrieb:
> Bei 11,5 V bzw. 34,5 V Gesamtspannung würden wir die Akkus gerne von der
> Last trennen, um ein wenig was von den Akkus zu haben.

Japp,

https://www.pollin.de/p/bausatz-universal-akku-tiefentladeschutz-v1-0-810533

der kann 24 V überwachen,  evtl. 2x oder such Dir was im Netz;)

Stichwort Akku-Tiefentladeschutz

: Bearbeitet durch User
von Dieter (Gast)


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Die Schaltung sollte aber bei Unterspannung den geringsten 
Stromverbrauch aufweisen.

von Dieter (Gast)


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So im Prinzip. Es fehlt noch die Spannungsbegrenzung fuer das Gate.

von Marcel G (Gast)


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Dieter schrieb:
> Die Schaltung sollte aber bei Unterspannung den geringsten
> Stromverbrauch aufweisen.

Das habe ich mir bei der Pollin-Schaltung auch gedacht. 1,2 mV pro Volt 
Betriebsspannung ist ganz schön happig. Aber egal geht eh nicht für 36V.

Also in etwa so wie im Anhang?

von Marcel G (Gast)


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Dieter schrieb:
> So im Prinzip. Es fehlt noch die Spannungsbegrenzung fuer das Gate.

Da warst du schneller. Vielen Dank. Sieht ja meiner Idee relativ 
ähnlich, oder?

von Dieter (Gast)


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Marcel G schrieb:
> Sieht ja meiner Idee relativ ähnlich, oder?

Aehnlich. Stromverbrauche muesste man vergleichen. Optokoppler ca. 0.5mA 
mindestens fuer die LED. Bei dem Entwurf von mir reichen 50μA.

von Marcel G (Gast)


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Dieter schrieb:
> Optokoppler ca. 0.5mA
> mindestens fuer die LED

Das stimmt. Aber die würden ja bei abgeschalteter Last nicht mehr 
betrieben werden.

In deiner Variante schaltet der Ausgangstransistor jedes ICL7665 je 
einen weiteren in Reihe geschalteten Transistor. Die Reihenschaltung 
hängt am Gate des FETs, korrekt?

Wieso sind bei dir zwei FETs eingezeichnet und was ist das dazwischen? 
Ein weiterer Widerstand zum Gate? Sorry wenn ich zu blöd bin das zu 
lesen :-)

Danke und Gruß

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Schwarzer H. schrieb:
> der kann 24 V überwachen
Das kann der Marcel doch eh' schon selber:
Marcel G schrieb:
>>>> 12 V Akkus habe ich schon
>>>> häufiger mit diesem IC überwacht und die Last geschaltet.
Ausgehend davon, dass du weißt wie man 1 Akku überwacht, baust du 
einfach die Schaltung 3x auf und überwachst jeden Akku für sich selbst.
Und der Ausgang dieser 3 Überwachungen wird dann geschickt auf 1 Mosfet 
geschaltet, der nötigenfalls die DS-Strecke sperrt.

Marcel G schrieb:
> Da bin ich mir unsicher, ob man mit 12 Volt am Gate 36V
> zwischen Source und Drain schalten kann.
Das kommt ganz darauf an, welche Spannung an der Source liegt. Denn die 
"Gate-Spannung" ist eigentlich die "Gate-Source-Spannung".

Marcel G schrieb:
> Ich denke, so wie im Anhang wird das nicht funktionieren richtig?
Völlig richtig, so wird das nicht richtig funktionieren...
Der Q1 wird tun wie erwartet, der Q2 wird möglicherweise eine Zeit lang 
funktionieren und der Q3 wird gleich nach dem Anlegen der Spanung 
kaputtgehen.

> Mit Optokopplern kenne ich mich leider gar nicht aus.
Ja, dann kannst du das jetzt ja nachholen.

> so wie im Anhang
Ein wichtiger Tipp: zeichne da unbedingt die Akkus auch mit ein (so wie 
Deiter das ansatzweise auch schon gemacht hat). Und gib dann den Labels 
sinnvolle Namen! Es gibt da keine 3 unterschiedliche GND oder 12V, 
sondern es gibt 1 GND und dazu 12V und 24V und 36V.
Dann siehst du auch gleich (oder nach kurzem Nachdenken), dass dein 
letzter Schaltplan nicht funktionieren wird, weil die Ausgangspegel und 
Potentialbezüge völlig durcheinander sind. Und die "oberen" OK-LEDs 
völlig unbeeindruckt vom 7665 leuchten, weil die nämlich recht zügig das 
Zeitliche segnen.

: Bearbeitet durch Moderator
von Dieter (Gast)


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Marcel G schrieb:
> zwei FETs

2 Mosfet, falls auch Ladeende, usw. geschaltet werden soll.
Ist ein R. Fehlen aber noch einige R und Dioden als Schutz.

von Marcel G (Gast)


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Hi Lothar,

danke für Deine konstruktive Kritik!

Ich habe den Schaltplan nun einmal in Gänze aufgezeichnet. Einen 
Schönheitspreis gewinne ich damit sicher nicht, aber ihr müsst wissen 
ich habe mir meine Kenntnisse selbst angeeignet. Bin nicht ausgebildet 
in dem Bereich.

Hatte zwar im Studium einige Module E-Technik aber das ist schon sehr 
lange her.

Könnte so wie im Anhang funktionieren?

Grüße
Marcel

von Dieter (Gast)


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So wie es jetzt ist, muessen die LED leuchten, wenn wegen Unterspannung 
abgeschaltet wird.

von Marcel G (Gast)


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Dieter schrieb:
> So wie es jetzt ist, muessen die LED leuchten, wenn wegen Unterspannung
> abgeschaltet wird.

Ah stimmt. Das kann ich aus der Tabelle im Anhang ablesen?

SET1 > 1,3 V (Akku voll) OUT1 auf GND. Das heißt der PMOS sperrt, 
korrekt?

Was sind die Alternativen? Einen NMOS verwenden, oder den SET2/OUT2 
Strang? Dort ist OUT2 auf HIGH für SET2 > 1,3 V.

Mit nur einem Akku hatte ich glaube ich OUT1 immer mit Pullup auf Vcc 
gezogen. Deshalb hat es dann wohl mit einem PMOS funktioniert. Aber wie 
gesagt, ich bin kein Profi :-)

von mIstA (Gast)


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Marcel G schrieb:
> SET1 > 1,3 V (Akku voll) OUT1 auf GND.

Und jetzt - also wenn der Akku nicht leer ist - soll die LED im OK 
leuchten, damit ein leerer Akku eben nicht mit der leuchtenden LED 
belastet wird; also einfach die LED (mit Vorwiderstand) zwischen V+ und 
OUT1 schalten.

von Manfred (Gast)


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Dieter schrieb:
> So im Prinzip

Besser löschen und vergessen.

Marcel G schrieb:
> Also in etwa so wie im Anhang?

Falsch herum, so wird das nichts.

Der P-FET braucht einen Widerstand G-S, also nach +36V, um zu sperren.
Dementsprechend muß die Kette Optokoppler nach GND schalten, damit der 
leitend wird.

Du musst gucken, welchen Zweig des 7665 Du verwendest, den, der bei 
Überschreitung der Schwelle schaltet.

Die Ausgänge sind open-Drain, in Deinem Plan werden die Optokoppler 
niemals Strom sehen.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Marcel G schrieb:
> Was sind die Alternativen?

Manfred schrieb:
> Du musst gucken, welchen Zweig des 7665 Du verwendest, ..

Um verschiedene Fälle abzudecken, hat der Baustein diese vier Ausgänge 
und einer davon deshalb auch noch invertiert.

Damit die LED im OK bei Unterspannung aus sein können, machst Du den 
Pfad mit den OK parallel zu R5 statt zu parallel zu R4. Allerdings 
zerlegt es Dir dann das Gate, weil die Differenzspannung Gate Drain 
größer als 20V wird. Daher muss Du die Optkoppler in Reihenschaltung 
zu R4 setzen.

Das ist übrigens eine gute Übung eine Tabelle zu den Ausgängssignalen zu 
erstellen. Je nach verwendeten Ausgang wird die LED des OK über einen 
Vorwiderstand mit dem Plus- oder Minuspol des Akkus verbunden.

Manfred schrieb:
> Dieter schrieb:
>> So im Prinzip
> Besser löschen und vergessen.

Bei der Schaltung von Dieter hast Du nicht diese zwei Varianten, die das 
Entwerfen erleichtern können.

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Dieter D. schrieb:
> Manfred schrieb:
>> Du musst gucken, welchen Zweig des 7665 Du verwendest, ..
>
> Um verschiedene Fälle abzudecken, hat der Baustein diese vier Ausgänge
> und einer davon deshalb auch noch invertiert.

Mal gut, dass Du auch wieder etwas gesagt hast - Sinn muß es ja nicht 
unbedingt geben.

Der ICL7665 hat zwei Ausgänge, die zwei 'HYST' sind für deutlich weniger 
Strom spezifiziert, obwohl sie in den Max. auch 25mA dürften. Die muß er 
nicht nutzen bzw. setzt die HYST besser nur für ihren eigentlichen Zweck 
ein, ein Schwingen des Systems zu verhindern.

Wie Du messerscharf kombiniert hast, ist einer invertiert - damit hat 
Marcel G. sein Low-Signal bei hoher Spannung und kann damit den 
Optokoppler nach GND schalten.

> Allerdings zerlegt es Dir dann das Gate, weil die Differenzspannung
> Gate Drain größer als 20V wird.

Das hat Marcel weiter oben schon erkannt und ich traue ihm zu, einen 
Spannungsteiler passend auszulegen.

Er tut sich leider schwer, für den P-Transistor umedreht zu denken - wie 
sehr viele Leute. Dass der 7665 oD-Ausgänge hat, wird er einfach nur 
übersehen haben.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Manfred schrieb:
> Mal gut, dass Du auch wieder etwas gesagt hast - Sinn muß es ja nicht
> unbedingt geben.

Ausserdem lasse ich oft viele Lücken übrig oder stoße nur an, wissend 
andere können das hier auch oder vielleicht besser. Hat auch 
funktioniert, wie die folgenden Absätze zeigen.

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