Forum: Fahrzeugelektronik Mosfet oder ähnliches für E-Bike Akku


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von Deniz S. (darix92)


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Hallo,
Ich lese schon eine weile mit und habe nun auch mal ein Anliegen.
Und zwar baue ich gerade ein E-bike selber.
Auch der Akku ist selbst gebaut.
Ich würde nun gerne Den Akku vom Motor/Regler trennen. Als ein/aus 
Schalter sozusagen.
Für mich kamen da direkt Mosfets in den Sinn, die ich dann ansteuern 
kann. Ähnlich wie beim bms. Für alternative Schaltungen die möglichst 
klein sind und sich auch per kleinen Schalter ansteuern lassen wäre ich 
auch offen.

Mosfets sind für mich jedoch Neuland und die ganzen Angaben verwirren 
mich noch ein bisschen.
Für die Schaltung habe ich mir folgendes Mosfet herausgesucht:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A200/IXFN360N10T.pdf

Grundsätzlich von den Daten sollte es passen. Bei meinem System wird 
sich der maximale Strom auf ca 180 Ampere belaufen und im Durchschnitt 
wahrscheinlich so auf 80 Ampere auf eine Laufzeit von 40min (ich fahre 
ja nicht durchgehend mit Vollgas sondern immer in Wechsel. Es sollte 
allerdings schon sehr vollgasfest sein)

Laut Datenblatt würde es theoretisch, bei Vollast, eine Verlustleistung 
von ca.75Watt haben die in Wärme umgewandelt wird. Oder habe ich da 
einen Denkfehler? Wäre das ohne Kühlung so anwendbar?

Was mich im Datenblatt stutzig mach ist der wert PD der nur eine 
Leistung von 830W angibt.
Ist das die Dauerleistung?

Das System besteht aus einem 48ah Akku mit 14s und 50V der Motor liefert 
eine Leistung von 9kw.

Hoffe ihr habt da ein paar Tipps oder Infos für mich.
Lg und schönes Wochenende.

von Hans (Gast)


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PD = power dissipation, es handelt sich hier um die maximal erlaubte 
anfallende Verlustleistung, welche als Wärme gut abgeführt werden muss 
(Kühlung).
Es handelt sich hier aber um einen N-Channel Mosfet, um den Controller 
bzw. die Stromzufuhr ein- und auszuschalten ist es i.d.r besser, einen 
P-Channel Mosfet zu benützen, so dass über das + geschaltet werden kann.

von MaWin (Gast)


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Deniz S. schrieb:
> Ich würde nun gerne Den Akku vom Motor/Regler trennen. Als ein/aus
> Schalter sozusagen.

Dein Regler trennt doch schon den Motor vom Akku  bei Tempo 0.

Da ist schon (zumindest) 1 MOSFET drin.

Ohne dass Strom fliesst dann auch ein schnöder Schalter den Akku 
abklemmen. Das hat den Vorteil, nicht durchlegieren zu können.

von Deniz S. (darix92)


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Also der Motor und Regler ist eine Einheit und hat keine explizite 
„Richtige“ off Funktion.
Ich möchte aber gerne den Akku „mechanisch“ also pet Knopf abschalten 
können. Für alles fälle.

Vernünftige Schalter die klein sind und 180 Ampere aushalten habe ich 
nicht gefunden.

@Hans:

Danke für die Erklärung zu PD.

Ich habe mich für einen N channel entschieden weil ich das bms und eine 
Diode auf der negativen Seite eingebaut haben muss und ich somit alles 
in einem Strang (Position) haben kann.

Die Idee war mit einem kleinen DC/dc Wandler mit 15v auf das gate zu 
gehen.
Bzw über den Schalter auf das gate und dann und ihn so zu Schalten. 
Sobald der Schalter geschlossen wird wird gleichzeitig die 15v 
weggenommen und die Erdung geschaltet und somit wird das Mosfet 
„ausgeschaltet“

Das habe ich so auch schon getestet und funktioniert auch.

Jedoch jetzt die Frage ob ich so ein Mosfet ohne großartige extra 
Kühlung für meine Stromstärke nutzen kann?

von Hans (Gast)


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Hallo,
es ist, je nach Controller schon so, wie MaWin schreibt. Wenn der 
Controller einen I/O Anschluss hat, kannst du dir den teuren Mosfet 
sparen. Wenn's unbedingt sein muss, kannst du ein Relais mit 
Druckschalter betätigen oder wenn das Potential am I/O Ausgang bekannt 
ist, dies auch mit einem kleinen Mostfet bewerkstelligen.
Gruss Hans

von Deniz S. (darix92)


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Ich komme irgendwie nicht an Mosfet vorbei und würde die ganze Schaltung 
auch gerne so umsetzten. Denn ich schalte mit den Akku dann auch noch 
die Kühlung die separat läuft. Wiegesagt relais finde ich keine 
vernünftigen


Jedoch komme ich mit meiner Ausgangsfrage nicht weiter.
Benötige ich für meine Anwendung und das genannte Mosfet. Eine 
zusätzliche Kühlung?

von Hans (Gast)


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Deniz S. schrieb:
> Jedoch komme ich mit meiner Ausgangsfrage nicht weiter.
> Benötige ich für meine Anwendung und das genannte Mosfet. Eine
> zusätzliche Kühlung?
Da du angegeben hast, dass dein Motor bis zu 180A ziehen kann, kannst du 
selber ausrechnen, wieviel der Mosfet verheizt:
0,0026Ohm x 180A = 0,468Volt; 0,468V x 180A = 84,24Watt.
Also auf jeden Fall eine zusätzliche Kühlung!

von Dietrich L. (dietrichl)


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Hans schrieb:
> PD = power dissipation, es handelt sich hier um die maximal erlaubte
> anfallende Verlustleistung, welche als Wärme gut abgeführt werden muss
> (Kühlung).

... wobei "gut abgeführt" heißt: der Wert von 830W gilt bei einer 
Gehäusetemperatur (Tc) von 25°C.

von Jens G. (jensig)


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Deniz S. schrieb:
> Das System besteht aus einem 48ah Akku mit 14s und 50V der Motor liefert
> eine Leistung von 9kw.

Dann ergeben sich die 180A aber wohl auch nur aus der Nennleistung. 
Welche spitzenleistung, bzw. welcher Strom wäre denn bei Überlast drin? 
Z.B. beim rasanten Beschleunigen?

von kenny (Gast)


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Deniz S. schrieb:
> Das System besteht aus einem 48ah Akku mit 14s und 50V der Motor liefert
> eine Leistung von 9kw.

Das ist kein E-Bike, wohl eher ein E-Motorrad :-)

von temp (Gast)


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Wenn jemand Akkus dieser Größenordnung selbst bauen will und nicht weiß 
wie ein Mosfet funktioniert, läuft wohl etwas schief. Ich würde zu einem 
Grundlagenkurs raten.

von Deniz S. (darix92)


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Jens G. schrieb:
> Dann ergeben sich die 180A aber wohl auch nur aus der Nennleistung.
> Welche spitzenleistung, bzw. welcher Strom wäre denn bei Überlast drin?
> Z.B. beim rasanten Beschleunigen?

Also die 180 Ampere sind definitiv das Maximum an Belastung das 
eintreten kann. Bzw das ist dann die „Spitzenleistung“ beim rasanten 
beschleunigen.

kenny schrieb:
> Das ist kein E-Bike, wohl eher ein E-Motorrad :-)

Ja so war der Plan „bike“ ist ja vielseitig zu benutzen.

Danke erst mal an die Hilfestellungen auch wenn nicht alles zielführend 
ist.

Also ich denke ich komme hier mit der Wärmeabfuhr an meine Grenzen. Da 
ich das ganze in das akkugehäuse integrieren möchte und so nur schwer 
eine Wärmeabfuhr möglich ist. (Einie Idee wäre höchstens das Gehäuse zu 
nutzen.

Grundsätzlich bin ich einem Relais/Schütz nicht abgeneigt. Hat jemand 
denn eine Idee wo ich sowas in Vergleichbarer Bauform finde?
Ich finde nur passende die deutlich größer sind.

von Anton (Gast)


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Grundsätzlich bin ich einem Relais/Schütz nicht abgeneigt. Hat jemand
denn eine Idee wo ich sowas in Vergleichbarer Bauform finde?
Ich finde nur passende die deutlich größer sind.
z.B. ein Magnetschalter für Anlasser

von Markus B. (dalotel)


Angehängte Dateien:

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Das gleiche Problem hatte ich bei meinem Segway Clone auch.
Da brauchte ich auch einen elektronischen Schalter um die Akkus 
anzulegen und vor allem im Fehlerfalle abzutrennen. Das habe ich mit 
Mosfets gelöst und das hat wunderbar funktioniert. Verbaut waren da 2 x 
1000W Motoren wenn ich das noch richtig weiß. Durch eine 
Kurzschlußüberwachung unterbricht das Teil auch automatisch.

von temp (Gast)


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Markus B. schrieb:
> Das habe ich mit
> Mosfets gelöst und das hat wunderbar funktioniert

Das ist jetzt aber nicht dein ernst? 6 fette TO-247 Mosfets parallel und 
dann nicht mal 5V Gatespannung zum ansteuern? Hast du da wirklich 
IRFP4110 verwendet? Wenn ja, sag's ja keinen weiter...

von Markus B. (dalotel)


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temp schrieb:
> Das ist jetzt aber nicht dein ernst? 6 fette TO-247 Mosfets parallel und
> dann nicht mal 5V Gatespannung zum ansteuern? Hast du da wirklich
> IRFP4110 verwendet? Wenn ja, sag's ja keinen weiter...

.... Schaltplan lesen hast du wohl nicht so drauf ?!!!

von Achim S. (Gast)


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Markus B. schrieb:
> .... Schaltplan lesen hast du wohl nicht so drauf ?!!!

Na ja, diesen Schaltplan zu lesen ist tatsächlich nicht so einfach, weil 
das tif-Bilchen zumindest auf meinem Bildschirm ziemlich unscharf und 
verwaschen wirkt. Kleine Bauteilbezeichnungen kann ich grade mal noch so 
entziffern.

Aber was ist daraus ablesen würde, deckt sich mit dem, was temp schrieb:
du nutzt viele FET parallel, die eigentlich 10V Ansteuerung sehen 
wollen, und steuerst sie mit deutlich weniger als 5V an.

Davon abgesehen: so wie die Gate-Treiberstufe gezeichnet ist (T1 und T2) 
würde sie sofort abbrennen, weil die beiden BE-Strecken der Transistoren 
ohne Strombegrenzung zwischen VCC und GND liegen.

Wenn auch ich den Schaltplan falsch lese, wäre eine Erklärung nett: ich 
lerne immer gerne dazu.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Markus B. schrieb:
> .... Schaltplan lesen hast du wohl nicht so drauf ?!!!

Du hast zwar auf "temp" geantwortet, aber wenn du schon beim Schaltplan 
bist:
Da sehe ich bei der MOSFET-Ansteuerung einen groben Fehler: die Basen 
von T1 und T2 sind direkt verbunden, das bewirkt einen Fast-Kurzschluss 
von VCC nach GND.
Also: Schaltplan zeichnen hast du wohl nicht so drauf ?!!!
Und: auch ohne den Kurzschluss werden die FETs mit max. VCC angesteuert, 
da gebe ich "temp" durchaus recht...

Edit: Achim S. hat das auch schon bemerkt...

von Paul (Gast)


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Deniz S. schrieb:
> 180 Ampere belaufen

Das ist schon mal ne Ansage. Also im KFZ Bereich (BEV) sind solche 
Ströme normal. Da werden dicke Relais genommen, die den DC Strom auch 
sicher trennen können. Ungefähr Faustgroß. Option?

48V KFZ Batterien verwenden oft Mosfets, meist so 8-10 Stück parallel 
und dann noch mal 8 -10 Stück antiseriell dazu (meist Source an Source). 
Du willst ja nicht das deine die Body Dioden in eine Richtung Strom 
durchlassen. Diese Systeme haben knapp die Hälte deiner 9KW 
Systemleistung.

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/297508/lm5050-2-drive-two-back-to-back-fet-s

Google mal nach Back to Back Fet Driver.

Die Mosfets sind das eine, aber du wirst auch eine entsprechende PCB 
brauchen. Also 105µm Kupfer, Leiterbahnen müssen mit aufgelötetem 
Kupferkabel verstärkt werden etc. Lötprozess muss passen.

Wenn du das wirklich so durchziehst, dann würde ich es cool finden wenn 
du uns auf dem laufenden hälst :).

Schraub bitte an den Pluspol des Akkus eine 200A Sicherung, grade beim 
Testen der Schaltung verhindert das Böse Überraschungen und begrenzt den 
Schaden. Rechne damit, dass du einige FETs grillen wirst und die sind in 
der Leistungsklasse nicht gerade billig.

VG Paul

von Markus B. (dalotel)


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Ich nehme die harsche Antwort die ich zu temp´s Kritik geschrieben habe 
gerne zurück, ich hatte das beim schnellen Durchlesen falsch verstanden, 
sorry.
Du hast den Schaltplan schon richtig gelesen, ich aber deinen Kommentar 
offensichtlich nicht.
Aber nun zur bemängelten Ansteuerung der Fets.
Lt. IRFP4110 Datenblatt Gate Threshold voltage min 2V max 4V.
Da bin ich doch voll drin.

von temp (Gast)


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Markus B. schrieb:
> Lt. IRFP4110 Datenblatt Gate Threshold voltage min 2V max 4V.
> Da bin ich doch voll drin.

Das heißt nur, dass der lineare Bereich zwischen 2V und 4V anfängt. Der 
angegebene Rdson ist für 10V spezifiziert. Wie das bei 4,8V aussieht, 
verrät das Datenblatt nicht. Der doppelte Wert ist gut möglich. Damit 
hättest du die Hälfte der Fets nur deswegen verbaut, weil du die 
Grundlagen nicht verstanden hast.

von Achim S. (Gast)


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Markus B. schrieb:
> Ich nehme die harsche Antwort die ich zu temp´s Kritik geschrieben habe
> gerne zurück, ich hatte das beim schnellen Durchlesen falsch verstanden,
> sorry.

find ich gut.

Markus B. schrieb:
> Aber nun zur bemängelten Ansteuerung der Fets.
> Lt. IRFP4110 Datenblatt Gate Threshold voltage min 2V max 4V.
> Da bin ich doch voll drin.

Da hab ich meine Bedenken. Ein 74LS08 erreicht am Ausgang schon mal 
keine 5V (oder ist es vielleicht eine andere Logikfamilie, und der 
Eintrag "LS" in Schaltplan ist falsch?)

Wenn die Treiberschaltung aus T1 und T2 richtig eingebaut ist (in 
Kollektorschaltung, der Schaltplan zeigt sie in Emitterschaltung) frisst 
sie nochmal 0,7V von der Ansteuerspannung weg. Es könnte es also 
durchaus sein, dass das Gate noch nicht mal über 4V kommt.

Aber selbst wenn es das schaft: wie temp schon geschrieben hat bedeutet 
das nur, dass der FET ein bisschen leitet. Es ist noch weit davon 
entfernt, dass der FET niederohmig durchschaltet. Das ist bei deinem FET 
eben erst ab einen V_GS von 10 V sichergestellt.

Schau dir z.B. Fig. 3 in diesem Datenblatt an:
https://www.mouser.de/datasheet/2/196/Infineon_IRFP4110_DataSheet_v01_01_EN-1228472.pdf

mit 10 V am Gate kann der FET um Größenordnungen mehr Strom schalten als 
mit 4V am Gate.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Achim S. schrieb:
> mit 10 V am Gate kann der FET um Größenordnungen mehr Strom schalten als
> mit 4V am Gate.
Das ist absolut richtig. Markus B. hat vermutlich Glück gehabt, dass er 
keine 4V-Typen erwischt hat (nach Datenblatt darf es nämlich sein, dass 
bei 4V nur 250µA Drainstrom fließt).
Aber sowas ist für mich nicht entwickeln, sondern pokern. Oder man hat 
genügend viele FETs, einen Notfall und selektiert ;-)

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