Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsüberwachung für 55V Akku bei wenig Strom - machbar?


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von Armin E. (Gast)


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Hallo,

nachdem ich die Schaltungen für 4 und 8 NiMh-Überwachungen fertig habe, 
kommt jetzt noch eine Spannungsüberwachung für den Pedelec-Akku dran.

Der Akku hat voll 54.6V und die Überwachung soll bei 44V mit einer 
Hysterese von 1V anschlagen. Anschlagen heißt, es wird ein Ausgang 
(Open-Collector) aktiv. Das "Spezial-IC" benötigt also nur 3 Beine, wenn 
es denn ein solches gäbe.

Die Schaltung soll dann nur einen akustischen Alarm auslösen, wenn die 
Akkuspannung unter 44V fällt. Der Akku soll schreien, wenn er schon 
ziemlich leer zu stark gefordert wird. Die üblichen Notabschaltungen 
greifen in der Regel erst bei ca. 32V und damit viel zu spät.

Der Knackpunkt ist wie üblich bei solchen Akkuanwendungen die 
Stromaufnahme. Denn die Schaltung soll direkt im Akku verbaut werden, 
nuckelt also 24/7 an selbigem. An ON/OFF des Controllers kommt man nicht 
ran, alles Blackbox und zudem ein riesen Flickwerk. Da lässt man besser 
die Finger weg.

Gibt es für solch eine Anwendungen ein Spezial-IC?
Wie weit kommt man mit der 24/7 Stromaufnahme runter?

Armin

von Jörg R. (solar77)


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Armin E. schrieb:
> Der Akku hat voll 54.6V und die Überwachung soll bei 44V mit einer
> Hysterese von 1V anschlagen. Anschlagen heißt, es wird ein Ausgang
> (Open-Collector) aktiv. Das "Spezial-IC" benötigt also nur 3 Beine, wenn
> es denn ein solches gäbe.

13S?

> Gibt es für solch eine Anwendungen ein Spezial-IC?
> Wie weit kommt man mit der 24/7 Stromaufnahme runter?

Auf 0,00A. Weshalb muss die Zusatzschaltung 24/7 am Akku hängen? Das 
Fahrrad steht doch die meiste Zeit ungenutzt herum, der Akku wird dann 
eh nicht beachtet. Baue Dir eine Schaltung die Du bei Bedarf 
einschaltest. Ein 3-Beiner reicht dafür allerdings nicht.

Deine Hysterese von nur 1V macht für mich ebenfalls keinen Sinn.

: Bearbeitet durch User
von Bauform B. (bauformb)


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Armin E. schrieb:
> Das "Spezial-IC" benötigt also nur 3 Beine, wenn
> es denn ein solches gäbe.

Schau dir mal die NCP300 Familie an. Das sind 3-Beiner und die brauchen 
für die Minimal-Lösung nur zwei Widerstände. Na gut, vielleicht noch ein 
C. Die Stromaufnahme kann man sich aussuchen. Wenn man 100uA übrig hat 
schaltet die Mimik ohne Abgleich bei 44V ± 4%. Mit Poti wird's natürlich 
besser, aber vor allem kann man den Strom auf unter 10uA reduzieren. 
Wenn alles bei halbwegs konstanter Temperatur passiert, geht auch noch 
weniger Strom.

Aber: die Hysterese kann man sich nicht aussuchen, ich schätze mal, das 
werden so ±1.5V, also Alarm bei 44V, kein Alarm bei 47V. Da die Spannung 
beim Laden viel höher wird, sollte der genaue Wert ziemlich egal sein.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Armin E. schrieb:
> eine Spannungsüberwachung für den Pedelec-Akku
> Der Akku hat voll 54.6V und die Überwachung soll bei 44V mit einer
> Hysterese von 1V anschlagen

Das ist also ein 13S Akkupack. Aber selbst wenn man den Entladeschluß 
großzügig mit 3V ansetzt, wären das 39V. Warum also 44V? Soll das eine 
Warnung werden a'la "jetzt aber nach Hause"?

Das kann man mit einem Komparator mit eingebauter Referenz und zwei 
Widerständen erledigen (3 wenn man die Hysterese genau will).

Von Microchip gibt es da z.B. den MCP65R46. Der würde mit 3µA auskommen. 
Der meiste Strom wird dann von der Stabilisierung der Betriebsspannung 
geschluckt. An 55V direkt wird kein Kandidat laufen.

von Dieter (Gast)


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Hole Dir vier ZD 43V. Sicherlich streuen die weit genug, so dass eine 
Lücke von 1V bleibt. Dann nimmst Du zwei Transistoren hintereinander 
geschaltet.
1
--x------x--------x
2
  |      |        |
3
  |     ZD43    Piepser
4
  |      |        |
5
 ZD44    R     x---
6
  |      |   |/
7
  R    x-----|
8
  |  |/      |\ E
9
  ---|         x
10
     |\ E      |
11
       x-------x
12
               |
13
              ---

von Armin E. (Gast)


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Jörg R. schrieb:
> Weshalb muss die Zusatzschaltung 24/7 am Akku hängen? Das
> Fahrrad steht doch die meiste Zeit ungenutzt herum, der Akku wird dann
> eh nicht beachtet. Baue Dir eine Schaltung die Du bei Bedarf
> einschaltest.

Hat ein Bekannter genau so gemacht. Dann kam der Tag X, wo er vergaß, 
die Schaltung am leer gefahrenen Akku auszuschalten. Dummerweise war 
dann paar Wochen Sauwetter. Der Akku hatte danach 0V und konnte entsorgt 
werden, der neue Akku kostete schlappe 800 Euro.

von Niklas Gürtler (Gast)


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Armin E. schrieb:
> Hat ein Bekannter genau so gemacht. Dann kam der Tag X, wo er vergaß,
> die Schaltung am leer gefahrenen Akku auszuschalten.

Mikrocontroller zur Überwachung verwenden, welcher per 
Erschütterungsschalter eingeschaltet wird (Selbsthaltung) und sich nach 
Timeout wieder selbst abschaltet...

von Paule (Gast)


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Armin E. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Weshalb muss die Zusatzschaltung 24/7 am Akku hängen? Das
>> Fahrrad steht doch die meiste Zeit ungenutzt herum, der Akku wird dann
>> eh nicht beachtet. Baue Dir eine Schaltung die Du bei Bedarf
>> einschaltest.
>
> Hat ein Bekannter genau so gemacht. Dann kam der Tag X, wo er vergaß,
> die Schaltung am leer gefahrenen Akku auszuschalten. Dummerweise war
> dann paar Wochen Sauwetter. Der Akku hatte danach 0V und konnte entsorgt
> werden, der neue Akku kostete schlappe 800 Euro.

Was war das denn für ein Akku? Für 800 Euro sollte die Kapazität doch 
mehr als ausreichend sein um eine kleine Spannungsüberwachung ein paar 
Wochen zu versorgen.

von Justus (Gast)


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Armin E. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Weshalb muss die Zusatzschaltung 24/7 am Akku hängen? Das
>> Fahrrad steht doch die meiste Zeit ungenutzt herum, der Akku wird dann
>> eh nicht beachtet. Baue Dir eine Schaltung die Du bei Bedarf
>> einschaltest.
>
> Hat ein Bekannter genau so gemacht. Dann kam der Tag X, wo er vergaß,
> die Schaltung am leer gefahrenen Akku auszuschalten. Dummerweise war
> dann paar Wochen Sauwetter. Der Akku hatte danach 0V und konnte entsorgt
> werden, der neue Akku kostete schlappe 800 Euro.

Das nennt man "Learning by Doing", und das ist manchmal recht teuer.

Armin E. schrieb:
> ziemlich leer zu stark gefordert wird. Die üblichen Notabschaltungen
> greifen in der Regel erst bei ca. 32V und damit viel zu spät.

Wie kann der Akku deines Bekannten 0V erreichen, wenn vorher die 
Notabschaltung greifen sollte? Aber vermutlich war er so "schlau", seine 
eigene Schaltung parallel zum Akku BMS anzuschließen, und nicht 
dahinter.

von Jörg R. (solar77)


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Paule schrieb:
> Armin E. schrieb:
>> Jörg R. schrieb:
>>> Weshalb muss die Zusatzschaltung 24/7 am Akku hängen? Das
>>> Fahrrad steht doch die meiste Zeit ungenutzt herum, der Akku wird dann
>>> eh nicht beachtet. Baue Dir eine Schaltung die Du bei Bedarf
>>> einschaltest.
>>
>> Hat ein Bekannter genau so gemacht. Dann kam der Tag X, wo er vergaß,
>> die Schaltung am leer gefahrenen Akku auszuschalten. Dummerweise war
>> dann paar Wochen Sauwetter. Der Akku hatte danach 0V und konnte entsorgt
>> werden, der neue Akku kostete schlappe 800 Euro.
>
> Was war das denn für ein Akku? Für 800 Euro sollte die Kapazität doch
> mehr als ausreichend sein um eine kleine Spannungsüberwachung ein paar
> Wochen zu versorgen.

Wer lässt einen leeren E-Bike Akku wochenlang ungeladen? Wenn ich so ein 
Fahrrad hätte würde ich ihn sofort wieder aufladen.

Haben die Akkus keine eigene Abschaltung?

von Armin E. (Gast)


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Bauform B. schrieb:
> Schau dir mal die NCP300 Familie an.
>
> Aber: die Hysterese kann man sich nicht aussuchen, ich schätze mal, das
> werden so ±1.5V, also Alarm bei 44V, kein Alarm bei 47V. Da die Spannung
> beim Laden viel höher wird, sollte der genaue Wert ziemlich egal sein.

Nicht wirklich. Wie schon geschrieben, soll die Schaltung NUR vor einem 
zu starken Spannungseinbruch schützen. Wegen dem Alter des Akkus (2 
Jahre) tritt ein tiefer Spannungseinbruch nun schon auf, wenn der Akku 
halb entladen ist. Dann heißt es, an Steigungen eine Fahrstufe zurück 
schalten (von 5 auf 4).

Hatte diesen Sommer ein Messgerät verbaut, es sind ziemlich genau 3V, um 
die die Spannung bei der höchsten Fahrstufe einbricht. Erreiche ich also 
unter Last 44V und nehme dann die Last weg (mit Treten aufhören), 
springt die Spannung auf 47V und der Alarm wird möglicherweise aktiv 
bleiben. Deshalb besser weniger Hysterese, denn es gibt noch die 
Fahrstufen 4, 3, 2 und 1 mit entsprechend geringeren 
Spannungseinbrüchen. 1V Hysterese würde sicher besser passen, eher noch 
einen Tick weniger.

Die NCP300 Familie werde ich mir mal genauer anschauen, vielen Dank für 
den Tipp.

von MaWin (Gast)


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Armin E. schrieb:
> Gibt es für solch eine Anwendungen ein Spezial-IC?

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/4367fb.pdf

70uA in Betrieb

MAX17608

> Wie weit kommt man mit der 24/7 Stromaufnahme runter?

35uA in shutdown, 0.9mA bei durchgeschalettem Beeper.

Man wird OVLO auf 44 setzen und UVLO auf 32.

Oder mir Relais und Display, wird viel Strom brauchen, aber fertig:

Ebay-Artikel Nr. 144244356928

von MaWin (Gast)


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Und MAX16010

von Armin E. (Gast)


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Justus schrieb:
> Das nennt man "Learning by Doing", und das ist manchmal recht teuer.

So ist es. Zum Glück hat der Bekannte das Lehrgeld bezahlt und ich kann 
nun besser machen. Da wird nichts ein- und ausgeschaltet und die 
Stromaufnahme soll so gering sein, dass bzgl. Tiefentladung so schnell 
nichts anbrennt.

> Aber vermutlich war er so "schlau", seine eigene Schaltung parallel
> zum Akku BMS anzuschließen, und nicht dahinter.

Genau so ist es und so werde ich es auch machen. Die Schaltung kommt 
direkt an die Zellen. An einer Blackbox irgendwo was anzuschießen werde 
ich sicher nicht machen.

von Armin E. (Gast)


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Jörg R. schrieb:
> Wer lässt einen leeren E-Bike Akku wochenlang ungeladen? Wenn ich so ein
> Fahrrad hätte würde ich ihn sofort wieder aufladen.

Lies mal etwas in den Pedelec-Foren: Da hat man sich am Ende der Saison 
den Arsch abgefroren, dabei den Akku richtig runter genudelt und dann 
das elende Ding weggestellt. Im Frühjahr dann die große Überraschung, 
wenn der Akku platt ist. Und was DU machen würdest, ist keine generelle 
Lösung.

> Haben die Akkus keine eigene Abschaltung?

Die greift aber immer viel zu spät und schaltet sich nicht selber mit 
ab. Ist wie bei den Notebook-Akkus, wo die im Akku verbaute 
Spannungsüberwachung den Akku leer saugt und damit zerstört. Nicht ohne 
ihn vorher endgültig abzuschalten.

von Justus (Gast)


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Armin E. schrieb:
> Justus schrieb:
>> Das nennt man "Learning by Doing", und das ist manchmal recht teuer.
>
> So ist es. Zum Glück hat der Bekannte das Lehrgeld bezahlt und ich kann
> nun besser machen. Da wird nichts ein- und ausgeschaltet und die
> Stromaufnahme soll so gering sein, dass bzgl. Tiefentladung so schnell
> nichts anbrennt.
>
>> Aber vermutlich war er so "schlau", seine eigene Schaltung parallel
>> zum Akku BMS anzuschließen, und nicht dahinter.
>
> Genau so ist es und so werde ich es auch machen. Die Schaltung kommt
> direkt an die Zellen. An einer Blackbox irgendwo was anzuschießen werde
> ich sicher nicht machen.

Das "schlau" in Anführungszeichen war ironisch gemeint, weil genau so 
macht man es eben nicht!

Wenn du deine Schaltung direkt an die Zellen anschließt machst du den 
gleichen Fehler wie dein Bekannter. Man läßt das BMS (Battery Management 
System) seine Arbeit tun, z.B. Abschaltung bei Unterspannung, und 
schließt eigene Elektronik am Ausgang des BMS an.

von Armin E. (Gast)


Angehängte Dateien:

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MaWin schrieb:
> Und MAX16010

Da zeigt sich der wahre Experte, dir ebenso vielen Dank!

Eben mal das Datenblatt studiert, der MAX16012 passt wie die Faust aufs 
Auge. Im Datenblatt finde ich den Wert für R_Total nur für 
MAX16010/MAX16011 (Bild 2), R_Total (R1+R2) für den MAX16012 finde ich 
im Datenblatt nicht. Sehe ich den Wald vor Bäumen nicht?

https://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX16010-MAX16014.pdf
Seite 6

von Armin E. (Gast)


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Justus schrieb:
> Das "schlau" in Anführungszeichen war ironisch gemeint, weil genau so
> macht man es eben nicht!
>
> Wenn du deine Schaltung direkt an die Zellen anschließt machst du den
> gleichen Fehler wie dein Bekannter. Man läßt das BMS (Battery Management
> System) seine Arbeit tun, z.B. Abschaltung bei Unterspannung, und
> schließt eigene Elektronik am Ausgang des BMS an.

Das konntest du früher mal so machen, als 1 und 1 noch 2 war. Bei den 
heutigen Kaufakkus floatet der Ausgang und das ist auch hier so. Je nach 
Messgerät misst du da eine andere Spannung. Einen eindeutigen Zustand 
hast du nur direkt an den Zellen.

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