Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Lipo Abschaltung (Schutzschaltung)


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von Tom (tom92)


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Hi, kenne mich da jetzt nicht so aus aber ich habe von zenner Dioden 
gelesen und wollte eine Abschaltung für Lipo akkus bauen und da hab ich 
eine 7,5V zenner Diode an ein Netzteil geschlossen und ca. bei 7 volt 
kann man am Ausgang eine Spannung messen wenn ich jetzt da meine 
Schaltung mit einem Servo anschliesse dann passiert gar nichts warum ?

Wenn die Lipo 2s leer ist 7.2V dann soll die Versorgung abgetrennt 
werden.
Ich weiß es gibt auch so Schutzschaltungen
https://www.amazon.de/JZK-Stück-Lithium-Batterieschutz-Board-Modul-Ladeentladungsschutz-Li-Ion-Akku/dp/B09VGH38Y5/

Wenn der Verbraucher weg ist dann geht die Spannung am Akku wieder hoch,
schalten die dann wieder ein und wenn ja in welchem Zeitintervall, weiß 
das jemand?

Und eig. wollte ich mir selber was bauen, weiß nur nicht wie...

: Verschoben durch Moderator
von Helmut -. (dc3yc)


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Tom schrieb:
> aber ich habe von zenner Dioden
> gelesen

Dann lies mal weiter, wie die Z-Dioden funktionieren. So heißen die 
nämlich. Einen Effekt, der bei Z-Dioden wirkt, hat der Herr Zener 
gefunden, der andere ist der Avalanche-Effekt.
Damit kannst du aber deinen Akku nicht schützen, du brauchst schon so 
ein BMS-Modul.

von Jens G. (jensig)


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Helmut -. schrieb:
> nämlich. Einen Effekt, der bei Z-Dioden wirkt, hat der Herr Zener
> gefunden, der andere ist der Avalanche-Effekt.

Das war aber nicht der Herr Avalanche ...

von Michael B. (laberkopp)


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Tom schrieb:
> warum

Weil das so nicht geht.

Du musst noch viel lernen.

von Stefan M. (derwisch)


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Eine Zenerdiode ist kein Schalter.
Wenn das so einfach wäre, hätte keiner das BMS Modul erfinden müssen.

Deine Überlegung ist nicht grundsätzlich völlig falsch.
Aber so simpel geht es leider nicht, besonders weil eine Z-Diode eine 
nicht ideale Kennlinie hat.

von Christian M. (likeme)


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Schlauer wäre, der Verbraucher würde die lehre Batterie erkennen und 
nicht weiter Strom ziehen. Aktiv den Akku schützen bedeutet eine 
permanent aktive Schaltung dran zu bauen.

von Tom (tom92)


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Helmut -. schrieb:
> Tom schrieb:
>> aber ich habe von zenner Dioden
>> gelesen
>
> Dann lies mal weiter, wie die Z-Dioden funktionieren. So heißen die
> nämlich. Einen Effekt, der bei Z-Dioden wirkt, hat der Herr Zener
> gefunden, der andere ist der Avalanche-Effekt.
> Damit kannst du aber deinen Akku nicht schützen, du brauchst schon so
> ein BMS-Modul.

Hi, ich lese da das die eine Durchbruchspannung hat und in Sperrichtung 
betrieben werden kann. Das ist doch genau das richtige, oder?
Also Durchbruchspannung setzt dann mein min V für die LiPo's und das 
passt.

Naja das es nicht passt habe ich bereits festgestellt, aber warum ?

Und so ein BMS benutze ich gerne aber wie funktioniert das?
Ich finde auf google ein Haufen Angebote aber leider kein Blog o.Ä. wo 
das mal erklärt wird.

Was ich so von den Bildern habe ist scheinbar ein MOSFET und ein kleiner 
iC der da auf den BMS sitzt.
Macht auch sinn weil die Z-Dioden den großen Strom ja gar nicht 
aushalten.
Nur wie wird da die Spannung gemessen und für mich wichtig was ist 
damit:

Tom schrieb:
> Wenn der Verbraucher weg ist dann geht die Spannung am Akku wieder hoch,
> schalten die dann wieder ein und wenn ja in welchem Zeitintervall, weiß
> das jemand?

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Tom schrieb:
> Wenn der Verbraucher weg ist dann geht die Spannung am Akku wieder hoch,
> schalten die dann wieder ein
Brauchbare BMS haben eine Hysterese, um solche "Oszillationseffekte" zu 
unterdrücken.

> Und eig. wollte ich mir selber was bauen, weiß nur nicht wie...
Mach es, wie es gestandene Ingenieure machen: wenn es so ein Gerät schon 
gibt, dann kaufe es und untersuche es, bis du es verstanden hast. Wenn 
du es besser (Knowhow nötig) und billiger (hohe Stückzahl nötig) machen 
kannst, dann tu das.

Tom schrieb:
> Also Durchbruchspannung setzt dann mein min V für die LiPo's und das
> passt.
Die Z-Diode bricht da nicht "durch" (wie es ein Laie vermuten würde und 
der Begriff "Avalanche" = "Lawine" es vermuten lässt) und wird dann 
schlagartig voll leitend, sondern an ihr fällt immer eine Spannung ab. 
Wenn du als 10V am Akku hast und 7V an der Z-Diode, dann bleiben nur 3V 
für den Verbaucher übrig.

Wie gesagt: einfach mal die urschleimigsten Grundlagen der 
Elektrotechnik anschauen. Und lass dir Zeit: das kann übrigens schon mal 
ein paar Wochen dauern.
Wenn es wesentlich einfacher wäre und schneller ginge, dann müsste so 
ein E-Technik-Studium ja schon nach 10 Tagen um sein...

: Bearbeitet durch Moderator
von Christian M. (likeme)


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sorry leer :-)

von Monk (roehrmond)


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Tom schrieb:
> Naja das es nicht passt habe ich bereits festgestellt, aber warum ?

Weil die Zenerdiode kein Schalter ist. An ihr fallen (ungefähr) 7,5 Volt 
ab. Sie schaltet nicht ab (ungefähr) 7,5V ein, sondern reduziert die 
Batteriespannung um (ungefähr) 7,5V.

: Bearbeitet durch User
von Tom (tom92)


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Lothar M. schrieb:
> Tom schrieb:
>> Wenn der Verbraucher weg ist dann geht die Spannung am Akku wieder hoch,
>> schalten die dann wieder ein
> Brauchbare BMS haben eine Hysterese, um solche "Oszillationseffekte" zu
> unterdrücken.

Ah cool, weiß jemand ob das bei dem verlinkten Teil der Fall ist ?

>> Und eig. wollte ich mir selber was bauen, weiß nur nicht wie...
> Mach es, wie es gestandene Ingenierure machen: wenn es so ein Gerät
> schon gibt, dann kaufe es und untersuche es. Wenn du es besser (Knowhow
> nötig) und billiger (hohe Stückzahl nötig) machen kannst, dann tu das.

Danke für die Motivation :) mir ging es eig. nur um den Lerneffekt, 
andererseits bin ich froh das es schon was gibt das ich verwenden kann 👍



Ihr schreibt zu schnell 🙈ich hab gerade gesehen das da schon neue 
Antworten sind, lese ich mir gleich durch, Danke schonmal 😊

von Helmut -. (dc3yc)


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Monk schrieb:
> Weil die Zenerdiode kein Schalter ist. An ihr fallen (ungefähr) 7,5 Volt
> ab. Sie schaltet nicht ab (ungefähr) 7,5V ein, sondern reduziert die
> Batteriespannung um (ungefähr) 7,5V.

Also ist's bei 7.5V-Z-Dioden schon der Avalanche-Effekt. Der 
Zener-Effekt wirkt nur bei Z-Dioden unter ca. 6V.

von Tom (tom92)


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Lothar M. schrieb:
> Die Z-Diode bricht da nicht "durch" (wie es ein Laie vermuten würde und
> der Begriff "Avalanche" = "Lawine" es vermuten lässt) und wird dann
> schlagartig voll leitend, sondern an ihr fällt immer eine Spannung ab.

Ok, ja das macht Sinn,
wie nennt man dann eine Schaltung die so etwas macht: also ab einem 
gewissen Spannungslevel durchschalten (BMS ist das ja nicht das macht ja 
noch mehr, Überladungsschutz etc.) ?

von Gerald K. (geku)


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Zenerdioden sind für diesen Zweck zu ungenau und daher gefährlich.

Ich empfehle ein BMS, welches auf den Zelltyp abgestimmt ist.

Informationen dazu: https://www.mokoenergy.com/de/bms-for-lipo-battery/

von Monk (roehrmond)


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Tom schrieb:
> wie nennt man dann eine Schaltung die so etwas macht: also ab einem
> gewissen Spannungslevel durchschalten

Eine Triggerdiode (Diac) käme dem Nahe. Die gibt es aber nicht mit 
Werten, die zu deinem Anwendungsfall passen.

Eine Schaltung die ab einem gewissen Spannungslevel schaltet nennt man 
Komparator. Dazu brauchst du eine Referenzquelle. Und damit der Kram 
nicht schwingt, brauchst du dazu einen Schmitt-Trigger. Oder alles 
Zusammen als "Voltage Monitor" IC. In der speziellen Ausprägung für 
Akkus mit Über- und Unterspannungs-Schutz auch als BMS bekannt.

Experimentiere besser mit kleinen NiMh Akkus. Lithium Zellen sind zu 
gefährlich.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Monk schrieb:
> Experimentiere besser mit kleinen NiMh Akkus.
Oder noch besser: experimentiere mit einem Labornetzteil. Das hat neben 
der einstellbaren Spannung üblicherweise auch eine einstellbare 
Strombegrenzung eingebaut.

Tom schrieb:
> wie nennt man dann eine Schaltung die so etwas macht: also ab einem
> gewissen Spannungslevel durchschalten
Diese Schaltung besteht aus 2 Teilen: einem Komparator (Vergleicher) 
**und** einem nachfolgenden Schalter. Der Komparator(##) ist z.B ein 
passend beschalteter Operationsverstärker(##) und vergleicht die 
fragliche Spannung mit einem Referenzwert und steuert dann den Schalter 
an. Dieser Schalter kann ein Mosfet oder auch ein Relais sein.

Wenn Unter- und Überspannung überwacht werden soll, dann nimmt man 
einen Fensterkomparator(##).


(##) = Begriffe zur selbständigen Fortbildung per Google

: Bearbeitet durch Moderator
von Tom (tom92)


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Lothar M. schrieb:
> (##) = Begriffe zur selbständigen Fortbildung per Google

## => ✅

#Komparator 👍 genial (und der operationsverstärker hat intern nicht mal 
ne Z Diode, die wird in der Schaltung gar nicht verwendet 🙈)

Hab mir n video dazu angesehen und das ist im Prinzip genau das was auf 
diesen billigen BMS drauf ist

Jetzt stellt sich mir nur noch die Frage ob die auch eine Hysterese 
eingebaut haben
bzw. irgendein BMS mit Hysterese, leider ist die Artikelbeschreibung bei 
dem von mir verlinkten wenig hilfreich.

von Peter M. (r2d3)


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Wie lädst Du Deine beiden in Reihe geschalteten LiIo-Akkus eigentlich? 
(Lithium-Polymer ist übrigens nur eine Bauform von LiIo-Akkus und 
verfügt nicht über eine abweichende Zellchemie)
Wie schützt Du die Zellen vor Überladung?

Dein kommerzielles BMS überwacht Überspannung und Unterspannung für jede 
Zelle und trennt bei Überschreiten eines bestimmten Stroms.
Du willst nur die Summe der Spannung der beiden Zellen überwachen, nicht 
aber die einzelnen Zellen, warum?

Die beiden dicken Quadrate auf dem von Dir verlinkten Artikel sind 
MosFets, die typischerweise als Schalter eingesetzt werden.
Wenn die MosFets nicht leitend, also "aus" sind, also trennen, dann 
fließt kein Strom. Wenn die MosFets leiten, fällt etwas Spannung an 
ihnen ab, sie erwärmen sich ein wenig.

Im Übergang von nicht leitend zu leitend erwärmen sich die MosFets 
stärker, als wenn sie "ganz auf", also leitend sind.

Ohne Hysterese fängt die Schaltung an zu schwingen, wenn die 
Akkuspannung in die Nähe der Abschaltspannung abfällt.
Die Abschaltung führt dazu, dass die Klemmenspannung, also die 
Summenspannung Deiner beiden LiIo-Zellen wieder ansteigt und die 
Schaltung wieder aufmacht. Bei hoher Frequenz kann der MosFet sehr heiß 
werden.

Der Artikel verfügt sicherlich über eine Hysterese, die bezieht sich 
aber eben auf die anliegende Akkuspannung und nicht die Zeit, wie Du 
vermutet hast.

Am besten kaufst Du den Artikel und schaltest eine LiIo-Zellen und ein 
Netzteil in Reihe und schließt das BMS an. Dann erhöhst Du die Spannung 
langsam an Netzteil bis auf einen Wert, wo das BMS "öffnet". Dann 
reduzierst du die Netzteilspannung und guckst, wann das BMS trennt.
Schreibe Dir die Umschaltspannungen auf. Was passiert?

: Bearbeitet durch User
von H. H. (hhinz)


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Tom schrieb:
> bzw. irgendein BMS mit Hysterese, leider ist die Artikelbeschreibung bei
> dem von mir verlinkten wenig hilfreich.

Schau dir das Datenblatt des DW01 an.

von Gerald K. (geku)


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Ich würde mich einmal mit einem BMS-Chip vertraut machen:

https://www.ti.com/de-de/battery-management/monitors-balancers/products.html

Jeder Chip hat eine gute Beschreibung der Funktionen und der 
verschiedenen Schaltschwellen. In den Datenblättern sind wichtige 
Parameter angegeben. Z.B. Spannungstoleranzen und Temperaturverhalten 
sowie die Stromaufnahme.

Ein niedriger Eigenstromverbrauch erhöht die Interventionszeit für das 
Aufladen. Das ist eine wichtige Eigenschaft, um Tiefentladungen zu 
vermeiden.

Ich würde auf jeden Fall einen Chip und keine diskrete Schaltung 
verwenden. In der Entwicklung dieser Chips steckt viel Know-how.

von Tom (tom92)


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Hi Leute,
vielen Dank für die ganzen Antworten und guten Tipps.
Das hat mich jetzt schon weiter als das Ursprüngliche Ziel gebracht, das 
ist hier echt fundamentiertes Wissen + Kreativität 👍 so kommt man 
weiter.

Gibt es einen gelöst ✅ Button oder lass ich das hier einfach so ?

von Monk (roehrmond)


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Tom schrieb:
> oder lass ich das hier einfach so ?

Reich so

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