Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsüberwachung für LiPo-Akkus


von Daniel H. (Firma: keine) (commander)


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Hallo,

ich möchte in einem Flugmodell gerne die Spannung eines LiPo-Akkus 
überwachen. Dieser besteht aus drei seriellen Zellen, liefert somit 
typisch 11,1V bzw. 12,6V Spitze. Ich bin mir nun unsicher, wie ich die 
Spannung idealerweise überwachen soll.

Möglichkeit 1:
Ich gehe an den Balancer-Stecker und messe zunächst die Spannung von 
Zelle 1. Anschließend messe ich den Wert von Zelle 1+2 und ziehe davon 
den Wert von Zelle 1 ab. Schließlich messe ich den Wert von Zelle 1+2+3 
und ziehe davon den Wert von Zelle 1+2 ab. Für jeden der so ermittelten 
Werte prüfe ich, ob dieser oberhalb einer Spannung von etwa 3.2V liegt.

Möglichkeit 2:
Ich messe den Wert von Zelle 1+2+3 und prüfe, ob dieser oberhalb von 
3*3,2V = 9,6V liegt.

Die zweite Möglichkeit ist natürlich die einfachste und spart mir etwas 
an Bauteilen, dafür weiß ich natürlich nicht, wie der Zustand der 
einzelnen Zellen ist. Theoretisch wäre es ja möglich, dass zwei Zellen 
noch 4,2V haben während eine Zelle auf 1,2V ist, womit der Akku defekt 
wäre.

Wie verhalten sich die LiPo-Zellen beim Entladen? Werden alle 
gleichmäßig entladen bzw. gleichen sich gegenseitig aus oder kann es 
tatsächlich vorkommen, dass eine Zelle komplett in die Knie geht während 
die anderen beiden noch annähernd voll geladen sind?

Viele Grüße
Daniel

von Timmo H. (masterfx)


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Ich verwende ebenfalls Methode 2.

Bei intakten Akkus sollten sich die Zellen gleich schnell entladen. 
Sollte dies nicht der Fall sein solltest du den Akku eh langsam 
ersetzen.

Mit Methode 1 wüsstest du höchsten zusätzlich noch welche der drei 
Zellen langsam dem Geist aufgibt. Von daher ist es doch eigentlich wurst 
ob die jetzt noch eine Tiefenentladung mehr abbekommt.

von Rob (Gast)


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Du könntest auch über einen Shunt messen, welche Ladung dem Akku bereits 
entnommen wurde und prüfen, ob der ermittelte Wert unter einer gewissen 
Grenze liegt. Ich meine mal gelesen zu haben, dass man bei LiPo-Akkus 
etwa 10 bis 20% Restkapazität im Akku lassen sollte.

Beispiel:
Es fließen für 60 Sekunden 6 Ampere, das entspricht einer Entnahme von 
60s/3600s/h * 6A = 100mAh. Wenn du einen 1000mAh-Akku hast bleiben somit 
noch 900mAh übrig. Heißt, dass 9 (8) Minuten lang 6A fließen könnten bis 
nur noch 10% (20%) der Ursprungskapazität übrig sind.

Allerdings könnte die Dimensionierung des Shunts etwas problematisch 
werden. Ich weiß nicht, was du für ein Flugmodell hast, aber manche 
Motoren ziehen unter Vollast einige zehn Ampere. Wenn du einen 0,1 Ohm 
Shunt nimmst hättest du z.B. bei 40A schon knapp 4V Spannungsabfall am 
Shunt, das dürfte die Motorleistung schon massiv beeinträchtigen. Ganz 
davon ab, dass am Shunt 160W Verlustleistung anfallen würden, so dass 
ein SMD-Widerstand schnell abrauchen würde. Umgekehrt darf der Shunt 
aber sicherlich auch nicht zu schwer werden, weil er sonst die 
Flugeigenschaften beeinträchtigt.

von Michael M. (technikus)


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Daniel H. schrieb:
> Wie verhalten sich die LiPo-Zellen beim Entladen?
Ich verwende 3S1P Turnigy LiPos (von Hobbyking), entlade sie aber mit 
maximal C/2 (also einen 4Ah-Akku mit 2A) und auch nur etwa bis zur 
halben Kapazität (also weniger als 2Ah). In dem Fall zeigten die Zellen 
in rund 30 Zyklen weniger als 100 mV Differenz. Für diese unkritische 
Anwendung überwache ich nur die Gesamtspannung.
Mit einem Balancer-Lader (Imax B6) habe ich den gleichen Akkupack mal 
weiter entladen. Bei 80% der Nennkapazität waren die Zellen bei 3,6 V, 
2,94 V, 3,00 V und ich habe die Entladung abgebrochen. Da wäre eine 
Überwachung der Gesamtspannung (9V) kritisch gewesen, weil die die 2. 
Zelle wohl bis 2,5V runtergezogen hätte.
Falls Interesse besteht, kann ich mal die Kurven posten.

Fazit: Mit Möglichkeit 1 bist Du auf der sicheren Seite, Möglichkeit 2 
würde ich nur nach positiven Vorversuchen anwenden.

@Rob
Von der Ladungsbilanzierung würde ich abraten. Wenn man mit 
Nennkapazitäten rechnet, kommen da nur Hausnummern raus. Mein Turnigy 
hat nur 3500 statt der 4000 mAh gebracht. Selbst zuvor selber gemessene, 
reale Kapazitäten bringen nicht viel. Entladestrom, Temperatur der 
Zellen, etc. führen zu merklichen Abweichungen der entnehmbaren 
Kapazität. Da braucht man schon ein ausgewachsenes 
Batteriemanagementsystem, das all diese Parameter mit berücksichtigt.

Servus
Michael

von Pete K. (pete77)


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von Joe (Gast)


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Ich habe das Problem wie im Bild gelöst.

von Daniel H. (Firma: keine) (commander)


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Hallo,

kleiner Nachtrag von mir für die Nachwelt, auf jeden Fall die Spannung 
der Einzelzellen überwachen. Zum Testen einer Schaltung habe ich diese 
gestern an einen 2S1-LiPo-Akku gehängt und nach dem Testen vergessen 
abzustöpseln. Als es mir dann auffiel habe den Akku mal durchgemessen.

Die erste Zelle hatte noch knapp 3,6V während die zweite Zelle auf 
1,7V(!) entladen war. Hier hätte eine Überwachung der Gesamtspannung 
sicherlich viel zu spät angeschlagen, als die zweite Zelle ohnehin schon 
tiefentladen war.

Zum Glück war der Akku ohnehin schon älter und nur noch zum Testen 
aussortiert.

Gruß
Daniel

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