Akku Schutz ähnlich wie bei Hilti Akkus

[Alexander P. (tollerteppich)]

Hallo,

erst mal eine kleine Beschreibung von meinem vorhaben:

Also ich habe diverse Akkumaschinen 18V/36V die ich Regelmäßig für Haus 
und Hof brauche, Anfangs habe ich die originalen Makita LXT Akkus 
verwendet aber da die schlecht geladen und überwacht wurden und dadurch 
ständig kaputt gingen habe ich als Modellbauer Lipo Akkus verwendet. 
Dies funktionierte deutlich besser allerdings hatte ich kein gescheites 
Gehäuse für die Lipos und der drang beim arbeiten noch 3 löcher zu 
bohren obwohl der Akku schon leer war haben ihr übriges dazu beigetragen 
das auch diese irgendwann kaputt gingen.

So ich habe nu einen 3D Drucker gebaut und Drucker mir gerade Gehäuse 
für die neuen Teuren SLS (Stefans Lipo Shop) Akkus :D

Ich möchte wie ich es von der Arbeit gewohnt bin bei den Hilti Maschinen 
einen Schutz vor Tiefenentladung. Die Akkus von Hilti habe 4 Led's für 
den Ladezustand und schalten die Last (Maschine) ab sobald der Akku Leer 
ist.

Ich habe einen bzw mehrere Lipowächter vom Chinesen (Hobbyking) die an 
sich auch gut funktionieren. Das einzige Manko ist das die wenn man die 
LED Totlegt 7,2mA mit 16mA Ruhestrom haben was natürlich nicht geht da 
der Akku wenn er eine Woche nicht genutzt wird von dem 
Unterspannungsschutz Tiefenentladen wird also genau das Gegenteil von 
dem was ich möchte o_O.

Das Schöne an dem Wächter ist das man ihn für Akkus von 3-8s nutzen kann 
meine haben 5s.

Der Wächter reagiert bei folgenden Spannungsschwellen:
über 3,6V LED Leuchtet Dauerhaft
unter 3,6V LED Blinkt Schnell/hört auf sobald 3,65V erreicht ist.
unter 3,35V Kurzes Piepen(Piezo)/LED Aus/hört auf sobald 3,4V erreicht 
ist.
unter 3,25V Langes Piepen(Piezo)/LED Aus/Bleibt dann in dem zustand.

Meine anfängliche Idee war es das ich evtl über die Spannung vom Pieper 
eine Abschaltung herbeiführen kann P-Kanal FET mit invertiertem Signal 
oä.

Ich bin mir noch nicht ganz sicher wie ich das ganze anstelle.

Eine Idee die mir im Kopf herum geistert wäre es noch über die 
angeschlossenen Geräte irgendwie zu erfassen wann man sie nutzen will so 
das sich dann ein µC eingeschaltet wird der die Spannungsüberwachung zB 
über einen N-Kanal FET an den Akku auf schaltet und bei eintreffen des 
Signals vom "entfernten Pieper" der P-Kanal für die last und der µC 
Wegschaltet und zusätzlich noch einen Timeout hat der einen 
Ausschaltimpuls erzeugt.

Das einzig blöde ist das der Lipowächter beim einschalten piepst aber so 
was könnte man ja vielleicht lösen indem man den Kanal wo das Pieps 
Signal drauf liegt für eine gewisse zeit 2-3s ignoriert.

Wie könnte man denn erkennen ob ein Strom fließen soll wenn die 
Elektronik komplett aus ist ? ich glaube das ist nicht so einfach und 
würde da zu einem Taster zum einschalten des Akkus tendieren.

ich plane das ganze dann mit allen files bei Thingivers zur verfügung zu 
stellen damit sich jeder das nachbauen kann.

Ich bin Offen für alle Ideen und Vorschläge Tipps hinweise die zum Ziel 
führen :D

Gruß Alex

[Ernst (Gast)]

TL;DR

[Siri (Gast)]

Das mit den hobbyking teilen ist murks. Schon gegoogelt? Du brauchst ja 
nur einen Komparator mit 0.x V Hysterese der den mosfet steuert. Oder 
digital, dann einen atiny mit pieper, leds und allem zippzapp.

Klaus

[Alexander P. (tollerteppich)]

Den komperator hat die elektronik von hobbyking ja schon eingebaut, die 
schaltet auch genau genug. Und die möchte ich auch gerne verwenden um 
den aufwand gering zu halten. Was schaltungstechnik angeht bin ich nicht 
so fit leider :-/

Ich habe mal ein bild angehängt wie ich mir das GROB vorstelle.

Das sollte man doch so machen können oder ?

Erfordert auch keinen komplizierten code des ųC denke ich.

[Boris O. (bohnsorg)]

Es gibt fertige Spannungsüberwachungen, die geringsten Strombedarf 
haben, bspw. NCP300/301 von ON Semi. Üblicherweise setzt man sie für 
Mikrocontroller ein, damit RESET ordentliche Pegel bekommt, wenn die 
Betriebsspannung angelegt oder abgestellt wird. Ein simpler 
P-Kanal-MOSFET als Leistungsschalter und zwei Transistoren mit 
Ladekondensator für einen LED-Blitzer und fertig ist die 
Überwachungsschaltung. Setze ich generell auf jede Li-Ion-Halterung in 
SMD auf, lässt sich auch prima in Serie schalten. Stromaufnahme ca. 1µA 
(Schaltbetrieb)-20µA (Blitzer, Mittelwert). Es gibt auch noch eine 
sparsamere Variante von Linear Technology nach demselben Strickmuster, 
allerdings ohne Blinker-LED.

Die Reset-Überwachungen gibt es extrem präzise eingestellt, bei den NCPs 
in 100mV-Schritten. Als Leistungs-MOSFET sind die IRF73xx oder SI440x 
bis 1.8V Gate-Source-Spannung spezifiziert.

[1] http://www.discovercircuits.com/DJ-Circuits/undervol.htm

[Siri (Gast)]

Na guck...

Siri.

[Alexander P. (tollerteppich)]

Ja das hört sich doch nach was vernünftigem an ich werde mir das heute 
abend am pc mal anschauen.

Könnte man mit dem  NCP300/301  auch eine einzelzellenüberwachung über 
den balancerstecker machen ?

Gruß Alex

[Boris O. (bohnsorg)]

Ich nutze die Schaltung generell/ nur als Einzelzellenüberwachung, wie 
schon beschrieben, löte ich sie auf die Halterung (18650). Ist in SMD 
eine kleine Platine von 1x2cm. Für den Balancer-Stecker, bzw. ein 
multi-cell-management gibt es fertige ICs. Oft liegt die Zellenzahl >4 
und es wird etwas teurer. Von Texas Instruments lautet das Bauteil auf 
bq-irgendwas, hat nach meiner trüben Erinnerung irgendeine serielle 
Schnittstelle (SPI). Ist auch von Maxim Integrated, Linear Technology 
oder Intersil erhältlich. Für 1-2, oder gar 3 Zellen genügt die 
Selbstbauüberwachung.

Es spräche aber nichts dagegen, die NCPs an die Zelle zu frickeln und 
deren Signale differenziell oder potentialfrei auszuwerten – 
Reihenschaltung der Zellen macht ja aus GND-Bezug eine Summierung. Die 
stromsparenden Dual- oder Fensterkomparatoren von Maxim wären eine 
Alternative. Das sind die Bauteile MAX93x mit interner Referenz. Da sind 
teilweise sogar zwei Komparatoren gleich als Fenster-Komparator 
verschaltet, d.h. der Ausgang stellt sicher, die Spannung ist nicht 
höher und nicht niedriger als ein Messwert. Braucht aber gleich 4µA und 
die Schaltkreise werden bei 2-3€ taxiert. (Bei reichelt waren sie mal 
urplötzlich im Ausverkauf für <1€.)

[Siri (Gast)]

...wenn die Zellen aber balanciert sind & werden und du die 
Abschaltschwelle konservativ auslegst, ist eine EZÜ mMn nicht nötig.

Siri.

[Alexander P. (tollerteppich)]

So ich habe mir mal die veschiedenen möglichkeiten angeschaut. Eine 
überspannungs detektion brauche ich nicht da sich der akku am 
akkuschrauber selten aufläd :D
 Zu den NCPs: die können nur bis ca 10v also würde nur ne 
einzelzellenüberwachung mit galvanischer trennung funktionieren oder 
fals möglich die spannung mit einem teiler herunter setzen.

Die verschiedenen BQs von TI habe ich mir auch angeschaut die sind zwar 
teilweise auch für lipos angegeben aber in den datenblättern ist dann 
wieder nur von liion die rede zudem möchter ich bei 3.3V abschalten und 
nich wie die meisten schaltungen bei 2.8 -3.0V.

Grundsätzlich werden die akkus mit einem junsi 3010 modellbaulader 
geladen der auf wenige mV kalibriert wurde. Somit ist weder ein 
überlader noch eine überspannung möglich.

Es gibt von TI auch battery management chips aber das wird zu 
kompliziert. Weniger ist besser.

Also am besten hört sich meines erachtend der NCP mit spannungsteiler an 
sofern das feht 0.5ųA sind auch geil

Gruß  Alex

[Boris O. (bohnsorg)]

Alexander P. schrieb:
> Also am besten hört sich meines erachtend der NCP mit spannungsteiler an
> sofern das feht 0.5ųA sind auch geil

Davon rate ich ab, weil der Spannungsteiler deutlich mehr als 1µA ziehen 
wird, um in ausreichender Qualität herunterzuteilen (Rauschen der 
Widerstände, Bauteiltoleranz). Die Schaltung mit den Reset-Überwachern/ 
NCPs ist für Einzelzellenüberwachung gedacht. Wenn dein Vorhaben 
kompliziert ist, muss die Schaltung es auch sein. Wäre es einfacher zu 
lösen, hätte Hilti sicher an dieser Stelle massiv eingespart. (AN112 von 
Linear Technology ist ein grober Abriss des Battery-Stack-Problems und 
etwas Historie zur Überwachung/ Steuerung.)

Die MAX93x-Komparatoren sind bis 11V Single Supply spezifiziert. Eine 
wirklich wirklich wirklich akademische Lösung wäre ein extrem niedrig 
getakteter Mikrocontroller (128kHz) und/ oder Watchdog-Interrupt mit 
tiefstem Schalfmodus unter Nutzung der differenziellen AD-Wandler. Er 
könnte sogar noch die aktuelle Belastung messen und seine eigene Taktung 
verändern. Prinzipiell wacht der µC im Ruhezustand (der Gesamtschaltung) 
alle 2-8min auf (Vorgabe Watchdog-Takt), misst und zeigt bei Bedarf an 
(Drucktaster). Im Lastfall (der Gesamtschaltung) geht der Messtakt auf 
wenige Sekunden hoch und warnt ohne Taster bei einer Schwelle und 
schaltet ab bei einer zweiten ab. Damit erreicht man sicher im Mittel 
keinen µA aber etwas ähnliches projektierte ich schon mit 100µA im 
Lastfall und 10µA im Stand-By.

Bei 3V3 abzuschalten ist m.E.n. Verschwendung. Je nach Zellentyp stecken 
noch 20-40% Leistung im Akku. Wenn die Begrenzung die Zyklenanzahl und 
nicht Unter- oder Überspannung ist, ist es unökonomisch. Die 
Spannungsüberwachungen sind auf wenige mV präzise, was man mit anderen 
Lösungen niemals erreicht. Solltest du aber eine unerwartet einfache 
aber zuverlässige Alternative entdecken, werde ich dein erster Förderer 
sein.

[Alexander P. (tollerteppich)]

Nabend

Über was für ströme reden wir hier bei einem gescheiten spannungsteiler 
an 21V ? Naja an sich ist mein vorhaben nicht kompliziert, 
unterspannungs abschaltung und auto off sind die funktionen die ich 
bauen möchte. Eine komplettes Akku Management benötige ich nicht und 
würde sich bestimt auch mit dem Ladegerät beißen.

Bei meiner Idee ist der ųC erst aktiv wenn ich den taster am Akku drücke 
und den p-kanal fet brücke. Dahinter greift die Spannungsversorgung des 
ųC ab.
Quasi wie ein "treppenhauszeitschalter" und wen das "licht" (ųC) an ist 
findet die überwachung statt da spielt es dann auch keine rolle ob die 
hobbyking detektor schaltung 1 2 oder 20mA zieht das wären bei einem 
15min auto off  5mAh was bei einer Kapazität von 5000mAh wurst ist. Das 
ist 0.1% der Kapazität die opfere ich gerne. :D

Es soll halt ganz einfach verhindert werden das man den akku leerorgeln 
kann. Nicht mehr und nicht weniger. Auch wenn diese hobbyking schaltung 
nicht die schönste und stromsparenste lösung ist aber sie generiert 
zuverlässig bei 16.8V (3.36v zelle) ein signal welches man nutzen kann 
mit einem ųC.

Und 3.3V ist aus meiner erfahrung ein guter wert um nicht ständig 
defekte zellen zu haben. Grundsätzlich wird bei li zellen ja gesagt das 
man 20% der Kapazität lassen sollte dadurch Verschleißt der akku nich so 
schnell. Klar 3V würden auch gehen aber dann hat man keine sicherheits 
reserven.

Ich werde da mal nen test aufbau machen :D

Was für einen spannungswandler könnt ihr empfehlen um aus max 25v 5v zu 
erzeugen brauchen ja nur 50mA sein (led+ųC)? Nen 7805 wird mir zu warm. 
Etwas simples vl. Sowas wie diese dcdc wandler aber in günstig also 
nicht diese 10€ teile.

Und was für einen fet nimmt man wenn man 25v und 100A schalten will ohne 
das er abkocht ? Ich könnte ein kleines alublech zum kühlen in das 
akkugehäuse einarbeiten.

Gruß Alex