Wie Lipo-Zelle gegen Tiefentladung schützen?...

[Manuel Reimer]

Hallo,

nachdem nun die zweite dieser Conrad-Lipo-Protect-Schaltungen nach nur
einem Tag das zeitliche gesegnet hat:

https://www.conrad.de/de/p/x-1566413.html

suche ich eine Alternative die mit möglichst wenigen Bauteilen auskommt
und entsprechend möglichst wenig Platz verbraucht.

Meine Zelle entferne ich aus meiner Baugruppe und lade sie extern. Ein
Schutz gegen Überladung entfällt also. Weiterhin brauche ich keinen
Überstromschutz. Eine Schmelzsicherung ist im Gerät die im Fehlerfall
den Strom dauerhaft trennt.

Was aber unbedingt gebraucht wird ist ein Schutz gegen ungemerkte
Tiefentladung. Wenn die Spannung unter eine Schwelle (z.B. 3V) fällt
möchte ich das der Strom unterbrochen wird und unterbrochen bleibt. Eine
gewisse Hysterese wird also auch benötigt das bei leichten \"Erholen\" des
Akkus nicht wieder eingeschaltet wird.

Wie kann man sowas mit möglichst wenigen Bauteilen erreichen? Allzuviel
Platz habe ich nämlich nicht mehr im Gehäuse...

Danke vielmals im Voraus.

Gruß

Manuel

 

[Manuel Reimer]

On 01.08.20 10:48, Manuel Reimer wrote:

Wie kann man sowas mit möglichst wenigen Bauteilen erreichen? Allzuviel
Platz habe ich nämlich nicht mehr im Gehäuse...

Ich suche jetzt schon eine ganze Weile aber ich befürchte langsam das es
die platzsparende Schaltung die ich brauche gar nicht gibt.

Ich hab keine Ahnung was diese Conrad-Schaltungen gegen mich haben. Ich
hab vor 6 Jahren schonmal so eine kleine Platine gekauft und die nutze
ich jetzt schon eine ganze Weile ohne Ausfall. Ich kann mir eigentlich
nur vorstellen das irgendwas \"kostenoptimiert\" wurde und die neuen Chips
bei regelmäßigem Trennen des Akkus irgendwann den Dienst quittieren.

Hat jemand eine Ahnung was das für 6-Beiner sind die da drauf sind? Ich
kann mir eigentlich nur vorstellen das die ausfallen. Das das MOSFET
kaputt ist, ist doch eher unwahrscheinlich. Mit einem Datenblatt könnte
ich aber vielleicht eher nachvollziehen wie die Schaltung eigentlich
funktioniert. Und wenn man die Chips irgendwo bekommt könnte ich auch
einfach auf Verdacht mal nen neuen reinbauen. Auch wenn die Schaltung
für meinen Anwendungsfall dann immer noch ungeeignet ist. Auch der neue
Chip wird nach kurzer Zeit wohl wieder ausfallen.

Gruß

Manuel

 

[Kurt]

Am 01.08.2020 um 10:48 schrieb Manuel Reimer:

Hallo,

nachdem nun die zweite dieser Conrad-Lipo-Protect-Schaltungen nach nur
einem Tag das zeitliche gesegnet hat:

https://www.conrad.de/de/p/x-1566413.html

suche ich eine Alternative die mit möglichst wenigen Bauteilen auskommt
und entsprechend möglichst wenig Platz verbraucht.

Meine Zelle entferne ich aus meiner Baugruppe und lade sie extern. Ein
Schutz gegen Überladung entfällt also. Weiterhin brauche ich keinen
Überstromschutz. Eine Schmelzsicherung ist im Gerät die im Fehlerfall
den Strom dauerhaft trennt.

Was aber unbedingt gebraucht wird ist ein Schutz gegen ungemerkte
Tiefentladung. Wenn die Spannung unter eine Schwelle (z.B. 3V) fällt
möchte ich das der Strom unterbrochen wird und unterbrochen bleibt. Eine
gewisse Hysterese wird also auch benötigt das bei leichten \"Erholen\" des
Akkus nicht wieder eingeschaltet wird.

Wie kann man sowas mit möglichst wenigen Bauteilen erreichen? Allzuviel
Platz habe ich nämlich nicht mehr im Gehäuse...

Danke vielmals im Voraus.

Gruß

Manuel

Vill sowas.

https://www.ebay.de/itm/2-lipo-lion-Akku-Lademodul-mit-Schutz-TP4056-Arduino-Solar-charger-Raspberry-Pi/183959013375?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&_trksid=p2060353.m2749.l2649


Kurt

 

[Manuel Reimer]

On 01.08.20 11:05, Manuel Reimer wrote:
> Ich hab keine Ahnung was diese Conrad-Schaltungen gegen mich haben.

Nachtrag: Der Chip ist wohl doch nicht kaputt.

Hatte die ausgelötete Schaltung noch am Multimeter und hab den Akku
nochmal drangehängt. Siehe da: Akkuspannung auf dem Multimeter. Also
doch nicht kaputt??? Dann Akku wieder abgeklemmt und nochmal angeklemmt:
Schaltet wieder nicht mehr durch.

Also hab ich auf Verdacht mal die Buchse, in die der Akku eingesteckt
wird, mit der Messstrippe kurzgeschlossen und dann den Akku drangehängt:
Schaltet wieder durch. Das ist auch mehrfach in Folge so reproduzierbar.

Für mich sieht das so aus als würde auf der Platine des
S-8261ABJMD-G3J2G ein Kapazität sitzen die bei Trennen des Akkus zwar in
der Spannung fällt aber über längere Zeit nicht ganz entladen wird.
Einschalten des Geräts ohne Akku hilft hier auch nicht weil das MOSFET
ja nicht schaltet.

Für einen Reset muss diese Kapazität auf der Platine also über einen
Kurzschluss entladen werden. War bei der alten Platine definitiv nicht
so. Eventuell hat man hier den Eigenstromverbrauch optimiert. Der alte
Chip leert die Kapazität auf der Platine noch zügig, der neue braucht
dafür deutlich länger.

Gruß

Manuel

 

[Manuel Reimer]

On 01.08.20 11:11, Kurt wrote:

Vill sowas.

https://www.ebay.de/itm/2-lipo-lion-Akku-Lademodul-mit-Schutz-TP4056-Arduino-Solar-charger-Raspberry-Pi/183959013375?ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT&_trksid=p2060353.m2749.l2649

Zu groß. Das mit \"Kaum Platz\" meine ich auch so. Trotzdem danke für den
Tipp.

Allerdings ist hier eine klare Trennung zwischen \"Schutz\" und \"Lader\" zu
sehen. Ich hab mal ein Lesezeichen gesetzt. Das ist schon etwas, das man
mal auf Lager legen könnte.

Für mich sieht es so aus als könnte man ggf. durchaus Lader und
Schutzschaltung auch trennen wenn man zwischen C1 und C2 mit einem
Cuttermesser anritzt und die Platine da bricht. Die Schutzschaltung hat
dann bereits entsprechende Lötpads für die Anschlüsse und für den Lader
müsste halt oben und unten von C1 noch Schutzlack entfernt werden.

Gruß

Manuel

 

[Klaus Butzmann]

Am 01.08.2020 um 11:21 schrieb Manuel Reimer:

Zu groß. Das mit \"Kaum Platz\" meine ich auch so. Trotzdem danke für den
Tipp.

Supertanker, A380, Cessna, Raumkapsel oder CubeSat definiert \"Kaum Platz\"
möglicherweise unterschiedlich...


Butzo

 

[Jürgen Hüser]

Hallo!

Am 01.08.2020 um 11:05 schrieb Manuel Reimer:

Ich hab keine Ahnung was diese Conrad-Schaltungen gegen mich haben. Ich
hab vor 6 Jahren schonmal so eine kleine Platine gekauft und die nutze
ich jetzt schon eine ganze Weile ohne Ausfall. Ich kann mir eigentlich
nur vorstellen das irgendwas \"kostenoptimiert\" wurde und die neuen Chips
bei regelmäßigem Trennen des Akkus irgendwann den Dienst quittieren.

Ich vermute eher, das du noch nicht wirklich geblickt hast was diese
Schutzschaltung genau macht?

Hat jemand eine Ahnung was das für 6-Beiner sind die da drauf sind? Ich
kann mir eigentlich nur vorstellen das die ausfallen. Das das MOSFET
kaputt ist, ist doch eher unwahrscheinlich. Mit einem Datenblatt könnte
ich aber vielleicht eher nachvollziehen wie die Schaltung eigentlich
funktioniert. Und wenn man die Chips irgendwo bekommt könnte ich auch
einfach auf Verdacht mal nen neuen reinbauen. Auch wenn die Schaltung
für meinen Anwendungsfall dann immer noch ungeeignet ist. Auch der neue
Chip wird nach kurzer Zeit wohl wieder ausfallen.

Du hast im ersten Posting ein Link genannt.
Wenn du diesen aufrufst, findest du bei Conrad direkt ein Datenblatt.
Das beste überhaupt: Kein Datenblatt zu der Platine, sondern ein
Datenblatt zu genau dem 6-Pinner zu dem du das Datenblatt suchst.
In diesem Datenblatt siehe die Schaltung auf Seite 26.
Es dürfte exakt die Schaltung sein, welche auf deiner Platine sitzt.

Und spätestens beim Anblick dieser Schaltung sollten bei jedem der
Groschen fallen der mit einzelligen LiPo\'s schon mal häufiger was
gebastelt hat.

Dein Problem ganz offensichtlich:
Solche Schutzschaltungen haben ein Gedächniss solange ausreichend
Spannung anliegt. Sinkt diese Spannung, beispielsweise weil jemand
permanent den LiPo von dieser Schaltung trennt, um ihn extern zu laden,
erkennen sie eine Tiefentladung und schalten in den Fabrikzustand:
FET1 aus und FET2 an: Keine Entladung, nur Laden möglich!
Es liegt in der Natur solcher Schaltungen das beim Anschluss eines Akkus
- unabhängig seines Ladezustandes - dieser Fabrikzustand beibehalten wird.
Denn der Controller kann ja nicht sehen das da ein Akku angeschlossen
wurde, oder die Spannung da nur zuppelt weil die Zelle gerade thermisch
amok läuft, oder ein EMV-Impuls einstrahlt.

Dieser Werkszustand wird erst aufgehoben, wenn:
Ladestrom von EB+ nach EB- fließt und sich dabei die Zellenspannung
sinnvoll verhält.

Sinn macht solch eine Schutzschaltung also nur, wenn man versteht das
sie einmal angelötet untrennbar mit der Zelle verbunden bleibt - in
allen Betriebsarten egal ob beim entladen, Laden, oder lose rumliegend.

Entnimmst du also den Akku um ihn extern zu Laden, dann bitte mit dieser
Platine und Ladung über dessen Anschlüsse EB+ und EB- und eben nicht
direkt am LiPo.

Und in kurzen Worten zusammengefasst:
Solch eine Schutzschaltung lässt Ladung zu solange die maximale
Ladeendspannung nicht erreicht ist. Wird die maximale Zellspannung (hier
4,28V) erreicht würgt FET2 den Ladepfad ab.
Ein Entladen ist möglich bis zur Entladeschlussspannung, wird diese
erreicht würgt FET1 den Entladepfad ab.

Was aber unbedingt gebraucht wird ist ein Schutz gegen ungemerkte
Tiefentladung. Wenn die Spannung unter eine Schwelle (z.B. 3V) fällt
möchte ich das der Strom unterbrochen wird und unterbrochen bleibt.
Eine gewisse Hysterese wird also auch benötigt das bei leichten
\"Erholen\" des Akkus nicht wieder eingeschaltet wird.

Genau das macht deine Platine bereits. Genau das sind 50% ihres Sinnes.
Genau genommen die Hälfte die du bisher von der Platine nutzt.

Mit anderen Worten: Du verwendest im Bewusstsein das Pi-Ion und PiPo\'s
durchaus Gefahren beinhalten seit Jahren Schutzschaltungen ein, ohne zu
wissen was diese Platinchen genau machen.
Scheint bei dir aber nochmal gutgegangen zu sein. Glück gehabt!

Grüße

Jürgen Hüser

 

[Marcel Mueller]

Am 01.08.20 um 10:48 schrieb Manuel Reimer:

Was aber unbedingt gebraucht wird ist ein Schutz gegen ungemerkte
Tiefentladung. Wenn die Spannung unter eine Schwelle (z.B. 3V) fällt
möchte ich das der Strom unterbrochen wird und unterbrochen bleibt. Eine
gewisse Hysterese wird also auch benötigt das bei leichten \"Erholen\" des
Akkus nicht wieder eingeschaltet wird.

Da gibt es einen Trick mit einem MOSFET.

Source an den Ausgang, Drain an den +-Pol des Akkus, und ans Gate
bastelt man einen (hochohmigen) Spannungsteiler, ggf. mit (Z-)Diode, der
bei unterschreiten einer bestimmten Spannung den Hahn zu dreht.
Der Trick an der Sache: die Kennlinie muss nicht steil sein, da das
geringste Absinken der Ausgangsspannung für eine positive Rückkopplung
sorgt und dadurch final abschaltet. Einmal aus kommt der Strom nicht
wieder, auch wenn sich der Akku erholt.

Einziger Pferdefuß bei dir: normalerweise würde ein Ladevorgang den FET
automatisch wieder öffnen. Das geht natürlich nicht, wenn man die Zelle
entfernt. Du bräuchtest also noch einen Reset, der den FET kurz
überbrückt. Evtl. kannst Du einfach mit einem kleinen Kondensator
zwischen G und D tricksen, so dass das Anlagen der Spannung beim
einlegen des Akkus den Kick gibt. Nur bitte nicht zu groß machen, sonst
könnte sich der FET beim Abschalten unerwünscht erwärmen.

+----*----+ +-+----*------ +
| | D| V |S |
| C ===== R
| | |G |
| +------*------+
----- |
--- D
| |
+-----------*------------- -

Für den 3,3V-FET und die drei Bauteile braucht es keine Platine. Das
kann man einfach als Igel irgendwo rein stecken. Das passt sich auch
besser den Platzverhältnissen an. Den FET lieber eine Nummer größer
nehmen. Weniger Rdson heißt auch weniger Wärme und weniger Ärger.


Marcel

 

[Manuel Reimer]

On 01.08.20 15:21, Jürgen Hüser wrote:

Entnimmst du also den Akku um ihn extern zu Laden, dann bitte mit dieser
Platine und Ladung über dessen Anschlüsse EB+ und EB- und eben nicht
direkt am LiPo.

Danke für die ausführliche Erklärung. Meine Erfahrung mit Lipo-Zellen
ist tatsächlich eher dürftig. Das sind die Einzelzellen die ich auch mit
meinem kleinen Modell-Heli \"verfliege\" und wenn die schonmal da sind
nutze ich die gerne auch für Eigenbauten. Dort will ich dann aber lieber
eine Schutzschaltung dazwischen haben um nicht den Akku unbemerkt zu
tief entladen zu können.

Ich hab jetzt einfach einen zweiten Steckverbinder zwischen Lipo-Protect
und meine Schaltung gesetzt. Zum Laden nehme ich das jetzt als
Kombination komplett raus und lade durch den Lipo-Protect.

Gruß

Manuel

 

[Jürgen Hüser]

Hallo!

Am 08.08.2020 um 13:59 schrieb Manuel Reimer:

Danke für die ausführliche Erklärung. Meine Erfahrung mit Lipo-Zellen
ist tatsächlich eher dürftig. Das sind die Einzelzellen die ich auch mit
meinem kleinen Modell-Heli \"verfliege\" und wenn die schonmal da sind
nutze ich die gerne auch für Eigenbauten.

Genau solche \"Doppelnutzungen\" habe ich mir bei Li-Ion und LiPo\'s vor
Jahren abgewöhnt.
Seit dem kaufe ich LiIon (vorwiegend 18650 Rundzellen) und LiPo\'s ganz
konkret für einzelne Projekte, keinesfalls mehr für Mehfachnutzung in
verschiedene Geräte/Projekte.

Dort will ich dann aber lieber
eine Schutzschaltung dazwischen haben um nicht den Akku unbemerkt zu
tief entladen zu können.

Projekte mit einzelligen LiPo\'s entwarf ich bisher bewusst ohne
Schutzschaltung bezüglich Tiefentladung.
Das führt bei den ersten Projekten hier zwar gelegentlich zur
Tiefentladung jenseits 2,4V, was aber bisher (ca. 6 Jahre Dauerbetrieb)
zu keiner wirklich spürbar/schmerzhaften Kapazitätseinbußen führte.

Aus dieser Erkentniss habe ich spätere Projekte mit Einzel-LiPo\'s
weiterhin ohne Tiefentladeschutz entworfen, allerdings dafür mit
Reset-Mimik inklusive Hysterese. Sorgt dafür das die gesamte Schaltung
bis auf zweistellige µA hochomig wird, und erst wieder über 3,0V
einschaltet.

Das sichere Laden mache ich bei Einzellzellen generell in den jeweiligen
Projekten über einen SOT23-5 Krümmel MCP73811 von externen 5V.

Das Thema Schutzschaltung sehe ich hingegen als unumgänglich an bei
mehrzelligen Akkus bezüglich Einzelzellüberwachung, Balancing und
Schutz-Abschaltung für Laden/Entladen.
Und genau da habe ich mit fertigen Platinchen derart enttäuschende
Erfahrungen gemacht, das ich sowas auch eher komplett selber übernehmen
will.
Denn nur so bekomme ich einen klar definierten Balancing-Strom, eine
Pack&Einzelzellüberwachung welche auch Umgebugs & Zelltepmeratur
berücksichtig, und daraus dann die logischen Schlüsse zieht.
Genau das haben viele Schutzschaltungen die unter dem Stichwort BMS
zuhauf kusieren nicht.
Und schonmal keinerlei Nutzbarkeit für die Anforferungen die mich
animiert haben selber was zu entferfen.
Ersatz eines alten, defekten NiCd-Packs 12V/600mAh durch 3S Lipo
12,6/1200mA. Ladespannung unstabilisierte \"ca. 12V\", genauer 10,5-16V.
Das einzige was mein Brainstorming in diesem Projekt gerade ausbremst
sind die aktuellen Temperaturen...

Ich hab jetzt einfach einen zweiten Steckverbinder zwischen Lipo-Protect
und meine Schaltung gesetzt. Zum Laden nehme ich das jetzt als
Kombination komplett raus und lade durch den Lipo-Protect.

Genau so ist es richtig

Grüße

Jürgen