Tiefentladeschutz für Li-Ionen Zelle

Hallo liebe Expertinnen und Experten,

ich habe aus einem defekten Apple Laptop Akku (eine Zelle war defekt)
die anderen "nackten" Zellen ausgebaut und möchte diese als einzelne Zellen in meiner Fahrradanhängerbeleuchtung einsetzen.

Jetzt fehlt mir noch eine simple Lösung die Akkus vor dem Tiefentladen zu schützen. Das muss auch nicht so superausgeklügelt - optimiert sein. Auch die Größe der Bauteile ist nicht so wichtig.
Wie gesagt: sind Gebrauchtteile und müssen nicht super gepflegt werden.

Das Laden kann ich mittels eines Li-Ionen Ladegerätes abwickeln - scheint auch gut zu funktionieren - habe die fast leeren Akkus wieder gut aufladen können und bei einer manuellen Überwachung beim Entladen keine Probleme gehabt - bei 2,8 Volt habe ich dann abgeschaltet.

Vielen Dank für Eure Anregungen

Gruss Golo

Hallo huesken!

Ich habe im Code noch nicht ausprobierte Schaltung skiziert. Der p-n-p Transistor leitet nur so lange, wie lange sein Basisstrom fliesst.

Wenn die Akkuspannung die grenze Ua = Ube + Uz erreicht, wird die Last abgeschaltet. Der Übergang ist nicht schlagartig und die Spannung an der Last wird langsam sinken. In jedem Fall unter bestimmter Spannung des Akkus wird er von der Last getrennt, was ihn vor Tiefendladung schutzt.

Wenn du Zeit und Lust hast, die Schaltung ausprobieren, dann möchte ich dich um Bericht bitten, da ich solche Schaltung mit Darlinktontransistor zum Tiefandladenschutz von Bleiakkus in meinem Bot verwenden möchte.

Bei allen Problemen werde ich dir sehr gerne helfen, weil ich daran selber interessiert bin. :)

MfG

Code:

---



                                    I
                            T    --->
            +---------------  -----X----> +
          + |  A    A    v /
    Akku  -  |    |Ube  ---
          ---  |Ua  |      |
          - |  |    ------ |
          === ===    A      z DZ
          GND GND    |Uz    A
                      |      |
                      ------ |
                            .-.
                          || | Rb
                        Ib|| |
                          V'-'
                            |
                            ===
                            GND

          Ua = Ube + Uz Abschaltspannung

          Uav = Spannung des vollgeladenes Akkus

                Uav - Ube - Uz
          Rb = -------------- wobei Ib = I / ß
                      Ib

          Ube = ca. 0,7 V für "normale" Transistoren

          Ube = ca. 1,4 V für Darlingtontransistoren

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Ja werde mich mal dran machen vielen Dank

Ich bin aber noch nicht so Firm mit den Ascii Plänen...

Deswegen erstmal:
Sieht der Plan so aus (siehe Bild2.jpg)?
Was bei der Berechnung ß?
Welche Funktion hat die Diode?


Vielen Dank für die Hilfe
Gruss Golo

Ja, der Schaltplan ist richtig, ausser das eine Zenerdiode anstatt geraden Strichs, einen Strich in Form vom Buchstaben "Z" hat.

Das ß entnimmt man aus dem Datenblatt entsprechendes Transistors. Dort ist das ßmin (minimal) angegeben, aber in dieser Schaltung mehr schadet ja nicht. :)

Die Zenerdiode bestimmt mit Ube des Transistors die Spannung bei dem er fängt zu leiten an. Für nedrigere Spannungen unter 2,7 V gibt es keine Zenerdioden und dafür, oder für genau bestimmte Spannung, verwendet man "einstellbare" Zenerdiode z.B TL 431 bzw. LM385-Z1,2 mit einem Trimmpoti.

MfG

Hallo PICture,
ja natürlich - z-Dioden mit Z.
Ich muss mir erst noch ne passende z-Diode besorgen....
wobei wenn ich mal nachrechne die Sache mit der 2,7 Z-Diode nicht so richtig passen kann - es sei denn ich will schon viel früher aussteigen.

Folgendes:

Ua = Ube + Uz
Ua = 0,7V + 2,7V
Ua = 3,4

- - - - - - - - - - - -

Uav = 3,6 Voll geladen
I = 800mA - einfach mal angenommen ohne zu wissen ob der Transistor das mitmacht
Ib = 0,8A / 0,7V (ßmin) = 1,14

Rb = (3,6V - 0,7V - 2,7V) / 1,14
Rb = 0,17 Ohm - ist ja fast nix oder?

Sehe ich das eigentlich richtig dass die Z-Diode(2,7Volt) schon bei 3,4 Volt Restspannung sperren würde da ja die Basis vom Transistor auch noch 0,7 Volt braucht? (Wenn man den Vorwiderstand vernachlässigt)


Gruss Golo

Hallo huesken!

Deine Berechnungen sind nicht ganz richtig. Angenommen z.B. bei einem TIP125 Darlington-Transistor (60 V, 5A in TO-220 Gehäuse) mit ßmin = 1000, den ich selber verwenden möchte haben wir:

Ua = 3,4 V, Ube = 1,4 V, Uz = 2 V -> LM385-Z1,2 mit Trimmpoti

Uav = 3,6 V -> Ur = Uav - Ua = 0,2 V verbleibender Spannungsabfall auf der Rb

Ib = Ic / ßmin, Ib = 0,8 A / 1000 -> Ib = 0,8 mA

Rb = Ur / Ib, Rb = 0,2 V / 0,8 mA, Rb = 250 Ohm -> nächster Wert 240 Ohm

Für normale Transistoren wird der Rb natürlich kleiner, weil sie kleineren ßmin haben. Z.b. für ßmin = 50 werden es nur Rb = 12 Ohm. Verwendung in dieser Schaltung Darlington-Transistoren vermindert den nötigen Basistrom und ermöglichst anwenden grösseren Basiswiderstände, deswegen würde ich es sehr empfehlen.

So wie ich das sehe, verstehst du die Funktionsweise der Schaltung richtig. :)

Ja, beim "normalen" Transistor und Z-Diode 2,7 V wird der Transistor schon bei 3,4 V gesperrt.

Nach weiteren Überlegungen habe ich festgestellt, dass minimaler Wert vom Rb auch folgendermassen berechnet werden kann: Rb = Ur / Ibmax, was für maximalen zulässigen Basistrom bzw. Durchflussstrom der Zenerdiode z.B. Ibmax = 10 mA und Ur = 0,2 V ergibt Rb = 0,2 V / 10 mA = 20 Ohm. Und dieser Wert wäre nötig um den Laststrom bei sinkender Akkuspannung auf gewünschtem Wert zu erhalten, weil der Transistor sowieso gesättigt werden sollte um den Spannungsabfall auf ihm zu minimalisieren.

MfG

Hallo hier bin ich wieder,
Weihnachten ist rum die ersten Krankheitswelle auch und ich habe die Schaltung mit "normalen" Transistor und einfacher Z-Diode nachgebaut.
Das ganze war aber nicht befriedigend da der Transistor viel zu heiß wurde.
Bei kleinerem Strom hat die Sache geklappt - mit der Einschränkung, dass. Der Strom viel zu früh abgefallen ist.
Ich werden das ganze mal mit dem oben genannten TIP125 Darlington-Transistor umzusetzen.
Vielleicht ist das Ganze auch nicht der richtige Weg - und ich sollte eher nach einer logischen Schaltung suchen. Irgendwas mit Spannungen vergleichen und einen FET ansteuern???
Gruss Golo

Hallo huesken!

Danke für deinen Bericht, der die Idee für mich als brauchbar bewertet. Um sie zufriedenstellend zu realisieren sind sicher noch einige Experimente nötig. Ich bevorzuge einfachste Lösungen und meine, dass es ohne logischen Schaltungen geht.

MfG

Ab in den Aldi/Lidl/Plus und die Batteriboxen durchstöbern. Da findet man oft alte handy/digicam akkus. Die haben eine integrierte Schutzelektronik, die alles macht was man sich wünschen kann. Anlöten und glücklich sein.

Klar das stimmt das könnte ich machen aber der Weg ist das Ziel. Es geht bei der Sache eigentlich eher darum einzelne Bausteine zu verstehen ein gewisses Wissen im Bereich der Elektronik zu erlangen und natürlich auch ums Basteln.
Gruss Golo

Hallo,
dieser Thread ist ja schon über 1 Jahr alt. Aber er trifft mein gegenwärtiges Problem: nämlich einen wirksame Tiefentladeschaltung für LiPo-Akkus.

Ich bastele an der Umrüstung von Modellautos (Standmodelle) im Maßstab 1:87 auf elektrischen Antrieb und elektronischer Steuerung. Nach ersten Versuchen mit NiMH-Akkus möchte ich jetzt aber LiPo-Akkus verwenden. Das ist in erster Linie eine Platzfrage in den Miniaturfahrzeugen.

LiPo-Akkus benötigen aber einen Tiefentladeschutz, um nicht vorzeitig zu Schrott zu werden. Ich benötige einen Schutz in Form einer einfachen Schaltung, wie sie in diesem Thread schon von PICture vorgeschlagen wurde.

Da meine Kenntnisse als Nichtelektroniker -elektriker nicht so weit reichen, um eine Transistorschaltung zu berechnen, möchte ich Euch um Eure konkrete Hilfe bitten.

Daten:
Lipozelle 120 mAh
Nennspannung 3,7 Volt
Ladeschlussspannung 4,2 Volt
Entladeschlussspannung 3,2 Volt
Stromentnahme zwischen 20 und 60 mA

Meine Frage ist, wie die von PICture vorgeschlagene Schaltung speziell für meine Anwendung dimensioniert werden muss.:confused:

Besten Dank im Voraus.

Gru Elu

Hallo Elu!

Man muss eigentlich mit einer Wahl vom Transistortip anfangen, weil sein ß über weiteres entscheidet. Weil bei dir in allgemeinem Platzmangel gibt, kommen auch SMD Bauteile in Frage ?

Wenn die Abschaltspannung ziemlich genau seien sollte, würde ich die "normale" Zenerdioden nicht, sondern die "enstellbare" o.g. IC's empfehlen.

oder....................
http://www.elv.de/Lithium-Polymer-(L.../detail2_14229

Hallo!

@ WL

Vielen Dank für perfekten Vorschlag ! :D

@ Elu

Das ist sicher für uns beide am einfachsten, wenn für dich nicht zu teuer bzw. gross.

Es gibt noch ännliche beim Conrad: http://www.conrad.de/ce/de/product/1...CHUTZSCHALTUNG , die sind wegen höherer Endladeschlussspannung (3 V) besser, aber länger 28x3,6x1,8 mm. ;)

Hallo PICture und WL,

Eure Hinweise sind super.

Den Ship von ELV werde ich platzmäßig eventuell unterbringen können. Verstehe nur nicht, warum der auf eine Abschaltspannung von 2,3 Volt ausgelegt ist, wo doch allgemein bei LiPo-Akkus 3,0 Volt gefordert werden.

Der Ship von Conrad ist auf jeden Fall zu groß.

Ich werde diese Lösung mal räumlich prüfen und danke für Eure Hinweise.

Gruß Elu

Mir ist noch eingefallen, dass du die Schaltung von Conrad auch auf der Längseite deines Akkus kleben könntest, falls er genug lang und dick ist. ;)

Zitat:

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Zitat von Elu

..................... warum der auf eine Abschaltspannung von 2,3 Volt ausgelegt ist, wo doch allgemein bei LiPo-Akkus 3,0 Volt gefordert werden.

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Das hängt vom Entladestrom ab.
2,3V sind das absolute Minimum (im PDF wird auch von 2,5V gesprochen).
Bei Deiner Anwendung sollte das kein Problem sein.
Die 3V (oder noch höher) gelten für Hochstrom-Anwendungen (Heli's u.s.w.)

Ein universelle Lösung wäre auch ein kleiner Tiny Atmel Controller der die Spannung überwacht und per FET den Stromkreis unterbricht. Vorteil wäre das genaue Ladeschlussspannung und Entladeschlussspannung einfach programmiert wird. Das ganze wäre in SMD auch recht klein und relativ günstig.
Vor allem halt flexibel, könnte man auch bei anderen Akkus Nimh, Blei etc. verwenden.

Hallo,
ich habe die Maße am Modell noch mal überprüft und festgestellt, dass das Schutzmodul von Conrad noch reinpasst. Da dieses bei 3 Volt abschaltet, ist es für mich auch gleich ein Schutz für den Mikromotor.

Ich hatte nämlich schon einen Motor abgeraucht, weil die Akku-Spannung (NiMH) so weit abgesunken war, dass der Motor nicht mehr anlief und das Fahrzeug stand. Die noch vorhandene Restspannung wurde im stehenden Motor in Wärme umgesetzt, was zum Durchbrennen führte. Das sollte mir jetzt nicht wieder passieren.

@Frank:
Deine Lösung ist für meine Anwendung räumlich zu groß, sicherlich aber anwendbar außerhalb eines solchen kleinen Modells.

Vielen Dank nochmal für Eure Hilfe. Ich weiß, hier im Forum "werden Sie geholfen"!:)

Gruß Elu

Hallo!

Zitat:

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Zitat von Elu

Ich weiß, hier im Forum "werden Sie geholfen"!:)

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Das stimmt, aber von mir "nur" bei konkret erleuteten Problemen. :(

Du hast für dich perfekte Lösung aus aller Voschläge gewählt, was leider nicht jeder Threadöffner kann.

Ich freue mich sehr, wie immer, dir helfen zu können und wünsche dir weiterhin vieeel Spass. :)

Hallo,
ich komme noch einmal auf den Tiefentladeschutz für Lipo-Akkus zurück. Dieser soll ja gleichzeitig ein Überladeschutz sein.

Mein erster Lipo 3,7 Volt, den ich in eines meiner Modelle eingebaut habe, hat lediglich zwei breitere Anschlussfahnen. Eine entsprechende Schutzvorrichtung ist nicht vorhanden, so dass ich hier den Sicherheitschip von Conrad mit eingebaut habe.

Jetzt habe ich mir noch Lipos bei Ebay gekauft. Die haben als Anschlüsse Litzen-Drähte. Durch die transparente Ummantelung sieht man einen bestückten Chip analog dem Conrad-Chip, nur etwas kürzer.

In der Beschreibung des Angebotes bei Ebay stand davon aber nichts. Kann ich jetzt davon ausgehen, dass dieser Lipo sowohl einen wirksamen Entlade- als auch einen Überladeschutz besitzt? Oder sollte ich zur vollkommenen Sicherheit noch einen Chip von Conrad extern dahinterschalten? Gibt es irgend eine Vorschrift (Norm) für Lipos, wo man das entnehmen kann?:confused:

Da ich schon einiges über die Brandgefahren beim Lipo-Akku gelesen habe, bin ich vorsichtig, damit nicht meine Modelle mit abgefackelt werden und vielleicht nicht noch größere Schäden entstehen.

Gruß Elu

Zitat:

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Zitat von Elu

Kann ich jetzt davon ausgehen, dass dieser Lipo sowohl einen wirksamen Entlade- als auch einen Überladeschutz besitzt?

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Das darfst du in keinem Fall, nur die Schutzschaltung auf gewünschte mit bekannten Parameter auswechseln. ;)

Hallo PICture,
ich werde den Chip in dem Lipo belassen und dazu einen definierten Chip von Conrad extern einbauen. Ich habe einige davon zu liegen Dann wird das Problem gelöst sein. Danke für Deinen Ratschlag.

Gruß Elu

Dopellt ist sicher immer besser als nur einzeln abgesichert. :)