Schutzschaltung für Li-Po

**PICture** · 14.12.2012, 21:14

Hallo markusj !

Vielen Dank fürs Anschauen und wichtige Bemerkung !

Ich werde das ganze natürlich mit einstellbarem Netzteil praktisch ausprobieren und die Zenerspannung per Zenerdiode + seriell angeschlossene normale bzw. Schottky Diode einstellen versuchen. Sollte es mit dem Laden nicht möglich sein, werde ich natürlich nötige zusätzliche Bauteile einbauen (z.B. ein Komparator mit Referenzspannung + Abschalttransistor T per R1). Die fertige Schutzschaltungen scheinen für so kleine Akkus nicht geeignet zu sein, bin aber leider nicht sicher, deshalb frage ich.

Ich habe noch vergessen zu erwähnen, dass der Tiefendladeschutz bei angeschlossener Last schon vorhanden ist.

**markusj** · 14.12.2012, 22:23

Ich sehe ein Problem im Leckstrom der Zener-Diode, deine Ladeschaltung saugt dir also deinen Akku relativ schnell leer - Ohne dass da ein Tiefentladeschutz greift. Deine Ladeschaltung sollte möglichst komplett von der Ladespannungsversorgung gespeist sein, damit keine Last am Akku hängt. Evtl. sogar mit einer Schottky abgesichert damit sicher kein Strom rückwärts fließt.

mfG
Markus

**PICture** · 14.12.2012, 23:27

Stimmt, danke sehr.

Ich muss es noch überdenken und angeblich ändern, so dass bis 4,2 V kein Strom vom Akku in die Schutzschaltung fliessen darf. Dann wäre eine Schutzschaltung fürs Überladung an Solarzellen per Schottky Diode am Akku hängen müssen. Wie auch immer, weiss noch nicht was während des Bastelns entstehen würde, aber die Akkuspannung fast sicher per MOSFET gemessen wird.

**wkrug** · 15.12.2012, 08:32

Guck mal nach dem MAX1811 und überleg dann mal, ob sich da was selber gebasteltes lohnt.

**PICture** · 15.12.2012, 14:08

Hallo wkrug !

Herzlichen Dank für dein Vorschlag, dessen DB werde ich gleich "studieren" und wenn er sich für meinen kleinen Li-Po eignet, werde ich ihn sehr gerne anwenden, anstatt sinnlos basteln.

Leider eignet sich der IC für mich nicht, weil er zu viel kostbarer Solarenergie verschwendet.

Deshalb möchte ich diese "verrückte Idee" ausprobieren:

Code:

                           D                       R5 5R6
                    T1                             ___
         +-->>---+--   ---->S-----+-------------+-|___|->>-+
        +|       |  v /           |             |          |
       .---.     |  ---          .-.            |+        .-.
       |   |     |   |         R3| |            -  Akku   | |RL
       |SC |    .-. .-.       10M| |           ---(Li-Po) | |(Last)
       |   |  R1| | |*|R2        '-'            |-        '-'
       '---' 10M| | | |200k       |             |          |
        -|      '-' '-' +-----||--+------+     ===    +->>-+
         +->>-+  |   |  |  +->||  |      |     GND    |
              |  | |/   |  +--|| .-.     |           ===
             === +-| T2 |  |     |*|R4  --- C        GND
                 | |>   |  |  T3 | |10M --- 10n
 SC = Solarzelle |   |  |  |     '-'     |       T1 = BC516 (ß=~30 000)
                 |   |  |  |      |      |
  D = 1N5817     |  === | ===    ===    ===      T2 = BC546A (ß=~90)
                 |  GND | GND    GND    GND
                 +------+                        T3 = BSS83

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

Weil geschätzter Selbstentladestrom für den Akku ca. 2 µA ist, habe ich R3 für max. ca. 0,4 µA gewählt (um 20% davon). Es müssen nur zwei mit "*" bezeichnete Widerstände "angepasst" werden: R2 für max. Ladestrom 75 mA und R4 für dessen totale Abschaltung bei Akkuspannung 4,2 V. Geschätzter Stromverbrauch von T1+T2+T3 aus der SC ist max. 30 µA.

**PICture** · 20.12.2012, 04:40

Hallo!

Ich habe die Schaltung mit sehr zufriedenstellendem Ergebnis praktisch ausprobiert und in der Skizze aktualisiert. Die gesamte Stromverstärkung der bipolaren Transistoren war zu groß (der Darlington BC516 hatte beim Kollektorstrom 75 mA gemessene ß = 140 000 !!! ) und ich hatte nur BSS83P (P-MOS). Deshalb habe ich als T1 kein Darlington und gefundenen N-MOSFET verwendet. Mit R2 stellt man den max. Ladestrom (hier 75 mA bei 7 V aus SC) und mit R3, R4 die Abschaltspannung (4,2 V) ein.

Bei abgeschalteter Last ist der Akku mit ca. 0,3 µA und die Solarzelle (7 V) durch den Transistorschalter (T1,T2) beim Laden mit ca. 0,2 mA belastet. Ich habe den Akku an auf 7 V eingestelltes Netzteil für mehrere Stunden angeschlossen gelassen und danach konnte ich eine Spannung von 4,26 V ablesen, die nicht mehr gewachsen ist. Deshalb vermute ich, dass die tatsächliche Schlussladespanung des Akkus nicht genau 4,20 V ist.

WARNUNG: Die Schaltung schutzt nicht vor Tiefentladung des Akkus und eignet sich nur als Lader !!!

Ich möchte mich bei dem markusj für wichtige Hilfe bei Entwicklung herzlich bedanken.

Die ganze Schaltung habe ich auf einer Lochrasterplatine ca. 9,5 x 37 mm (3 x 14 Löcher) mit SMD Bauteilen und mit Anschlussbuchse für Solarzelle und Last aufgebaut (ausser Transistoren und Diode) und am Akku befestigt. Sie ist um 1 g schwerer als der Akku, der nur 2 g wiegt. Wenn grösserer entnommener Strom benötigt wäre, könnte man den R5 durch ensprechende flinke Schmelzsicherung ersetzen.

Code:

                            D                  R5 5R6
                     T1                        ___
          +->>----+--   ---->S----+---------+-|___|-<<-+
         +|       |  v /          |         |          |
        .---.     |  ---         .-.        |+        .-.
        |   |     |   |          |*|R3      -  Akku   | |RL
        |SC |    .-. .-.     T3  | |4M3    ---(Li-Po) | |(Last)
        |   |  R1| | |*|R2       '-'        |-        '-'
        '---'  1M| | | |36k  D    |         |          |
         -|      '-' '-' +----||--+---+    ===    +-<<-+
          +->>-+  |   |  |  ->||G |   |    GND    |
               |  | |/   |  +-|| .-.  |          ===
              === +-| T2 |  |S   | | --- C       GND
              GND | |>   |  |  R4| | --- 10n
                  |   |  |  | 10M'-'  |      T1 = BC337-40 (ß=~400)
                  |   |  |  |     |   |
  SC = Solarzelle |  === | ===   === ===     T2 = BC546A (ß=~90)
                  |  GND | GND   GND GND
   D = 1N5817     +------+                   T3 = IRFU120N (UGSth=~3V)

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

**PICture** · 26.12.2012, 04:24

Hallo!

Die vorherige Schaltung war für mein solarbetriebenen Spielzeug zu "stromfressend" aus der Solarzelle und deshalb habe ich bessere aufgebaut und praktisch ausprobiert. Diese Schaltung belastet die Solarzelle beim Laden mit 75 mA bei 7 V mit um 2 µA. Das ist für mich sehr wichtig, da der Ladestrom bei Streulicht in meiner Wohnung meistens nur ca. 300 µA beträgt. Das Laden fängt im µA Bereich bei einer Spannung aus SC um 5 V an, wenn der Akku noch nicht leer ist (ca. 4V), sonst bei niedrigerrer Spannung aus SC, weil der Spannungsabfall an T1 + D um 1 V ist.

Der einziger Unterschied besteht aus diskret aufgebautem Darlington (T1,T2) mit ß = ca. 10 000 anstatt des "normalen" Transistors T1 (siehe Code) und die Funktionsweise ist gleich wie vorher. Natürlich man kann auch einen Darlington mit einzelnem Transistor und ännlichem ß anwenden. Bei dieser Schaltung mit anderem MOSFET hat nach mehrstundigem Laden bei 7V aus SC die Akkuspannung bei 4,19 V aufgehört zu wachsen. Deshalb denke ich, dass die Spannung doch von Widerstandteiler R3,R4 und U_GSth vom MOSFET abhängt. Ich habe aber nur SMD Widerstände mit 1 % Toleranz und möchte, wegen Abmesungen, kein Poti anwenden um sehr genau die Abschaltspannung einstellen zu können.

WARNUNG: Die Schaltung schutzt nicht vor Tiefentladung des Akkus und eignet sich nur als Lader !!!

Weil ich nur grösste SMD Widerstände 10 M habe, musste ich als R1 zwei seriell anlöten und es gibt auch noch zusätzlichen Transistor. Deshalb ist die Schutzschaltung mit Anschlussbuchse für Solarzelle und Last (jetzt aussen) etwas grösser, also ca. 9,5 x 38 mm (3 x 13 Löcher + ca. 5 mm Anschlussbuchse). Als "Gehäuse" für den Akku mit Schutzschaltung dient ein Schrumpfschlauch.

Code:

                             D                  R5 5R6
                    T1                          ___
          +->>----+-   --+--->S----+---------+-|___|-<<-+
         +|       | v /  |         |         |          |
        .---.     | ---  |         |         |+        .-.
        |   |     |  |   |         |         -  Akku   | |RL
        |SC |    .-.  v /         .-.       ---        | |(Last)
        |   |  R1| |  --- T2      |*|R3      |-        '-'
        '---' 20M| |   |          | |5M6     |          |
         -|      '-'  .-.         '-'       ===    +-<<-+
          +->>-+  |   |*|R2     T4 |        GND    |
               |  |   | |2M7  D    |              ===
              === |   '-' +----||--+---+          GND
              GND |    |  |  ->||G |   |
                  |  |/   |  +-|| .-.  |
                  +--| T3 |  |S   | | --- C
                  |  |>   |  |  R4| | --- 10n
                  |    |  |  | 10M'-'  |      T1,T2 = BC556 (ß=~100)
                  |    |  |  |     |   |
  SC = Solarzelle |   === | ===   === ===     T3 = BC546A (ß=~90)
                  |   GND | GND   GND GND
   D = 1N5817     +-------+                   T4 = IRFU120N (UGSth=~3V)

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)