Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Tiefentladeschutz für 12 V Bleigelakku
tobiastob
16.04.2008, 20:49
Hallo,
um meinen Bleigelakku nicht zu ruinieren, möchte ich ihn gerne, dass sie dank einer Tiefentladeschutzschaltung automatisch vom Verbraucher getrennt, sobald der Akku die minimale Entladespannung erreicht hat. Die liegt bei meinem Panasonic 12 V, 7.2 AH bei etwa 11 Volt, hab auch schon was von ca 10,7 V gelesen.
Und hier http://insel.heim.at/malediven/350052/elektr_d.htm#Tiefentlade habe ich auch schon eine erste Schaltung gefunden. Ich hätte zwar auch einen ATTiny13, mit dem man sowas wohl auch realisieren könnte, da sind aber eigentlich unter anderem dank der Programmierschnittstelle schon alle Pins belegt.
Der ADC am MOSI (PIN 5) wäre noch "halb" frei, aber zur anderen Hälfte auch schon durch den ISP belegt. Also wäre eine Schaltung, die ohne den Tiny13 auskommt schon besser, sonst gibts wieder arge Probleme.
Bei der Schaltung oben ist ja ein Relais eingebaut. Da ich aber nur einen maximalen Strom von 0,6 A bei 12 V habe und auch noch ziemlich wenig Platz, würde ich das Relais gerne durch einen Transistor ersetzen. Könnte mir bitte jemand bei der Auswahl helfen? Brauche ich einen FET?
Und noch eine sehr unbeholfene Frage zum Schluss. Wo ist bei der obigen Schaltung UEingang bzw. der Akku (bei V1?) und wo der Ausgang?
Kennt vielleicht noch jemand eine Schaltung die mit relativ wenigen Bauteilen auskommt und den gleichen Zweck erfüllt und würde mir verraten, wo ich sie finden kann?
Viele Grüße
der Tob
Die Schaltung zeigt nur den Steuerstromkreis, der Laststromkreis, da wo du dann den "Ausgang" findest, ist nicht dargestellt.
Eine Diode, in Sperrrichtung, parallel zum Relais, würde auch nicht schaden!
Wenn du einen Transistor einbaust, was bei 0,6A sehr vernünftig ist, kannst du den Lastsstrom direkt beim Transistor anschließen.
tobiastob
16.04.2008, 21:47
Hallo Harri,
danke für die Tip. Welche Diode wäre da ok? Reicht eine 1N4004 parallel zum Relais bzw. in meinem Fall Transistor?
Dort steht ja, man könne die Schaltung, die ursprünglich für 6 Volt Akkus ausgelegt ist, mit einigen Änderungen übernehmen. Ich habe bei Reichelt nach einer passenden Z-Diode gesucht, um die dortige zu ersetzen und die ZD 11, Z-DIODE 1,3 W gefunden. Laut Datenblatt beträgt bei ihr V Zmin 10, 4 und V Zmax 11,6. (http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=2;GROUPID=2994;ARTICLE=23069). Würde die denn passen?
Und würde ein FET IRL3803 als Transistor passen. Der hängt auch in meinem Laststromkreis an einem Atmel Controller und schlaltet dort den 0,5 A Motor. Bin damit soweit zufrieden, weiß aber nicht, ob er sich auch für diesen Zweck eignet. Andererseits hätte ich hier ja die nahezu vollen 12 Volt Steuerspannung des Akkus, da müsste also auch ein normaler NPN reichen, oder?
Denkst du, dass der Rest der Schaltung so übernommen werden kann (von dem dort angesprochenen 3,3kOhm Widerstand abgesehen)?
Viele Grüße
tob
Anbei der Schaltplan wie das ungefähr aussehen könnte. Nimm eine Z Diode mit etwa 9V Durchbruchspannung(übrigens kann man Z Dioden auch durch LEDs, in Durchlassrichtung geschaltet, nachbauen).
Die Kennlinie sieht wie im Anhang aus, die blaue Linie gibt dir den Ausgangsstrom an. Wie du siehst wird er bei etwa 11V abgedreht.
Die Diode parallel zur Last brauchst du nur dann, wenn es eine induktive Last(Spule) ist.
tobiastob
16.04.2008, 23:01
Vielen Dank! Mit welcher Software hast du das berechnet? Ich vertraue dem Graphen mal, will nur anmerken, dass ich woanders gelesen habe, dass der Spannungswert der Zenerdiode + 0,7V die Schaltschwelle ergibt. War nicht direkt auf diese Schaltung bezogen, ich dachte aber es sei als Faustregel übertragbar - bei Interesse: http://www.mtb-news.de/forum/archive/index.php/t-195769.html Beitrag von manne.
RL ist in deinem Schaltplan das Relais, oder? Ist es für die Berechnung der Zenerdiode, bzw ihr Verhalten von Bedeutung, dass hier ein Widerstand von 100 Ohm angegeben ist?
Eine induktive Last (Motor) habe ich ja. Reicht eine gewöhnliche 1N4004 Diode? Schnell muss sie ja nicht sein, soweit ich das verstanden habe, ebenso wenig, wie der Transistor, der das Relais ersetzt.
Viele Grüße
tob
Mit Multisim ist das gemacht.
RL ist die Last, was auch immer das dann ist, in deinem Fall halt der Motor.
Die Diode reicht(sie kann 1A), die Induktivität des Motors drückt nämlich dann die von dir angegebenen 0,6A kurzzeitig durch die Diode durch.
Das mit der exakten Schaltschwelle ist so eine Sache. Wenn du das ganze genau haben willst dann würde ich an deiner Stelle eher eine OPV Schaltugn hernehmen.
Wenns aber, wie ich annehme, nicht so genau hergeht, dann sollte das schon reichen. Kannst es ja mal in real ausmessen bei welchem Wert der Strom ausgeschaltet wird.
Wie bereits gesagt kannst du die Zenerdiode durch LEDS bzw. normale Dioden ersetzen, z.B. 5 gelbe LEDS mit Uf=2V ergeben dann eine Referenzspannung von 10V.
tobiastob
16.04.2008, 23:38
Ok, danke. Du hast jetzt aber nicht das Relais komplett wegrationalisiert, sondern es nur der Einfachheit halber nicht in die Skizze übertragen. Da muss dann der zweite NPN-Transistor hin, und hinter den der eigentliche Laststomkreis. Richtig?
Viele Grüße
tob
Nö, das Teil ist weg. Der eine Transistor übernimmt jetzt die Aufgabe. Bei 0,6A Strom ist das auch für kleinere Transistoren kein Problem.
Denk dir deine Last einfach als RL. Also deinen Motor. Den hängst du also zwischen Kollektor und + Pol der Spannungsquelle. So einfach ist das.
tobiastob
17.04.2008, 00:08
Oh, prima. Es ist schon etwas mehr als nur ein Motor, also auch ein FET, ein Mikrocontroller und ein wenig Kleinkram an den ADCs. Aber das dürfte ja keinen Unterschied machen. Insgesamt braucht es nicht mehr als 0,6 A und die meiste Zeit nur 0,03 A.
Ich nehme an, die Widerstände in deiner Skizze sind aber schon nur "skizzenhaft" beschriftet, also dass R2 3.3 kOhm hat und R1 eben so viel, wie das Datenblatt des jeweiligen Transistors vorschlägt. Also eher 10k statt 1k. Das soll jetzt keine Kritik an deiner Skizze sein, freu mich darüber :) ich frag nur zur Sicherheit.
Vielen Dank nochmal!
tob
Hallo Tobias,
du solltest deine Abschaltschwelle nochmal überdenken. Bleiakkus leben um so länger, je weniger sie entladen werden. Eine Autobatterie überlebt z.B. einige 100 Zyklen bei einer Entladung auf 90%. Aber gleichzeitig nur ~5Zyklen bei einer Entladung auf 0%. Die Entladetiefe ist wirklich entscheidend.
Auf http://www.batteryuniversity.com/partone-13.htm, ganz unten, findest du eine Tabelle. Laut dieser Tabelle würde ich nicht unter 12V gehen um das Leben des Bleiakkus zu verlängern.
Hubert.G
17.04.2008, 10:02
Wie tief du den Akku entladest hängt auch davon ab mit welchem Strom entladen und wie lange es dauert bis er wieder geladen wird.
Geringer Strom und lange warten bis zu laden sind schädlicher als mit großem Strom tiefer entladen und sofort wieder aufladen.
Die laut Datenblatt unterste Schwelle sollte allerdings nie unterschritten werden.
tobiastob
17.04.2008, 11:25
Hallo,
im Laststromkreis befindet sich ein Atmel mit einem Sensor, der die meiste Zeit nur 0,03 A zieht. Ab und zu läuft zusätzlich ein PWM (150 Hz) gesteuerter Lüfter, also ein Motor, der noch mal 0,5 A zieht. Bei kurzzeitigen Spitzen, beim Anlaufen des Motors, braucht er 0,85 A.
Laut dem Diagramm im angehängten Datenblatt würde ich bei einer Abschaltschwelle von 12 Volt nur eine Entladezeit von 10 Stunden haben, statt der 20 im Idealfall. Gilt nun das Datenblatt, hab ich es falsch gelesen oder sind die Werte des Datenblatts ohnehin nur Idealwerte, und die Abschaltschwelle sollte wirklich 12 Volt sein?
Was mich zu einer weiteren Frage bringt: Ist es denn wirklich so, dass nach spätestens 20 Stunden Entladezeit definitiv Schluss ist, auch wenn ich rein rechnerisch die 7,2 AH des Akkus noch gar nicht verbraucht habe, da ich ja die meiste Zeit nur 0,03 A brauche? Wird die Spannung des Akkus also nach spätestens 20 Stunden so niedrig, dass meine Schaltung dank Tiefentladeschutz keinen Strom mehr bekommt?
Ich dacht mal, Bleigelakkus seien gut um Robotern oder ähnlichem lange Zeit Energie zu liefern und dass meine Schaltung so irgendwo in der Region von 150 bis 200 Stunden dauerhaft zu betreiben wäre.
Ich hätte noch eine Frage zum Transistor. Ich dachte, ich setze in die obige Schaltung einen BD139 ein. Der schafft, laut Datenblatt bis uz 1,5 A. Also könnte das auch in der Praxis noch für meine maximal 0,85 Stromspitze reichen. Eignet sich der Transisor in diesem Fall. Heißt zwar "Power Transistor", ist aber ein gewöhnlicher NPN, kein FET, dem man einen zweiten NPN vorschalten müsste, oder? Ist er schnell genug?
Viele Grüße
tob
Ich versteh nicht ganz für was du "schnelle" Transistoren und Dioden brauchst. Ob du den Strom nun in 1ns oder in 1ms abdrehst ist doch auch schon egal.
tobiastob
17.04.2008, 19:56
Im Laststromkreis befindet sich ein Mikrocontroller, an dessen Pin sich ein IRL 3803 (FET) befindet, der mit einer 150 Hz PWM angesteuert wird. Der FET schaltet gelegentlich einen Motor. Ich denke, dass die Frequenz, der der IRL3803 ausgesetzt ist, auch der NPN in der Tiefentladeschutzschaltung ausgesetzt ist, weil der dortige NPN ja auch so schnell schalten muss, wie der IRL3803 schaltet, also, Strom zum Motor durchlässt. Der muss dann ja auch immer erst durch die Schutzschaltung. Ist das nicht so? Woran kann ich ablesen, ob der BD135 schnell genug ist?
Und wie ist es mit dem Akku? Schafft er nur 20 Stunden?
Viele Grüße
tob
Nö das ist nicht so.
Der Lasttransistor verhält sich wie ein einstellbarer Widerstand. Es braucht eine gewisse Zeit um die Widerstandänderung zu vollführen.
Wenn er aber erst mal leitend ist, ist es egal welche Frequenz der durchfließende Strom hat.
Übrigens sind 150Hz sehr langsam. Transistoren schalten im Nanosekundenbereich, ich würde bei der PWM für einen Motor eher 20kHz empfehlen.
tobiastob
19.04.2008, 20:11
Danke für den Hinweis. Bei etwa 150 Hz und 470 µF läuft mein bürstenloser Motor aber schön ruhig. Das Amperemeter zeigt keine auffälligen Ausreißer. So gesehen bin ich ganz zufrieden mit der Frequenz. Würdest du 20 kHz empfehlen, weil dann das Störgeräusch für den Menschen unhörbar ist?
Könnte der BD135 wegen seiner kleinen Bauweise ohne Kühlkörper zu heiß werden? Soll ich doch lieber den IRL 3803 auch im obigen Tiefentladeschutzkreis einsetzen, oder ist er überdimensioniert und der kleine BD135 doch ausreichend?
Darf ich noch mal wegen der Zenerdiode nachfragen? Sollte ich nun die 12 Volt wirklich nicht unterschreiten, oder interpretiere ich das Datenblatt des Akkus richtig, und 11 Volt sind auch ok? Und wir der Akku bei geringer Stromentnahme länger halten als 20 Stunden?
Was mir leider auch noch nicht ganz klar, ist die Bedeutung der Verlustleistung bei Zenerdioden? Ist das die gesamte Leistung, die maximal durch die Diode geleitet wird, also in meinem Fall grob 1 A (Spitze) * 12 Volt = 12 Watt? Dann würden ja nicht mal 1,3 Watt Zenerdioden reichen.
Viele Grüße
tob
Hallimasch
21.04.2008, 12:48
Hallo,
bei Pollin.de gibt es einen Bausatz für 7.95 Euro.
Bestellnummer 810 045
Ist zu finden unter Fundgrube - Bausätze ..
Ich bastel ja auch gerne, aber ab und zu greife ich auch auf einen Bausatz zurück.
Gruß vom Pilzesucher Hallimasch
Danke für den Hinweis. Bei etwa 150 Hz und 470 µF läuft mein bürstenloser Motor aber schön ruhig. Das Amperemeter zeigt keine auffälligen Ausreißer. So gesehen bin ich ganz zufrieden mit der Frequenz. Würdest du 20 kHz empfehlen, weil dann das Störgeräusch für den Menschen unhörbar ist?
Könnte der BD135 wegen seiner kleinen Bauweise ohne Kühlkörper zu heiß werden? Soll ich doch lieber den IRL 3803 auch im obigen Tiefentladeschutzkreis einsetzen, oder ist er überdimensioniert und der kleine BD135 doch ausreichend?
Darf ich noch mal wegen der Zenerdiode nachfragen? Sollte ich nun die 12 Volt wirklich nicht unterschreiten, oder interpretiere ich das Datenblatt des Akkus richtig, und 11 Volt sind auch ok? Und wir der Akku bei geringer Stromentnahme länger halten als 20 Stunden?
Was mir leider auch noch nicht ganz klar, ist die Bedeutung der Verlustleistung bei Zenerdioden? Ist das die gesamte Leistung, die maximal durch die Diode geleitet wird, also in meinem Fall grob 1 A (Spitze) * 12 Volt = 12 Watt? Dann würden ja nicht mal 1,3 Watt Zenerdioden reichen.
Viele Grüße
tob
Die hohe Frequenz ist dazu da, einen lückenlosen Strom zu erzeugen. Stromspitzen und daher zusätzliche Belastung wird vermieden. Der Motor läuft aufgrund seiner Trägheit rund.
Ich würde mir die Zenerdiode halt so aussuchen, dass der Abschaltbereich bei 11-12V liegt. Kommt halt drauf an wieweit du den Akku auslutschen möchtest. Ein bisschen unter 12V ist auch nicht gleich der Weltuntergang.
Die Verlustleitung ist die Zenerspannung mal dem Strom durch die Zenerdiode. So wie du die Zenerdiode verschaltest fließen höchstens ein paar Milliampere drüber, also kann dir die Verlustleistung egal sein.
die o.g. Schaltung würde ich garnicht nehmen, denn sie hat einen großen Mangel:
Der Innenwiderstand der Batterie wurde nicht beachtet. Solange ein konstanter Strom entnommen wird, schaltet die Schaltung ab. Wird aber ein größerer Verbraucher ab und zu eingeschaltet wie z.B. ein Motor, zieht der einen größeren Strom. Ist die Batterie ziemlich entladen, steigt ihr Innenwiderstand. Das heißt nun, daß der Motor mit seinem hohem Laststrom die Batteriespannung weiter absinken läßt. Das Relais in der Schaltung oben schaltet den Motor wieder ab. Jetzt steigt durch den geringen Verbrauch die Batteriespannung wieder -> die Schaltung schaltet den Motor wieder ein -> großer Strom fließt -> Batteriespannung bricht ein -> Schaltung schaltet Motor ab usw. Das führt zu keinem definiertem abschalten sondern zum Schwingen.
Es bleibt nichts weiter übrig als ein Schaltung mit großer Hysterese zu verwenden. Der N555 wäre gut geeignet, zumal der locker ein Relais treiben kann. Ansosnten gehts natürlich auch mit nem µC, der aber so programmiert sein muß, daß er bei einer niedrigen Spannung (mit dem ADU gemessen) das Relais abschaltet und erst wenn die Batterie geladen ist und eine auch unter Last normale Spannung hat, dann wird der Verbraucvher wieder zugeschalten.
Ein Schmitttrigger wär wohl das einfachste.
Zusätzlicher Vorteil ist, dass man mit dem OPV das ganze etwas genauer hinkriegen würde.
Hallo zusammen,
Ich würde den LTC1235 empfehlen. (Ist ein Watchdog-IC)
http://www.datasheetcatalog.net/de/datasheets_pdf/L/T/C/1/LTC1235.shtml
Der hat einen "POWER FAIL INPUT" (Hysterese möglich)
Der könnte auch gleich deinen Controller resetten und bei leerer
Bleibatterie auch noch mit einer Knopfbatterie backuppen. (Natürlich ohne Motor!) Nachteilig sind der relativ grosse Preis und die Grösse.(Dürfte aber wohl kein Problem sein, wenn du genug Platz für eine Bleibatterie hast...)
MfG Marco
tobiastob
22.04.2008, 11:01
Mist, also doch ganz anders. Was ich noch gefunden habe ist eine Variante mit einem "Micropower Over/Under Voltage Detector", dem ICL7665. Er zieht weniger als 3µA. Damit kann man über Widerstände den unteren Schwellenwert definieren, unter dem der Laststromkreis vom Akku getrennt wird (z.B. 11,8 ) , und einen oberen Schwellenwert, der erst wieder überschritten werden muss, damit der IC den Laststromkreis wieder hinzuschaltet (z.B. 12,5 V). Ich denke, das dürfte im Prinzip dem entsprechen, was ihr vorgeschlagen habt. Oder würde es trotzdem schwingen?
Den entsprechenden Schaltplan gibts für 60 Cent bei Elektor. Ich weiß ja nicht, ob es gerne gesehen wird, wenn der hier öffentlich erscheint. Ist ja weder mein Forum, noch mein Schaltplan. Andererseits mag es unfreundlich wirken, wenn ich den jetzt für mich behalte. Bin für Vorschläge offen. Ich könnte ihn ja z.B. abpausen 8-[
Die Lösung, wenn sie denn funktioniert besteht aber auch lediglich aus dem mit Widerständen beschalteten ICL7665 und einem P-channel MOSFET (IRLML6402) mit niedrigem RDS-(on), der den Verbraucher schaltet.
Ich hoffe, das klappt.
Viele Grüße
der tob
Der ist ja noch teurer als der LTC1235!!
Sieht ansonsten i.O. aus, finde ich.
Ich denke nicht, dass er anfängt zu schwingen, wenn
der Spannungsunterschied zwischen "Motor läuft" und "Motor läuft nicht"
nicht grösser als die Hysterese ist.
Es gibt gegen das Schwingen noch einen Trick, lohnt sich aber meist
nur bei Schaltungen mit hohen Strömen:
Man nimmt als Steuertransistor einen Typen mit möglichst niedriger
Grenzfrequenz (Maximalfrequenz), diser schwingt dann nicht mit, da er zu
langsam ist. Allerdings sind diese "langsamen" Transistoren" für hohe Ströme ausgelegt und daher ziemlich gross.
Ich bin auch nicht sicher, ob es in deinem Fall funktioniert, ich würde noch die Meinung von Experten einholen. (Bin erst 14!) :-$
MfG Marco
tobiastob
22.04.2008, 11:43
Hallo Marco,
bei dem Preis hast du dich möglicherweise verguckt :) Den ICL7665 gibts hier http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=4;GROUP=A213;GROUPID=2910;ARTICLE=39 370 für 1,20 Eur. Leider gibts den IRLML6402 nicht bei Reichelt. Aber immerhin bei Segor. Ist aber eher mein kleinstes Problem.
Danke für den Hinweis zur Hysterese. Wie man die am besten konfiguriert, muss ich erst noch nachlesen.
Viele Grüße tob
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