LiIon Tiefentladung vermeiden

Hallo zusammen, in letzter Zeit tauchen ja vermehrt Postings zum Thema Li-Ion-Akkus auf. Ich habe vor, eine 18650-Zelle zur Versorgung eines Messgerätes einzusetzen, wobei die Ladung durch einen Controller gesteuert wird. Was mir im Moment mehr sorgen macht, ist das Posting über den kugelrund aufgeblähten MP3-Player-Akku. Zwar hat meine Zelle ein Ventil, aber muss ja trotzdem nicht unbedingt kaputt gehen. Wie verhindern die gängigen Akku-Schutzschaltungen Tiefentladung bzw wird darauf überhaupt geachtet? Im Moment sieht meine Abschaltung so aus, dass zum Verbraucher mit einem P-Kanal-MOSFET getrennt wird, der Strom hier ist also der S-D-Leckstrom bei Ugs=0 und der Leckstrom durch den Transistor, der das Gate zum Einschalten auf Masse zieht. Ladegerätseitig hätte ich eine Diode anzubieten, danach kommt dann wieder ein P-Kanal-MOSFET, der hier allerdings in leitender Richtung zu sehen ist, also liegt hier nur die Diode im Weg. Ich hatte spasseshalber mal durchgerechnet, ob die Energiebilanz mit Schottky (mehr Leckstrom, stärkere Selbstentladung -> Verlust = Leckstrom*Akkuspannung*Standby-Zeit) oder einer normalen Si-Diode (mehr Flussspannung beim Laden -> Verlust = Uf*Icharge*Ladezeit) besser wäre und es fiel zugunsten der Si-Diode aus. Nur leckt auch die schlimmstenfalls mit einigen zehn bis hundert Nanoampere. Ist das nun eine Grössenordnung, bei der ich mir Sorgen machen sollte? Das Gerät schaltet sich zwar Entladeschlussspannung ab (wie hoch war die doch gleich für Graphitanode....?), aber der Leckstrom fliesst dann ja immer noch. Ideen?

-Stefan

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Stefan Huebner
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"Stefan Huebner" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Nimm einfach ein handelsuebliches Akkupack mit eingebauter Schutzelektronik, z.B. von Digitalphotokameras. Dann musst du dir keine Gedanken um Ueberladung oder Tiefentladung machen, der Kunde bekommt Ersatz in jedem Geschaeft, und DAS so ein Akku wenn er monatelang ungeladen runmliegt kaputt geht, weiss inzwischen hoffentlich auch jeder.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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MaWin

Am Wed, 21 Sep 2005 17:55:35 +0200 schrieb Stefan Huebner :

Die Diode im Ladezweig ist keine gute Idee, ihr Spannungsabfall verhindert die Volladung. Die Schtuzschaltungen von LiIon Akkus verwenden 2 antiserielle PMOS FETs. Ihr Leckstrom ist im Vergleich zur Selbstentladung vernachlässigbar, man sollte die Abchaltschwelle halt etwas über die Zerstörungsschwelle des Akkus durch Tiefentladung legen.

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Martin
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Martin

Die Akkuspannung wird natürlich hinter der Diode gemessen :) Dort sitzt vor und hinter dem Strommesswiderstand je ein P-Kanal-MOSFET, die wenn geladen wird durchgeschaltet sind und die jeweiligen Spannungen über Spannungsteiler dem ADU zuführen. Die kleinen SOT23-MOSFETs habe ich nicht weiter erwähnt, weil die so lächerlich wenig Leckstrom haben sollen, dass ich mit der Wahl des Platinenmaterials vermutlich einen grösseren Unterschied erreichen würde als durch Vernachlässigen der FETs.

Das ist klar. Die Schaltung mit den PMOS-Transistoren erscheint logisch, ich meine sowas auch schon irgendwo mal gesehen zu haben. Egal, weniger Leckstrom als meine Diode werden die wahrscheinlich auch nicht haben, allerdings könnte ich mir dann die beiden PMOS für die Spannungsteiler sparen. An der Ansteuerung würde sich eher nichts ändern, bei beiden Varianten muss zum Laden das Gate nach Masse gezogen werden. Dafür müsste ich dann aber zum Überwachen des Ladestands einen weiteren Spannungsteiler hinter dem MOSFET vorsehen, der den Vebraucher zuschaltet und einen weiteren ADU-Kanal belegen. Muss ich wohl nochmal durchdenken.

Danke erstmal!

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Stefan Huebner

Kostenfrage! Von den Geräten werden etwa 20 Stück gebraucht, wobei der Akku nicht den halben Materialpreis ausmachen sollte.

Das mit dem Ersatz ist so eine Sache. Ich habe mich noch nicht informiert, wie viele Standards es gibt, aber vermutlich braucht man eine spezielle Halterung für den Akku und ob der gerade gewählte Standard dann auch einer mit Zukunft ist, bleibt vielleicht auch noch fraglich. Einen Laderegler brauche ich ja so oder so, also würde ich hier gerne a) sparen und b) einen Minimaltypen einsetzen, den es immer in irgendeiner Form geben wird.

Das bezweifel ich nur leider. Ich hatte angenommen, dass NiMH da noch kritischer ist, oder würdest Du für eine Anwendung, die nicht permanent im Einsatz ist, NiMH den LiIons vorziehen?

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Stefan Huebner

"Stefan Huebner" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Nein. An ein Akkupack mit Schutzelektronik einfach strombegrenzte Spannung von (im Leerlauf) mindestens 4.5V/Zelle anlegen und warten, bis die Spannungsquelle nicht mehr belastet wird, die Spannung also auf Leerlaufwert steigt.

Nicht wirklich. Ich habe hier NiMH Baumarkakkuschrauberakkus, die nach 2 Tagen tumliegen lassen leer sind. Unglaublich. Ich hab schon nach einem Entladewiderstand da drinnen gesucht....

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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MaWin

MaWin schrieb:

Da wird der Produktionsausschuss verbaut, Mängel im Separator.

Ist sozusagen in den Zellen integriert.

Gruß Dieter

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Dieter Wiedmann

Wie bitte? Du sagst also, dass in den Akkupacks mit Schutzschaltung ein Laderegler eingebaut ist? Denn etwas anderes ist es ja nicht, wenn ich anlegen kann, was ich will (naja in Grenzen, aber nicht in Grenzen, die denen des nackten Akkus ähneln) und die Elektronik macht den Rest. Das kann doch nicht im Rahmen der Spezifikation sein, dass die als Schutz(!)schaltung ausgelegte Elektronik das Ladegerät überflüssig macht. Du sagtest: mindestens 4,5V, wieviel denn höchstens? Meine Systemspannung liegt zwischen 8 und 20V, brauche also so oder so einen StepDown-Wandler, gewonnen ist also nicht viel. Nehmen wir mal 5V, die Zelle ist leer. Heisst: 1,3V Differenz bei 2,2A Ladestrom. Die Elektronik im Pack verbrät nun also 2,8W. Dafür ist sie ja anscheinend ausgelegt. Anderer Ansatz: ein Shuntregler, der die strombegrenzte Klemmenspannung gerade so begrenzt, dass die dem jeweiligen Akkuzustand angemessen Spannungen anliegen. Macht das Sinn? Klär mich auf, ich habe ernsthafte Probleme mit der Vorstellung, dass die Schutzschaltung zum Einsatz als Ladegerät taugt. Gibt's irgendwo Spezifikationen von solchen Akkupacks?

Und, nicht gefunden? Das andere Posting hat ja schon eine mögliche Erklärung geliefert. Ich bin eigentlich auch durch mit NiMH, daher die LiIon-Frage.

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Stefan Huebner

"Stefan Huebner" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Sicher. Lies einfach mal so ein Datenblatt so eines Schutz-ICs. NCP800, R5421, T63H0002A, AAT8633, MC33349

Je nach verbauten Chips, aber (bei 1 Zelle) 20V wohl kaum. 5V geht immer, manche Chips haben aber bereits 6V Maximum.

Nein. Natuerlich nicht. Richtig lesen. Die Spannungsquelle muss STROMBEGRENZT sein, also bei Nennstrom (z.B. 500mA) von selbst mit der Spannung runtergehen. Dann bleiben vielleicht 0.5A an den

0.1 Ohm des Abschalt-Transistors haengen, also 25mW Verlust im Akkupack. Wie die Spannungsquelle ihren Strom begrenzt, kann man sich aussuchen. Klingeltrafo, Schaltregler oder Vorwiderstand hab ich schon gefunden.

Zumindest der LiIon-Protection-Chips. Welcher davon aber in welchem Akkupack drinsteckt, ist unklar, und oft auch egal, funkctionieren ja eh alle gleich. Nur wenn das Geraet den Ladezustand wissen will, muss halt noch eine Leitung zur Kommunikation mit dem Chip rein, daher die ganzen Akkupacks mit 3 Kontakten zum Auslesen des vom Chip protokollierten Ladezustands.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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MaWin

So, überzeugt - teilweise. Ich habe gerade eben ein LiIon-Pack für ein Telefon aufgeschlitzt und die Platine entnommen. Ein kleines BGA-Ding und ein etwas grösserer Transistor sitzen drauf, das IC ist ein LM3655. Das Datenblatt beschreibt ungefähr das, was Du sagst. Allerdings reicht der Strom nicht, den das Ding verkraftet. Ist mir im Prinzip auch eher egal, gut zu wissen, dass die Packs so aufgebaut sind, hilft u.U. mal bei der Problemsuche. Allerdings brauche ich die 2Ah Kapazität der Zellen, die ich schon habe, den Controller, ADU und die Referenz sind auch schon da, wieso sollte ich also irgendeinen proprietären Akku mit Elektronik einsetzen, der zudem noch teurer ist? Zurück zum Thema Tiefentladung: das Datenblatt vom LM3655 spricht von normalem Betrieb >2,575V und die Abschaltschwellen liegen irgendwo bei

2,3irgendwas und knapp 2V. Scheint mir sehr niedrig. Hat jemand verlässliche Angaben hierzu? Ich habe Zellen mit Graphitelektrode und 4,1V Ladeschlussspannung. Wie tief darf ich die Dinger entladen? Die Sony-Seite, auf der es mal Datenblätter gab, existiert leider nicht mehr.
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Stefan Huebner

"Stefan Huebner" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@4ax.com...

Haengt davon ab, wie lange du dem sich wegen Entladung abgeschalteten Geraet geben willst, bevor es vom Anwender wieder aufgeladen werden muss. Wenn du bei 3V abschaltest, hat der Anwender viel Zeit eine Steckdose zu suchen, bei 2V muss das unmittelbar passieren.

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Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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MaWin

Das klingt plausibel. Für die NiMHs hatte ich seinerzeit mal Entlade- und Selbstentladekurven mit einem Akku-Ladecomputer aufgenommen, leider kann das Ding keine LiIon laden, aber eine Kurve mit einer Spannungsmessung pro Minute oder sowas müsste es auch schaffen, mal sehen. Oder kennst Du (oder andere hier) Erfahrungswerte bzgl der Selbstentladung?

Ich werde wohl bei 3V abschalten. Die Entladekurve, die ich mal manuell vom LiIon-Akku gemacht habe, um ein paar Stützstellen für die "Füllstandsmessung" zu finden, suggeriert zumindest, dass ein ganzer Tag durchgehender Betrieb möglich ist, ohne dass die Spannung des frisch geladenen Akkus unter 3,2V fällt. Ist also noch etwas Sicherheit drin.

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Stefan Huebner

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Nein, das hat er so nicht geschrieben.

So hat er das auch nicht geschrieben.

Tut sie auch nicht.

Nein, die Leistung wird in der _strombegrenzten_ Quelle verbraten.

Nein, ist nicht der Fall.

Nein.

Das hast nur Du hineininterpretiert.

Die Quelle begrenzt den Ladestrom und verbrät damit auch die Leistung (sofern es nicht ein Schaltwandler ist). Wenn die Ladeschlussspannung der Zelle(n) erreicht ist, wird der Stromfluss in den Akku von der Schutzelektronik abgeschaltet. Deshalb steigt die Spannung dann auch auf den Wert der Leerlaufspannung.

Grüße,

Günther

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Günther Dietrich

Am Thu, 22 Sep 2005 15:21:06 +0200 schrieb Stefan Huebner :

4,2V. Obwohl sich manche der LiIon Schutzschaltungen als Laderegler mißbrauchen lassen, werden auch bei diesen Akkus normal 4,2V+-1% als Ladespannung angegeben, Strombegrenzt auf 1C. Wenn du die Schutzschaltung als Ladeschaltung verwenden willst, dann solltest du die Stromgrenze doch deutlich niederer wählen.
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Martin
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Martin

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