Spannungsüberwachung für LiFePO4-Akkus

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    • Spannungsüberwachung für LiFePO4-Akkus

      Ice-Master hatte die Idee, dass man eine Schaltung brauchen könnte, mit der beim Kampfbetrieb eines Bots die aktuelle Akkuspannung überwacht werden sollte.

      Ich habe jetzt (nach langer Wartezeit, sorry Rene...) die Schaltung realisiert und ein paar Flachbaugruppen aufgebaut.

      Eine Beschreibung von der Schaltung (mit Schaltpläne etc) gibts auf meiner Homepage: Spannungsüberwachung1

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      Interesse an Elektronik für Schaukampfroboter und Kettenfahrzeuge (Fahrtregler, ESC) ? => http://www.Robots.IB-Fink.de
    • Der "Trick" bei der Schaltung ist die Z-Diode, die vor dem Poti in Reihe geschaltet ist. Sie eleminiert ca. 6.2V. Der Schmitt-Trigger braucht ungefähr 1.7V zur Auslösung. Mit dem Trimmpoti kann die Restspannung (= Versorgungsspannung - 0.7V - 6.2V) für diesen Auslösepegel angepaßt werden.

      ist sie acuh bestimmt für LIPO/ION geeignet oder?

      Wenn der abzudeckende Spannungsbereich (minimal 7.6V, maximal derzeit mit 12V getestet) darin enthalten ist, dann müßte es auch damit funktionieren.

      Hinweis an die Elektronik-Interessierten: Natürlich kann man die Z-Diode (6.2V) auch weglassen und das Trimmpoti direkt an die Versorgungsspannung anschließen (... siehe das Kapitel "Spannungsteiler"... ;) ). Dann würde die Versorgungsspannung von 7.2V auf 1V heruntergeteilt. Die Auslösung klappt. Der Faktor von 7,2 muss dann aber für das Zurücksetzen auch mit eingerechnet werden. Der Schmitt-Trigger setzt bei 1.7V zurück. Macht bei dem Faktor 7.2 also ca. 12V . Damit wäre die Schaltung also unbrauchbar. Denn eine rote LED, die bei der ersten Belastung gleich mal einschaltet und dann für den Rest des Kampfes an bleibt, hat relativ wenig Aussagekraft.
      :D
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    • ich glaub, ich muss im kompendium nochmal nachschlagen, was ein schmitt-trigger ist. ich hatte eine ähnlich funktionierende Schaltung als einfach Komparatorschaltung mit einem speziellen IC (7665)aufgebaut. Hiermit kann man auch das Steuersignal abschalten (wenn man will) wenn die Unterspannung erreicht ist. Ausßer den IC, Anzeige-LED und ein paar Wiederständen (oder trimmpoti) braucht man da nix.

      Wahrscheinlich macht ein schmitt-trigger nix wesentlich anderes.
      ....ein Event muss her
    • Wahrscheinlich macht ein schmitt-trigger nix wesentlich anderes.


      Geringfügig ein bißchen. Ein Schmitt-Trigger ist für einen anderen Anwendungszweck vorgesehen.
      Jedes Logik-Gatter der 74er-Serie arbeitet (in der Regel) mit der Betriebsspannung von 5V. Grob gesagt gibt es als Ausgangspegel jetzt eine "logische 0", was also 0V entspricht, und eine "logische 1", was ca. 5V entspricht.
      Das Gatter will beim Eingang einen eindeutigen Zustand haben. Also entweder 0V oder 5V. Natürlich gibt es einen Bereich. Ist (jetzt auswändig zitiert), für logisch 0 von 0V bis 0.8V. Für eine logische 1 von 2.4V bis 5V.
      Somit dürfen von 0.8V bis 2.4V keine Spannungen anliegen. Das Gatter weis schlicht und einfach nicht, was das für ein Zustand sein soll.

      Jetzt kommt der Schmitt-Trigger zum Einsatz. Dieses Bauteil macht aus jeder Spannung zwischen 0V und 5V einen eindeutigen Schaltzustand. Beim 74HCT14 ist das somit bei Absinken der Spannung von 5V bis auf 1V eine logische 1, unterhalb eine logische 0. Beim Ansteigen der Spannung von 0V an bleibt die logische 0 solange erhalten, bis die 1.6V erreicht sind. Es gibt also immer einen eindeutigen logische Zustand.
      (Der Bereich von 1V bis 1.6V nennt man übrigens Hysterese. Hätte man die nicht, dann würde bei geringfügigen Änderungen der Spannung in der Gegend von 1V ständig ein Wechsel zwischen logisch 0 und logisch 1 stattfinden.)

      Im Prinzip habe ich bei o.g. Schaltung den Schmitt-Trigger ein bißchen zweckentfremdet, um seine Schaltschwelle bzw. die Hysterese schamlos auszunutzen. :D

      Ein Komparator wäre natürlich der klassische Anwendungsfall dafür gewesen. Benutze ich auch bei den Fahrtreglern zur Erkennung eines hohen Stromes (Auslösung der Strombegrenzung). Mich stört aber, dass ein Operationsverstärker, den ich für den Komparator hernehme, eine separate Betriebsspannung braucht, die leider etwas höher als die zu erfassende Spannung sein muss. Natürlich gibt es Operationsverstärker, die das können (Rail-To-Rail-Typen). Aber ich hatte ehrlich gesagt keine Lust, schon wieder einen neuen IC-Typen bei mir einzuführen bzw. zu lagern.

      Ach ja... noch mal Schmitt-Trigger: So einen Schmitt-Trigger habe ich bei jedem Fahrtregler eingesetzt. Sitzt zwischen der Buchse, wo das Empfängersignal eingespeist wird, und dem Prozessor. Der Schmitt-Trigger dient dazu, dass, falls der Empfänger einen Käse anliefert und das Signal Blödsinn ist, diese geringen Spannungen zu unterbinden und den Prozessor vor Fehlsignalen zu verschonen.

      Ausßer den IC, Anzeige-LED und ein paar Wiederständen (oder trimmpoti) braucht man da nix.

      Ja, in der Richtung habe ich ein paar Bauteile mehr verbaut. Den o.g. IC von Dir muss ich mir bei Gelegenheit mal ansehen.

      Warst Du mit der Schaltung zufrieden oder wurde das Projekt nicht weiter verfolgt ?
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    • Reiner, und OPs mit OpenCollector Ausgang? :rolleyes:
      Ist der Arbeitspunkt der Z-Diode zu jeder Zeit sichergestellt oder anders: Ist gewährleistet dass der Zenerstrom immer (auch bei geringer Versorgungsspannung) groß genug für den Zenereffekt/durchbruch ist...? :rolleyes:
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    • und OPs mit OpenCollector Ausgang?

      Hast recht, habe ich nicht berücksichtigt.
      Aber: Ich bin auf OpAmps mit asymetrischer Versorgungsspannung angewiesen. Und, wie gesagt, hatte ich keine Lust, einen neuen Typen einzuführen. Bis jetzt verwende ich bei den OpAmps immer den LM358 (asymetrische Betriebsspannung und vor allem ein Feld-/Wald- und Wiesentyp, der nicht viel kostet.

      Ist gewährleistet dass der Zenerstrom immer (auch bei geringer Versorgungsspannung) groß genug für den Zenereffekt/durchbruch ist...?

      Ich habe die Schaltung bis runter zu ca. 4V getestet. Der Schaltzustand der roten LED bleibt erhalten, auch wenn die Leuchtstärke der LED nicht mehr "so schön kräftig" ist.
      Ob die Auslösung weiterhin durch den Zenerstrom bzw. die Differenzspannung zur Zenerspannung gewährleistet ist oder ob der Schmitt-Trigger schon auf "Notprogramm" :D läuft und deshalb seinen Ausgang auf High setzt, kann ich nicht beurteilen.

      Natürlich kann man noch mehr Sicherheit einbauen und das Trimmpoti auf einen Wert von 1k reduzieren. Dann fließen statt 0.6mA jetzt 3mA (Leerlauf ohne die 4.7V-Z-diode und dem Schmitt-Trigger) durch die Z-Diode. (Verlustleistung der Z-Diode wäre dann mindestens 18mW => müßte sie aushalten).
      Was aber für eine gewisse Stabilität sorgt: Das Trimmpoti ist praktisch am oberen Anschlag und versorgt über den Widerstand die "Schutz-"-Z-Diode mit 4.7V. Nach dem Prinzip des belasteten Spannungsteilers müßte das einen weiteren Z-Strom bedeuten.
      Siehst Du eine Veranlassung, den Z-Strom durch die 6.2V-D-Diode zu erhöhen ?
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    • Wenn ich mich recht entsinne, LM393... Feld Wald Wiesentyp wie LM358 und ebenso asymetrisch versorgbar und damit i.d.R. in jeder Elektronikkiste zu finden...

      Hmm, also rein gefühlsmäßig empfinde ich 0,6mA als etwas niedrig. Ich habe eigentlich immer 3mA dimensioniert um auf der sicheren Seite zu sein. Manche nehmen als Faustregel sogar 10% von Izmax an. Die Verlustleistung kommt aufs Gehäuse an, aber komm schon, 18mW? Die popel 1/8W Widerstände haben ein kleineres Gehäuse und halten 125mW aus. Dann hält die Diode das ebenfalls... 8)
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    • Ja, Du hast natürlich recht, dass man die Diode ohne weiteres noch "ein bißchen" mit dem Strom nach oben pushen kann. Von der Verlustleistung her ist das locker machbar. 3mA hört sich auch noch ganz sozial an. (Hab' allerdings kein pinkompatibles Trimmpoti mit 1K auf Lager.)

      Im Datenblatt habe ich allerdings keinen minimalen Strom für die Sperrrichtung gefunden. (Oder auch überlesen).

      Heute abend werde ich die Schaltung mal temporär zerpflücken und den Sperrstrom nachmessen. Würde mich jetzt auch interessieren, ob ich mit meiner Dimensionierung so weit danebenliege.
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