LiPo-Tiefentladeschutz mit ATtiny85

Früher habe ich gerne Blei-Gel-Akkus benutzt, wenn es darum ging im Freien für ein bisschen Licht oder Musik zu sorgen. Die waren sehr gutmütig, selbst ein paar mal Tiefentladen hat die Kerlchen nicht merklich schockiert. Mittlerweile hat die Lithium-Technologie jedoch die Blei-Typen bei mir völlig verdrängt. Bessere Energiedichte, höheres Leistungsgewicht – einzig die unbestimmte Gefahr bei Überstrapazierung des Akkus sorgt für ein gewisses Gschmäckle bei der Benutzung.

Eine unkomplizierte Lösung stellen sogenannte Lipo-Saver dar. Diese kommen aus dem Modellbau und werden an den Balancer-Anschluss eines Akkupacks geklemmt. Ein unangenehmer Piezo-Summer weist einen dann auf Unterschreitung einer vordefinierten Akkuspannung hin. Das  klappt erstmal ganz gut, allerdings muss man dann natürlich auch immer in Hörweite bleiben um den Akku abzustecken. Will man mit dem Akku zum Beispiel eine Wildkamera im Garten speisen (ist mein aktuelles Vorhaben) ist die Lösung sehr ungeschickt.

Weiterer Ansatz: BMS-Module, ausgesprochen Battery-Management-System. Diese Elektronik schützt den Akku zum einen vor Überladung, zum anderen vor Überentladung. Ich war schon oft kurz davor mir so ein Modul zu bestellen – bis ich mir die Specs genauer anschaue, da liest man dann: Tiefentlade-Abschaltspannung 2,5 V. Ui, dann kann ich es ja eigentlich auch gleich sein lassen, das gleicht praktisch schon einer Tiefentladung. Interessanterweise kommt diese Elektronik anscheinend auch in den günstigeren Powerbanks zum Einsatz, besonders akkuschonend sind die also vermutlich nicht.

Also ist die wohl einfachste Lösung sowas selber zu machen, sollte keinen großen Aufwand darstellen; die Schaltung besteht nur aus einem Messteil und einem Schalter.

attiny

Theoretisch würde sich hier zum Messen ein Komparator + eine Spannungsreferenz anbieten, da ich aber beides nicht daheim habe ist mir der Aufbau mit einem ATtiny lieber. Mit dem Vorteil eines größeren Funktionsumfangs und einer nachträglichen Einstellbarkeit. Als Schalter habe ich mich recht altmodisch für ein Bistabil-Relais entschieden – Vorteil gegenüber einem MOSFET: die Steuerspannung muss nicht aufrecht erhalten werden, der ATtiny kann zwischen den Messungen auch längere Zeit mal schlafen. Bei einem MOSFET würde sich hier die Gatekapazität mit der Zeit über den µC-Pin entladen und der arme Controller würde im Schlaf ersticken.

Die Schaltung soll primär mit meinen 3s-Akkupacks laufen, der ADC-Eingang vom µC mag jedoch maximal 5V sehen. Daher gibt es einen Spannungsteiler aus 3* 100 kOhm, an einem Widerstand lässt sich dann eine Spannung von max. 4,2 V ablesen, allerdings nun eben mit der Verfälschung durch Wertetoleranzen. Durch den Spannungsteiler ergibt sich ein Verlust von 40 µA, höher will ich die Widerstände jedoch trotzdem nicht wählen, da wir uns sonst schleichend in den Bereich eines belasteten Spannungsteilers begeben (der Leckstrom am ADC-Eingang ist im Datenblatt mit immerhin 1 µA angegeben).

Über einen Taster wird die Setz-Spule vom Relais bestromt und die Spannung am Ausgang bereitgestellt. Der µC muss in seiner grundsätzlichen Situation nun nichts anderes machen als die Spannung am analogen Pin einzulesen, mit einem Schwellwert zu vergleichen, und als Entscheidung entweder einfach seinen Ausgang ruhen lassen – oder über einen MOSFET (wahlweise auch ein normaler Transistor) über die Rücksetzspule das Relais in den AUS-Zustand schicken. Damit erstickt er sich dann selbst, da sein Spannungswandler ebenfalls über den Ausgang vom Relais mit Strom versorgt wird (für Interessierte ist der wenige Code dafür bald auf GitHub zu finden).

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