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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Energieanzeige für Bleiakku


Autor: Bri (Gast)
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Ich habe folgendes Problem: ich soll für meinen Bruder eine
Energieanzeige für den Bleiakku seines Bootes bauen. Mit dem Bleiakku
wird ein Elektromotor angetrieben. Der Motor sieht in etwa so aus:

http://www.yatego.com/marine-discount/p,4392f237c3...

Nun gibts ja zwei Varianten, die Restenergie zu ermitteln:

1. die Spannung
2. Stromzähler

Wenn ich die Spannung messe, dann muss ich doch die Leerlaufspannung
messen, oder? Das wäre natürlich ungünstig, da ja dann zum Messen immer
der Motor abgestellt werden müsste. Außerdem soll die Methode sehr
ungenau sein. Weiß jemand, wie ungenau das ist?

Deshalb dachte ich, ich zähle den Strom. Da seh ich nun folgendes
Problem. Ich würde normalerweise den Strom jede Sekunde einmal messen.
Aber der Motor hat verschiedene Fahrstufen. Da da irgendwas von
Impulstechnologie steht, nehme ich an, die Fahrstufen werden per PWM
realisiert, oder? Wenn ja, dann wird die Strommessung doch aber ein
Problem. Ich messe ja nur kurz, ein paar ms, pro Sekunde. Dadurch
bekomme ich ja einen total falschen Wert für den Energieverbrauch. Wäre
es sinnvoll, mit einem OPV einen Integrator zu bauen, eine Sekunde
aufzuintegrieren, dann den Wert messen und dann den Integrator
zurückzusetzen? Wenn ja, wie?

Außerdem dachte ich daran, zum Strom messen einen shunt von ca. 10mOhm
direkt als Leiterbahn auf der Platine zu integrieren. Könnte es dabei
Probleme geben?

Grüße, Bri

Autor: Christoph Kessler (Gast)
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Für eine echten Wirkleistungsmessung müßten Strom und Spannung mit einem
Analogmultiplizierer gemessen werden, das gilt wenn der Verbraucher
stark induktiv oder kapazitiv ist. Für PWM müßte ein "echter
Effektivwert"-IC wie der AD536/636 u.a. von www.analog.com richtig
sein

Autor: Hans (Gast)
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ähm... so kompliziert muss es nicht sein...

ich schätze mal die frequenz der pwm ist nicht über 1khz.. sample mit
10 khz strom und spannung und multiplizier die werte.. fertig ist dein
effektivwertmesser ;)

ich würd mir dazu 2 billige 8bit adcs zulegen .. die müssen nur
gleichzeitig die messung starten und fertig...

im frontend noch einen differenz-verstärker und einen spg-teiler für
die betriebs-spg.. dann noch einen gepufferten tiefpass und noch etwas
software :)

8bit sollten für die aufgabe auch reichlich genug sein.. ist ja sowieso
ein schätzeisen weil du nicht weist wieviel energie wirklich im akku ist
:)  73

Autor: etsmart (Gast)
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1khz pwm für en emotor ... ist das nicht en bissl wenig, und laut ohne
filter dahinter

Autor: rayelec (Gast)
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Spannung messen ist sicher ungenau und das Resultat hängt vom Zusatnd
des Akkus ab.

Eine Energiezählung kann man auch mit einem uC machen. Man "sampelt"
über den ADC z.B. 100 mal (oder mehr) pro Sekunde die Spannung und den
Strom und summiert es über die Zeit auf. Damit erhält man recht genaue
Angaben über die verbrauchte bzw. in den Akku hineingegebene Energie.
Das gibt aber schom mehr als ein paar Nachmittage Entwicklungs- und
Programmierzeit!
Einen Shunt von nur 10mOhm ist machbar, aber problematisch. Nur leichte
Toleranzen beim Ätzen und Löten können prozentual grosse Anderungen des
Widerstands verursachen. Auch der Spannungsabfall ist so gering, dass
er nur schwierig und ungenau zu messen ist (es sei denn, du hast
wirklich sehr hohe Ströme). Sonst lieber ein paar mV mehr
Spannungabfall über dem Shunt... :-)

Gruss rayelec

Autor: Daniel (Gast)
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PWM Rückwirkung glätten
...Stromfluss (via Spannungsabfall und passenden Geber) in Impulse
umwandeln (geht auch mechanisch) und dann nur diese zählen

vgl. Durchflussmesser KFZ

aber egal was ich mache ich bekomme nur den Verbrauch aber nie den Rest
heraus .... http://de.wikipedia.org/wiki/Akku

Messen der Säuredichte - Umsetzung der mechanischen Tankgeberidee im
Akku ;-)

http://de.wikipedia.org/wiki/Akku

Autor: etsmart (Gast)
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Da hab ich ja die hälfte vergessen.
Habe letzte Woche das gleiche Problem gehabt.
Ein PWM-Wechselrichter für eine ASM.

Vergleich verschiedener Messgeräte für Spannung ergab das nix was
günstig ist funktioniert, und das teure auch nicht.
Digitale Messgeräte von Conrad haben ein leichtes Kribbeln von 0.4Veff
versprochen.Tatsächlich Umax=450V.
Teurere digitale haben zwar was angezeit, war aber alles Hausnummern.
Analoge Messgeräte haben die Hälfte der Spannung angezeigt.
Letztendlich kam dann das Signal von der PWM Steuerung im Gerät
selbst.Es war zum Glück ein Messpunkt vorgesehen.
Externe Messgeräte haben alle versagt.

Autor: Gast (Gast)
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Wenn man die Anzeige über eine Zählung des Stroms macht, dann ist nur
der gemessene Strom und nicht die Leistung entscheidend. Auf eine
Messung der Spannung kann man also leicht verzichten. Für die
Strommessung würde ich einen OPV zur Verstärkung und danach einen
Tiefpass verwenden. Durch den Tiefpass werden Schwankungen des Stroms
durch die PWM Regelung ausgefiltert. Dann reichen ein paar Messungen
pro Sekunde, um die entnommene Strommenge mit hinreichender Genauigkeit
zu berechnen. Wenn das Gerät kalibriert wird (Vergleich des gemessenen
Stroms mit einem Multimeter), dann spricht eigentlich nichts gegen
einen Shunt Widerstand direkt auf der Platine.

Wenn man den Ladezustand des Akkus anhand der Spannung beurteilen will,
dann ist die Messung mit einer definierten Last (z.B. 50 W Halogenlampe)
sinnvoll. Wenn die Last ausgeschaltet wird, braucht der Akku nähmlich
einige Zeit, bis die volle Leerlaufspannung erreicht wird. Dieser
Effekt kann durch eine definierte Last, die für die Messung kurz
angeschaltet wird, vermieden werden. Eine Messung bei laufendem Motor
ist nicht sinnvoll, da der Motorstrom und damit der Spannungsabfall am
Innenwiderstand des Akkus nicht konstant ist.

Autor: Tappsi (Gast)
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Also, du darfst auf keinen Fall die Leerlaufspannung messen, weil wenn
der Akku defekt (Stichwort: Bleiakku; tiefentladen; ...) misst du im
Leerlauf deine z.B. 12,5V aber unter Last bricht dir die Spannung
zusammen. D.h. miss die Spannung unter Last, nur so weisst du, wie
"gut" der Akku noch ist.
Da du/dein Bruder für diese Art von Motor einen Bleiakku nimmst, darfst
du diesen nicht in den Tiefentlade-bereich fahren (bei 12V
Nominalspannung wären das unter 11V (eigentlich ca. 10,5V))
Resultat: schenk dir die Strommessung, miss die Spannung.
Je weiter die Spannung unter Belastung unter 12V fällt um so schlechter
ist deine Batterie / Restkapazität.
;-)

Autor: Miehle (Gast)
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Vielleicht hilft das ja weiter?

http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/1108

Autor: Stefan (Gast)
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Hallo!
In Elektrostaplern mit Blei-Akku´s wird der Ladezustand über die
Last-Spannung ermittelt. Anzeige per Leuchtbandanzeige, beispielsweise
LM3914. Sehr einfach, sicher und kostengünstig.

Autor: Miehle (Gast)
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Diese Schaltung könnte auch als Basis dienen.
Die bestimmung der entnommenen Ladungsmenge ist wesentlich genauer als
Messverfahren über die Spannung.
http://www.elv-downloads.de/service/manuals/Stromv...

Autor: Miehle (Gast)
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Der Ladungsmenge muss wegen der PWM-Steuerung nur in der On-Phase des
Signals gemessen werden. Q=I*delta t!!!

Autor: Hubert.G (Gast)
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Bei der Strommessung und Auswertung muss man bei Bleiakkus auch darauf
achten das die angegebene Kapazität des Akkus nur beim 10-Stunden-Strom
stimmt. Z.B. 50Ah ist 5A 10 Stunden, entnimmt man aber 50A so hat man
nur etwa 60% der Akkukapazität zur Verfügung also nur etwa 36 min.
Genaue Daten muss man dem Datenblatt des Herstellers entnehmen. Wenn
man also den Strom misst zur Ermittlung der entnommenen Ladungsmenge
muss man auch diesen Aspekt in die Berechnung einfließen lassen.

Autor: Bri (Gast)
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Danke für eure Tips. Ich hab mir jetzt mal die genauen Daten des Motors
rausgesucht:

Fahrstufe 1: 8A
Fahrstufe 5: 30A (50A bei dem größten Motor der Baureihe)

30A ist schon ganz schön viel. Ich glaub das mit dem shunt auf der
Platine ist keine so gute Idee. Vielleicht sollte ich lieber ein Stück
Kupferkabel nehmen? (bzw. an das vorhandene Kabel 2 Drähte anlöten?)
Ich denke mal, der shunt sollte nicht größer als 1mOhm sein, um die
Verlustleistug über den shunt so gering wie möglich zu halten. Bei
1mOhm wäre die Verlustleistung bei 30A ja schon 0.9W.

Im Anhang könnt ihr meinen ersten Entwurf sehen. (Ich hab eine
Schaltung, die zum Messen von Strömen über kleine Kupferflächen auf
Leiterplatten in einem Galvanikbad gedacht war, für meine Zwecke
modifiziert.) Der INA118 ist ziemlich teuer (8 Euro!). Ist hier ein
Instrumentenverstärker sinnvoll? Wenn ja, kennt jemand einen
billigeren, den es auch bei Reichelt gibt? (Ich hab bei der Suche bei
Reichelt nur einen für 5 Euro gefunden.)

MfG, Bri

Autor: D. W. (dave) Benutzerseite
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Glaubste nicht, dass das aufsummieren der Ströme nicht ungenauer ist als
ne (gut geeichte) Spannungsmessung? Außerdem verlierste bei ner
Spannungsmessung fast garnichts an Energie.

Einmal Spannung messen, wenn Batterie frisch geladen und Motor
eingeschaltet mit 100% und dann, wenn man glaubt, dass die Batterie
langsam den Geist aufgibt (so 11,0V).
Und wenn man will, Akku mit bemessenen Strom auf die Hälfte entladen
und da unter Belastung nochmal die Spannung messen.

Das wäre meiner Meinung nach genauer als das aufsummieren bei einer
PWM.

Autor: Bri (Gast)
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Bis jetzt hab ich immer gelesen, dass die Spannungsmessung die
ungenaueste Methode ist. Wenn du dir mal die Entladekurve eines
Bleiakkus anschaust, dann siehst du, dass es mit Spannung messen an
drei Punkten nicht einfach getan ist:

http://www.taunus-biker.de/~mdvp/Bat/Batterie.pdf

Die PWM sollte bei meiner Schaltung kein Problem sein, da hinter dem
ersten Verstärker ein Tiefpass folgt. Ich werd das gleich mal mit spice
simulieren.

Autor: weiss ich nich (Gast)
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Strom kann man mit Hallsonden messen ohne Verlust

ist nur so. ein Tip

Autor: Bri (Gast)
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Also ich hab das mit dem Tiefpass simuliert, das geht. Das mit dem
Hallsensor ist ne gute Idee. Da werde ich mal bei google suchen.

Autor: Pierre (Gast)
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Wie wäre bei der Strommessung mit einem LEM?
zB. LA 55-P, der kann bis 50A messen und du hast keine Probleme mit
Shunts und dergleichen. Einzig allein du mußt eine bipolare
Versorgungsspannung für das Ding bereitstellen (2x12-15V), die Messung
geht über den Spannungsabfall an einem Lastwiderstand von 100Ohm gegen
Masse (also supi für den AD eines uC.

Autor: CoolRunner (Gast)
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Hi!

Ich hätte hier noch einen neuen LF205-S/SP1 incl. Anschlussstecker.
Wolle mal damit was bauen, ist aber nichts daraus geworden.

Dieser kann sorgar Ströme bis 200A erfassen! Kostet neu etwa 50EUR!

Würde ihn dir für 25EUR überlassen - Interesse?

Schick mir eine Mail, falls interesse besteht!

Schöne Grüße

Autor: manu (Gast)
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Allegro verkauft ebenfalls Stromsensoren - aber auf Hall-Effekt-Basis.
Die Dinger gibt es in zahlreichen Ausführungen:
http://www.allegromicro.com/hall/currentsensor.asp

Mit dahintergeschaltetem AD-Wandler kann man sich damit ganz einfach
eine Strommessung realisieren. Vgl. dazu auch den Artikel "HiBox –
digitaler Spannungs-,Strom- und Leistungsmesser" in Funkamateur 5/06.

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