Akku Einzelzellenüberwachung mit MCP3208 differentiell ?

[Bauer Karl (Gast)]

Hallo,

ich würde gerne an meinem Pedelec-Akku (12s, LiFePo4) die Spannungen der 
einzelnen Zellen mit einem uC auslesen und überwachen können und habe zu 
diesem Zweck mal einen Testaufbau mit 4 Zellen gemacht.

Inspirierend fand ich dazu den Forums-Artikel 
Beitrag "Re: MCP3208 gibt ungenaue Werte aus", der eine 
Spannungsteiler-Kaskade verwendet.  Dies ist m.E. aber aus mindestens 
zwei Gründen nachteilig:

1. wird die Messauflösung entlang der Zellen immer schlechter

2. wird über die größer werdenden Widerstände entlang den Zellen immer 
mehr Strom entnommen, die Zellen also unterschiedlich stark entladen, 
was quasi einen "De-Balancing"-Effekt bewirkt und die Zell-Kapazitäten 
auseinander driften lässt - das genaue Gegenteil von dem was man 
eigentlich möchte.

Ausserdem werden beide Probleme noch mit zunehmender Zell-Zahl umso 
größer.

Nun hab ich irgendwo gehört/gelesen (u.a. im MCP3208-Datenblatt) das man 
solche ADCs unter Verwendung von jeweils zwei "single-ended" 
input-Kanälen auch im "differential" oder "pseudo-differential" Modus 
betreiben und somit das Problem des gemeinsamen GNDs der ADC-Ports 
umgehen kann.

D.h., man müsste damit also eine einzelne Zelle innerhalb der Serie 
ähnlich wie mit nem Multimeter quasi mittendrin messen können (zumindest 
wäre das meine Wunschvorstellung).

Der einzelne Port bekäme dann jeweils nur die 3.2V der einzelnen Zelle 
zu sehen und das wäre dann innerhalb der erlaubten 5.5V des ADCs und man 
benötigte keine Spannungsteiler.

Das hab ich dann mal vorsichtig ausprobiert und es schien auch zunächst 
zu funktionieren, zumindest solange ich nur eine Zelle (3.2V) 
drangehängt habe.  Bei zwei Zellen (mit zusammen 6.4V, aber jeweils 
einzeln, also "differentiell" drangehängt) gings auch noch, aber es 
zeigten sich bei einem Kanal leichte Messabweichungen.  Ab drei Zellen 
ist dann der Chip durchgebrannt.

Dieser "Tat-Hergang" liess mich nun vermuten, dass es womöglich doch 
etwas mit der magischen Obergrenze von 5.5V zu tun haben könnte, daher 
hab ich als eine Art Gegenprobe das Gleiche nochmal gemacht, aber mit 4 
NiMh-Zellen, die in Summe nur 4.8V haben. Damit gabs keine Probleme.

Jetzt war die Überlegung, doch Spannungsteiler einzusetzen, die aber 
nicht, wie in dem Eingangs erwähnten Artikel, alle gegen GND gehen, 
sondern nur bis zur jeweils nächsten Zelle, so wie in der 
Schaltplan-Skizze dargestellt. Damit sollte dann die Messauflösung und 
die Stromentnahme bei allen Zellen gleichmäßig sein, zumindest war dies 
meine Hoffnung ;)

Hat aber leider nichts genutzt, das Resultat war genau das Gleiche: Mit 
NiMh-Zellen macht die Schaltung genau das was ich gern hätte. Mit 3.2V 
LFP-Zellen klappts bei einer, aber ab drei brennt wieder der Chip durch.

OK, Lehrgeld gezahlt, aber leider noch nix verstanden, daher nun meine 
Fragen an Euch:


1. Kann dieser Ansatz überhaupt funktionieren ?  Es scheint mir wohl so 
zu sein dass die differential-ADC-Messung zwar messtechnisch die Werte 
der einzelnen Zellen liefert, aber "physikalisch" und aus Sicht des 
MCP3208 die Zellen nicht wirklich gegeneinander isoliert sind und der 
irgendwie auf den höheren Ports die vollen 12.8V abbekommt - trotz der 
Spannungsteiler.


2. Hab ich vielleicht irgendwas anderes falsch gemacht im 
Schaltungsaufbau ?  Z.B. ist mir aufgefallen das in dem eingangs 
erwähnten Artikel die Richtung anders ist, dort bekommt Port1 die 
niedrigste Zelle zu sehen, bei mir dagegen die höchste. Leider hab ich 
hier grad nur noch einen intakten MCP3208, daher keinen Spielraum mehr 
für weitere ausprobierens-Experimente ;)


3. Gibts sonst einen Trick oder eine Modifikation mit der man die 
Schaltung so oder so ähnlich ans laufen bringen könnte ?  Wäre wirklich 
nützlich wenn das irgendwie ginge.


Für sachdienliche Hinweise und Ratschläge wäre ich dankbar.

Gruss, Karl

[dummy (Gast)]

>auch im "differential" oder "pseudo-differential" Modus
>betreiben und somit das Problem des gemeinsamen GNDs der ADC-Ports
>umgehen kann.

Nein kann man nicht. Die Spannung am Pin darf trotzdem
die im Datenblatt angegebenen Grenzen gegen GND nicht überschreiten.