Spannung an mehreren Stellen in Schaltung messen

[Michael W. (michael_w459)]

Hallo zusammen,

ich habe für den Betrieb eines Wasserthermometers am See (wo ich keine 
dauerhafte Stromversorgung habe), eine Solarlösung gebaut. Die 
funktioniert auch ganz gut, im Winter hatte ich aber immer mal Ausfälle 
mangels Solarstrom.

Im Anhang ist mal grob der schematische Aufbau:
- Solarzelle mit 12V Nennspannung
- Buck/Boost Regler auf 5V eingestellt
- Laderegler für Li-Ion-Akkus mit kleinem Akkupack dran
- am Ausgang des Ladereglers ein µC-Modul

Der Laderegler lädt ab ca. 4.7V, darunter schaltet der den Akku auf den 
Ausgang. Am Ausgang des Reglers liegen zwischen 3,7V (fast leerer Akku) 
und 5V (beim Laden des Akkus) an. Unter 3.7V schaltet der Regler 
komplett ab, bis am Eingang wieder mindestens 4.7V anliegen.

Das µC-Modul hat selbst noch einen Linearregler auf 3.3V und läuft mit 
o.g. Eingangsspannungen. Es ist meistens im Schlafmodus und kommt mit 
einem voll geladenen Akku ein paar Tage aus.

Nun würde ich gerne eine Überwachung der Akkuspannung und der Spannung 
der Solarzelle hinzufügen. Solarzelle und µC teilen sich eine Masse. 
Kann ich dort einfach einen Spannungsteiler zwischen Masse und 
Solar-Pluspol schalten, um die Spannung via Analog-Eingang zu ermitteln? 
Welche Widerstandswerte wären da sinnvoll?

Beim Akku sind weder Plus noch Masse direkt mit dem µC oder der 
Solarzelle verbunden, die werden irgendwo auf dem Laderegler geschaltet. 
Da habe ich keine Idee, wie ich die Spannung abgreifen könnte. Mit einem 
Spannungsteiler müsste ich ja die Massen verbinden (eher schlecht, sonst 
wäre die Masse ja durchgeschaltet). Ansonsten ist das, was am 
Spannugsteiler rauskommt in Relation zur Masse des µC ja recht 
undefiniert. Hat jemand eine Idee, wie ich die Spannung da (einfach) 
ermitteln kann?

Wenn es nicht sinnvoll geht, würde ich stattdessen einfach die Spannung 
vor dem Linearregler des µCs nehmen. Das ist immer dann die 
Akkuspannung, wenn sie <4.7V ist, also der Akku entlädt.

[Wolfgang (Gast)]

Michael W. schrieb:
> Da habe ich keine Idee, wie ich die Spannung abgreifen könnte.

Räum deine Masseverbindungen auf. Warum sind die nicht zusammen 
geschaltet?
Klären die Schaltung der Einzelkomponenten. Alleine mit einem 
Blockschaltbild kommst du da nicht weiter.

Und vergiss nicht: Ein Spannungsteiler zieht dauern am Akku, wenn er 
nicht abschaltbar ist. Wenn der Akku schon nach ein paar Tagen leer ist, 
solltest du prüfen, wer der Stromsauger ist. WLAN ist natürlich nicht 
gerade ein Garant fürs Stromsparen, alleine schon weil der 
Verbindungsaufbei eine ganze Zeit dauert.

[Michael W. (michael_w459)]

Wolfgang schrieb:
> Räum deine Masseverbindungen auf. Warum sind die nicht zusammen
> geschaltet?

Weil die Batterie an einem Ladecontroller hängt und der die Massen 
trennt. Das ist so ein Teil hier: 
https://cf.shopee.ph/file/01d3a35fad2cc322a970f2bf063d300e

Wolfgang schrieb:
> Und vergiss nicht: Ein Spannungsteiler zieht dauern am Akku, wenn er
> nicht abschaltbar ist.

Aus diesem Grund habe ich nach sinnvollen Widerstandswerten gefragt. Ich 
könnte ja z.B. 2x1MOhm nehmen, dann fallen da 0,01 mA ab. Gibt's da 
irgendwelche Nachteile oder Grenzen (z.B. die Empfindlichkeit des 
Analogeingangs)?

Mit der eigentlichen Akkulaufzeit bin ich zufrieden, im Sommer wird der 
Akku locker genug aufgeladen. Für den nächsten Winter sorge ich mit 
größerem Panel und/oder stärkeren Akku vor. Mit geht es hier nur um die 
Möglichkeit, wie ich die Spannungen messen kann.

[Frank K. (fchk)]

Eine sehr einfache Möglichkeit, ein Analogsignal zu erfassen, wäre ein 
I2C ADC wie MCP3021 oder MCP3221

https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/20001805C.pdf

in Verbindung mit einem digitalen Isolator für I2C wie ADuM1250/1251

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/adum1250_1251.pdf

Da alle ADCs die gleiche I2C Adresse haben, wirst Du noch einen I2C 
Multiplexer brauchen:

https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCA9544A.pdf

fchk

[Michael W. (michael_w459)]

Danke, da lese ich mich mal rein.