Moin,
ich habe ein Segelboot geerbt mit 2 getrennten Batteriebänken:
- (A) Elektromotor: Batteriebänke mit 48V (4x 12 V Batterien in Reihe).
Minuspol der Batteriebank ist mit einem großen Kupferrohr verbunden
("Erdung").
- (B) Bordelektronik: Batteriebank mit 12 V (3x 12V Parallel).
Erdung/Minuspol dieser Batteriebank ist nicht mit der anderen Bank
verbunden.
(A) und (B) sind komplett elektrisch getrennt, ihre Bezugspotenziale
"floaten" zueinander zufällig herum. (Eine Messung mit Voltmeter am
Minuspol von (B) und Pluspol von (A) zeigt auch 0V an).
Nun möchte ich die Spannungen beider Systeme mit einem Arduino messen.
Der Arduino wird von der Bordelektronik-Bank (B) gespeist und nutzt
dessen Minuspol als "Ground". Spannungsteiler zur Spannungsmessung
(dimensioniert 0-60V) nutzen den gleichen Ground (also Minuspol von
(B)).
Kann ich nun zum Messen der Spannung Motorbatteriebank (A) (mit dem
gleichen Arduino) einfach auch den Minuspol von (A) mit dem von (B)
verbinden?
Wenn nicht, wie sieht ein Schaltkreis aus, um mit einem System die
Spannung von zwei Systemen mit getrennter Erdung zu messen?
Sven Hans schrieb: > Wenn nicht, wie sieht ein Schaltkreis aus, um mit einem System die > Spannung von zwei Systemen mit getrennter Erdung zu messen? Zwei Arduinos. Oliver
Beitrag #7258954 wurde von einem Moderator gelöscht.
Sven Hans schrieb: > ich habe ein Segelboot geerbt mit 2 getrennten Batteriebänken: > - (A) Elektromotor: Batteriebänke mit 48V (4x 12 V Batterien in Reihe). > Minuspol der Batteriebank ist mit einem großen Kupferrohr verbunden > ("Erdung"). Eine Erdung am Minuspol der Batteriebank sollte auf einem Boot normalerweise sofort zu einem Erdschluss-Alarm führen. Andernfalls ist Zerstörung durch Korrosion vorprogrammiert.
Es ist ein Holzboot. Das Einzige was korrodieren kann, wäre die
Bleibombe des Schwertes. Da aber die Bleibombe selbst an einem
Holz/GFK-Schwert befestigt ist, gibt es keinerlei leitende Verbindung
zur Bleibombe.
Es können also nur die Batterien selber korrodieren und das Kupferrohr
("Erdung" der Motorbank (A)).
Alt G. schrieb im Beitrag #7258954: > Du kannst von B aus A- messen und auch A+ messen und dann > subrahieren. > Vernünftiger wäre aber die dinger gemeinsam zu erden. Die Idee der Zweifachmessung klingt gut. Da muss ich mal drüber nachdenken und ausprobieren.
Vllt. ist "Erdung" auch der falsche Begriff in diesem Zusammenhang. Ich frage mich, ob man gefahrlos die Minus-Pole der 2 Batteriebanken verbinden kann. Etwas unsicher bin ich mir gerade noch beim Elektromotor selbst, also der Schraube und dem Gehäuse. Hier müsste ich nochmal durchmessen, ob das Gehäuse des Motors mit dem Minuspol von (A) verbunden ist. Aber wenn das nicht so ist, dann hat das Boot keine "Erde"
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20221120_172103.jpg
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Ich habe nochmal über das "Dopp Sven Hans schrieb: > Alt G. schrieb: >> Du kannst von B aus A- messen und auch A+ messen und dann >> subrahieren. >> Vernünftiger wäre aber die dinger gemeinsam zu erden. > > Die Idee der Zweifachmessung klingt gut. Da muss ich mal drüber > nachdenken und ausprobieren. Ich habe nochmal drüber nachgedacht. Im Anhang habe ich einmal, (1) die Variante mit der Zweifachmessung und (2) die Variante mit den verbundenen Minuspolen der Batterien, aufgezeichnet. In Variante (1) ist der Widerstand zwischen den Plus- und Minuspol der Batteriebank A durch die beiden Spannungsteiler 2*(R1+R2). In meinem Fall sind R1+R2 etwa 30kOhm und R_A ist der Innenwiderstand des ADC vom Arduino (etwa 100 MOhm). D.h. die Batterie A entlädt sich über 60 kOhm. Batterie B über 30 kOhm. Außerdem sind die Pluspole von Batterie A und B über 2*(R1+R2) verbunden (60 kOhm). Spannung zwischen den beiden Pluspolen ist 48V-12V = 36V In Variante (2) ist der Widerstand zwischen den Polen von Batteriebank A nur R1+R2, also 30 kOhm. Die 30 kOhm hatte ich so dimensioniert, dass ich einerseits einen geringen Entladestrom habe und andererseits eine gute Messauflösung. Bei 50V Batteriespannung laufen knappe 100 mW Leistung über die Widerstände. Das halten die auch aus (sollten 250-333 mW aushalten) Ich sehe zwischen Variante (1) und (2) keine Nennenswerten Unterschiede. Auch in Variante (1) verbinde ich (zwar immerhin über 60 kOhm) die beiden vorher getrennten Stromkreise. In beiden Varianten ist der Widerstand zwischen den beiden Pluspolen der Batterien 2*(R1+R2) = 60 kOhm. Also auch kein Unterschied. Zudem sollte der Ausgleichsstrom dann zwischen den beiden Batterien auch nur ca. 25 mW zusätzliche Belastung der Widerstände erzeugen. Insgesamt werden die Widerstände der Spannungsteiler also maximal mit 100 mW + 25 mW = 125 mW belastet. Da Variante (1) deutlich aufwändiger ist (eine Spannungsmessung mehr) und ich keinen nennenswerten Unterschied zu (2) sehe, werde ich wohl die beiden Minuspole der Batterien verbinden. Bin trotzdem offen für alle Kommentare und Hinweise.
Oliver S. schrieb: > Sven Hans schrieb: >> Wenn nicht, wie sieht ein Schaltkreis aus, um mit einem System die >> Spannung von zwei Systemen mit getrennter Erdung zu messen? > > Zwei Arduinos. > > Oliver Leider ist am Arduino noch sehr viel dran (ich sende die Daten per LTE und MQTT nach Hause). Zudem ist es schwieriger den Arduino (5V) mit 48V zu betreiben, als mit 12V.Habe tatsächlich drüber nachgedacht, aber der Aufwand ist viel zu groß.
Es gibt den LM2576T-HV Den kann man bis 60V betreiben. Durch den großen Spannungsunterschied ist der Stromverbrauch beim Schaltregler sehr gering. Man könnte den Arduino mit einem digitalen SPI-Tauglichen Isolator versehen und eine kleines ADC Modul getrennt damit zu betreiben. Die 5V kann ein billiger 1W 5V DC2DC Konverter Modul bereitstellen. Eine andere Möglichkeit wäre "fliegender Kondensator" das könnte man sogar mit schnellen Reed Relais machen, wenn komplette Potenzialtrennung wirklich notwendig ist. Da gibt es den LTC1043 dafür wenn kleine Unterschiede im Potenzial innerhalb des Bereichs vom LTC1043 liegen. Sonst wäre der erste Vorschlag besser. Dann könnte man auch die Spannung mit einem DC-Frequenzwandler oder PWM kapazitiv oder Opto-Coupler übertragen. Ein AVR Kann das leicht mit Capturesystem wieder umwandeln. Dann gibt es auch billige 433 MHz Sender und Empfänger Module. Mit einem zweiten Arduino und Sender könnte nan periodisch im Schlafbetrieb die Daten periodisch (1-15m) senden. Die meiste Zeit schläft der AVR und wird nur durch Watchdog Timer aufgeweckt. Diese Vorgehensweise reduziert den Stromverbrauch. Allerdings ist wahrscheinlich die Selbstentladung der Bleiakkus sowieso höher. Es gibt also verschiedene Möglichkeiten das Problem zu lösen Gerhard
Wenn die Speisung des E-Motors selber keine galvanische Verbindung zur Welle hat, gibt es keinen Grund, irgendein Kupferrohr als Erdung zu benutzen, denn man muss die Korrosion ja nicht provozieren. Ich sehe keinen vernünftigen Grund, die beiden Massen nicht miteinander zu verbinden. In den meisten E-Booten, die wir bisher ausgerüstet haben, nehmen wir DC/DC Wandler mit durchverbundener Masse - auf Wunsch mit Pufferbatterie für die 12V. So muss man nur die grosse Bank laden und nicht noch mit einem 2. Ladegerät rumfummeln.
Sven Hans schrieb: > Es können also nur die Batterien selber korrodieren und das Kupferrohr > ("Erdung" der Motorbank (A)). Motor ist ein gutes Stichwort. Die Schraube wird auch aus Metall sein und aus einem anderen Metall, als die Bleibombe. Da muss man sich also sehr genau im Klaren sein, wer mit wem verbunden ist und wie es mit der Spannungsreihe aussieht. Sonst fließen Dauerströme und lassen das unedelste Metall in Lösung gehen. Das sollte tunlichst die Opferanode sein, die regelmäßig erneuert wird. Alternativ muss dauernd eine Gegenspannung bei entsprechendem Strom angelegt werden, was bei kleinen Booten eher unüblich ist ;-)
Matthias S. schrieb: > Wenn die Speisung des E-Motors selber keine galvanische Verbindung > zur Welle hat, gibt es keinen Grund, irgendein Kupferrohr als Erdung zu > benutzen, denn man muss die Korrosion ja nicht provozieren. > Ich sehe keinen vernünftigen Grund, die beiden Massen nicht miteinander > zu verbinden. In den meisten E-Booten, die wir bisher ausgerüstet haben, > nehmen wir DC/DC Wandler mit durchverbundener Masse - auf Wunsch mit > Pufferbatterie für die 12V. So muss man nur die grosse Bank laden und > nicht noch mit einem 2. Ladegerät rumfummeln. Der Motor ist ein Außenborder von Torqueedo. Sowas: https://www.echolotprofis.de/torqeedo-cruise-12.0-r-torqlink/EP10099.3/?gclid=Cj0KCQiAveebBhD_ARIsAFaAvrG8Ee3ljgxXQl46WUOogd6tfNHEY5Mhjm5MTN8-eIPMNeI6eD-XcvwaAr3SEALw_wcB (Genaue Baureihe weiß ich jetzt gerade nicht). Das Kupferrohr ist quasi eine Sammelschiene. Es ist im Innenraum des Bootes freizugängig und nicht mit Wasser in Berührung. Wir haben 3 Ladegeräte. Einmal für die 12V Bank und jeweils eines für die 48V Bänke (Wir haben 2x 48 V Bänke, die man an und abschalten kann, für den Motor). Danke für deine Einschätzung!
Sven Hans schrieb: > Zudem ist es schwieriger den Arduino (5V) mit 48V > zu betreiben, als mit 12V.Habe Mit einem MPQ2420 o.ä. wäre der Aufwand doch minimal und der verträgt bis zu 75V am Eingang. https://www.monolithicpower.com/en/mpq2420.html
Gerhard O. schrieb: > Es gibt den LM2576T-HV > Den kann man bis 60V betreiben. Durch den großen Spannungsunterschied > ist der Stromverbrauch beim Schaltregler sehr gering. > Man könnte den Arduino mit einem digitalen SPI-Tauglichen Isolator > versehen und eine kleines ADC Modul getrennt damit zu betreiben. Die 5V > kann ein billiger 1W 5V DC2DC Konverter Modul bereitstellen. > Eine andere Möglichkeit wäre "fliegender Kondensator" das könnte man > sogar mit schnellen Reed Relais machen, wenn komplette Potenzialtrennung > wirklich notwendig ist. Da gibt es den LTC1043 dafür wenn kleine > Unterschiede im Potenzial innerhalb des Bereichs vom LTC1043 liegen. > Sonst wäre der erste Vorschlag besser. > Dann könnte man auch die Spannung mit einem DC-Frequenzwandler oder PWM > kapazitiv oder Opto-Coupler übertragen. Ein AVR Kann das leicht mit > Capturesystem wieder umwandeln. > Dann gibt es auch billige 433 MHz Sender und Empfänger Module. Mit einem > zweiten Arduino und Sender könnte nan periodisch im Schlafbetrieb die > Daten periodisch (1-15m) senden. Die meiste Zeit schläft der AVR und > wird nur durch Watchdog Timer aufgeweckt. Diese Vorgehensweise reduziert > den Stromverbrauch. Allerdings ist wahrscheinlich die Selbstentladung > der Bleiakkus sowieso höher. > Es gibt also verschiedene Möglichkeiten das Problem zu lösen > Gerhard Bzgl. Schaltregler: Ich habe für die 12V nach 5V Step-Down mehrere Regler ausprobiert. Die Effizienzen sind sehr unterschiedlich. Habe länger geschaut, bis ich einen guten gefunden habe. Bei 48V aus 5V wird es das gleiche Problem geben, nur in schlimmer. Was ist mit "fliegender Kondensator" gemeint? Bin leider kein 100%er Elektroniker.
Wolfgang schrieb: > Sven Hans schrieb: > >> Zudem ist es schwieriger den Arduino (5V) mit 48V >> zu betreiben, als mit 12V.Habe > > Mit einem MPQ2420 o.ä. wäre der Aufwand doch minimal und der verträgt > bis zu 75V am Eingang. > https://www.monolithicpower.com/en/mpq2420.html Wie geschrieben: Zweiter Arduino ist in diesem Projekt nicht wirklich gangbar. Zudem habe ich an allen Ecken und Enden den Verbrauch meines Systems reduziert (Effizienter Step-Down, Geringe Entwaldung durch die Messung, Deep Sleep vom Arduino). Mein System könnte über 6 Jahre im jetzigen Setting laufen, ohne dass die Batterien nachgeladen werden müssten.
Sven Hans schrieb: > Der Motor ist ein Außenborder von Torqueedo. Oh, da het jemand viel Geld gehabt :-P Aber mit dem Aussenborder gibts das Korrosionsproblem sowieso nicht. Du kannst also ohne Probleme die Massen der Bänke zusammenschalten, zumal du ja ein Holzboot fährst. Sven Hans schrieb: > Wir haben 3 Ladegeräte. Einmal für die 12V Bank und jeweils eines für > die 48V Bänke (Wir haben 2x 48 V Bänke, die man an und abschalten kann, > für den Motor). Das meinte ich mit mehreren Ladegeräten. Ich muss aber zugeben, das ich bisher nicht nach 48V Ladegeräten mit 2 Bank Ausgängen gesucht habe. D.h. wir schalten die 48V Blöcke sowieso parallel und laden sie zusammen.
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Fliegende Kondensator Umschaltung bezieht sich auf die Methode einen Leckarmen Kondensator mit Gleichstrom aufzuladen und dann mittels Umschaltung Potenzial-getrennt mit einem hochohmigen Voltmeter zu messen. Wenn man das schnell genug macht dann funktioniert das ganz gut. Kann aber momentan kein einfach zu verstehendes Paper finden. Das meiste Zeugs ist mit Mathe überladen. Im einfachsten Fall könnte ein Doppel-schaltendes Relais mit dem C auf den Umschaltkontakten schnell zwischen zwei Seiten umschalten. Auf der Ausgangsseite ist dann noch ein C und übernimmt die Ladung des fliegenden Cs, so daß ein Voltmeter eine Gleichspannung messen kann.
Es ist ein Holzboot. Schraube und Bleibombe sind nicht leitend verbunden. Schraube des Außenbordmotor wird nur im Betrieb ins Wasser gelassen. Im Hafen/Liegeplatz ist der Motor nicht im Wasser. Bin mir nicht 100% sicher, aber die Schraube vom Torqueedo ist aus hartem Kunststoff.
Gerhard O. schrieb: > Fliegende Kondensator Umschaltung bezieht sich auf die Methode > einen Leckarmen Kondensator mit Gleichstrom aufzuladen und dann mittels > Umschaltung Potenzial-getrennt mit einem hochohmigen Voltmeter zu > messen. Wenn man das schnell genug macht dann funktioniert das ganz gut. > Kann aber momentan kein einfach zu verstehendes Paper finden. Das meiste > Zeugs ist mit Mathe überladen. > Im einfachsten Fall könnte ein Doppel-schaltendes Relais mit dem C auf > den Umschaltkontakten schnell zwischen zwei Seiten umschalten. Auf der > Ausgangsseite ist dann noch ein C und übernimmt die Ladung des > fliegenden Cs, so daß ein Voltmeter eine Gleichspannung messen kann. Ok danke. Ich denke ich habe die Kernidee jetzt verstanden. Das wäre dann natürlich ein eigenes Projekt :). In meinem Projekt ist die eigentliche Spannungsmessung eher nur 1% des Gesamtumfangs. Ich hatte auch schon mit Relais rumgespielt, weil ich den Entladestrom bei der Spannungsmessung reduzieren wollte (Ich messe nur alle 2 Minuten für 1 Sekunde und wollte in der Totzeit die Spannungsmessung von der Batterie abkoppeln). Leider haben mich die Treiberschaltkreise für die Relais etwas überfordert. Habe es versucht, aber hat für mich nicht geklappt. Abgesehen davon, dass man gar nicht so einfach DC-Relais bis 60V findet. Letztendlich habe ich aber welche gefunden.
Für eine Messung mit galvanischer Trennung gibt es "isolation amplifiers" https://www.ti.com/isolation/isolated-amplifiers/products.html Wenn ich mir allerdings die aktuellen Preise bei Reichelt anschaue... ISO 124 P nicht lieferbar ISO 122 P 48,20 € Voraussichtlich lieferbar ab: 05.01.2023 ISO 124 U 81,60 € Voraussichtlich lieferbar ab: 22.08.2023 die waren mal deutlich billiger den umgeschalteten Kondensator gibt es als IC https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/1043fa.pdf LT1043 heisst es Analog Devices hat noch weitere Isolations-ICs https://www.analog.com/en/product-category/isolation.html
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Bearbeitet durch User
Hast du einen Beispielschaltkreis mit einem Isolationsverstärker zum Messen einer Spannung? Die zu messende Spannung ist im Bereich 50V. Der Isolationsversärker braucht bestimmt auch eine Betriebsspannung?
Sven Hans schrieb: > Mein System könnte über 6 Jahre im jetzigen Setting laufen, ohne dass > die Batterien nachgeladen werden müssten. Das ist sicherlich ganz schön, aber i.A. ist das Dank Solartechnik gar nicht nötig. Selbst Lüfter für die regelmäßige Lüftung des Bootes betreibt man einfach mit Sonnenstrom.
Christoph db1uq K. schrieb: > den umgeschalteten Kondensator gibt es als IC > https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/1043fa.pdf > LT1043 heisst es Der wird das Problem nicht lösen. Die Eingangsspannung beim LTC1043 muss im Bereich der Versorgungsspannung liegen.
Es gibt Differenzverstärker mit hohem Eingangsbereich. Z.B. der INA117 erlaubt bis zu +/-200V zwischen Eingangsseite und Ausgang.
Nach 6 Jahren ist schon durch Selbstentladung alles leer :-) Vorschlag: 2 Optokoppler. Der erste wird vom vorhandenen Arduino eingeschaltet, wenn ein Messwert gebraucht wird. Der schaltet den step down für 48V->Messelektronik ein. Der zweite wird zur digitalen Übertragung der Meßwerte verwendet. Das kann ein zweiter uC machen.
Hallo, verbinde die Minuspole der Batteriebänke einfach. Korrosion tritt nur auf, wenn zwei sich im Wasser befindende Metallteile leitend verbunden sind, das ist so wie du es beschrieben hast in deinem Boot nicht der Fall. Bernd
Bernd schrieb: > verbinde die Minuspole der Batteriebänke einfach. Hatte ich ja auch schon vorgeschlagen. Wenn der Landstrom auch nur auf die Ladegeräte geht und diese galvanisch von PE getrennt sind, würde es sogar mit einem Metallboot keine Korrosion geben. Hier mit Holzboot gibt es überhaupt kein Problem. Der Torqeedo ist ebenfalls isoliert. Lediglich das mysteriöse Kupferrohr gibt mir zu denken. KA, was das soll.
Ich habe jetzt die Minuspole der Batteriebänke verbunden. Mein Messsystem misst und alles ist gut. Warum die Sammelschiene der Motorbatteriebänke ein Kupferrohr ist, kann ich leider nicht beantworten. Es ist halt so.
Sven Hans schrieb: > Ich habe jetzt die Minuspole der Batteriebänke verbunden. > Mein Messsystem misst und alles ist gut. Wer hätte das gedacht? ;-) Wenn tatsächlich eine galvanische Trennung notwendig ist, würde ich mit irgendeinem kleinen ATtiny eine Frequenz (Hz - kHz) abhängig von der zu messenden Spannung erzeugen lassen, per Optokoppler übertragen und per Timer auswerten. Für bestenfalls 10 Bit Auflösung ist das recht simpel, günstig und sparsam im Verbrauch.
Ein Ultralinerarer Optokoppler geht auch, ich verwende einen HCNR200. Gruß Anselm
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