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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LiPo Akku - Zellenspannungen messen


Autor: Manuel (Gast)
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Hallo

Mit einem AVR möchte ich die Zellenspannungen eines Lipo-Akkus messen. 
(Bis zu 8 zellen in Serie).
Die  Spannungen sind über den Balancerstecker verfügbar.

Meine Frage:

Wie die Spannungen am besten an den ADC führen ? Was wäre die 
eleganteste Lösung ?

Hab zuerst an 8 verschiedene Spannungsteiler gedacht, aber das ist wohl 
alles andere als elegant.
Vielleicht mit 8 Differenzverstärkern ?

Wer hat eine Idee ?

Liebe Grüße
Manuel

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Ich würd einen Balancer anschliessen, und dann nur die Spannung der 
"untersten" Zelle messen, die anderen haben dieselbe.

Ansonsten: es gibt spezielle ADC-Wander für diese Anwendung, schau z.B. 
mal bei Linear vorbei.

Autor: Manuel (Gast)
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Εrnst B✶ schrieb:
> Ich würd einen Balancer anschliessen, und dann nur die Spannung der
>
> "untersten" Zelle messen, die anderen haben dieselbe.

Die anderen Zellen haben eben nicht immer genau die gleiche Spannung.

Und genau das will ich eben genau messen

Autor: Magnetus (Gast)
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Εrnst B✶ schrieb:
> Ich würd einen Balancer anschliessen, und dann nur die Spannung der
> "untersten" Zelle messen, die anderen haben dieselbe.

Schon mal in Erwägung gezogen, dass Manuel die Spannungen während des 
Entladevorgangs messen will?

Gruß,
Magnetus

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Du könntest einen ganzen Haufen Relais (ggf. "Photo-Relais") dazu 
benutzen immer nur jeweils eine Zell-Spannung auf den Eingang eines 0-5V 
AD-Wandlers zu legen und mit diesem tastest du die Zellen der Reihe nach 
ab.

Autor: Rainer Unsinn (r-u)
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Das mit den 8 Spannungsteilern ist nicht so verkehrt, wenn sich Deine 
Spannungen nicht rasend schnell ändern. Ich würde alle gleich bauen, 
Widerstände ausmessen, wenig Strom fließen lassen und filtern, außerdem 
mehrmals messen und den Durchschnitt bilden:

Akku n --+
         |
       800k
         |
ADC in --+----+
         |    |
       100k  100nF
         |    |
GND     GND  GND

Autor: Kluchscheißernder Nixwisser (kluchscheisser)
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Spannungsteiler, der die Gesamt(mess)spannung unter der Betriebsspannung 
des AVRs (Tiny24, Tiny261) hält, dann Differenzmessung gegen die interne 
Referenz mit Gain. Damit haben alle Zellen dieselben Messbesingungen.

Bis zu 6 Zellen lohnt sich Eigenbau eigentlich nicht:
Ebay-Artikel Nr. 270526630582
Ebay-Artikel Nr. 270526631707
Für den Preis kann man es nicht selbst machen.

MfG

Autor: Manuel (Gast)
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Ich muss die Daten verarbeiten - daher fällt ein externes Gerät flach.

Zum Spannungsteiler:
Wenn ich alle acht Spannungsteiler gleich dimensioniere, verliere ich ja 
massiv an Auflösung. Will eigentlich so genau wie möglich messen.

Zu "Photo-Relais" - woher bekommt man die, bzw wie arbeiten diese ?

Autor: Rainer Unsinn (r-u)
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Dafür ist aber die Vergleichbarkeit besser. Genauigkeit und Auflösung 
sind 2 verschiedene Dinge. Was hast Du Dir denn als Referenzspannung 
vorgenommen?

Autor: Kluchscheißernder Nixwisser (kluchscheisser)
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Manuel schrieb:
> Ich muss die Daten verarbeiten - daher fällt ein externes Gerät flach.
>
> Zum Spannungsteiler:
> Wenn ich alle acht Spannungsteiler gleich dimensioniere, verliere ich ja
> massiv an Auflösung.

Das dachte ich erst auch, aber:

> Will eigentlich so genau wie möglich messen.

Bei Differenz-Messung wird ja nicht gegen GND gemessen, sondern gegen 
einen Nachbarpin. Und als Referenzspannung wird die interne Referenz von 
1,1V genutzt, dazu evtl. noch die entsprechende Verstärkung (Gain).

Es muss dabei (durch die Spannungsteiler) sichergestellt sein, dass alle 
ADC-Eingänge Pegel unterhalb der Versorgungsspannung haben. Bei 
Spannungsteilern von 6 + 1 (7 zu 1, 35V zu 5V) ist das geegeben. Die 
Zellenendspannung von 4,2V entspricht dann einer Spannung von 0,6V. Bei 
einer Referenz von 1,1V (intern) liegt der max. zu erwartende Messwert 
bei knapp 55% des Messbereiches. Das ist noch akzeptabel, wenn auch 
80..90% schöner wäre. Dafür kann man aber alle Zellen einzeln mit 
derselben Skalierung messen (und vergleichen), ohne groß umrechnen zu 
müssen. Die untere Zelle misst man direkt gegen GND (Single ended), alle 
weiteren Zellen dann per Differenzmessung.

Leider haben die DIL-AVRs, die dafür besonders gut geeignet sind 
(Tiny24, Tiny261) nicht genügend Pins, um nebenher noch Balancer und 
Stepupwandler für das Laden zu steuern und die Last bei kritischer 
Unterspannung einer Zelle abzuwerfen.

>
> Zu "Photo-Relais" - woher bekommt man die, bzw wie arbeiten diese ?

Die gab's mal günstig bei Pollin, sind aber alle.
http://www.pollin.de/shop/downloads/D340272D.PDF

MfG

Autor: Manuel (Gast)
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Rainer Unsinn schrieb:
> Dafür ist aber die Vergleichbarkeit besser. Genauigkeit und Auflösung
> sind 2 verschiedene Dinge. Was hast Du Dir denn als Referenzspannung
> vorgenommen?

Ich will auf 10mV genau messen - jede Zelle
Atmega128 wird verwendet
Als Referenz, saubere 3V3 Vcc

Autor: Kluchscheißernder Nixwisser (kluchscheisser)
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Damit hast Du wohl schlechte Karten....

Autor: Manuel (Gast)
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Kluchscheißender Consulter schrieb:
> Damit hast Du wohl schlechte Karten....
>
>
>
>
>
Warum genau ?

Autor: Rainer Unsinn (r-u)
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Also mit "sauber" meinst Du sicher gut gesiebt/geglättet. Aber wie 
bringst Du die auf genau 3,300 Volt?

Autor: Manuel (Gast)
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Rainer Unsinn schrieb:
> Aber wie
> bringst Du die auf genau 3,300 Volt?

Eher gar nicht.
Also was wäre nun die beste lösung für den ATmega 128 ? Andere Uref 
können natürlich auch verwendet werden

Autor: Rainer Unsinn (r-u)
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Wenn es Dir hauptsächlich darauf ankommt, die Akkus zu vergleichen, dann 
muß die Referenz ja nicht super genau sein. Auf die 10mV Auflösung 
kommst Du ja, nur eben nicht auf 10mV Genauigkeit.

Auch für das Ladeende >4,2V oder das Abschalten unter 3V sollte eine 
Nachkommastelle ausreichen.

So eine genaue Referenz hinzubekommen ist schon einiger Aufwand (z.B. 
Temperaturstabil) - wahrscheinlich brauchst Du das nicht für Deine 
Zwecke?

Autor: Manuel (Gast)
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Die 10 mV Genauigkeit werden laut pflichtenheft leider benötigt

Autor: Thilo M. (Gast)
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Wie wär's mit paarweise schaltbaren Analogschaltern und hinten dran ein 
Differenzverstärker?
Analogschalter und Differenzverstärker hängen an der Akkuspannung, am 
Ausgang des Differenzverstärkers liegt dann immer nur die Spannung der 
jeweils zugeschalteten Zelle gegen Masse an.

Autor: Olaf (Gast)
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> Will eigentlich so genau wie möglich messen.

So genau zu messen wie moeglich ist unendlich teuer. :-)


Postulieren einfach das deine Akkus niemals unter 2.5V haben werden
weil sie dann kaputt sind. Dann nimmst du einen Controler der
bei dieser Spannung noch laeuft. Davon nimmst du dann acht Stueck.
Jeder Controller versorgt sich aus den Batterien und misst dabei
die Zellenspannung ueber seinen AD-Wandler. Alle Controller unterhalten
sich dann ueber ein von dir zu erfindendes Protokoll miteinander. Und 
von einem liesst du dann die Werte aller Zellen aus.

Wenn du dein Protokoll klug erfindest so kommst du vielleicht mit 
Kondensatoren zur Potentialtrennung aus. .-)

Olaf

Autor: Manuel (Gast)
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Olaf schrieb:
> So genau zu messen wie moeglich ist unendlich teuer. :-)

Danke für deine Überlegungen aber ... Diese Variante erscheint mir doch 
etwas zu oversized ;). AVR soll auch nicht von der Akkuspannung 
betrieben werden.

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Und, was war mit meinem Tip aus der ersten Antwort?
Mal bei Linear geschaut?

Da gibts z.B. den LTC6802-1,

der kann zwar viel zu viel für deine Anwendung, aber dessen MUX für 12 
Li-Ion Zellen inkl. 12 Bit ADC würd dein Problem doch erschlagen, oder?

Autor: Anja (Gast)
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Manuel schrieb:
> Die 10 mV Genauigkeit werden laut pflichtenheft leider benötigt

Wenn es für die Serie ist dann jammer hier nicht rum sondern machs 
gleich richtig. Es gibt (kaskadierbare) ICs die genau das mit der 
benötigten Genauigkeit machen. Hersteller LT, Intersil, Ti (BQ), usw. 
Mit einem 10Bit A/D-Wandler der 2 Digits rauscht kommst Du nie auf 10mV 
Genauigkeit. Schon gar nicht wenn Du normale Widerstände als 
Spannungsteiler verwendest.

Gruß Anja

Autor: Kluchscheißernder Nixwisser (kluchscheisser)
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Damit hat sich meine Antwort auf
Beitrag "Re: LiPo Akku - Zellenspannungen messen"
wohl auch erledigt.

MfG

Autor: Tim (Gast)
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Das sollte kein Problem sein mit einem Differenzverstärker  (LM3xx oder 
so nannte der isch glaueb ich)
Die Cellog Teile arbeiten mit einem Atmega32, einem Differenzverstärker 
und bekommen das mit der Auflösung super hin...

Autor: Schorsch (Gast)
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@Tim: Das interressiert nach 1.5 Jahren sicher nicht mehr.
LM3XX ist ausserdem ein toller Hinweis, sind jetzt ja nur noch 98 
verschiedene ICs, die man durchsuchen muss. (Warum 98? Weil der LM317 
isses nicht)

Und die Optimal-Lösung wurde schon in der Ersten Antwort angedeutet und 
Später nochmal präzisiert:

Anja schrieb:
> Es gibt (kaskadierbare) ICs die genau das mit der
> benötigten Genauigkeit machen. Hersteller LT, Intersil, Ti (BQ), usw.

Autor: Tim (Gast)
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LM324...
ich denke das Thema interessiert nach wie vor und bald noch mehr da das 
Thema Lipo Überwachung immer aktueller wird derzeit..

Autor: Steffen Warzecha (derwarze)
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Tim schrieb:
> LM324...

Ist doch nicht Dein Ernst, oder?

Zumal es für das Problem genügend Lösungen diverser IC-Hersteller gibt 
die das viel besser können als ein IC-Grab aus Standard OPVs.
Auch Atmel hat was spezielles zu diesem Thema.

Autor: Schorsch (Gast)
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Tim schrieb:
> LM324...

Der passt schonmal nicht. Der Verträgt nur 32V, 8 volle Zellen in Serie 
haben ein bischen mehr.

Und selbst bei weniger Zellen ist es schon zweifelhaft, wie du damit die 
angefragte Genauigkeit von 10mV hinkriegen willst.

Bevor ich da ein Vermögen für einzeln laserkalibrierte 0.1%-Widerstände 
ausgebe, nehm ich doch lieber den LTC6802-1. 12 Zellen, 12 Bit 
Auflösung.

Und wie solls eigentlich nach dem OpAmp/LM324 weitergehen? etwa den 
Atmega32-ADC verwenden?

> ich denke das Thema interessiert nach wie vor und bald noch mehr da das
> Thema Lipo Überwachung immer aktueller wird derzeit..

Das Sicher. Aber nicht im Zusammenhang mit diesem Uralt-Thread, der 
einerseits nicht "LiPo-Überwachung" im Allgemeinen betrifft, sondern 
eine ganz spezielle Anwendung, und andererseits schon längst beantwortet 
wurde.

Autor: Tim (Gast)
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Jo, genau so ist das Cell Log aufgebaut!
 MEga32, LM324, LM 358 fertig!
Und billiger als mit Spezial IC..
Mite in wenig Grips kommt man dann auch drauf wie die das mit den 32V 
machen..der LM358 wird einfach nicht an Masse sondern hinter den 3V 
Wandler angeschlossen...
Das Teil sit ziemlich ERfolgreich und Saubillig mit GRaphischem Dispaly 
etc pp 25€ oder soo im Ausland natürlich gekauft...

Da werdet ihr mit euren tollen Spezial IC die ihr mir erstmal zeigen 
müßt hinkommen.
Diese dolle Spezial IC bekommst de nämlich nicht!

Autor: Tim (Gast)
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Gerät von innen
Von außen im Betrieb
Youtube-Video "cellLog 8S startup"
Youtube-Video "cellLog 8S 2"

Autor: Tim (Gast)
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Autor: Tim (Gast)
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10mv genauigkeit bekomme ich schon auf dem Steckbrett hin!!
Einfach mal die Doku von Atmel ausführlich lesen

Autor: Schorsch (Gast)
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Tim schrieb:
> 10mv genauigkeit bekomme ich schon auf dem Steckbrett hin!!

Du kriegst vielleicht 10mV Auflösung hin, aber nicht 10mV Genauigkeit.

> Einfach mal die Doku von Atmel ausführlich lesen

Einfach mal elementarste Grundlagen aneignen.

Als Startpunkt: Auflösung und Genauigkeit

Autor: X- Rocka (x-rocka)
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Aaaaalso...

Bei 10mV Genauigkeit brauchen wir schon mal 4.2V/0.01V = 420 mindestens 
9bit (512) ADC.
Also könnte ein "true-10-bit" reichen.

1/420 ~ 0.2%
=> Referenz mit 0.2% über den gesamten Temperaturbereich gibt's auch.
(da fallen die 3.3V wohl ziemlich sicher durch...)

Mit ein bischen Oversampling und externer Referenz und Kalibration 
könnte auch der AVR-ADC reichen.

Was davor?
Nur Spannungsteiler gegen Masse ist Quatsch, das wird zu ungenau.
Also entweder viiiiele (min. 2 pro Zelle) galvanisch getrennte Schalter 
(eben erwähnte Opto-Relais, da gibt's 4 fach in SOP16, Stück 10€...) und 
ein INA, oder eben ein INA pro Zelle.

Alles viel zu viel Krams und teuer und Eigenarbeit, deswegen:
Speziallösung von TI  Linear  wasweißich.

Autor: Tim (Gast)
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das stimmt, nur gibt halt keine Spezial ICs..
Und die Handvoll die lieferbar sind benötigen so viel Aufwand das man 
auch gleich wieder die INA oder Lms nehmen kann...bei 8 Zellen sind es 
gerade mal zwei vierer Opamps..mit zwei in Reserve :-)
Schlussendlich muss sowieso noch die Technik zum Balanzieren 
dahinter..da kommt es dann auch zwei Opams mehr auch nicht mehr an..
Auf dem Foto ist ja auch schon zu sehen, das es im Grunde genommen sehr 
übersichtlich ist..wenn man bedenkt das soagr noch ein grafisches 
Display, Piepser, USB!! Schnittstelle, Zusätzliches Eprom zum Loggen 
etc. pp dabei ist

Autor: Edding (Gast)
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Tim schrieb:
> wenn man bedenkt das soagr noch ein grafisches
> Display, Piepser, USB!! Schnittstelle, Zusätzliches Eprom zum Loggen
> etc. pp dabei ist

Na und? Selbst wenn noch ein Fusionsreaktor + Fluxkompensator mit auf 
der Platine wäre: Sie erfüllt die Anforderungen dieses inzwischen 6 
Monate alten Threads nicht.
Versteh mich nicht falsch, ich will dir die Schaltung nicht madig 
machen. Wenn dort gute 1% (oder handselektierte) Widerstände verbaut 
sind, ist die sicher für Bastel+Modelbauanwendungen super toll geeignet.

Aber an diesem längst abgeschlossenen und begrabenen Thread passt sie 
halt nicht wirklich. Mach z.B. einen neuen Thread auf: "Tolle LiPo 
Überwachungs/Logger Schaltung gefunden, was haltet ihr davon", poste 
dort die Schaltpläne. Da entwickelt sich sicher eine bessere Diskussion.

Autor: Tim (Gast)
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Wozu handselektierte Widerstände..die sind nicht mal nötig..
Und ob ich den Threat neu anfange oder den Fortführe...der Inhalt bleibt 
der gleiche..immerhin bin ich auch zufällig über googel drauf 
gestoßen..wenn jemand in 2 Jahren über diesen Thrat stoolpert wird 
denjenigen das sicher ebenfalls interessieren..sonst währe er ja nicht 
hier reingestollpert...
Wenn das alles kein Sinn macht, könnte man gleich alle Threat löschen 
die älter als 1 Jahr sind...

Autor: Defcon 5 (Gast)
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Wer bedroht Dich denn, Kleiner?

Autor: Steffen Warzecha (derwarze)
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Was meist übersehen wird ist der Ruhestrom der ganzen Mimik.
So ein IC Grab saugt sonst langsam aber sicher den Akku leer wenn der 
eine Weile steht.
Die Spezial IC sind auch auf geringsten Ruhestrom hin gebaut. Soo schwer 
sind die nun auch nicht zu bekommen zumal Samples meist unschwer zu 
ordern sind.
Vor paar Jahren hab ich es auch ähnlich mit Einzelbauteilen gemacht, nur 
heute nicht mehr.

Autor: Tim (Gast)
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Da ich das ganze in einem Elektroauto nutze ist der Ruhestromverbrauch 
zweitranging..im Modellbau wohl auch..
Bei längereh Standzeiten werden die Akkus (liFePo4) sowieso abgeklemmt.
Daher reicht diese Lösung meist aus.
Wenn man aber in eienr Community 20 solcher geräte bauen möchte wird es 
meist nicht mehr so einfach mit den samples ..leider

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