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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 52 Akkus in Reihe - einzeln messen per Controller


Autor: Metulski (Gast)
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Hallo,

ich suche eine Lösung für die Spannungsmessung von 52 in Reihe 
geschalteten 12V-Blei-Akkus. Es sollen 13 Reihen von jeweils 4 Akkus 
einzeln gemessen werden um deren Ladezustand einigermaßen beurteilen zu 
können.

Mein erster Gedanke: Jeweils 4 Akkus controllergesteuert per FETs, 
Relais oder sowas über einen entsprechend dimensionierten 
Spannungsteiler an einen ADC vom ATmega schalten. Dann die nächsten 4 
Akkus zuschalten, also 8 insgesamt messen, den vorher gemessenen Wert 
abziehen um den Wert der letzten 4 Akkus zu erhalten, usw...

Angenommen, die Akkus haben in vollgeladenem Zustand übern Daumen je 
12,7 V, hätte man am letzten Akku ca. 660 V. Bei einer Toleranz von 0,2% 
des Spannungsteilers wird das für die Beurteilung des Ladezustands schon 
zu ungenau (zumindest für die letzten Akkus). Außerdem sollten lt. 
Datenblatt bei ATmegas keine Widerstände über 10k vorm ADC hängen, was 
bei der Spannung aber nicht ausreicht, ohne ordentlich zu heizen. Die 
Auflösung des ADC wäre bei einem Messbereich von 0 - 660V auch mies.

Nächster Gedanke: Per Controller ein Voltmeter an die jeweiligen Pole 
schalten, allerdings hätte man dann 2 Displays, eins vom Voltmeter u. 
eins vom Controller zur Anzeige, welche Reihe ans Voltmeter geschaltet 
ist. Das wär nicht so schön.

Wäre es evtl. möglich, die Masse für den Controller aus den 4er-Reihen 
zu nehmen und immer auf die nächste Reihe weiterzuschalten, ohne einen 
Reset oder irgendwelche Schäden zu verursachen? Dann wäre der 
Messbereich ausreichend klein und man käme mit einem Display aus.

Dass sich solche Spannungen bei Unachtsamkeit negativ auf das 
menschliche Wohlbefinden auswirken können, hab ich schon mal gehört, 
also keine Sorge ;)

Also falls jemand ne nette Idee dazu hat, ich wär dankbar...

Schönen Gruß,
Metulski

Autor: frankman (Gast)
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schau doch mal bei linear technology, die haben extra chips für genau 
das entwickelt.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Falls pro Akku ein Reedrelais drinliegt...

Autor: Eddy Current (chrisi)
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Da ich momentan meine Photorelais-Phase habe, möchte ich Dir eine darauf 
basierende Lösung vorschlagen. Sie erfordert pro Akku zwei Photorelais:

Schalte einen Kondensator mit beiden Anschlüssen per Photorelais an den 
Akku (Samplephase). In der zweiten Phase schaltest Du den Kondensator 
mit dem einen Pol gegen Masse und misst die Spannung am anderen Pol.

Auf diese Weise kannst Du die Spannung immer mit konstanter und hoher 
Auflösung messen. Es gilt "nur" Streukapazitäten zu beachten, die den 
Samplekondensator in der Umschaltphase umladen könnten. Wenn der 
Samplekondensator aber ein paar Nanofarad aufweist, sollte das kein 
Problem sein.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Der Leckstrom des Photorelais ist in Bezug auf den Kondensator ?

Autor: Christian Berger (casandro) Flattr this
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Eine relativ einfache Möglichkeit das zu messen wäre den Vorgang in 2 
Schritte zu Teilen:

Schritt A: Spannungen gegenüber Masse teilen, so dass sie in einem 
Bereich sind, mit denen ein OPV umgehen kann. (z.Bsp. Faktor 20)

Schritt B: Vergleichsspannungen mit Hilfe eines Spannungsteilers mit 
mehreren Abgriffen haben. So dass Du im "Sollzustand" an jedem 
Widerstand 12 Volt abfallen hast.

Die Reihenfolge der Schritte ist im Prinzip egal.

Schritt B kannst Du Dir so vorstellen. Du hast auf der einen Seite die 
Spannungen Deiner Akkus, sprich 0V, 12V, 24V, 36V, usw. Auf der anderen 
Seite hast Du die Ausgangsspannungen des Spannungsteilers welche 
ebenfalls 0V, 12V, 24V, 36V, usw sind. Jetzt betrachtest Du die 
Differenz beider Spannungen. Diese ist gleich dem summierten 
Spannungsfehler der Akkus bis zu diesem Punkt.
In der Praxis könntest Du diese Spannungsdifferenzen jeweils auf einen 
ATMega geben, alle miteinander verbinden und dann gegebenenfalls per 
Optokoppler vom Rest der Schaltung trennen. Alternativ kannst Du auch 
einfache Halbleiterschalter verwenden, nach dem Spannungsteiler brauchen 
die ja nicht mehr spannungsfest sein.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Vergesst den Teiler, da ist keine Genauigkeit mehr machbar.

Autor: Mho (Gast)
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Metulski schrieb:
> 52 in Reihe
> geschalteten 12V-Blei-Akkus

Das sind dann also 312 Zellen hintereinander.
Da musst du beim laden und entladen höllisch aufpassen und einen 
immensen Aufwand betreiben.

Autor: BrainHunter (Gast)
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die versorgung der mess schaltung galvanisch trennen geht nicht? das man 
immer nur an einem akku misst?
sollte doch einfach machbar sein! diese dcdc wandler machen doch immer 
min 1000vdc und dann schön durchschalten.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Es ist eine Moeglichkeit den Mess-AVR floating zu betreiben und von der 
zu messenden Batterie zu speisen. Dazu benoetigt man je ein reedrelais 
pro Batterie.

Autor: Oliver (Gast)
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Dürrer Zitterknilch schrieb:
> Es ist eine Moeglichkeit den Mess-AVR floating zu betreiben und von der
> zu messenden Batterie zu speisen. Dazu benoetigt man je ein reedrelais
> pro Batterie.

Wobei der dann bis zu 600V über Masse hängt, da sollte man dann schon 
etwas Sorgfalt beim Platinenlayout walten lassen.

Man könnte auch jedem Akku einen eigenen Tiny verpassen, der lokal 
versorgt wird. Verbunden mit einem potentialgetrenntem Bussystem.

Oliver

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Hmm, mich würde ja mal interessieren was man mit so einem Akkugrab 
anstellt.

Autor: stefan hennig (Gast)
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Beispiel:
Segelflugzeuge hochziehen.

http://www.sgs-pohlheim.de/index.php?content=11

Grüße,
  Stefan

U.R. Schmitt schrieb:
> Hmm, mich würde ja mal interessieren was man mit so einem Akkugrab
>
> anstellt.

Autor: Jakob Lell (jakob)
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Statt der Lösung mit den vielen Relais könnte man auch einen Controller 
für je 4 Akkus nehmen, dort per Spannungsteiler die Akkuspannung messen 
und mit einem Optokoppler (z.B. per Manchester-Kodierung) an einen 
zentralen µC weiterleiten. Zur Stromversorgung könnte man einen (relativ 
hohen) Widerstand, einen Kondensator und eine Z-Diode nehmen. Bei 
geschickter Nutzung des Sleepmodus kann die Stromaufnahme wesentlich 
geringer als der Betriebsstrom des µC sein. Der Kondensator muss dabei 
für eine Messung inklusive Datenübertragung ausreichen.

Bei einer geringen Zahl von Akkus pro Controller kann man theoretisch 
auch über mehrere Spannungsteiler die einzelnen Akkuspannungen messen.

Zum Kalibrieren (wegen Toleranz der Referenzspannung und des 
Spannungsteilers) müsste man einmalig die Spannungen mit einem 
hinreichend genauen Multimeter messen und einen Korrekturfaktor 
ausrechnen.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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@Stefan:
Das ist ja genial! Und ich dachte das ist wieder so ein Durchgeknallter, 
der keine Ahnung von Elektronik oder auch nur E-Lehre hat, aber ein 
Super Duper Solarzellendings-Erfindung machen will oder eine 
knall-bums-coin-shrinking-Gigavolt-Tesla-rail-gun bauen will.
Die Idee von Jakob gefällt mir am besten, Pro Controller werden maximal 
4 Batterien überwacht, das macht maximal 14,5V * 4 also knapp 60V und 
damit eher beherrschbar. Die einzelnen Contoller liefern dann ihre 
Messdaten über Optokoppler, oder auch über Funk an eine zentrale 
Auswertung.
Die Messcontroller können dabei locker über die zu messenden Batterien 
mit versorgt werden
Vorteile:
kein Relaisgrab
beherrschbare Spannung
modular

Von der Stange wirds sowas aber nicht so ohne weiteres geben.

Viel Erfolg.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Metulski schrieb:
> ich suche eine Lösung für die Spannungsmessung von 52 in Reihe
>
> geschalteten 12V-Blei-Akkus. Es sollen 13 Reihen von jeweils 4 Akkus
>
> einzeln gemessen werden um deren Ladezustand einigermaßen beurteilen zu
>
> können.
>
>
>
> Mein erster Gedanke: Jeweils 4 Akkus controllergesteuert per FETs,
>
> Relais oder sowas über einen entsprechend dimensionierten
>
> Spannungsteiler an einen ADC vom ATmega schalten. Dann die nächsten 4
>
> Akkus zuschalten, also 8 insgesamt messen, den vorher gemessenen Wert
>
> abziehen um den Wert der letzten 4 Akkus zu erhalten, usw...


Nö, das von Dir geschilderte Vorgehen ist wenig sinnvoll.

Schau mal hier, wie man sowas wirklich elegant (unter hoher Spannung) 
macht:

http://www.linear.com/designtools/app_notes.jsp    dort AN112


Vorteile:
kein Relaisgrab
beherrschbare Spannung
potentialfrei
keine controller auf hochliegendem Potential (Wartung!)
modular

etc.

Autor: stefan hennig (Gast)
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Andrew Taylor schrieb:
> Schau mal hier, wie man sowas wirklich elegant (unter hoher Spannung)
>
> macht:
>
>
>
> http://www.linear.com/designtools/app_notes.jsp    dort AN112

Na, das hat sich ja gelohnt, hier zu lesen! Eine ganz neue Idee für 
mich. Vielen Dank für den Link! (keine Ironie!)

U.R. Schmitt schrieb:
> @Stefan:
> Das ist ja genial! Und ich dachte das ist wieder so ein Durchgeknallter,
> der keine Ahnung von Elektronik oder auch nur E-Lehre hat, aber ein
> Super Duper Solarzellendings-Erfindung machen will oder eine
> knall-bums-coin-shrinking-Gigavolt-Tesla-rail-gun bauen will.

Wie gesagt: Man kann etwas Nützliches mit so einem Akkugrab anstellen. 
Was Metulski damit vorhat weiss nur er/sie selbst.
So eine Segelflugzeugwinde ist übrigens wie jedes Luftfahrzeug abnahme- 
/ zulassungspflichtig und daher kein Bastelprojekt.

Vielleicht äußert sich Metulski noch.

Autor: Metulski (Gast)
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Vielen Dank erstmal für die Antworten, sind ja ein paar nette Anregungen 
dabei.

U.R. Schmitt schrieb:
> Hmm, mich würde ja mal interessieren was man mit so einem Akkugrab
> anstellt.

Ein Kollege hat sich ein Elektroauto gebaut bzw. einen Benziner 
umgerüstet.

Und ins Armaturenbrett sollen halt noch son paar Instrumente zur 
Überwachung rein.

Aber falls der TÜV nicht mitspielen sollte, kann ich das mit dem 
Segelflugzeuge hochziehn ja mal als Alternative vorschlagen :D

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