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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 220V Potentialunterschied an den Pins vom ATtiny


Autor: Ben H. (mclovin)
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Hallo alle zusammen,

ich muss an einer Traktionsbatteriebank (15 in Reihe geschaltete 12V
Bleigel Akkus) die Einzelspannungen von 15 Akkus messen und überwachen.
Die Spannungen schwanken so grob zwischen ca. 11V und 15V. Das bedeutet
dass es sich um bis zu einer 225V Gleichspannung insgesamt handelt.
Hinzu kommt dass das Potential der Einzelnen Akkus von Akku zu Akku
ansteigt, sodass es am Akku 15 zwischen 210 und 225V liegen kann, je
nach Ladezustand des Akkus.

Die Spannungen wollte ich nun mit 15 ATtinys messen, die miteinander 
verbunden sind. Der Master schickt ein Startbit an den ersten der 
erwacht. Der schickt dann seine Daten an den nächsten. Der reicht die 
Daten durch und hängt seine Daten an usw.
Der letzte schickt dann die 15 Messungen an den Master.

Das Bordnetz wird über einen Akku 16 versorgt, dieser wiederum wird über
die Traktionsbatterie mit einem Galvanisch Getrennten DC/DC Wandler
gespeist, von da aus wollte ich mit einem galvanisch getrennten DC/DC 
Wandler nun alle ATtinys mit 5V versorgen.

Nun die Fragen die sich mir stellen:

1.
> Am Akku 15 entsteht ein Potentialunterschied am ATtiny von 220V
> zwischen den Pins die die Spannung messen und den Pins an den die
> Versorgungsspannung anliegt.
> Wie Problematisch kann das werden?
> Und wie kann man das Problem umgehen, oder einen Schutz einrichten?

2.
> Da alle ATtinys in Reihe geschaltet sind, frage ich mich was passiert
> wenn einer in der Kette ausfällt? da nur ein Signal von 15ten zurück
> gesendet wird.

Mit freundlichen Grüßen

Ben

Autor: Mr Obvious (Gast)
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Ben H. schrieb:
>> Wie Problematisch kann das werden?

Garnicht Problematisch. Der Tiny geht einfach und sofort, ohne Probleme, 
Kaputt.

Die ADC-Input-Pins düften nur Spannungen sehen, die Größer als das 
Potential am GND-Pin und kleiner als das Potential am VCC-Pin sind.
(jeweils ca. ± 0.7V)

Autor: Mr Obvious (Gast)
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Die Idee mit den getrenten Tinies war doch, wenn ich mich recht an den 
anderen Thread erinnere, dass jeder seine eigene, unabhängige 
Spannungsversorgung kriegt, und du nur das digitale Signal über die 
großen Pegelunterschiede bringen musst.

Autor: frankman (Gast)
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Oh mei Oh mei,
schau mal bei Linear Technology. Die haben Chips, die nichts anderes 
machen, als Spannungen von Batteriestacks zu messen....bis zig hundert 
Volt, galvalisch getrennt, mit allem PiPaPo.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Mr Obvious schrieb:
> und du nur das digitale Signal über die
> großen Pegelunterschiede bringen musst.
Das wäre dann z.B. mit einem Optokoppler problemlos möglich...

> Die Spannungen wollte ich nun mit 15 ATtinys messen, die miteinander
> verbunden sind.
Auf diese Weise willst du dir offenbar mental die "große" Spannung in 
kleine Häppchen zerlegen...
Nur: zum Schluss wirst du trotzdem 1 einziges Bezugspotential haben, und 
rumsdibums ist die große Spannung zum "obersten" Attiny wieder da.

Autor: Ben H. (mclovin)
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Ja die Idee stammte aus einem anderen Thread, da ging es um 
Zellspannungen, sodass die Tinies direkt aus der zu messenden 
Zellspannung versorgt werden konnten, hier geht aber um 
Batteriespannungen, sodass die Versorgung anders geregelt werden muss, 
da die Batteriespannung nicht konstant ist. Mir wurde aber auch mehrmals 
die Lösung mit den Attinys empfohlen, nur war das Problem dann wohl 
nicht berücksichtigt worden.

Autor: Mr Obvious (Gast)
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Ben H. schrieb:
> hier geht aber um
> Batteriespannungen

Na und? Jedem Tiny einen 78(L)05 und entsprechender Schutzbeschaltung 
voranschalten, der macht aus den 8..14 V, oder was auch immer deine 
Einzelbatterien so haben, saubere 5V...

Gegen hochohmige Batterien, Umpolen, Spikes, und was auch sonst noch 
auftritt, musst du die schaltung halt schützen. War aber auch im anderen 
Thread.

Autor: Ben H. (mclovin)
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frankman schrieb:
> Oh mei Oh mei,
> schau mal bei Linear Technology. Die haben Chips, die nichts anderes
> machen, als Spannungen von Batteriestacks zu messen....bis zig hundert
> Volt, galvalisch getrennt, mit allem PiPaPo.

Bin schon öfters auf Linear Technologys Lösung gestoßen, aber bis jetzt 
kam es für mich nicht in Frage, da es eine schon fast Fertige Lösung 
ist, ich werde es aber nochmal Prüfen.Wie sieht es aber den dort mit der 
Spannungsversorgung aus?

Mr Obvious schrieb:
> Na und? Jedem Tiny einen 78(L)05 und entsprechender Schutzbeschaltung
> voranschalten, der macht aus den 8..14 V, oder was auch immer deine
> Einzelbatterien so haben, saubere 5V...

Das Problem ist, das die Schaltung so wenig wie möglich verbrauchen soll 
und mit Spannungsregler würde zu viel Energie in Form von Wärme verloren 
gehen. Verbrauchen solche Spannungsregler eigentlich auch Energie, wenn 
Das Auto stehen würde? Kann man die Abschalten? Kenne mich noch nicht so 
gut aus mit denen.

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Ben H. schrieb:
> Bin schon öfters auf Linear Technologys Lösung gestoßen, aber bis jetzt
> kam es für mich nicht in Frage, da es eine schon fast Fertige Lösung
> ist,

Gegenfrage: Was ist an der Lösung schon fast fertig? So wie Du sie 
skizziert hast ist sie innerhalb von Millisekunden für immer fertig!
Oder ohne Sarkasmus: So kann das Konzept absolut nicht funktionieren!

Autor: Ben H. (mclovin)
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U.R. Schmitt schrieb:
> Gegenfrage: Was ist an der Lösung schon fast fertig? So wie Du sie
> skizziert hast ist sie innerhalb von Millisekunden für immer fertig!

OK dann muss ich mich entschuldigen, hab mich echt zu wenig mit dieser 
Lösung beschäftigt um das zu beurteilen, schien mir auf dem ersten blick 
aber so, aber wie gesagt ich werde es mir nochmal anschauen.

> Oder ohne Sarkasmus: So kann das Konzept absolut nicht funktionieren!

Was meinst du damit, kannst du das genauer erläutern?Würde es auch nicht 
funktionieren, wenn man die Versorgung direkt aus den Batterien über 
Längsregler zur Verfügung stellt?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Ben H. schrieb:
> aber bis jetzt kam es für mich nicht in Frage,
> da es eine schon fast Fertige Lösung ist,
Eigenartige Denkweise...
Ich wäre froh, wenn es für ein Problem, das ich zu lösen habe, schon 
eine fertige Lösung gäbe... ;-)

Autor: U.R. Schmitt (Gast)
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Ben H. schrieb:
> Was meinst du damit, kannst du das genauer erläutern?Würde es auch nicht
> funktionieren

Ganz einfach:

Ben H. schrieb:
> von da aus wollte ich mit einem galvanisch getrennten DC/DC
> Wandler nun alle ATtinys mit 5V versorgen.
Du kannst nicht alle mit dem selben Potential versorgen.
Du musst jeden einzelnen potentialgetrennt versorgen UND du musst die 
Datenübertragung ebenfalls potentialgetrennt erledigen.

Mit der fast ferigen Lösung? Habe ich Dich da missverstanden? Ich dachte 
Deine Lösung wäre fast fertig und deswegen wolltest Du dir die LT Lösung 
nicht anschauen.
Wenn Du natürlich eine eigene Lösung selbst bauen willst ist das dein 
gutes Recht, aber dann musst Du oben genanntes berücksichtigen.
Wenn Du aber eine funktionierende und stromsparende Lösung willst, wäre 
(ohne daß ich die ICs jetzt kenne) eine integrierte und schon vielfach 
eingesetzte sicher der bessere Weg.
Viel Spass am Basteln

Autor: Ben H. (mclovin)
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Lothar Miller schrieb:
> Ben H. schrieb:
>> aber bis jetzt kam es für mich nicht in Frage,
>> da es eine schon fast Fertige Lösung ist,
> Eigenartige Denkweise...
> Ich wäre froh, wenn es für ein Problem, das ich zu lösen habe, schon
> eine fertige Lösung gäbe... ;-)

Es ist eine Diplomarbeit, deshalb muss ich erstmal mit dem Prof. klären 
ob es in Fragen kommen könnte, er ist aber momentan leider nicht 
erreichbar. Es könnte aber auch gut sein das ich es benutzen kann, da es 
nur ein Teil der Aufgabe ist.

Autor: Mr Obvious (Gast)
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Hier mal wie ich mir das vorstelle...

Du baust N identische "BÜMs" (BatterieÜberwachungsModule).
Jedes versorgt sich aus "seiner" Zelle, und überwacht auch nur diese.

Als weitere Verbindung nach draussen gibt es NUR je einen 
Optokoppler-Geschützen Ein- und Ausgang.

Dein Master-Controller sagt nun reihum jedem Modul: Messe!
(Im einfachsten Fall: Master hat N Ausgänge, und schaltet die OK in der 
Richtung einzeln)

Worauf das Modul den aktuellen Messwert über den anderen Optokoppler 
"rausmorst". Hier reicht eine gemeinsame Leitung zum Master mit Pull-Up, 
sind durch die OptoKoppler ja "OpenCollector"-Ausgänge.

Autor: Ben H. (mclovin)
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Mr Obvious schrieb:
> Jedes versorgt sich aus "seiner" Zelle, und überwacht auch nur diese.

Für mich stellt sich nun die Frage, wie hoch der Wirkungsgrad der 
Schaltung sein wird?
Ich habe angenommen das man das Problem mit der Spannungsversorgung der 
Tinies über einen DC/DC Wandler lösen konnte, aber wenn man nun für 
jeden Tinie einen Spannungsregler braucht, die nicht gerade den höchsten 
Wirkungsgrad haben, oder täusche ich mich jetzt? Dann wird der 
Energieverbrauch der Schaltung doch hoch sein oder nicht?

Autor: Mr Obvious (Gast)
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Der Wirkungsgrad ist relativ egal. Während der Messung braucht dein Tiny 
vielleicht 20mA (incl. Optokoppler). Während er auf sein Start-Signal 
wartet, braucht er ein paar hundert nA (Sleep-Mode).
Da reicht ein guter Längsregler. (kein 7805, der hat zuviel 
Eigenverbrauch).

Im Schnitt zieht jede Schaltung dann vielleicht so 1mA bei 12V. Deine 
Akkus haben was, 100Ah?
Wie lange der Akku dann hält, und wieviel der Stromverbrauch im 
Vergleich zur Selbstentladung ausmacht, kannst du dir sicher selber 
ausrechnen.

Und ob sich dann der Mehraufwand für 15x DC/DC-Wandler (ja, jede 
Messschaltung braucht einen eigenen!) lohnt?

Autor: Thomas Klima (rlyeh_drifter) Benutzerseite
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Ben H. schrieb:
> Für mich stellt sich nun die Frage, wie hoch der Wirkungsgrad der
> Schaltung sein wird?

Interessante Frage, da hier Energie in Information umgewandelt wird gibt 
es dafür auch gar keine Referenzwerte.

> Ich habe angenommen das man das Problem mit der Spannungsversorgung der
> Tinies über einen DC/DC Wandler lösen konnte, aber wenn man nun für
> jeden Tinie einen Spannungsregler braucht, die nicht gerade den höchsten
> Wirkungsgrad haben, oder täusche ich mich jetzt? Dann wird der
> Energieverbrauch der Schaltung doch hoch sein oder nicht?

Du könntest einen DC/DC Wandler mit mehreren getrennten 
Ausgangsspannungen nehmen, aber der Aufwand ...
Nimm doch bei jedem Tiny einen SimpleSwitcher und gut ist.

Autor: Ben H. (mclovin)
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Mr Obvious schrieb:
> Im Schnitt zieht jede Schaltung dann vielleicht so 1mA bei 12V. Deine
> Akkus haben was, 100Ah?

40Ah haben meine Akkus, bei Belastung so ca. 25 bis 30Ah, bei einer 
Fahrt würde dies nur für ca. 25 min. reichen, also während der Fahrt 
macht es trotzdem nicht viel aus, aber wenn das Auto abgestellt wird, 
soll der Eigenverbrauch des Längsreglers nicht die Akkus leer saugen.

Thomas Klima schrieb:
> Nimm doch bei jedem Tiny einen SimpleSwitcher und gut ist.

Hört sich Interessent an, hab mit dem SimpleSwitcher bis jetzt nicht zu 
tun gehabt, nur von ihm gehört. Wie stabil sind den die 
Ausgangsspannungen vom SimpleSwitcher? Die Eingangsspannung ist ja bei 
der Batterie nicht konstant, da sie sich erstmal entlädt und zweitens 
bei Belastung absinkt, aber es wird ständig eine konstante 
Ausgangsspannung gebraucht. Wie sieht es den beim SimpleSwitcher mit dem 
Eigenverbrauch aus?

Aus den Preisunterschied, hat der SimpleSwitcher noch andere Nachteile 
gegenüber den Längsregler?

Autor: BasicMath (Gast)
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>> Im Schnitt zieht jede Schaltung dann vielleicht so 1mA bei 12V. Deine
>> Akkus haben was, 100Ah?

Ben H. schrieb:
> 40Ah haben meine Akkus, bei Belastung so ca. 25 bis 30Ah, bei einer
> Fahrt würde dies nur für ca. 25 min. reichen,

mA bedeutet "miliAmperé", das sind tausendstel Amperé.
und das h in Ah steht für "Stunden", nicht "Minuten".

d.H. das mA für die Überwachunsschaltung liefert der Akku nicht für 25 
Minuten, sondern für 40000 Stunden.

In was für einem Fach machst du Diplomarbeit, Literaturwissenschaften?

Autor: Andreas B. (Gast)
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Warum nicht statt dem Tiny einen Battery Management AVR der speziell für 
solche Anwendungen konzipiert ist? Der hat auch einen internen 
Spannungsregler. Zum Beispiel ATmega16HVB mit 4-25V Eingangsspannung.

Autor: Torsten K. (ago)
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Wie wäre es mit einer Schaltung, welche über den Optokoppler aktiviert 
wird, sprich: Wenn der Master senden will, dann wird der Eingang für 1-2 
Sekunden auf "1" gesetzt -> der OK schaltet durch und aktiviert 
gleichzeitig die (Selbsthaltende) Versorgung. Anschließend erfolgt die 
Befehlsübermittlung des Masters. Bleiben die Signale vom Master für 5 
Sekunden aus (oder wurde die Messung gestartet und das Meßergebnis 
übermittelt) so schaltet der µC die Selbsthaltung der Energieversorgung 
ab.

Autor: oszi40 (Gast)
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Las ich da Fahrzeug? Dann auch 15x F23 ?
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23
Man könnte davon ausgehen, daß im Störfall auch mal eine Zelle dieser 
Reihenschaltung unter Belastung verpolt wird oder total hochohmig wird.

Die 15 Messstellen nur mit Strom versorgen WENN sie danach gebraucht 
werden wäre auch eine Idee (15 Reed-Relais?). Man müßte dann nur eine 
Zeit abwarten bis ein stabiler Meßwert anliegt?

Autor: Ben H. (mclovin)
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BasicMath schrieb:
>>> Im Schnitt zieht jede Schaltung dann vielleicht so 1mA bei 12V. Deine
>>> Akkus haben was, 100Ah?
>
> Ben H. schrieb:
>> 40Ah haben meine Akkus, bei Belastung so ca. 25 bis 30Ah, bei einer
>> Fahrt würde dies nur für ca. 25 min. reichen,
>
> mA bedeutet "miliAmperé", das sind tausendstel Amperé.
> und das h in Ah steht für "Stunden", nicht "Minuten".
>
> d.H. das mA für die Überwachunsschaltung liefert der Akku nicht für 25
> Minuten, sondern für 40000 Stunden.


Die 25 min. waren für eine Fahrt mit dem Auto ohne Überwachungsschaltung 
gedacht, aber trotzdem danke für deine Belehrung.

Andreas B. schrieb:
> Warum nicht statt dem Tiny einen Battery Management AVR der speziell für
> solche Anwendungen konzipiert ist? Der hat auch einen internen
> Spannungsregler. Zum Beispiel ATmega16HVB mit 4-25V Eingangsspannung.

Das ist ja interessant, ich werde es mir genauer anschauen. Der interne 
Spannungsregler zählt doch nur für die eigene Versorgung, oder habe ich 
da was falsch verstanden? Oder kann man die anderen Bauteile auch über 
den Versorgen?

Torsten K. schrieb:
> Wie wäre es mit einer Schaltung, welche über den Optokoppler aktiviert
> wird, sprich: Wenn der Master senden will, dann wird der Eingang für 1-2
> Sekunden auf "1" gesetzt -> der OK schaltet durch und aktiviert
> gleichzeitig die (Selbsthaltende) Versorgung. Anschließend erfolgt die
> Befehlsübermittlung des Masters. Bleiben die Signale vom Master für 5
> Sekunden aus (oder wurde die Messung gestartet und das Meßergebnis
> übermittelt) so schaltet der µC die Selbsthaltung der Energieversorgung
> ab.

Die Idee habe ich nicht ganz verstanden Der Begriff „Selbsthaltung der 
Energieversorgung“ sagt mir nichts auch das mit dem 5 Sekunden warten 
ist mir nicht ganz klar, da die Schaltung einmal  in der Sekunde neue 
Werte liefern soll und das solange das Auto an ist, wenn es aus ist soll 
die Schaltung am besten gar nichts verbrauchen.

oszi40 schrieb:
> Die 15 Messstellen nur mit Strom versorgen WENN sie danach gebraucht
> werden wäre auch eine Idee (15 Reed-Relais?). Man müßte dann nur eine
> Zeit abwarten bis ein stabiler Meßwert anliegt?

Einer der Anfangsgedanken war  es mit einer Schaltmatrix zu machen, aber 
die meisten haben mir zu den Tinies geraten. Noch bin ich selber nicht 
ganz davon überzeugt, aber ich versuche gerade das drumherum mir genauer 
anzuschauen, bevor ich mich zu 100% festlege. Die Lösung mit den 
Isolationsverstärkern ist bei mir auch noch nicht ganz abgehackt, obwohl 
sie teurerer ist. Am Anfang muss man halt sich alle Wege genauer 
anschauen, bevor man zu früh urteilt, das alles kostet leider Unmengen 
an Zeit.

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