Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Batterieüberwachung - sinnvolle Schaltung?!


Announcement: there is an English version of this forum on EmbDev.net. Posts you create there will be displayed on Mikrocontroller.net and EmbDev.net.
von Martin Z. (mzahedi)


Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo liebe Community,

ich möchte bei einem aktuellen Projekt die Spannung meiner 
Spannungsquelle überwachen. Zwei Autobatterien mit jeweils 12V sind in 
Serie geschalten und liefern mir den nötigen Strom für die Anwendung 
(bis zu 30A - falls relevant). Ich möchte mit dem ADC des µC 
(TM4C1294NCPDT) den Spannungspegel messen um sagen zu können ob die 
Batterie noch genug saft hat.

Hab eine Schaltung dimensioniert und würde gerne wissen wie sinnvoll sie 
ist - bzw. obs nicht eine bessere Methode gäbe?!

Danke im Voraus,
Liebe Grüße aus Wien

Add: falls relevant, kann ich euch die Rechnung noch bereitstellen wie 
ich auf die R-Werte gekommen bin.

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Funktioniert soweit, wenn ich richtig verstehe, dass die 
Referenzspannung des ADC 2.5V beträgt.
Wenn nicht, dann hätte ich die Teiler so gewählt, dass bei der maximalen 
Spannung (2 Batterien beim Laden ≈ 29V) am ADC-Eingang auch knapp die 
Referenzspannung zu sehen ist.
Die Z-Diode sollte so groß gewählt werden, dass der Eingang nicht 
elektrisch geschädigt wird. Wenn also der ADC mit z.B. 5V betrieben wird 
(was wir nicht wissen), dann könnte die Z-Spannung bis knapp 10V gewählt 
werden - einfach um den parasitären Reststrom durch die Z-Diode so klein 
wie möglich zu halten. Dass dann ev. bei Spitzen über 29V der ADC an 
Anschlag geht, ist ja nicht schlimm.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich finde die Widerstandswerte schon relativ klein, es fließt ja
ein ständiger Querstrom von ca. 1,5 mA.  ADC-Eingänge von µCs sind
in der Regel relativ hochohmig, von der Warte her könnte man die
Widerstände sicher um den Faktor 10 größer dimensionieren.

Andererseits bietet natürlich eine niederohmige Auslegung einen
besseren Störschutz in harschen Umgebungen.

Je nach Zellentyp und Ladeverfahren könnte der bis 30 V dimensionierte
Spannungsbereich schon knapp werden, falls die Messung auch während
der Ladephase erfolgen soll.  Ladeschlussspannung von 2,6 V pro Zelle
kann bei offenen (nicht gasdichten) Bleiakkus schon mal drin sein,
die Zellen gasen dann halt, muss man mal Wasser nachfüllen.

von Harald W. (wilhelms)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Martin Z. schrieb:

> Ich möchte mit dem ADC des µC
> (TM4C1294NCPDT) den Spannungspegel messen um sagen zu können ob die
> Batterie noch genug saft hat.

Du kannst so allerdings keine Aussage darüber machen, wie voll die
Batterie noch ist. Du hast nur eine Aussage, das die Batterie gleich
ganz leer ist und es Zeit ist, Deinen Verbraucher abzuschalten

von Martin Z. (mzahedi)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Funktioniert soweit, wenn ich richtig verstehe, dass die
> Referenzspannung des ADC 2.5V beträgt.
Vref des ADCs beträgt 3.3V. Ja genau, fast alle Pins des µC sind TTL 
3,3V tolerant.

> Wenn nicht, dann hätte ich die Teiler so gewählt, dass bei der maximalen
> Spannung (2 Batterien beim Laden ≈ 29V) am ADC-Eingang auch knapp die
> Referenzspannung zu sehen ist.
OK dann dimensioniere ich den Spannungsteiler mit 13k und 20k .. 10er 
Potenz gleich hinauf :) Dann hätte ich eine Vref von ~3V bei Uz=5V. Oder 
soll ich eine Z-Diode mit Uz=10V nehmen und die dann mit dem Spgsteiler 
auf ~3V regeln?

>Je nach Zellentyp und Ladeverfahren könnte der bis 30 V dimensionierte
> Spannungsbereich schon knapp werden
wow gut erkannt :) :) hmm gute Frage ob die Messung auch während der 
Ladephase erfolgen soll. Was würde das an der Schaltung ändern?

von Martin Z. (mzahedi)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Harald W. schrieb:
> Du kannst so allerdings keine Aussage darüber machen, wie voll die
> Batterie noch ist. Du hast nur eine Aussage, das die Batterie gleich
> ganz leer ist und es Zeit ist, Deinen Verbraucher abzuschalten

eh genau das :) einen exakten Wert der Spannung wäre zwar schön aber 
nicht notwendig.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Naja:

https://www.reimo.com/blog/wp-content/uploads/2015/03/Grafik-Entladekurve.png

So ab ca. 50 % Entladung bricht die Spannung schon langsam ein.

Man muss aber in jedem Falle die Temperatur (der Batterie) messen
und in die Abschätzung einbeziehen.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Martin Z. schrieb:
> hmm gute Frage ob die Messung auch während der Ladephase erfolgen soll.
> Was würde das an der Schaltung ändern?

Da du jetzt geschrieben hast, dass die Referenzspannung des ADC 3,3 V
beträgt (ich nahm ursprünglich auch 2,5 V an laut obiger Zeichnung),
genügt das problemlos.  Maximal messbare Spannung ist dann 3,3 V · 12
= 39,6 V.

von Martin Z. (mzahedi)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Jörg W. schrieb:
> Da du jetzt geschrieben hast, dass die Referenzspannung des ADC 3,3 V
> beträgt (ich nahm ursprünglich auch 2,5 V an laut obiger Zeichnung),
> genügt das problemlos.  Maximal messbare Spannung ist dann 3,3 V · 12
> = 39,6 V.
Ja die Pintoleranz hätte ich gleich von Anfang an erwähnen können. 
Sorry.
D.h. die R-Werte x10 nehmen oder so belassen? :)

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Martin Z. schrieb:
> D.h. die R-Werte x10 nehmen oder so belassen?

Musst du selbst wissen.  Mehr Querstrom (stört aber bei so einer
Batterie nicht, die Selbstentladung ist größer) steht einer
schlechteren Störsicherheit (bei größeren Rs) gegenüber.

von Martin Z. (mzahedi)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Super geil Leute. Vielen Dank. Das ging wirklich rasch.
Nun muss ich schon langsam anfangen auf das eigene Können mehr zu 
vertrauen :)

Liebe Grüße und einen herrlichen Tag!

von Simpel (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Das mit dem Spannungsteiler über wir nochmal.

Du hast oben 24V und einen Gesamtwiderstand von 19,2k (16k+1,6k+1,6k).

D.h. an 1,6k fallen 2V ab und an 3,2k (Z-Diode) fallen 4V ab. Deine 
Z-Diode mit 5,1V bleibt also arbeitslos und deine sog. 
"Referenzspannung" hat ihren Namen nicht verdient und liegt (wenn U_batt 
= 24V) bei 2V, wobei sie unstabilisiert mit der Batteriespannung 
wandert.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


Bewertung
-1 lesenswert
nicht lesenswert
Simpel schrieb:
> Das mit dem Spannungsteiler über wir nochmal.

Das mit der Arroganz auch?

> D.h. an 1,6k fallen 2V ab und an 3,2k (Z-Diode) fallen 4V ab. Deine
> Z-Diode mit 5,1V bleibt also arbeitslos

Was sie auch bleiben sollte: sie soll den Eingang des µC nur
schützen, aber bei der Messung nicht im Weg sein.

> und deine sog.
> "Referenzspannung" hat ihren Namen nicht verdient und liegt (wenn U_batt
> = 24V) bei 2V, wobei sie unstabilisiert mit der Batteriespannung
> wandert.

Genau das soll sie wohl auch, schließlich soll die Batteriespannung
gemessen werden.

Lediglich die Bezeichnung als „Referenz“ ist ein wenig unglücklich
gewählt.

von HildeK (Gast)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Martin Z. schrieb:
>> Wenn nicht, dann hätte ich die Teiler so gewählt, dass bei der maximalen
>> Spannung (2 Batterien beim Laden ≈ 29V) am ADC-Eingang auch knapp die
>> Referenzspannung zu sehen ist.
> OK dann dimensioniere ich den Spannungsteiler mit 13k und 20k .. 10er
> Potenz gleich hinauf :) Dann hätte ich eine Vref von ~3V bei Uz=5V. Oder
> soll ich eine Z-Diode mit Uz=10V nehmen und die dann mit dem Spgsteiler
> auf ~3V regeln?

Jetzt bringst du mich durcheinander.
Beim ADC hat man eine feste Referenzspannung aus einer extra 
Referenzdiode (oder was einfacherem). Das ist in der obigen Zeichnung 
nicht enthalten.
Dann hat man einen ADC-Eingang, mit dem man die unbekannte Größe messen 
will. Das wäre nach meinem Verständnis das Signal ADC-VIN.
Die Z-Diode habe ich so verstanden, dass du damit bei zufälligerweise 
noch höherer Eingangsspannung deinen ADC-Eingang schützen willst, die 
aber im normalen Betrieb nichts zu tun hätte.
Ein z.B. 10-Bit ADC liefert dir nun Werte zwischen 0 und 1023 - die 1023 
dann, wenn ADC-VIN >= Vref ist. Vref kann üblicherweise einen Wert bis 
zur Versorgungsspannung des ADCs haben. Für deinen ADC steht das im 
Datenblatt. Übersteigt ADC-VIN die Vref, passiert zunächst nichts 
negatives, allerdings liefert der ADC dann nur noch die 1023; das ist 
das Ende deines Messbereichs.

Mein Vorschlag mit der höheren Z-Diodenspannung resultierte daraus, dass 
sie imho eine Schutzdiode ist und dass du anschließend die Spannung 
nochmals halbierst. Bei einem max. zulässigen Input von 5V am ADC-VIN 
(µC mit 5V Versorgung) kann daher die Z-Spannung bis 10V gewählt werden 
- sie wird ja wieder durch 2 geteilt.
Bei einer 3.3V-Schaltung solltest du mit der Z-Diode dann z.B. auf 6.2V 
gehen.
Ob man den Spannungsteiler gleich um den Faktor 10 größer machen soll - 
ich weiß nicht, ich würde eher den Faktor 2 oder 3 wählen.

Simpel schrieb:
> D.h. an 1,6k fallen 2V ab und an 3,2k (Z-Diode) fallen 4V ab. Deine
> Z-Diode mit 5,1V bleibt also arbeitslos und deine sog.
> "Referenzspannung" hat ihren Namen nicht verdient und liegt (wenn U_batt
> = 24V) bei 2V, wobei sie unstabilisiert mit der Batteriespannung
> wandert.

Deshalb nochmals meine lange Ausführung. Ich hatte nicht angenommen (aus 
den Gründen die du aufführst), dass der rechte Schaltungsteil die 
Referenzspannung generiert, sondern die Messpannung mit 
Überspannungsschutz sei. Wo und wie sollten den sonst gemessen werden?

von Martin Z. (mzahedi)


Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Leute, meine Vref in der Schaltung sollte Vbat od so ähnlich heißen. Das 
kann verwirren.
Das hat nicht mit Vref des ADCs zu tun. Die beträgt 3.3V.
Mehr später...

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.