Hallo, habe hier einige Einzelzellenüberwachungen liegen, die trotz 10Bit AD-Wandlung unruhige Messwerte anzeigen. Die Messwerte schwanken innerhalb 0.05V, was für Lixx Akkus nicht sonderlich genau ist. Bei der Überlegung, warum die Werte ungenau sind und schwanken, stellt sich auch die Frage, wie überhaupt die Einzelspannungen ermittelt werden. Da sind also 12 Zellen in Serie verschaltet, jede Zellverbindung wird über einen eigenen Spannungsteiler (nach Masse) an eine CPU mit 16-fachem AD-Wander (je 10 Bit Auflösung) geleitet. Ich messe an allen Spannungteilern ca. 2V. Nun messe ich aber nur die 1 Zelle real (z.B. 4V), bei der zweiten Zelle messe ich real 2 Zellen in Serie (8V), bei 3 Zellen 12V usw. Die immer höheren Spannungen werden zwar durch die 12 Spannungteiler wieder auf 2V reduziert, trotzdem sind die 2V das Ergebnis von z.B. 6 in Serie verschalteten Zellen und eben nicht die Einzelspannung der 6. Zelle. Ich komme nicht dahinter, wie das softwaremäßig verarbeitet wird, denn ich kann ja nicht 6 in Serie verschaltete Zellen messen und dann so tun, als habe ich die 6. Zelle isoliert gemessen. Wenn eine untere Zelle schwächelt, messe ich dieses Schwächeln ja mit. Wenn ich am Spannungsteiler einen oberen Widerstand hochohmig überbrücke, dann steigt der zum Spannungsteiler gehörende Wert, der Wert einer Zelle davor erniedrigt sich um den gleichen Betrag. Hat jemand eine Ahnung, wie das programmiert wird? Es grüßt euch Gustav
Na, da ja die Spannungen zwischen den Zellen bekannt ist kann man durch abziehen der unteren von der oberen Spannung die Spannung jeder Einzelzelle ermitteln. Der Messfehler wird nach oben hin natürlich proportional zur Gesamtspannung grösser.
Gustav K. schrieb: > Da sind also 12 Zellen in Serie verschaltet, jede Zellverbindung wird > über einen eigenen Spannungsteiler (nach Masse) an eine CPU mit > 16-fachem AD-Wander (je 10 Bit Auflösung) geleitet. Da war der Designer aber schon sehr optimistisch mit diesem Ansatz! Bei der 12. Zelle dürfte die Ungenauigkeit noch ein gutes Stück schlechter sein, als die o.a. 0,05V. Zu den rein Auflösungsbedingten Ungenauigkeiten kommen ja noch weitere Fehler des AD-Wandlers und Toleranzen der Widerstände. Würde mich nicht wundern, wenn die "gemessene" Zellenspannung der 12 Zelle auch mal um 0,1V abweicht. Für ein Ladegerät oder Balancer unbrauchbar, tolerierbar vielleicht als Überwachung zum Schutz gegen brutale Tiefentladung.
Joe F. schrieb: > da ja die Spannungen zwischen den Zellen bekannt ist kann man durch > abziehen der unteren von der oberen Spannung die Spannung jeder > Einzelzelle ermitteln. Die 12 Spannungsteiler erzeugen aber aus jeder Spannung zwischen den Zellen 2V, m.E. lässt sich da nichts abziehen. Die Auflösung ist auch bei der obersten 12. Zelle (40V) 0.01mV, 40.00V mit 10 Bit (1024) auf 0.01V aufzulösen ist m.E. nicht möglich, da würden Werte fehlen. Thomas E. schrieb: > Zu den rein Auflösungsbedingten > Ungenauigkeiten kommen ja noch weitere Fehler des AD-Wandlers und > Toleranzen der Widerstände. Das mit den Widerständen ist eleganz gelöst, die Geräte durchlaufen erst einen sog. Calibrierungs-Mode, hier wird die Genauigkeit der Widerstände durch Korrekturwerte in der Software hergestellt. Thomas E. schrieb: > Würde mich nicht wundern, wenn die "gemessene" Zellenspannung der 12 > Zelle auch mal um 0,1V abweicht. Genau so ist es eben nicht, siehe oben.
Thomas E. schrieb: > Da war der Designer aber schon sehr optimistisch mit diesem Ansatz! Bei > der 12. Zelle dürfte die Ungenauigkeit noch ein gutes Stück schlechter > sein, als die o.a. 0,05V. Zu den rein Auflösungsbedingten > Ungenauigkeiten kommen ja noch weitere Fehler des AD-Wandlers und > Toleranzen der Widerstände. sicher? Man muss doch nicht alles einzelne Werte aufrechnen, sondern nur die Absolute Spannung von der 11. Zelle direkt von der 12 Zelle abziehen. Die andere 10 Spannung spielen dabei keine rolle mehr. Damit dürfte doch die Genauigkeit bis auf die erste Zelle die gegen 0 gemessen wird überall gleich sein. Die Genauigkeit ist nur deswegen schlecht, weil man nur einen kleiner Teil im Verhältnis zur Referenz nutzen kann.
Gustav K. schrieb: > Die Messwerte schwanken > innerhalb 0.05V, was für Lixx Akkus nicht sonderlich genau ist. Gustav K. schrieb: > Die Auflösung ist auch > bei der obersten 12. Zelle (40V) 0.01mV, 40.00V mit 10 Bit (1024) auf > 0.01V aufzulösen ist m.E. nicht möglich, da würden Werte fehlen. So ist es. 40V / 1024 = 0.04V Wie stark sagtest du schwanken die Messwerte? ;-) Durch Mittelung mehrerer Messwerte kann man aus dem Rauschen noch evtl. 1-2 Bit herbeischummeln, das reicht dann für etwa 0.01V auf einer Anzeige.
Gustav K. schrieb: > Die 12 Spannungsteiler erzeugen aber aus jeder Spannung zwischen den > Zellen 2V, m.E. lässt sich da nichts abziehen. Die Auflösung ist auch > bei der obersten 12. Zelle (40V) 0.01mV, 40.00V mit 10 Bit (1024) auf > 0.01V aufzulösen ist m.E. nicht möglich, da würden Werte fehlen. Sorry, dann zeig bitte mal einen Schaltplan, wie man nur mit Spannungsteilern aus den einzelnen Zellenspannungen jeweils 2 V am µC-Port macht, ohne daß bei 40 V die Genauigkeit (wg. Spannungsteiler = 1:20) in die Knie geht. Oder gibt es da noch mehr außer Spannungsteilern (z.B. Differenzverstärker)?
Peter II schrieb: > Man muss doch nicht alles einzelne Werte aufrechnen, sondern nur die > Absolute Spannung von der 11. Zelle direkt von der 12 Zelle abziehen. Das ist ja gerade das Problem: die Auflösung bei der Messung der absoluten Spannung bei den hohen Zellen ist schon "unter aller Sau".
Gustav K. schrieb: > habe hier einige Einzelzellenüberwachungen liegen, die trotz 10Bit > AD-Wandlung unruhige Messwerte anzeigen. Die Messwerte schwanken > innerhalb 0.05V, was für Lixx Akkus nicht sonderlich genau ist. Bei der > Überlegung, warum die Werte ungenau sind und schwanken, stellt sich auch > die Frage, wie überhaupt die Einzelspannungen ermittelt werden. > > Da sind also 12 Zellen in Serie verschaltet, jede Zellverbindung wird > über einen eigenen Spannungsteiler (nach Masse) an eine CPU mit > 16-fachem AD-Wander (je 10 Bit Auflösung) geleitet. Ich messe an allen > Spannungteilern ca. 2V. Das ist Schrott zur Potenz. Wer das designed hat, hatte wirklich nur BILLICH im Hirn, konnte aber nichtmal dies wirklich richtig... Allerdings: mit Software kann man tatsächlich selbst aus diesem Hardware-Vollschrott noch einiges herausholen, ziemlich sicher genug, um wirklich LiXX korrekt laden zu können. Tipp: gerade das "Wackeln" ist hier die Lösung. Zusammen mit der Tatsache, dass man alle Zeit der Welt hat, um ziemlich viele Wandlungsergebnisse zu akkumulieren, weil sich beim Laden halt die Spannungen nur sehr langsam tatsächlich ändern. Simple angewandte Mathematik. Das Richtige in der richtigen Reihenfolge rechnen. Jeder Hochschulabsolvent in einem naturwissenschaftlich-technischen Fach sollte das im Schlaf können...
Peter II schrieb: > Man muss doch nicht alles einzelne Werte aufrechnen, sondern nur die > Absolute Spannung von der 11. Zelle direkt von der 12 Zelle abziehen. Ich "setze" mich mal in die CPU (STM8S207): Ich sehe also auf die 12 Eingangspins mit je einem 10-Bit AD-Wandler dahinter, an denen jeweils 2V anliegen. 2V deshalb, weil die 12 Spannungsteiler so dimensioniert sind, dass sich immer diese 2V ergeben. Wie soll ich nun die Spannung einer 11. Zelle von einer 12. Zelle abziehen? Wenn alle 12 Zellen gesund sind und die gleiche Spannung haben, kann man jeden einzelnen Kanal wandeln und 12 Spannungen mit einer Auflösung von 0.01V anzeigen. Dazu würden bereits 9 Bit Auflösung reichen, da die max. Spannung bei LiIon bei 4.20V (512) liegt. Aber was passiert, wenn nun z.B. die 4. Zelle in der Spannung einbricht? Der Spannungseinbruch der 4. Zelle würde angezeigt, aber alle darüberliegenden Spannungen würden sich entsprechend verringern, oder sehe ich das falsch? Hier übrigens ein Foto des Teiles, die Spannungsabweichung liegt hier ähnlich wie bei meinem Gerät bei 0.06V (3.79V min., 3.85V max.). Wobei sich die Werte bei meinem Gerät noch ständig um +/- 1 Digit ändern. http://rchelitest.de/images/Align-T-Rex-700-DFC-HV/32-MTTEC%20Lipo-Waechter%20BS12%20V2.jpg Dann: Bricht die 12 Zelle auf 0V zusammen, dann liefert der 12. Spannungsteiler keine 0V, da selbst bei leerer 12. Zelle dort statt 40V immer noch 36.5V anliegen. Die CPU sieht am 12. AD-Eingang dann 2V - 0.25V, also 1.75V. Wie komme ich nun von gemessenen 1.75V auf eine Anzeige von 0.00V ? Und ja - ist ein Billigteil. Was anderes gibt es nicht. Wobei ich eben überlege, ob es eine gute Lösung überhaupt geben kann, denn die 12 Einzelzellen sind ja nun mal fest miteinander verbunden. Ich wüsste nicht, wie das zu realisieren wäre.
Die Spannungsteiler müssen ja so dimensioniert sein, dass sie jeweils 0...maximal mögliche Spannung (summe aller Zellen bis dahin) nach 2V teilen. Nehmen wir jetzt mal an der Entwickler hätte mit max 5V pro Zelle gerechnet, dann wäre der Spannungsteiler: Zelle, Max Spannung, Teiler 1, 5V, 2.5 2, 10V, 5 3, 15V, 7.5 ... 12, 60V, 30 Sagen wir jetzt mal alle Zellen haben 4.2V, Zelle 11 aber nur 3V und Zelle 12 ebenfalls 4.2V. Somit ergibt sich: Zelle, Spannung (Summe) an Plus der Zelle, Teiler, Spannung am ADC, AD Wert (10bit) 10, 42V, 25, 1.68V, 860 11, 45V, 27.5, 1.636V, 838 12, 49.2V, 30, 1.64V, 840 Die Berechnung der Spannungsdifferenz zwischen Zelle 11 und 12 ergibt sich aus: AD12*T12*2/1024-AD11*T11*2/1024 Vereinfacht: (AD12*T12-AD11*T11)/512 AD=ADwert X, T=Teiler X Somit U12 = (840*30-838*27.5)/512 = 4.21V Für Zelle 11 muss man die Spannung an Zelle 10 abziehen, also entsprechend: U11 = (838*27.5-860*25)/512 = 3.02V Somit garnicht so ungenau für dieses Beispiel. Allerdings wird die Sache immer ungenauer je höher die Zelle ist, da ja Fehler bei der AD-Wandlung mit dem Teiler multipliziert werden bei der Berechnung. Bei Zelle 12 und 10 Bit entspricht eine Änderung des LSB schon 30/512 = 0,06V, was ja auch der Beobachtung entspricht. Wie c-hater schon richtig schrieb, könnte man noch per Hardware ein Rechtecksignal von 2/2048V (also ca. 1mV) dem ADC Eingang beaufschlagen und dann den Mittelwert über die Zeit bilden um noch ein weiteres Bit zu gewinnen.
Gustav K. schrieb: > Ich "setze" mich mal in die CPU (STM8S207): Ich sehe also auf die 12 > Eingangspins mit je einem 10-Bit AD-Wandler dahinter, an denen jeweils > 2V anliegen. 2V deshalb, weil die 12 Spannungsteiler so dimensioniert > sind, dass sich immer diese 2V ergeben. Wie soll ich nun die Spannung > einer 11. Zelle von einer 12. Zelle abziehen? Nehmen wir mal an, Spannungsteiler (2:1) und die Referenzspannung des AD-Wandlers (2,56V) sind so gewählt, daß sich am AD-Eingang für Zelle 1 eine Auflösung von 5mV ergibt. Dann ist das bei voller Ladespannung (4.2V) ein AD-Wert von 4200/5mV = 840. Die absolute Spannung errechnet sich also aus 840*5mV * 4,2V. Am AD-Eingang der 2.Zelle liegt bei voller Ladespannung durch den Spannungsteiler die gleiche Spannung an, und der AD-Wandler gibt ebenfalls 840 aus. Da aber der Spannungsteiler für Zelle 2 die Spannung gegenüber der ersten Zelle halbiert, ist ein AD-Schritt hier nicht 5mV, sondern schon 10mV. Mit diesem Wert wird der AD-Wert multipliziert, um auf die absulute Spannung zu kommen: 840*10mV = 8,4V. Bei der 3.Zelle ist ein Schritt dann 15mV, bei der 4. Zelle 20 mV und so fort, bis bei der 12. Zelle ein AD-Schritt = 60mV ist, also 840*60mV = 50.4V. Wenn jetzt z.B. der AD-Wandler der 11.Zelle nur 839 misst, bei allen anderen 840, ergeben sich diese Spannungen: Z.1: 840*5 = 4200mV -> Z1-0 = 4200mV Z.2: 840*10 = 8400mV -> Z2-Z1 = 4200mV ... Z10: 840*50 = 42000mV Z11: 839*55 = 46145mV -> Z11-Z10 = 4145 mV Z12: 840*60 = 50400mV -> Z12-Z11 = 4255 mV Gustav K. schrieb: > Wobei ich eben überlege, ob es eine gute Lösung überhaupt geben kann, > denn die 12 Einzelzellen sind ja nun mal fest miteinander verbunden. Ich > wüsste nicht, wie das zu realisieren wäre. Man kann, aber nicht nur aus Widerständen, sondern man braucht OPs, mit denen man dann für jede Zelle einen Differenzverstärker baut. Dessen Verstärkung kann man dann z.B. so bemessen, daß sich bei 4V Spannungsdifferenz eine Ausgangsspannung von 2V ergibt.
Also diese Schaltung mit den 12 Spannungsteilern ist nix gescheites, denn die Schaltung bzw. die Spannungsteiler debalancieren mir den Akku gewaltig. Nach einer Woche Nutzung (entladen) gestern beim Laden mit 3A beobachtet: Die 12. Zelle ist zuerst voll, der entsprechende Balancer wird aktiv. Ca. 10 min. später wird die 11. Zelle voll, dann nach weiteren 10 min. die 10. Zelle. Das geht so weiter bis hinunter zur 2. Zelle. Die 1. Zelle lässt sich dann bei immer noch 3A Ladestrom über 1 Stunde Zeit, um die 3,6V zu erreichen. Zwischendurch musste ich einen großen PAPST-Lüfter aufstellen, damit mir die leitenden 11 Balancer auf einem halbem Meter SK48 Kühlschiene nicht abgebrannt sind. Nebenbei: Die unzähligen China-Balancer schaffen mit ihren SMD-Bauteilen gerade mal 50mA Ausgleichsstrom. Kühlkörper Fehlanzeige. Das Ganze wird dann noch in den Akku eingebaut. Ein schlechter Witz! Thomas E. schrieb: > Man kann, aber nicht nur aus Widerständen, sondern man braucht OPs, mit > denen man dann für jede Zelle einen Differenzverstärker baut. Dessen > Verstärkung kann man dann z.B. so bemessen, dass sich bei 4V > Spannungsdifferenz eine Ausgangsspannung von 2V ergibt. Gibt es eine solche Einzelspannungsüberwachung mit Differenzverstärkern für 12 Zellen a. 3,6V fertig zu kaufen? Nach meinen Recherchen gibt es nur diesen China-Billig-Kram, der mehr schadet als nutzt.
Gustav K. schrieb: > Nebenbei: Die unzähligen China-Balancer schaffen mit ihren SMD-Bauteilen > gerade mal 50mA Ausgleichsstrom. Kühlkörper Fehlanzeige. Das Ganze wird > dann noch in den Akku eingebaut. Ein schlechter Witz! Nein kein Witz Der Balancer ist ja deswegen eingebaut damit er nicht bei Belastung(Laden/Entladen) balanced sondern in der Ruhephase. Und da hat er viel zeit macht keinen Zell-Stress und wenig Wärme
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22 KB -
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Gustav K. schrieb: > Gibt es eine solche Einzelspannungsüberwachung mit Differenzverstärkern > für 12 Zellen a. 3,6V fertig zu kaufen? Keine Ahnung - da fehlt mir der Marktüberblick. Ich weiß aus einer Analyse der Schaltung, daß z.B. diese Ladegerät: https://www.lindinger.at/de/drohnen-und-fpv/ladegeraetenetzgeraete/ladegeraete-12v/power-peak-twin-eq-bid-1000w-ladegeraet in seiner Balancerschaltung mit OPs als Differenzverstärker arbeitet. Sind allerdings auch nur maximal 7 Zellen. Ich habe mal ein Bastelprojekt angefangen (Anlass: 4x 40Ah LiFe-Zellen überwachen und ggf. balancieren) und die Überwachungsschaltung als Modul gebaut, daß jeweils an zwei benachbarte Zellen angeschlossen wird, d.h. für N Zellen braucht man N-1 Module. Jedes Modul hat seinen eigenen Microcontroller, der nur für "seine" zwei Zellen zuständig ist. Balanciert wird nicht durch Entladen über Widerstände, sondern über einen kleinen Schaltregler, so fällt auch bei 1A Balancerstrom kaum Verlustwärme an und die Energie wird nicht sinnlos als Wärme vernichtet, sondern von einer Zelle in die andere gepumpt. Die Schaltung ist so designed, daß sie permanent am Akku angeschlossen bleiben kann und im Ruhezustand praktisch nur der Watchdog-Timer des Controllers wenige µA Strom zieht, was absolut vernachlässigt werden kann. Die Idee war, die Balancermodule einfach aneinander zu stecken und so eine beliebige Zellenzahl konfigurieren zu können. Volle22 schrieb: > Der Balancer ist ja deswegen eingebaut damit er nicht bei > Belastung(Laden/Entladen) balanced sondern in der Ruhephase. Nein, wenn ein leicht debalancierter Akku geladen wird und eine Zelle ihre Ladeschlussspannung bereits erreicht hat, muß der Balancer den vollen Ladestrom an der bereits vollen Zelle vorbeileiten, damit diese nicht überladen wird.
Thomas E. schrieb: > Volle22 schrieb: >> Der Balancer ist ja deswegen eingebaut damit er nicht bei >> Belastung(Laden/Entladen) balanced sondern in der Ruhephase. > > Nein, wenn ein leicht debalancierter Akku geladen wird und eine Zelle > ihre Ladeschlussspannung bereits erreicht hat, muß der Balancer den > vollen Ladestrom an der bereits vollen Zelle vorbeileiten, damit diese > nicht überladen wird. wenn der Balancer schon lange vor dem Laden im Hintergrund aktiv ist gibt es keine einzelne volle Zelle. Alle Zellen sind gleich weit von "Voll" weg Vor zwei Jahren habe wir mal den IC-Markt untersucht und ca ein dutzend Hersteller von Messchips für 8-16 Zellen gefunden. Vorgabe war Zellspannung mit <5mV Genauigkeit zu messen und Balancing zu steuern
Volle22 schrieb: > wenn der Balancer schon lange vor dem Laden im Hintergrund aktiv ist > gibt es keine einzelne volle Zelle. > Alle Zellen sind gleich weit von "Voll" weg Zumindest bei LiFePo-Zellen geht das so nicht, denn deren Spannung ist in weiten Bereichen des Ladezustands nahezu konstant. 5 mV Toleranz bei der Spannungsmessung dürften da schon ein paar Prozent der Kapazität ausmachen. Und gerade beim Einladen der letzten Promille geht's mit der Spannung schnell bergauf, d.h. 1% Ladungsunterschied zwischen den Zellen ist nicht bloß 36 mV.
Volle22 schrieb: > Nein kein Witz > Der Balancer ist ja deswegen eingebaut damit er nicht bei > Belastung(Laden/Entladen) balanced sondern in der Ruhephase. Die Methode macht nur bei LiIon Sinn, weil sich hier von der Leerlaufspannung einer Zelle ziemlich genau auf den Ladezustand schließen lässt. Bei einem Akku bedarf es aber z.B. 12 Zellen mit gleicher Entladekennlinie, sonst wird nur unnötig Energie vernichtet. Ein Problem ist die Beschaffung von gleichen Zellen, hat man hier Glück, werden die Zellen i.d.R. ungleichmäßig altern. Beim Entladen werden ungleiche Zelle driften, auch dies würde solch ein Balancer ständig versuchen wollen auszugleichen. Im Leerzustand hat dann ein Akku, der mit ungleichen Zellen gleiche Spannungen an den Einzelzellen hat. Läd man dann einen solchen Akku, werden die Spannungen an den Einzelzellen wieder auseinander laufen und solch ein im Akku verbaute Balancer wird es mit seinen mickrigen Ausgleichsströmen (50mA) nicht schaffen, die nach oben durchgehenden Zellenspannungen zu begrenzen, wenn mit einigen Ampere Ladestrom geladen wird. Am Ende brennt die Hütte und es ist künftig das Nächtigen unter der örtlichen Brücke angesagt. Bei LiFePo macht diese Methode gänzlich keinen Sinn, denn auch bei einem stark debalancierten Akku wird man an allen Zellen eine Leerlaufspannung zwischen 3,2V und 3,3V messen. An der Zellenspannung lässt sich bei LiFePo weder der Ladezustand, noch die Restkapazität ableiten. Hier kann ein in der Ruhephase arbeitender Balancer nur Mist machen. Volle22 schrieb: > Vor zwei Jahren habe wir mal den IC-Markt untersucht > und ca ein dutzend Hersteller von Messchips für 8-16 Zellen gefunden. > Vorgabe war Zellspannung mit <5mV Genauigkeit zu messen > und Balancing zu steuern OK, aber hier würde ich gerne was fertiges kaufen wollen, damit die Geschichte hier endlich mal fertig wird. Kann nicht glauben, dass es weltweit nur diesen unbrauchbaren Billig-Kram aus China gibt. Wobei ich kein Balancing benötige, nur einen aktiven Ausgang, wenn die erste Zelle einknickt.
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