LiPo Zellenspannung messen

[FL (Gast)]

Hallo,

für ein Projekt möchte ich die Spannung jeder Zelle eines LiPo's (2S bis 
6S) bestimmen. Auswerten möchte ich diese Spannung mit einem 
Mikrocontroller, der einen 12-Bit ADC mit einen Eingangsspannungsbereich 
von 0V - 3,3V besitzt. Wenn möglich, benötige ich eine Genauigkeit von 
zwei Nachkommastellen. Ich habe folgende Methoden schon überlegt, kann 
mich aber nicht entscheiden:

- Spannungsteiler
- Differenzverstärker
- Multiplexer

Hat sich schon jemand mit einem ähnlichen Problem beschäftigt und kann 
mir helfen?

Viele Grüße

[qwertzuiopü+ (Gast)]

FL schrieb:
> - Spannungsteiler
> - Differenzverstärker
> - Multiplexer

Alternativ: 6 einzelne ADCs und Levelshifter (Diskret mit Transistoren 
und Pull-Up/Pull-Down oder als Optokoppler). Deine "Zwei 
Nachkommastellen" wären ja mit 10bit-ADCs machbar.

Eine weitere Möglichkeit wären 6 OP-Amps um die Zellenspannungen in 
proportionale Ströme zu wandeln, die dann als "analoger Levelshift" 
wieder mit GND-Bezug zurückgewandelt werden und dann an einen ADC.

Nur als Anregung, gebaut hab ich sowas noch nicht. Wie sieht das denn 
mit deinen Anforderungen bzgl. Stromverbrauch aus? Soll das die ganze 
Zeit an den Zellen hängen oder nur kurz zum Messen?

[Harald W. (wilhelms)]

FL schrieb:

> - Differenzverstärker

wäre da m.E. die einzig sinnvolle Lösung. Und zwar einer,
der mit der vollen Betriebsspannung von 26V zurechtkommt
und mit dieser auch betrieben werden muss. Davor käme dann
ein doppelter Multiplexer zum Anschalten an die einzelnen
Zellen, der auch für 26V geeignet sein müsste. Alternativ
könnte man einfach einen Spannungsteiler nehmen und die
einzelnen Abgriffe der Batteriezellen nacheinander messen
und den Rest in Software machen. Dann müsstest Du aber
Abstriche bei der Genauigkeit machen.

[FL (Gast)]

qwertzuiopü+ schrieb:
> Nur als Anregung, gebaut hab ich sowas noch nicht. Wie sieht das denn
> mit deinen Anforderungen bzgl. Stromverbrauch aus? Soll das die ganze
> Zeit an den Zellen hängen oder nur kurz zum Messen?

Vielen Dank für deine Antwort.
Die Schaltung soll die ganze Zeit am LiPo hängen und diesen Überwachen. 
Bezüglich des Stromverbrauchs habe ich mir noch keine Gedanken gemacht, 
aber am besten so wenig wie möglich und so viel wie nötig.

Viele Grüße

[FL (Gast)]

Hallo,

ich habe soeben versucht mit einem OP495 (Rail to Rail) die Schaltung zu 
Simulieren und so wie es aussieht klappt das. Zur Zeit wird die 
tatsächliche Zellspannung ausgegeben, ich muss die Widerstände anpassen, 
dass max. 3,3V ausgegeben wird.
Kann ich die Schaltung auf 6S hochskalieren und gibt es eine Möglichkeit 
weniger Widerstände zu verwenden?

Viele Grüße

[MaWin (Gast)]

FL schrieb:
> Simulieren und so wie es aussieht klappt das

In der Simulation sind natürlich alle widerstände gleich, simuliere mal 
mit 1% und schau ob die nötige 50mV Genauigkeit noch erreicht wird.

Ausserdem werden die Zellen mit unterschiedlichem Dauerstrom entladen.

[Jobst Q. (joquis)]

Nur mal so als Idee: Sample & Hold. Einen Kondensator zweipolig 
multiplexen. An eine Zelle, dann an den ADC zum Messen, dann zur 
nächsten Zelle.

[Guest (Gast)]

Du solltest auf jeden Fall Impedanzwandler an jeden Abgriff machen, da 
die Zellen sonst ungleichmäßig belastet werden. Ich persönlich würde die 
einzelnen Zellen dann in einen Subtrahierer schicken und anschließend 
die 4,2V auf die 3,3V Skalieren. Es würde sich ein 
Instrumentenverstärker anbieten, da gibt es sicher welche die die 
Spannung aushalten und wenig Stromverbrauch haben. Wenn du die ganze 
Schaltung dann aus der gesamten Batteriespannung versorgst wird der Akku 
Symmetrisch belastet. Du Solltest darauf achten das der 
Instrumentenverstärker Rail-to-Rail Eingänge hat. Optimal versorgst du 
ihn über 2 Charge-Pumps mit etwas weniger als 0V und etwas über der 
Akkuspannung, denn auch Rail-to-Rail OpAmps sind im Bereich der 
Versorgung nicht ganz linear.

Jobst Q. schrieb:
> Nur mal so als Idee: Sample & Hold. Einen Kondensator zweipolig
> multiplexen. An eine Zelle, dann an den ADC zum Messen, dann zur
> nächsten Zelle.

Auch keine schlechte Idee aber, wenn er da nicht aufpasst oder irgendwas 
mit dem Timing beim multiplexen schief geht, schließt er sich im 
schlimmsten fall eine Zelle kurz. Man müsste das mal genau durchplanen 
aber ich glaube das ist deutlich aufwendige.

[FL (Gast)]

Vielen Dank für die zahlreichen Antworten!

Ich werde meine Schaltung auf 3 Zellen reduzieren und mit R2R OpAmps 
arbeiten.

Jetzt habe ich noch eine Frage: Ich möchte die komplette Schaltung über 
den Balancer-Stecker versorgen. Wie kann ich nun realisieren, dass die 
Schaltung beim Betrieb mit 2S die Spannung der letzten Zelle des LiPo 
bekommt und wenn ich 3S anschließe, soll dort auch die letzte und nicht 
die vorletzte Zelle verwendet werden.

Viele Grüße