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vro

RCLine User

  • »vro« ist der Autor dieses Themas

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1

Samstag, 27. März 2010, 20:58

Einzelzellen-Überwachung mit Micro-Kontroler

Hallo,

Ich will eine Lipo-Einzelzellen-Überwachung mit einem AVR bauen. Momentan mache ich mir Gedanken über die Eingangsbeschaltung zur Messung der Zellspannungen über den Balancer-Port.

Ich hab mir Folgendes gedacht (für 3s):
Zelle 1 geht direct an ADC0. Für Zelle 2 und 3 hab ich jeweils einen Subtrahierer mit je einem OPV, und die werden dann an ADC1 und ADC2 gemessen. Für die OPV dachte ich einen LM358 und die Widerstände alle 100k/1%

Was denkt ihr, macht die Schaltung Sinn? Kann man das noch elegenter machen? Sind 1% Toleranz für die Widerstände ausreichend, oder muss man auf teure Messwiderstände zurückgreifen?

Gruß, Roland
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  • SingleCellADC.png
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haschenk

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Beruf: Dipl. Ing.

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2

Sonntag, 28. März 2010, 00:42

Hallo Roland,

ist zwar nicht die Antwort auf deine Frage, aber:

Die üblichen Balancer arbeiten idR so gut, daß eine gelegentliche Kontrolle mit einem portablen DMM völlig ausreicht.
Wenn du das Projekt trotzdem verfolgen willst: An wieviel Zellen denkst du ?

1%-Widerstände (Metallfilm ist selbstverständlich) genügen idR nicht, da sich Toleranzen ja auch addieren können, und es kommt idR mehr als nur 1 Widerstand in den Formeln vor...
Und vergesse nicht, daß deine OpAmps auch Offsets aufweisen (LM358 ist kein Präzisions-OpAmp).

Am praktikabelsten wäre imho, an "passenden" Stellen je 1 Poti (Cermet, Spindeltrimmer o.ä.) zum Abgleich von gain und offset der gesamten Schaltung vorzusehen. Natürlich nur für einen kleinen Bereich...


Gruß,
Helmut

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »haschenk« (28. März 2010, 00:53)


vro

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3

Sonntag, 28. März 2010, 03:23

Zitat

Original von haschenk
Die üblichen Balancer arbeiten idR so gut, daß eine gelegentliche Kontrolle mit einem portablen DMM völlig ausreicht.
Wenn du das Projekt trotzdem verfolgen willst: An wieviel Zellen denkst du ?

Hallo Helmut, das Ganze soll zur Messung unter Last sein, also zur Unterspannungsüberwachung (erstmal für 3 Zellen) Muss daher vielleicht nicht ganz so genau sein wie die Balancer im Lader. Ich versuch mal auszurechnen, wie sich die Toleranzen in den Subtrahieren kombinieren. Wenn nich guck ich mal nach 0.1% Widerständen.

Gibts eigentlich ICs, die komplette Subtrahierer (mit Verstärkung 1) implementieren? Die ganzen Widerstände gefallen mir nämlich auch nicht sonderlich gut. ???

Roland
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RudiRolf

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Beruf: Mechaniker

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4

Sonntag, 28. März 2010, 08:42

Hallo
Wie wäre es die Spannungen die zu hoch sind nur über Spannungsteiler herunter zu teilen und dann Software mässig die Die Spannungen von einander ab zu ziehen um auf die Einzelspannung zu kommen ,die Genauigkeit kannst du ja auch über die Software machen und entsprechende Kallibriewerte hinterlegen die dann die Toleranzen deiner Widerstände und deiner AD Wandler korrigieren,dadurch keine Fehler von OP s ,nur gleiche Technologie bei den Widerst. und guter Temperaturgang notwendig
MfG
Rudi

vro

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5

Sonntag, 28. März 2010, 09:15

Dabei wird natürlich die effektive ADC-Auflösung pro Zelle entspechend kleiner.
Gefällt mir auch nicht so richtig. Eigentlich würd ich meine Messgrößen gerne möglichst gut (und vor alllem symmetrisch) über die 10 bit des ADC verteilen.

Roland
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6

Sonntag, 28. März 2010, 11:29

Hi Roland,

man versucht ja möglichst genau zu messen, aber falls du keinen Prüfstand betreiben willst, sondern im Einsatz (z.B. Flugbetrieb) einen Unterspannungsschutz mit Einzelzellenüberwachung bauen willst, reicht eine viel kleinere Auflösung (20mV) aus.

Die hohe Auflösung bringt keinen Vorteil, der den Aufwand rechtfertigt wenn man unter Last bzw. im Flugbetrieb misst. Dafür ist der Einfluss der Last und die Eigenschaft der individuellen Zelle zu groß.

Ich habe seit über zwei Jahren mehrere Varianten der Einzelzellenüberwachung im Einsatz. Die kleinste für max 3 bis 4 Zellen ist mit einem ATtiny13, 4 Spannungsteilern und einem 3,3V Regler aufgebaut und regelt die Leistung kontinuierlich bei Spannungs-Minimum herunter. Aufgepimpt mit einem ATtiny45 hat er zusätzlich die Funktion eines MPX M-Link Sensors, der die kleinste Zellenspannung ausgibt und bei Einsetzen der Abregelung Alarm ausgibt.

Hier mal ein Bild zum Größenvergleich.

Gruß,
Ingo
»ingo_s« hat folgendes Bild angehängt:
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wurpfel1

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Wohnort: CH-rheintal

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7

Sonntag, 28. März 2010, 12:38

hi leutz

ich weiss, hier ist ein DIY-forum. aber zu dem preis gibts sonst kaum diese genauigkeit..in diesem bauraum! MAXIM hat auch was für komplette packs: lader, protector und fuelgauge ;)


http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/3801


oder den hier..
http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/5385
bin schon zu alt zum spielen.. macht aber gleichwohl spass ;-)

vro

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8

Sonntag, 28. März 2010, 14:00

Zitat


ich weiss, hier ist ein DIY-forum. aber zu dem preis gibts sonst kaum diese genauigkeit..in diesem bauraum! MAXIM hat auch was für komplette packs: lader, protector und fuelgauge augenzwinkern

Wie ist denn "der Preis", hab bei den üblichen Quellen nichts gefunden.
Vielleicht wär das auch eine interessante Alternative. Allerdings steht für mich jetzt erstmal die Bastelei im Vordergrund. Am besten eben mit Sachen die man so da hat oder schnell besorgen kann.



Zitat

Original von haschenk
1%-Widerstände (Metallfilm ist selbstverständlich) genügen idR nicht, da sich Toleranzen ja auch addieren können, und es kommt idR mehr als nur 1 Widerstand in den Formeln vor...


Hab mal gerechnet: Bei einem Subtrahierer Uout = U2-U1 mit idealem OPV und Widerständen mit identischen Nennwerten R und Toleranzen dR komme ich auf eine Gesamttoleranz für Uout

dUout = Wurzel( U1² /( U1-U2)² + 1) dR

für die stochastischen Fehler in den Widerständen. Die systematischen Fehler (zB. Temperaturgang) heben sich auf.

Für die dritte Zelle und 1% Widerstände hätte ich damit Wurzel(5)*1%, macht ca. 80mV bei 3.7V/Zelle. Hab mich hoffentlich nicht verrechnet :shy:
Ok, dafür lohnt der Aufwand wahrscheinlich wirklich nicht.

Dann vielleicht doch besser einfache Teiler und Subtrahieren im muC.
@Ingo, hast du separate Teiler pro Zweig oder einer Teilerkette benutzt? Dei Board ist ja ne echte Vorgabe :ok: Ob ich das auch so klein hinbekomme???

Roland
[SIZE=1]E-Copter 450 SX
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9

Sonntag, 28. März 2010, 14:40

@Roland

Die Abweichungen der Spannungsteiler lassen sich durch eine Kalibrierung in der Software ausgleichen, wenn man das für nötig hält. Einfach eine Spannung im Mess-Endbereich an alle Eingänge legen und die Kalibrierwerte im EEPROM ablegen.

Die Schaltung ist extrem simpel wie man hier sehen kann. Minus Akku am Balancer-Anschluss geht ganz bewusst an einen Spannungsteiler oder wird nicht belegt (Minus kommt dann vom Servo-Kabel), dünne Masseschleifen können sich bei falscher Ansteck-Reihenfolge in Luft auflösen.

Gruß
Ingo
»ingo_s« hat folgendes Bild angehängt:
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vro

RCLine User

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10

Sonntag, 28. März 2010, 14:51

Hi Ingo,
Danke für die Tipps. Scheint mir ne gute Idee mit dem Teiler a Minus. Und an die Kondensatoren hinter den Teilern hätte ich wohl auch nicht gedacht..:shy:

Gruß, Roland
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Space

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11

Sonntag, 28. März 2010, 17:09

Ich habe drei von meinen selbsgebauten 3S Cellshield erfolgreich im Einsatz. Designt nach der Prämisse "weniger geht nicht mehr".

Im Vergleich zu Ingo habe ich auf ein geregelte Sapnnungsversorgung des Tiny verzichtet. Der erlaubte Spannungsbetriebsbereich des Tiny ist da groß genug um mit eienr Diode auszukommen. Und die Kondensatoren in den Spannungsteilern habe ich für diesen Anwendungsfall, wo es wirklich nicht auf einen stabilen ADC Wert ankommt, nicht vorgesehen.

Die Widerstände selektiere ich zu passenden Pärchen vor dem Einlöten.
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Gruß

Thomas

Space

RCLine User

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12

Sonntag, 28. März 2010, 17:13

So schaut das fertig bei mir aus. Die Platine ist einseitig und selfmade im 5er Pack erstellt. Den Programmer Anschluss (Buchsenleiste), habe ich nur bei dem Prototypen eingelötet.
»Space« hat folgendes Bild angehängt:
  • Shield.jpg
Gruß

Thomas