Analoge Meßwerte galvanisch trennen?

[vajk]

... öhm es geht nicht, die Messpannung als Versorgungsspannung zu nutzen.

Separate Spannungsversorung ist hier schon angesagt, dann muß man auch nicht die Referenzspannung irgendwie zerhacken ...

Und die Datenübertragung als Ein-Draht-Bus, sprich 14 Slaves mit jeweils einem Optokoppler die am Haupt-uC jeweils auf einem Pin ankommen ... die Slaves können also permanent die gewandelten Werte senden, der Master muß ja nur die Pins abtasten, alle 100ms ein neuer Wert, 100ms/14 = rd. 7 ms für die Übertragung Zeit .. also wohl machbar

edit: hätte auch den Vorteil, daß eine Synchronisation vom master zu den Slaves entfallen kann und softwaremäßig über Startbit-Sequenzen stattfinden kann

Die Refernzspannung mit 5 V würde ausreichen, weil 5 / 1023 = 4,9 mV

[vajk]

Stromversorgung der Slaves:
bei Reichelt kostet eine 4,5Volt Batterie 1,1 EUR ...

und nicht viel Aufwand .. kommt wie gesagt auf den Zeitraum an, wie lange das Studieren des Zellenverhaltens bei Stromentnahme gehen soll ...

.. alternativ könnte man auch mit Übertragern und anschließender Gleichrichtung jeden einzelnen Slave versorgen ... aber 4,5-Bat sind preiswerter

[vajk]

" ... bei bestimmten Stromentnahmen zu studieren/protokollieren."

.. und mich würde noch interessieren, warum das Ganze ?

Da Du wohl die 14-Zellige Gesamtbatterie nutzt, wozu dann die Beobachtung der Einzelzellen - für eine langfriste Beobachtung würde die Relaislösung und weniger Messungen ausreichen. Wie stark wird die Gesamtbatterie belastet, spielt nicht auch das Temperaturverhalten der Zellen eine Rolle.

[arnolde]

Aua, kaum bin ich 2 Stunden weg, ist hier die Hölle los

Also: Die Schaltung soll non-stop betrieben werden (jahrelang, deswegen keine Relais), ohne Netzspannung, mobil (in einem PKW) (deswegen ungern mit getrennter Spannungsversorgung bzw. Referenzspannungen).

@shaun: Ich hatte natürlich nicht vor alle PWMs parallel zu schalten, sonden, wie vajk (zuletzt) richtig vermutet, jeden der 14 PWMs über einen eigenen Optokoppler an einen eigenen digitalen Pin eines Master-µC zu hängen.

Ich sehe keinen Grund, die Insel-Versorgung der slave-µC's nicht direkt am zu messenden Akku abzugreifen. Natürlich muß ich dann daraus eine Referenzspannung erzeugen, um selbige zu messen. Hierfür könnte ich die 2.56V interne Vref des ATmel benutzen (wobei ich hierüber widersprüchliche Präzisionsaussagen gelesen habe, von 4% bis 0.5%), oder eine externe Präzisionsreferenzspannungsbaustein (wobei ich auf Anhieb keinen kenne, vielleciht hat jemand einen Vorschlag? 2.5V wäre gut). Die Idee war, die Akkuspannung (die übrigens zwischen 2.8V und 4.3V schwanken kann) durch 2 zu teilen (2x100k 0.1% Widerstände) und dann die 1.4V...2.2V anhand der Referenzspannung 2.54V zu messen.

[arnolde]

.. und mich würde noch interessieren, warum das Ganze ?

Es geht (wie Ihr vielleicht aus der 3.6V Zellenspannung schon vermutet habt) um eine große (200Ah) Li-Ion Batterie. Diese wird in einem Elektro-PKW eingesetzt und beim Beschleunigen stark belastet (bis zu 450A) sowie beim Bremsen aufgeladen. Um die Lebensdauer der Batterie zu maximieren, ist es nötig, streng auf die Grenzwerte bei Be- und Entladung zu achten. Weiterhin muß beim Ladevorgang der Strom fein abgestimmt werden auf die einzelnen Zellenspannungen, wenn die ersten Zellen 4.2V erreichen muß an dieser Zelle der Ladestrom teilweise vorbeigeleitet werden, damit diese Zelle nicht mehr geladen wird, aber die restlichen weiterhin schon, damit am Ende alle gleichmäßig voll sind. Durch die genaue Protokollierung der Einzelspannungen in Abhängigkeit von Lade/Entladestrom können einzelne schwache Zellen frühzeitig erkannt und ausgetauscht bzw. umsortiert werden. Schließlich soll eine Langzeitprotokollierung auch ermöglichen, im Nachhinein Mißbrauch (überladung, unterladung) nachweisen zu können. Während der Prototyp-erprobung möchten wir aber in Zehntelsekunden-Auflösung beobachten können, wie sich der Tritt aufs Gas- bzw. (Elektro)Bremspedal auf den Akkupack auswirkt.

[shaun]

Natürlich "geht es", die Speisung aus der Messspannung vorzunehmen. Ich habe gerade keine Lust, möglichst blöde Beispiele zu bringen, aber es gibt absolut keinen Grund, der dagegen spricht. Nur muss die Spannung halt reichen - daher mein Vorschlag, die Schaltungen jeweils über zwei Zellen zu betreiben, Masse der unteren ist Sub-Schaltungsmasse, Mittelpunkt ist die 1. Messspannung, Pluspol der oberen Zelle ist zweiter Messpunkt und Eingan eines 5V-LDOs, bei min 2x2,8V kannst Du 0,6V verdroppen, das reicht locker. Als Referenz hatte ich vorhin einen LT1004 vorgeschlagen, der reicht von der Genauigkeit gerade so zur Li-Ion-Ladung, für Deine Anwendung sollte es also allemal passen. Je genauer desto teurer, das ist ja klar. Auf diese Weise hast Du zwar zwei Spannungsteiler, aber mit einem überschaubaren Bereich und Du kommst mit 0,1%-Widerständen locker hin (für 10mV Absolutgenauigkeit ohne Kalibrierung, mehr gibt der eingebaut ADC eh nicht her). So hast Du nur 7 Leitungen, die Daten ausgeben, 7 Optos, 7 AVRs an den Messpunkten usw. Wie gesagt, der untere Block liegt eh auf Akkustrang-Masse, braucht also nicht mal einen OK sondern kann direkt durch den Master-Controller gemessen werden. PWM ist nach wie vor problematisch, weil Du den Messwert in eine Pulsbreite umsetzt, und um die am Master wieder in eine Zahl zurückzuwandeln musst Du mindestens ein halbes Bit genau auflösen, für 10bit brauchst Du also 1024 Schritte und musst auf 2048 genau messen, um Bits unterscheiden zu können - irgendwie sinnlos, wenn es seriell mit 10 Schritten insgesamt geht, an den Messblocks einfach mit den UARTs drauflos senden und im Master 6 Soft-UARTs für die 6 verbliebenen galvanisch getrennten Blöcke.

[arnolde]

Stimmt, PWM ist wahrscheinlich nicht so gut geeignet wie eine normale serielle übertragung (UART), sofern diese schnell genug erfolgt, muß aber nur mit 10Hz je 2 bytes übertragen, also 20 bits pro 1/10 sekunde, also 200 bps der hauptcontroller sollte dann möglichst in der lage sein, 6 (oder 7 oder 14 oder wieviele auch immer) serielle Datentröme parallel zu empfangen - bei 300bps ist das aber keine kunst, denke ich.

Hmmm, vielleciht ist die RS485 Idee noch nciht so verkehrt, auch wenn dann 28 statt 14 OKs gebraucht werden, dafür aber nur eine schnittstelle am Master. Allerdings hab ich dann einen deutlich höheren Protokollaufwand. Und hinzu kommt, daß dann die slave's eindeutige kennungen haben müssen, und nicht alle 100% identisch programmiert sein können. Nee, gefällt mir doch nicht so gut auch wenns irgendwie schöner wär. Aber einfacher ist oft besser, am Ende.

[vajk]

Danke für die Informationen !

Also PWM ist in meinen Augen "echt daneben" .. vorsichtig ausgedrückt - das wäre ein nutzloser Overhead !

Wie gesagt, 1-Bit-Daten wären Ideal, wenn es einen Master-uC gibt.

Und RS485 die einfachste, wenn es einen zentralen PC gibt, der sowieso alle Daten mißt, ideal für Optokoppler-Betrieb, da Du Pegel nur "0 oder 5" Volt
Übrigens die Slave-Adresse (4-Bit) kann man auch über Lötbrücken oder Dip-Schalter realisieren, muß nicht in der Software stehen - das ja nun wirklich
kein Problem.
Und der Protokollaufwand ist doch simpel: Master sendet Slave-ID und Slave antwortet mit ID + Spannung + CHecksum ... fertig .. simpeleinfach !

[vajk]

... by the way, wo bekommt man so schöne 3,6-Zellen am Besten für wenig Geld ... 4 Stück a 20 AH würden mir reichen

[arnolde]

Diese 14x200Ah kosten rund 4000€ direkt aus China ( www.thundersky.com ) und die haben nur Akkus ab 90Ah, glaube ich. Bei kleineren Mengen evtl. bei www.reapsystems.co.uk fragen.