Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik LiPo-Akku Spannungsmessung jeder Zelle


von Karl Z. (griffin27)


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Hallo,

weiß jemand, wie typischeweise die Spannung der einzelnen Zellen eines 
LiXX-Akkus gemessen werden?

In meinem Fall sind 8 Zellen in Serie.

Hier ein paar Ansätze, die mir einfallen würden:

1) Ein ADC auf der Minus-Leitung und dann entsprechende Spannungsteiler? 
Das scheint mir bei den oberen Zellen dann recht ungenau zu werden. 
Außerdem ist ein recht präziser ADC notwendig. Möchte man 10mV 
Auflösung, braucht man schon 14 Bit bei 0-5V ADC-Bereich. Dabei müssten 
dann aber auch noch die Widerstände sehr stabil sein...

2) Eine andere Möglichkeit wäre evt. die jeweilige Zellspannung in einen 
Strom umzuformen und den dann auf dem Niveau der untersten Zelle per 
Shunt wieder auf eine Spannung zumzuformen, und dann mit ADC 
digitalisieren. Evt. ist auch hier die Temperaturstabilität ein Problem.

3) Denkbar wäre auch ein linear-Optokoppler wie der IL300, der bei jeder 
Zelle die Spannung misst und nach unten überträgt.

4) Oder gleich zu jeder Zelle einen kleinen uC parallel, der dann seine 
Daten relativ einfach auf das untere Spannungsniveau bringt.

Generell stellt sich dann auch noch die Frage, wie man den permanenten 
Stromverbrauch handhabt.

Ich hoffe, hier kann mir jemand aus eigener Erfahrung berichten.

lg, Karl

von Lothar S. (loeti)


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> Ich hoffe, hier kann mir jemand aus eigener Erfahrung berichten.

Erfahrung hab' ich da keine aber eventuell eine Idee.

Wenn Du die Spannung über jeder Zelle mit einen OpAmp mit einen 
geeigneten Verstärkungsfaktor auskoppelst kannst Du seriell über 
Bilateral Switches geschaltet mit nur einen ADC die Spannungen 
auswerten.
Geeigneter Baustein:
http://www.pollin.de/shop/ds/Nzk4ODk4OTk-.html
und
http://www.pollin.de/shop/downloads/D100379D.PDF

Grüße Löti

von Lothar S. (loeti)


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Der LM324 ist zu ungenau!

von MaWin (Gast)


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Chips enthalten einfach einen Differenzverstärker, und wenn sie 
A/D-Wandlung machen einen Differenz-A/D Wandler dessen + und - Eingänge 
per Multiplexer an den passenden Pol der gewünschten Zelle geschaltet 
werden.
Niemals macht man so was stromfressendes wie Spannungsteiler oder 
lineare Optokoppler, einen Strom nach 0V ableiten geht bei 1uA pro Volt.

von Lothar S. (loeti)


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Das geht hier aber nicht wegen der Reihenschaltung der Akkus.

Außer die Stromversorgung der Mess-uC ist von der Ladeschaltung / den 
Akkus galvanisch getrennt.
Selbes Problem wie Panelmeter in Labornetzteil .

Grüße Löti

von wernerg (Gast)


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Hallo

ich denke so etwas sollte passen

Multicell Battery Stack Monitor
http://parametric.linear.com/Multicell_Battery_Stack_Monitor

Gruß
Werner

von Lothar S. (loeti)


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Das geht bis 4 und dann?

von wernerg (Gast)


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Lothar S. schrieb:
> Das geht bis 4 und dann?

stimmt nicht ganz

der Baustein LTC6802-2 geht bis 12 Zellen
http://www.linear.com/product/LTC6803-2_-4

wenn man noch mehr Zellen braucht sind die Bausteine
'stapelbar'

einfach mal die Datenblätter prüfen

Gruß
Werner

von Lothar S. (loeti)


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OK

von MaWin (Gast)


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> Das geht hier aber nicht wegen der Reihenschaltung der Akkus.

Natürlich geht das, wird so gemacht.

> Außer die Stromversorgung der Mess-uC ist von der Ladeschaltung / den
> Akkus galvanisch getrennt.

Die Spannungsversorgung ist natürlich der positive Pol der positivsten 
Zelle und der negative Pol der negativen Zelle, also "über alles".

> Selbes Problem wie Panelmeter in Labornetzteil .

Wie kommst du auf die blöde Idee, daß LiIon Controller eine ICL7106 
enthalten und deswegen dieselben Krankheiten haben wie dieser 40 Jahre 
alte Chip ?

von Karl Z. (griffin27)


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WernerG, vielen Dank für deinen Hinweis. In der Zwischenzeit bin ich 
auch schon auf diesen Chip gestoßen. Der ist ja die Eierlegende 
Wollmilchsau, wenn man ein Batterymangementsystem bauen möchte!

Mit zusätzlichen Eingängen für Temperatur, und LEM-Stromwandler passt 
auch noch dran - echt der Hammer!

http://www.linear.com/product/LTC6803-1_-3

lg, Karl

von Funko B. (funkobongrip)


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Ich habe auf Basis von LTC6803 schon 2-3 BMS für große Akkus gemacht. 
(Formula Student, >7kWh, 84 Zellen)
Eine Version davon ist unter CC-NC Lizenz Open-Source, bei Interesse 
könnte ich die mal Online stellen.
Die benutzt Slave Module mit LTC6803-3 und dem DaisyChain Interface, 
dazu gibt es einen Master mit AT90CAN128.

von Karl Z. (griffin27)


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Ja bitte, sehr gerne!

von Funko B. (funkobongrip)


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So, ich weiss nicht ganz ob links zu blogs und ähnlichem 100% erlaubt 
sind, aber ich poste es einfach mal so.
http://uniworse.org/2013/06/01/battery-management-system-using-ltc6803-3-and-at90can128-2/

von Lothar S. (loeti)


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> Wie kommst du auf die blöde Idee, daß LiIon Controller eine ICL7106
> enthalten

Überhaupt nicht. aber wie kommst Du auf so einen Unsinn?

Grüße Löti

von Karl Z. (griffin27)


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David, danke für den Link. War ja ein fettes Projekt!

Der Chip von LT ist ja eine Eierlegende Wollmilchsau, kann 12 Zellen, 
Temperatur, und einen ADC kann man auch noch für die Strommessung 
hernehmen - was will man da noch mehr?

von Funko B. (funkobongrip)


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Karl Zeilhofer schrieb:
> Der Chip von LT ist ja eine Eierlegende Wollmilchsau, kann 12 Zellen,
> Temperatur, und einen ADC kann man auch noch für die Strommessung
> hernehmen - was will man da noch mehr?

Das einzige was man beachten muss ist die Abtastrate, während 
Zellspannung und Temperatur ja ohnehin langsame Prozesse sind, kanns bei 
ner Strommessung schon zu behäbig sein.
Man kommt auf etwa 20-30Hz Abtastrate wenn man Temperatur und Diagnose 
mitnimmt, was bei einer PWM Last schon etwas langsam sein kann. Wir 
benutzen dafür zusätzlich ein schnellen ADC, ist natürlich so nicht 
grade Preiseffizient.

Ansonsten bin ich noch am überlegen was ich Lizenzmäßig mache bei der 
neuen Version, wüsste ich, dass eine Noncommercial Lizenz was bringt 
würde ich das alles offenlegen.

So kann ich sagen es ist definitv der bessere Ansatz auf kurzem Weg den 
SPI zu nutzen und danach über CAN o.ä. weiterzugeben. Für große Akkus 
mit stärkeren elektromagnetischen Feldern ist das DaisyChain Interface 
von den LTC6803-3 NICHT blind zu empfehlen, ich hoffe das ändert sich 
sobald die LTC6804 Chips rauskommen.

von Karl Z. (griffin27)


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David Brandt schrieb:
> Das einzige was man beachten muss ist die Abtastrate, während
> Zellspannung und Temperatur ja ohnehin langsame Prozesse sind, kanns bei
> ner Strommessung schon zu behäbig sein.
> Man kommt auf etwa 20-30Hz Abtastrate wenn man Temperatur und Diagnose
> mitnimmt, was bei einer PWM Last schon etwas langsam sein kann. Wir
> benutzen dafür zusätzlich ein schnellen ADC, ist natürlich so nicht
> grade Preiseffizient.
Wie wärs mit einem entsprechenden Tiefpassfilter? Ein 
Anti-Aliasing-Filter braucht man sowieso. Wenn die Grenzfrequenz tief 
genug ist sollte die Abtastfrequenz auch kein Problem sein - außer man 
möchte schnelle Überstromsituationen erkennen.

> Ansonsten bin ich noch am überlegen was ich Lizenzmäßig mache bei der
> neuen Version, wüsste ich, dass eine Noncommercial Lizenz was bringt
> würde ich das alles offenlegen.
Wissen geheim zu halten bringt meiner Meinung nicht wirklich was - ist 
aber natürlich eine Einstellungssache.

> So kann ich sagen es ist definitv der bessere Ansatz auf kurzem Weg den
> SPI zu nutzen und danach über CAN o.ä. weiterzugeben. Für große Akkus
> mit stärkeren elektromagnetischen Feldern ist das DaisyChain Interface
> von den LTC6803-3 NICHT blind zu empfehlen, ich hoffe das ändert sich
> sobald die LTC6804 Chips rauskommen.
Danke für den Hinweis, in meinem Fall geht es um nur 7 Zellen in Serie.

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