Potentialfreier Mosfet und ADC Messung für Serienschaltung Akkus?

[Heinz M. (subi)]

Hallo,

ich möchte mehrere Akkupacks flexibel hintereinander schalten. Im 
folgenden rede ich von Akkuverbund, wenn die Gesamtheit der Schaltung 
gemeint ist und von Akkupack, wenn ein Kanal gemeint ist. Ein Akkupack 
ist dabei ein handelsüblicher Akku bestehend aus mehreren Zellen fertig 
im Gehäuse mit Schutzschaltung etc.

Anwendungsgebiet ist USV für Laptop (19V Eingang), Baustrahler, ...
Alles DC < 100V und < 30A. Im Normalfall eher 20V und 5A.

Wie ich gesehen habe dürfen nahezu alle Mosfets nur mit max 20V 
angesteuert werden. Bei n-Kanal Mosfets muss das Gate positiv gegenüber 
Source geladen werden. Drain und alles andere scheint nicht zu 
interessiern (bitte korrigieren wenn das nicht stimmt). Jetzt liegt bei 
mir Source aber nicht auf Masse, sondern irgendwo zwischen 0 und 30V. 
Das heißt ich muss vom Microcontroller (3,3V und GND) auf das Potential 
des Mosfet und eine positive Spannung noch über der Gesamtspannung des 
Akkuverbunds erzeugen.

Also wenn 4 Akkupacks @ 12V eingesteckt sind, dann sind das 48V 
Gesamtspannung. Damit ich den oberen einschalten kann bräuchte ich 
58-68V zum treiben des Mosfet.

Jetzt habe ich Halbbrückentreiber (High Voltage Bootstrap) gefunden. 
Kann ich diese verwenden, wenn ich den Low-Side Mosfet einfach weglasse 
und daraus eine "Viertelbrücke" mache? (Zeichnung Siehe Anhang)
Diesen habe ich mir ausgesucht:
L6385ED
https://docs-emea.rs-online.com/webdocs/151f/0900766b8151fe65.pdf
Dazu diese Mosfets:
IRFH5301TRPBF oder den NTMFS4C05N (halber Preis)
https://docs-emea.rs-online.com/webdocs/1477/0900766b81477549.pdf

Nun die Probleme die ich sehe und wo ich gern eure Meinung hören würde:

(1) Den untersten Akkupack (1. Pack von Unten) könnte ich an den 
Low-Side Ausgang des Treibers anschließen. Wenn ich diesen Pack 
wegschalte, dann liegt vom Treiber der Out Ausgang (also der GND des 
zweiten Packs) auf GND. Wird dieser weggeschalten, dann vom nächsten 
Treiber (3. Pack von Unten) der Out Ausgang. Ist das ein Problem?

(2) Ich möchte wegen Leistung, Preis und Auswahl n-Kanal Mosfets 
verwenden und wegen der Spannungsmessung den Pluspol der Akkupacks 
abschalten. Das heißt aber auch, dass im abgeschalteten Zustand der 
Pluspol des obersten Akkupacks über dem Potential des Akkuverbunds 
liegt. Und damit auch das Potential des Mosfet. Sollte meiner Meinung 
nach eigentlich kein Problem sein, da kein Kontakt vom Treiber zum 
Pluspol des Akkuverbunds geht, sondern nur zum Gate und zur Source des 
Mosfets. Alle anderen Potentiale sollten dann doch egal sein?

(3) Die Akkus werden alle paar Minuten oder Stunden geschalten. Arbeitet 
die Ladungspumpe trotzdem? Theoretisch ja, weil der Motor muss auch aus 
dem ausgeschalteten Zustand sofort starten.

(4) Gibt es Alternativen? Einen Treiber ohne Low-Side, nur High-Side für 
n-Kanal (also mit Bootstrap bzw. Ladungspumpe) wäre evtl. kompakter und 
günstiger. Konnte aber nichts dergleichen finden. Alternativ auch einer 
mit mehreren n-Kanal High-Side Switches würde etwas bringen.

Jetzt möchte ich natürlich noch die Spannung der Zellen messen. Da bin 
ich mir noch nicht ganz sicher, wie ich das mache. Natürlich gibt es den 
Spannungsteiler, der aber nicht so dolle ist. Bei 30V evtl. noch ok. Bei 
100V bleibt da nicht viel übrig.

Ich habe irgendwo gelesen, dass man einen Kondensator mit einem 
Multiplexer für die Spannungsmessung benutzen kann. Die Multiplexer, die 
ich gefunden habe die geeignet wären gehen jedoch nur bis ca. 10V. Also 
viel zu wenig.

(5) Die Mosfet Treiber müssten dafür doch genauso geeignet sein. Vorteil 
wäre, dass die gleiche Spannung wie die Treiber möglich ist. Auch wenn 
ich keine 600V brauche.

(6) Auch hier wäre eine kostengünstigere Alternative wünschenswert. Bzw. 
kann ich den Kondensator mit 2 sehr hochohmigen Widerständen an den Akku 
anbinden und mit einem einzigen Halbbrückentreiber eine niederohmige 
Verbindung mit ADC (High-Side) und GND (Low-Side herstellen zum messen? 
Der Kondensator könnte langsam laden und würde schnell gemessen werden. 
Alles was ich dort anschließe soll einen Sanftanlauf erhalten oder zieht 
nicht viel Strom. Von daher ist die Messgeschwindigkeit nicht so 
wichtig.

Anmerkungen zur Zeichnung:
Es ist der Mikrocontroller und der ADC vom ganzen Akkuverbund. 
Mosfettreiber und Mosfets nur von einem Kanal bzw. einem Akkupack.

Die Mosfetdoppelschaltung ist gegen die Bodydiode, damit der Akku nicht 
über den parallelen Mosfet entladen wird.

Am Mikrocontroller fehlen die Transistoren zum Schutz der GPIOs.

Wenn noch Fehler drin sind, dann bin ich für Tipps dankbar.