Masse Problem beim Spannung messen eines Akkus

[Felix N. (felix_n888)]

Guten Tag,
In der letzten Zeit, habe ich mir ein Verstärker und ein FM Radio 
gebaut. Da dieses System kurzzeitig mal höhere Stromspitzen benötigt. 
Habe ich mich erstmal für eine Lösung mit Netzteil entschieden.

Dieses ist auch kein Problem, solange man das Gerät in der nähe einer 
Steckdose betriebt. Verbaut ist ein 12V 8,5A 100W Schaltnetzteil.

Nun wollte ich dieses aber auch gerne mal mitnehmen. Und immer eine 
Kabeltrommel zu holen ist auch nicht so cool. Daher habe ich mir gedacht 
ein Lithium Ionen Akku diesen Job machen zu lassen.

Da man die Akkus ja schlecht(Und eventuell auch nicht soll) ohne 
Schutzschaltung betrieben kann, habe ich mir bei Amazon ein TP4056 
Charger Protection Modul besorgt.

Das Modul funktioniert auch für kleiner Ausgangsströme(< 2,5 Amp). 
Sobald nur kurzzeitig 3A oder 4A gezogen werden. Löst es direkt denn 
Overcurrent Schutz aus. Mal abgesehen davon das mein 3300µF Elko + 100µH 
Drossel schon beim Einschalten sehr viel Strom ziehen kurzzeitig.

Daher habe ich mir gedacht baue ich mir selbst ein Lade/Schutz 
Schaltung.

Zum Laden des Akkus habe ich mir ein DC-DC Step Down Wandler gehohlt der 
meine Eingangsspannung von 7,5-12 Volt auf 4,2 Volt runter Wandelt. Denn 
Wandler habe ich noch mit einer Strommessung versehen so das ich über 
ein OpAmp(MCP602I/P) denn Strom für denn Akku begrenzen kann(Hier 1,75 
A). Dieses funktioniert auch wunderbar.

Nur es gibt ein Problem was ich beim erstellen der Schaltung nicht 
bedacht habe und das ist die MASSE.

Denn ich messe denn Strom mit ein 5W 0,1 Ohm Widerstand in der Masse 
Schiene. Gehe dann auf ein Differenzverstärker und evola ich habe mein 
gemessen Strom. So dahinter habe ich dann 2 N Kanal MOSFET's die das 
Laden/Entladen steuern per µC.

Das Problem ist das wenn ich versuche die Akku Spannung zumessen, und 
beide Mosfets geschlossen sind, dann habe ich eine Schwebende Masse und 
der µC spukt nur Müll aus. Ist ja klar(Ist mir aber erst später beim 
Aufbau der Schaltung/Löten aufgefallen).

So nun suche ich eine Lösung um dieses Problem zu beheben. Eine die mir 
eingefallen ist wäre es mit P Kanal Mosfet zu lösen. Die ich einfach 
zwischen + Spannung und + Akku hänge. Jedoch ist das mit viel mehr auf 
Wand verbunden da ich ja noch ein Transitor davor Schalten muss um per 
5V die P Kanal Fets anzusteuern. Und die Strommessung auch in der 
positiven Schiene zu machen.

Daher würde ich es gerne in der jetzigen Konfiguration lösen. Nur ich 
weiß nicht wie. Ich brauch ja nur ein gleiches Massepotential jedoch 
wenn ich zwischen Akku Masse und Logik Masse einfach ein Kabel anlöte.

Überbrücke ich die Mosfets und auch die Strommessung und damit wieder 
dann die komplette Schutzschaltung.

Ich habe mal ein Bild von dem aktuellen Konfiguration angehängt.

Mfg Felix

[MaWin (Gast)]

Ein LM2596 hat nicht mal ansatzweise eine zur Ladeschlussbegrenzung 
einen LiIon ohne weitere Schutzschaltung ausreichend stabile 
Referenzspannung.
Dein Problem beginnt also schon viel früher.
Ein TL431B könnte dem LM2596 vorgeben bei welcher Akkuspannung er 
aufhören soll zu laden, ein simpler PNP Transistor Feedback anheben wenn 
der Strom erreicht wird.

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.21.3

[Felix N. (felix_n888)]

MaWin schrieb:
> Ein LM2596 hat nicht mal ansatzweise eine zur Ladeschlussbegrenzung

Das ist richtig. Deswegen übernimmt das ja der Mirkocontroller. Der 
öffnet denn Lade Mosfet, dann ist besteht eine leitende Verbindung 
zwischen dem GND des LM2596 und dem Akku. Und es kann Strom fließen. Die 
OpAmp Schaltung hinter dem LM2596 misst denn Strom und verstärkt mit dem 
Faktor 10. Also bei 1 Amper mal 0.1R sind das 0.1 Volt die dort 
abfallen. 0.1 * 10 = 1V. Diese werden mit der Eingestellten Spannung am 
Poti vergleichen(1,8V Poti) So das bei mehr als 1,8 V der OpAmp auf 5V 
geht und über die Diode denn FB Pin des LM auf 5V zieht. Der verändert 
dann dein Duty Cycle so das die Spannung sinkt. Wenn der Strom auf denn 
eingestellten Bereich gefallen ist oszilliert die Spannung am FB Pin um 
die 1.235 Volt. Mit der Zeit wird der Akku voller und er geht aus der 
Strombegrenzung(Constant Current) raus und die Spannung steigt, dann 
Constant Voltage.

Der µC misst alle 500ms die Akkuspannung und denn Ladestrom und bricht 
ab(Schließt den Mosfet) falls der Ladestrom höher als 1,8A ist, wenn die 
Spannung des Akkus unter 2,5 Volt fällt und wenn die Spannung größer ist 
als 4,15 Volt und wenn der Strom unter 30mA fällt(Akku so gut wie voll). 
Dieses funktioniert ja auch.

Dieses habe ich getestet in dem ich denn Ladestrom per Multimeter 
gemessen habe sowie die Akkuspannung. Und mit ein Temperaturfühler die 
Temperatur am Akku. Um im Notfall das Laden über dem LM abzubrechen. 
Dieser Fall ist jedoch nicht eingetreten. Neben bei habe ich mir alle 
Wert(Ladestrom, Spannung) per USART ausgeben und geschaut das er auch 
unter bestimmten Umständen abschaltet. Bzw. mit mein Labornetzteil 
verschiedene Szenarios durchgetestet um die Schutzfunktion des µC zu 
prüfen.

Mfg Felix.

[3162534373 .. (3162534373)]

Felix N. schrieb:
> Daher würde ich es gerne in der jetzigen Konfiguration lösen. Nur ich
> weiß nicht wie. Ich brauch ja nur ein gleiches Massepotential jedoch
> wenn ich zwischen Akku Masse und Logik Masse einfach ein Kabel anlöte.


Opamp als Differenzverstärker brauchst du da.

Aber die ganze Schaltung sieht heikel aus ;)

[Felix N. (felix_n888)]

3162534373 .. schrieb:
> Opamp als Differenzverstärker brauchst du da.

//EDIT: Falsch gelesen

Wie meinst du das genau? Was soll denn da Differenziert werden?

3162534373 .. schrieb:
> Aber die ganze Schaltung sieht heikel aus ;)

Naja, mag sein. Das Laden funktioniert. Der Rest in dieser Konfiguration 
leider nicht. Was sieht denn für dich besonderes heikel aus? :D

Mfg Felix

[Felix N. (felix_n888)]

Felix N. schrieb:
> Wie meinst du das genau? Was soll denn da Differenziert werden?

Okay ich glaube ich weiß wie du das meinst. Wenn ich ein OpAmp als 
Differenzverstärker schalte und überall 1K nehme für die 4 Widerstände 
ist die Verstärkung = 0.

Dann schließe ich an denn Invertierend Eingang die positive Batterie 
Spannung an und an denn Nicht Invertierend Eingang die Masse des Akkus. 
Dann müsste er ja die beiden Spannungen von einander Differenzieren also 
4.2V-0V = 4.2 Volt am Ausgang des OpAmp da keine Verstärkung?

mfg