Frage:
Hochspannungsdifferenzmessung
Arne
2014-04-17 23:13:19 UTC
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Angenommen, ich möchte die individuelle Zellenspannung eines Akkus mit 12 seriellen Zellen messen. Was wären meine wirtschaftlichsten Optionen?

Die Einzelzellenspannung beträgt 3 V bis 4,2 V, aber der Stapel kann zwischen 2 und 12 Zellen hoch sein.

Ich suche nach einer Lösung für einen Mikrocontroller mit 3 V3. Die Anforderung an die Aktualisierungsrate ist im Bereich von 10 Hz für den gesamten Stapel gering.

Meine erste Wette wäre ein Instrumentenverstärker mit einem ausreichend hohen Gleichtaktbereich, der an die jeweiligen Übergänge zwischen den Zellen gemultiplext wird. Dies erfordert jedoch sowohl einen Verstärker mit ausreichend hoher Nennleistung als auch einen Multiplexer. Kann jemand geeignete Teile vorschlagen oder einen besseren Ansatz vorschlagen?

Übrigens muss die Zellenspannung natürlich von einem ADC abgetastet werden, aber die Auflösung muss höchstens bescheidene 8-Bit sein.

Suchen Sie nach einer manuellen Lösung, die Sie einige Male ausführen müssen, oder nach einer Lösung für ein Produkt?
Es wird ein Universitätsprojekt. Aber es muss eine automatisierte Lösung sein.
Sechs antworten:
Joe Hass
2014-04-18 01:20:30 UTC
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Es gibt Standardlösungen für dieses Problem. Sie müssen sich nicht mit Transformatoren und exotischen Schaltkreisen herumschlagen. Sie können die Tatsache nutzen, dass es viel einfacher ist, ein digitales Signal als ein analoges Signal zu isolieren und die serielle Kommunikation zwischen Ihrem Mikrocontroller und dem Batteriemonitor zu verwenden. Sie sollten nach einem "Multicell Battery Stack Monitor" suchen. Beispielsweise kann die Linear Technology LTC6802 die Spannungen an bis zu 12 Li-Ionen-Zellen überwachen und die Spannungsdaten über eine SPI-Schnittstelle bereitstellen.

+1 für eine Standardlösung! Ich wusste nicht, dass diese Chips existieren ...
horta
2014-04-18 01:02:38 UTC
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Ich bin mir nicht sicher, ob Sie mit dieser Methode genügend Genauigkeit haben, aber ich würde wegen ihrer Einfachheit zuerst in diese Richtung gehen. Richten Sie an jedem Verbindungspunkt zwischen den Batterien einen Spannungsteiler auf Masse ein, an dem Sie 1/16 der Gesamtspannung von der Verbindung erhalten. Bei maximal 50,4 V würde dies zu einer maximalen Eingangsspannung Ihres Systems von 3,15 V führen. Dann können Sie einen Standard-Niederspannungs-Mux verwenden oder einfach jeden der 11 Punkte (oder 12, wenn Sie Masse zählen) direkt an Ihren uController senden, der über einen 12-Bit-ADC verfügt, der diese 11 Signale intern muxen kann. Durch den 16X (2 ^ 4) Spannungsteiler würden Sie 4 Bit Auflösung verlieren. Das Endergebnis wären die 8 Bits, nach denen Sie suchen. Der Trick bei diesem Setup besteht darin, Widerstände mit sehr engen Toleranzen zu erhalten.

Um die Spannung jeder Zelle zu messen, nehmen Sie einfach die Spannung an den beiden Punkten um sie herum und subtrahieren das Hoch vom Niedrig.

Ich denke, ich werde das weiter untersuchen.
Olin Lathrop
2014-04-18 01:24:58 UTC
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Ich würde versuchen, einen billigen Mikrocontroller für jede Batterie zu verwenden. Es gibt viele Mikros, die direkt von 3 bis 4,2 V betrieben werden können und nur sehr wenig Strom aufnehmen. Das Mikro würde die Zellenspannung messen und dann die Informationen digital über einen Optokoppler senden.

Die Ausgabe aller Optos von allen Zellen würde parallel erfolgen, wobei jede auf derselben herunterziehen könnte Linie. Der einzige verbleibende Trick wäre dann, sicherzustellen, dass jeweils nur ein Mikro seine Daten sendet. Dies könnte mit einem Token-Passing-Schema erfolgen.

Das Mikro in der bodenbezogenen Zelle kann direkt von der Hauptsteuerung ausgelöst werden. Nachdem es seine Daten gesendet hat, würde es das Triggersignal an die nächsthöhere Zelle senden. Dies kann auf verschiedene Arten pegelverschoben werden. Meine erste Reaktion besteht darin, einen Transistor in einer Common-Base-Konfiguration zu verwenden, aber es gibt auch andere Möglichkeiten. Der Punkt ist, dass dies billig und einfach zu tun ist, da der Boden für das nächste Mikro die Stromschiene des aktuellen Mikros ist.

Ein Vorteil dieses Schemas besteht darin, dass Sie auf diese Weise viele Zellen stapeln können unter Verwendung der gleichen Messschaltung. Die Genauigkeit und Auflösung ist für jede Zelle im Stapel gleich.

Das eigene Kommunikationsprotokoll von Grund auf neu zu erstellen, ist meine Idee von Überentwicklung.
@horta: Das ist die falsche Sichtweise auf technische Probleme. Attribute wie "Over-Engineering" sind sinnlos, weil sie so subjektiv sind. Stattdessen betrachten Sie messbare Parameter. Dieser skaliert sehr gut auf viele Zellen, ohne an Genauigkeit oder Präzision zu verlieren. Das Argument, ein Kommunikationsprotokoll zu erstellen, ist ebenfalls sinnlos, da es so subjektiv ist. Ich würde UART-Hardware im Mikro verwenden, um die Daten über das Opto zu senden, und einen UART, um sie im Master zu empfangen. Hier gibt es sehr wenig zu "erfinden". Dies sollte für jeden kompetenten EE trivial sein.
Ich sage nicht, dass Ihre Antwort falsch, unmöglich oder nicht durchführbar ist. Joes Antwort ist besser. Meine Kommentare erklärten einige der Gründe für die Art und Weise, wie ich abgestimmt habe.
Hannesh
2014-06-30 14:11:09 UTC
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Überprüfen Sie dies, dies ist wahrscheinlich die einfachste Lösung für Ihr Problem:

http://www.flyelectric.ukgateway.net/pic-balancer.htm

Durch Verwendung von Referenzdioden und Spannungsteilern können Sie jede Spannung auf 0-3,3 V verschieben und skalieren, wo sie vom On-Chip-ADC gemessen werden kann.

Weil Ihr Chip dies wahrscheinlich nicht tut Wenn Sie keine 10 analogen Eingangspins haben, können Sie einen analogen Demultiplexer verwenden.

Guter Punkt!Ich frage mich, ob eine einstellbare Spannungsreferenz TLV431 anstelle mehrerer fester Zenere verwendet werden kann.
Spehro Pefhany
2014-04-18 00:07:53 UTC
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Die naheliegende Methode besteht darin, eine Differenzmessung zu verwenden, aber mit dieser Methode eine akzeptable Genauigkeit zu erzielen, ist ziemlich schwierig.

Ein fliegendes Kondensatorsystem wäre möglicherweise weniger störend, würde jedoch in diesem Fall recht hohe Spannungsschalter erfordern.

Einzelne Isolationsverstärker sind etwas teuer, aber funktionieren mit einem Minimum an Problemen.

Es gibt eine andere mögliche Methode: Wenn Sie einen Transformator pro Kanal über eine Diode an jede Zelle anschließen, können Sie den Transformator pulsieren lassen und die Spannungswellenform am Treiberende messen, um die Zellenspannung zu bestimmen. Für die Kalibrierung können einige Ersatzkanäle verwendet werden (Null / Vref), sodass Sie 14 Kanäle benötigen. Es ist allerdings eher ein Projekt.

Bearbeiten: Um die Transformatoridee zu erweitern, hier ist ein Jim Williams (RIP) -Anwendungshinweis AN112, der ihn im Zusammenhang mit der Batteriemessung beschreibt, und ein Blockschaltbild, das schematisch aus dass ein. Es werden BJTs verwendet, die als Dioden angeschlossen sind. Der Transformator ist ein Pulse Engineering PA2100NL / PA2101NL.

enter image description here

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Können Sie die Transformatoridee näher erläutern?
WhatRoughBeast
2014-04-18 00:18:17 UTC
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Sie benötigen ein Dutzend Differenz- oder Instrumentenverstärker mit hoher Gleichtaktspannung, die ein Datenerfassungssystem speisen.

Ein im Handel erhältlicher Verstärker ist der AD627. Informationen zum Rollen Ihrer eigenen Informationen finden Sie unter http://cds.linear.com/docs/en/design-note/dn25.pdf. Beachten Sie jedoch, dass die Widerstandsanpassung von entscheidender Bedeutung ist. Außerdem verwendet jeder Hochspannungsinstrumentenverstärker einen internen Spannungsteiler, der die Zellen entlädt, wenn er lange genug gegeben wird.

Wenn Sie während der Messung keine Entladung zulassen können, müssen Sie dies tun kreativ. Wenn Sie die Verstärkermasse auf den Mittelpunkt der Zellenfolge einstellen können, müssen Sie nur mit +/- 25 Volt umgehen. Sie können Hochspannungs-Operationsverstärker dazu bringen, ein Dutzend Spannungsfolger zu erstellen, um die einzelnen Zellen zu puffern, und dann Spannungsteiler / Operationsverstärker verwenden, um die Unterschiede zu messen. Dies erfordert einen nicht standardmäßigen Satz von Netzteilen, und Sie müssen sicherstellen, dass die Verstärkerversorgungen über die Batterie schweben.

Sobald Sie die Differenzspannungen auf einen vernünftigen Wert konditioniert haben, gibt es solche eine beliebige Anzahl von Unternehmen, die Datenerfassungssysteme herstellen.



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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