Hochspannungsdifferenzmessung

Es gibt Standardlösungen für dieses Problem, Sie müssen sich nicht mit Transformatoren und exotischen Schaltungen herumschlagen. Sie können die Tatsache ausnutzen, dass es viel einfacher ist, ein digitales Signal als ein analoges Signal zu isolieren, und die serielle Kommunikation zwischen Ihrem Mikrocontroller und dem Batteriewächter verwenden. Sie sollten nach einem "Multicell Battery Stack Monitor" suchen. Beispielsweise kann der LTC6802 von Linear Technology die Spannungen von bis zu 12 Li-Ionen-Zellen überwachen und die Spannungsdaten über eine SPI-Schnittstelle bereitstellen.

Ich bin mir nicht sicher, ob Sie mit dieser Methode genügend Genauigkeit haben werden, aber ich würde wegen ihrer Einfachheit zuerst in diese Richtung gehen. Richten Sie an jedem Verbindungspunkt zwischen den Batterien einen Spannungsteiler gegen Masse ein, wo Sie 1/16 der Gesamtspannung von der Verbindungsstelle 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 intern über einen 12-Bit-ADC verfügt, der diese 11 Signale muxen kann. Aufgrund des 16-fachen (2 ^ 4) Spannungsteilers würden Sie 4 Bit Auflösung verlieren. Das Endergebnis wären die 8 Bits, nach denen Sie suchen. Der Trick bei diesem Setup wäre, sehr eng tolerierte Widerstände zu bekommen.

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

Ich würde versuchen, einen billigen Mikrocontroller über jede Batterie zu legen. Es gibt viele Mikros, die direkt von 3 bis 4,2 V betrieben werden können und sehr wenig Strom aufnehmen. Das Mikro würde die Zellenspannung messen und die Informationen dann digital über einen Optokoppler senden.

Der Ausgang aller Optos von allen Zellen wäre parallel, wobei jeder in der Lage wäre, auf dieselbe Leitung herunterzuziehen. Der einzige verbleibende Trick wäre dann, dafür zu sorgen, dass immer nur ein Mikro seine Daten sendet. Dies könnte mit einem Token-Passing-Schema erfolgen.

Das Mikro auf der massebezogenen Zelle kann direkt vom Hauptcontroller getriggert 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 ist die Verwendung eines Transistors in Basisschaltung, aber es gibt auch andere Möglichkeiten. Der Punkt ist, dass dies billig und einfach zu bewerkstelligen ist, da die Masse 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, die alle denselben Messschaltkreis verwenden. Die Genauigkeit und Auflösung ist für jede Zelle im Stapel gleich.

Probieren Sie dies aus, dies ist wahrscheinlich die einfachste Lösung für Ihr Problem:

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

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

Da Ihr Chip wahrscheinlich keine 10 analogen Eingangspins hat, könnten Sie einen analogen Demultiplexer verwenden.

Die offensichtliche Methode ist die Verwendung einer Differenzmessung, aber es ist ziemlich schwierig, mit dieser Methode eine akzeptable Genauigkeit zu erzielen.

Ein System mit fliegenden Kondensatoren wäre möglicherweise weniger störend, aber in diesem Fall würde es Schalter mit ziemlich hoher Spannung erfordern.

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

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

Bearbeiten: Um die Transformatoridee zu erweitern, finden Sie hier eine Anwendungsnotiz AN112 von Jim Williams (RIP), die sie im Kontext der Batteriemessung beschreibt, und ein schematisches Blockdiagramm aus dieser AN. Es verwendet BJTs, die als Dioden geschaltet sind. Der Transformator ist ein Pulse Engineering PA2100NL/PA2101NL.

Sie benötigen ein Dutzend Differenz- oder Instrumentierungsverstärker mit hoher Gleichtaktspannung, die ein Datenerfassungssystem speisen.

Ein handelsüblicher Verstärker ist der AD627. Informationen zum Rollen Ihrer eigenen finden Sie unter http://cds.linear.com/docs/en/design-note/dn25.pdf , aber beachten Sie, dass die Widerstandsanpassung kritisch ist. Außerdem verwendet jeder Hochspannungs-Instrumentenverstärker einen internen Spannungsteiler, der die Zellen entlädt, wenn er lange genug gegeben wird.

Wer während der Messung keine Entladung zulassen darf, muss kreativ werden. Wenn Sie Ihre Verstärkermasse auf den Mittelpunkt des Zellstrangs legen können, müssen Sie sich nur mit +/- 25 Volt auseinandersetzen. Sie können Hochspannungs-Operationsverstärker verwenden, um dies zu bewältigen, und ein Dutzend Spannungsfolger herstellen, um die einzelnen Zellen zu puffern, und dann Spannungsteiler / Operationsverstärker verwenden, um die Unterschiede zu messen. Dies erfordert einen nicht standardmäßigen Satz Netzteile, und Sie müssen garantieren, dass die Verstärkerversorgungen WRT der Batterie schweben.

Sobald Sie die Differenzspannungen auf einen vernünftigen Wert gebracht haben, gibt es eine Reihe von Unternehmen, die Datenerfassungssysteme herstellen.