12V BatterieÜberwachung

[nowaczuk]

Hallo,
ich möchte mit meinem RPI die Spannung meiner 12V Batterie der SolarAnlage überwachen.
Ich habe zwar nun schon einiges darüber gelesen, aber ich finde nirgends ein Tutorial oder hilfestellungen die genau das betreffen.
Ich habe gelesen das für solch eine Aufgabe der MCP3008 gut geeignet sein soll.
Temperatur spielt hierbei keine rolle, da diese immer recht konstant bleibt (schwankungen von max 2-3 °C)
Aber leider habe ich keine ahnung davon, wie ich die Wiederstände für den Spannungsregler wähle und wie ich das ganze dann am RPI anschliesen muss.
Und die weitere Frage die sich mir dann stellt, wie werte bzw Lese ich das ganze dann aus?

Ich hoffe ihr könnt mir hierbei helfen, damit ich dieses Projekt verwirklichen kann.

mfg
nowaczuk

[jar]

Hallo,
ich möchte mit meinem RPI die Spannung meiner 12V Batterie der SolarAnlage überwachen.
Ich habe zwar nun schon einiges darüber gelesen, aber ich finde nirgends ein Tutorial oder hilfestellungen die genau das betreffen.
Ich habe gelesen das für solch eine Aufgabe der MCP3008 gut geeignet sein soll.
Temperatur spielt hierbei keine rolle, da diese immer recht konstant bleibt (schwankungen von max 2-3 °C)

ist das nicht ein wenig viel vorgenommen für den Anfang ?

Ich habe gelesen das für solch eine Aufgabe der MCP3008 gut geeignet sein soll.

wo und da war kein Schaltbeispiel ?

Temperatur spielt hierbei keine rolle, da diese immer recht konstant bleibt (schwankungen von max 2-3 °C)

na ja Spannungsreferenzen braucht der wohl und die sind meist Temperaturkompensiert, sonst würde man sie nicht Referenz nennen, aber man kann die natürlich auch weglassen und aus Vcc erzeugen, spart imense paar Cent.

Aber leider habe ich keine ahnung davon, wie ich die Wiederstände für den Spannungsregler wähle

welcher Regler ?
meinst du den von der Solaranlage ? der sollte doch vorhanden sein, oder welchen Regler meinst du ?

der MCP kann doch vom PI versorgt werden, wenn nicht würde ich eine 3,3V Quelle wählen, KIS 3r33 oder RECOM R7833

Aber leider habe ich keine ahnung davon, wie ich die Wiederstände für den Spannungsregler wähle und wie ich das ganze dann am RPI anschliesen muss.

wie ich sehe arbeitet der per SPI da finden sich andere Beispiele und dann gehts am MCP genauso

Und die weitere Frage die sich mir dann stellt, wie werte bzw Lese ich das ganze dann aus?

ist Software, da schwimme ich am PI auch noch deswegen wandele ich AD mit dem Atmel AVR diesmal mit megaAT 328p

bei Hardware kann ich helfen, bei Software müssen andere ran.

aber so wie du schreibst ist das evtl. mit viel Lernarbeit deinerseits verbunden, ich würde ja erst mal eine LED am GPIO an und aus knipsen, dann einen SPI Portbaustein der auch eine LED an und aus knipst usw. bevor man an so ein Projekt geht.

[nowaczuk]

den spannungsregler benötige ich ja, da der zu messende akku ja bis zu 13,8V haben kann, der RPI am port jedoch max 3,3V haben darf.
somit muss ich die wiederstände für den spannungsregler ja so wählen, das niemals mehr als 3,3V am GPIO anliegen.

habe mitrerweile auch ein "tutorial" gefunden, welches mir schon viel weiter hilft.
eventuell kannst du das ganze ja mal überprüfen und eventuell verbesserungen oder hinweise dazu geben.

http://dl3ndd.de/hardware.html

[jar]

den spannungsregler benötige ich ja, da der zu messende akku ja bis zu 13,8V haben kann, der RPI am port jedoch max 3,3V haben darf.
somit muss ich die wiederstände für den spannungsregler ja so wählen, das niemals mehr als 3,3V am GPIO anliegen.

damit schreibst du das dir das Thema noch nicht vertraut ist.
Zur Erklärung ein Regler regelt, es kann aber nicht der Sinn sein eine Spannung die ich messen will zu regeln, das würde ja das Ergebnis verfälschen !
Ausserdem landet die zu messende Spannung ja nie am GPIO sondern am AD Wandler also Äpfel und Birnen.
Bist du sicher so daran gehen zu wollen ?

habe mitrerweile auch ein "tutorial" gefunden, welches mir schon viel weiter hilft.
eventuell kannst du das ganze ja mal überprüfen und eventuell verbesserungen oder hinweise dazu geben.

http://dl3ndd.de/hardware.html

ich kann mir das ja mal ansehen, aber nach unserem Vorgespräch ohne Hoffnung.

[jar]

http://dl3ndd.de/hardware.html

hab mir das mal angesehen

na ja etwas zusammengeschustert ohne richtigen Plan, aber wenn es funktioniert

ich gehe normalerweise so ran

Vref vom IC ist die Vergleichsspannung mit der verglichen wird, dort kommt eine Ref. Diode oder Spannungsreferenz ran
https://www.google.de/#q=Spannungsreferenz

die kann von bis Volt gehen, ich kenne 1,25V 2,5V z.B. meist kleiner als die Versorgung

hier wurde als Referenz die Vcc genommen 3,3V
Der Wandler ist ein 10-Bit Wandler kennt also digitale Zustände von 0-1023 (2^10 = 1024)

die 1023 repräsentiert die höchste Spannung, verglichen mit der Referenz, hier 3,3V

kommt also digital 1023 ist die Spannung na ?

richtig 3,3V

welche Spannung liegt bei 512 an ?

nun willst du als Obergrenze ja 15V erlauben bei 12V messen mit Platz nach oben (wäre nicht 21V besser ? ich habe 12V Module mit Leerlaufspannungen bis 21V gesehen)

also rechnen wir maximale Spannung = 22V ergibt am Wandler 3,3V

22/3,3 = 6,666

also das ist der Teilungsfaktor

6,6666 Teile liegen an 1 Teil geht zum Messen

also muss der Vorwiderstand 6,666-1 x größer sein als der Teiler Widerstand

bedeutet 5,666 Teile  (x 3,3V) liegen vorher an ein (x 3,3V) Teil geht zum Wandler

man sieht 5,666 x 3,3 = 18,69 V müssen weg, bleiben 3,3 übrig zum Messen

wenn der Teiler 10k Ohm ist AD Eingang nach GND muss die Messspannung über einen Vorwiderstand rein der 5,666x größer ist, also 56,66 kOhm (das wäre in der genannten Schaltung der 107k, der 22k ist Unfug weil der Wandler den nie sieht !)

statt Poti wäre ein Widerstand mit 10k genau richtig so eingebaut, der AD Wandler käme an Punkt 1 vom nicht mehr vorhandenen Poti an den Knoten zwischen ehemals 107k jetzt 56k und 10k (ehemals Poti)

denn dort steht erst 3,3V an wenn nach diesem Rechenbeispiel 22V rein gehen würden.

Das ganze kann man mit (fast) jeder Spannung und Referenzspannung rechnen.

LG jar

man kann noch verbessern

ich messe immer 2 Punkte zwischen der gewünschten Schätzgröße

sagen wir um 12V

messe ich bei 10V (speise per Netzgerät ein) und lese den Digitalwert
messe ich bei 14V (speise per Netzgerät ein) und lese den Digitalwert

dazwischen sollte ein Geradengleichung liegen

die ist ja f(x) y= m * x + b

x ist die unabhängige Größe der Digitalwert
y ist die abhängige Größe
b ist der Offset (normalerweise hier Null aber eben nicht immer, deswegen ignorier ich den nicht)

die Steigung m ist ja dY /dX oder m= (y1 - y2) / (x1-x2) und b errechnet man in dem man x und y einsetzt, nach b auflöst, wer genau arbeiten will rechnet beide b aus und ermittelt den Mittelwert

mit diesen Konstanten m und b kann man für jeden Digitalwert den man bekommt den Spannungswert errechnen.

---

noch was zum Lesen:
http://www.elektronik-kompendium.de/site...201111.htm

[nowaczuk]

ich danke dir für deine recht ausführliche erklärung und hilfe.
ich werde mir die kommenden tage alle benötigten teile bestellen.
werde wenn alles da ist und ich es zusammen gebaut habe testen und dann hier posten.

vielen dank.

[nowaczuk]

Hi, ich wollte nur kurz Rückmeldung geben, das die Überwachung mit dem Rpi problemlos funktioniert.
Nochmahls herzlichsten dank an jar für die hilfestellung und seine erklärungen.

Ich hätte nun jedoch bereits eine neue frage, kann ich auf einem ähnlichen weg auch die stromstärke messen?
würde gerne aufzeichnen lassen, wann die batterie mit welcher Stromstärke geladen wird. Der Laderegler den ich verwende ist ein 30A Laderegler, also müsste die messung diese 30A auch aushalten müssen.
ist dies denn möglich? wenn ja wie geht das von statten?
schonmal danke für die antworten.

mfg
nowaczuk

[jar]

Hi, ich wollte nur kurz Rückmeldung geben, das die Überwachung mit dem Rpi problemlos funktioniert.
Nochmahls herzlichsten dank an jar für die hilfestellung und seine erklärungen.

Ich hätte nun jedoch bereits eine neue frage, kann ich auf einem ähnlichen weg auch die stromstärke messen?
würde gerne aufzeichnen lassen, wann die batterie mit welcher Stromstärke geladen wird. Der Laderegler den ich verwende ist ein 30A Laderegler, also müsste die messung diese 30A auch aushalten müssen.
ist dies denn möglich? wenn ja wie geht das von statten?
schonmal danke für die antworten.

mfg
nowaczuk

über 2 Spannungsmessungen über einen Shunt und die Differenzbildung und Division durch den Widerstand.

ATmegas haben das schon vorgesehen als Differenzmessung, es kann sogar die Verstärkung eingestellt werden um die Verluste im Shunt zu minimieren.

30A sagen wir 10milliOhm gibt 300mV als Differenz und 9W Verlust, mit 1mOhm 30mV und 0,9W Verlust wird aber ungenauer.

Ein guter Kompromis scheint mir 5mOhm zu sein

die Frage wo kannst du den einbauen ? in der + oder - Leitung ?

[nowaczuk]

also einbauen könnte ich diesen in + oder in minus, das ist vollkommen egal.
woher bekomme ich denn einen solchen shunt mit 5mohm? werde danach morgen mal dr. googel befragen, mal sehn was dieser sagt
wie würde der aufbau der messung den aussehn?
1x die spannung vor dem shunt messen, und 1x am shunt selbst?
und wie wäre denn da die formel zum berechnen der ladestromstärke?

[jar]

also einbauen könnte ich diesen in + oder in minus, das ist vollkommen egal.

das muss man überlegen:

in der - Leitung wäre ideal, die Spannungen werden dann so klein das man keine zusätzlichen Teiler braucht, ABER es kann nur eine Stromrichtung gemessen werden, wenn entladen wird wird die Spannung ja negativ und kann nicht gemessen werden.

in der + Leitung wäre für beide Fälle möglich Laden und Entladen, beide Spannungen bleiben positiv aber sie müssten über Widerstände geteilt werden was die Messgenauigkeit verringert, aber so zum sehen welche Größen reicht das schon, ich sag mal Messgenauigkeit erwartet deutlich schlechter als 1% , geschätzt so 3-5% sollte aber genügen.

woher bekomme ich denn einen solchen shunt mit 5mohm? werde danach morgen mal dr. googel befragen, mal sehn was dieser sagt
wie würde der aufbau der messung den aussehn?
1x die spannung vor dem shunt messen, und 1x am shunt selbst?

na du misst die Spannung vor dem Shunt und nach dem Shunt

in der +Leitung sind das mal Phantasiewerte eingesetzt

+17V und + 16,9V (vor dem Shunt ist höher, weil nach dem Shunt ja Spannung am Shunt verbleibt)

Benötigt 2 ADC Eingänge (die es als Differenzeingänge am megaAT gibt, oder man muss selber die Differenz rechnen)

Die Differenz von 0,1V ist ja der Abfall am Shunt und die geteilt durch den Shunt Widerstand sagen wir 5mOHM = 100mV/5mOhm = 20 A

und wie wäre denn da die formel zum berechnen der ladestromstärke?

das war so eben der Ladefall Strom in die Akkus

------------------------------------------------------------------------------------------------

in der +Leitung sind das mal Phantasiewerte eingesetzt

+16,9V und + 17V (vor dem Shunt ist niedriger, weil am Shunt ja Spannung abfällt)
das ist der Entladefall, die Spannung und der Strom somit sind negativ in der Differenzbildung, aber absolut immer noch positiv zum Messen für den ADC.
Entladefall Strom aus den Akkus

aber man muss natürlich immer genau schauen wo vorne und hinten ist, im schlimmsten Fall reden wir aneinander vorbei.

[nowaczuk]

ich bedanke mich wieder für deine super erklärung, mit dieser wäre das nun für mich realisierbar, jedoch werde ich dies lassen, bei einem messunterschied von 100mV ist das kaum machbar, da machen einem allein die messschwankungen selbst einen strich durch die rechnung (meine jetzige messung hat unterschiede von ~200mv). noch dazu kommt, das jetzt im winter oft nur mit 500mV oder so geladen wird (zeigt der laderegler an, nur möchte ich eben nicht immer zum regler rennen um ihn abzulesen) und das wären dann ein messunterschied von 2,5mV was unmöglich damit messbar wäre.
dem könnte ich zwar entgegen wirken indem ich einen shunt mit großerem wiederstand wähle, jedoch wird dann auch mehr leistung am shunt verbraten und es kommt weniger in der batterie an, was auch nicht gerade toll ist

auf jedenfall vielen herzlichsten dank.

mfg
nowaczuk

[jar]

den Messwertschwankungen gehe ich ja mit Mehrfachmessung un Mittelwertbildung aus dem Weg.

Es kommt halt drauf an wie genau du das realisieren willst.

Mit dem Atmel reichte mir ca. 3-5% wenns genauer werden soll ginge noch Messverstärker mit OP und Extra Versorgung über DC/DC Wandler potezialfrei dann könnte man auch im mV Bereich messen und hätte weniger Verluste und würde den AD Wandlerbereich besser ausnutzen.