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29 Oktober 2009

Weitere Versuche in Sachen Motorsteuerung

Ich wollte es einfach wissen, ob das mit meiner
selbsterdachten Motorsteuerung machbar ist.
Deshalb habe ich in den letzten Tagen mal ein
Ansteuergerät dafür gebastelt.
Das ging viel einfacher, als ich zunächst dachte!

(zur Erinnerung:
Ich will nicht die komplette Spannung takten,
sondern die Zahl der aktiven Batterien
verändern.Um alle Batterien gleichmäßig
zu entladen sollen alle in einem zyklus
für kurze Zeit eingeschaltet werden,
so dass jeweils die gewünschte Zahl
Strom abgibt)

Prinzip der Steuerung bei
8x12V=96V

ein LM3914 ermittelt die Gaspedalstellung.
Das ist ein IC zur Ansteuerung von
Leuchtbalken mit 10 Ausgängen.
da sind also noch zwei Ausgänge übrig.
Ich werde sie zur Überwachung der
Endstellung nutzen.

Der erste Ausgang dient zum Abschalten,
damit sofort der Strom unterbrochen
wird, wenn ich vom "Gas" gehe.
Ausgang1=0 bewirkt Reset des Ausgabe-
Schieberegisters.Ausgang 10 wird so
eingestellt, dass er im Normalfall
gerade noch nicht leuchtet.
Sollte nun der Masseanschluss des
Fahrpotis unterbrochen werden
was ansonsten Vollgas zur Folge
hätte, wird alles abgeschaltet.
Für die ganze Sicherheitsschaltung
ist praktisch kein Mehraufwand nötig.
Signal1 passt, wie es ist,
Signal 10 muss invertiert werden.
Abgleich ist nicht nötig, solange das
Poti seine Endstellung erreicht.
Die meist verwendeten Potis
sind allerdings so gebaut, dass nur
ein viertel des möglichen weges
genutzt wird, da muss natürlich der
Pegel entsprechend angepasst werden
was aber auch problemlos geht.

Ausgang 2 bis 9 schalten jeweils eine weitere
Batterie ein.
Das sind also die eigentlichen Fahrstellungen

Ich gebe die Signale an ein Schieberegister
(8-fach, CMOS-IC 4014 , kann acht Werte
parallel einlesen)
und schiebe das Bild in ein weiteres Schiebe
register (8-fach, 2x4, CMOS-IC 4015,
das hat acht Ausgänge und kann jederzeit
auf 0 gesetzt werden)

Ein NE555 erzeugt einen Takt,
eine Zählerschaltung liefert alle 8 Impulse
einen Übernahmeimpuls an das erste
Schieberegister, so dass jeweils das
aktuelle Bild der Gaspedalstellung
einmal durchläuft.Jeder Ausgang ist
hierbei gleich lang aktiv.
Der Teiler 1:8 ist noch einfacher zu lösen
als im jetztigen Aufbau realisiert.
Wenn ich nicht mehr als 10Stufen brauche,
dann geht das ganz prima mit einem
einzigen 4017
Kosten: alles zusammen unter 10Euro !!!!!!!
Bau-Zeit ca 3 Stunden auf Lochrasterplatine
Schaltbild kommt noch!

Das Ganze kann auch ohne Probleme auf
mehr Batterien erweitert werden.
Die Zahl der Bauteile steigt dabei jedoch an.
Ich habe den ersten Prototyp für
maximal 16 Ausgänge gebaut.
der Teiler musste dafür variabel
sein von 1:4 bis 1:16.
Das war nicht ganz so einfach.
bis 1:10 reicht ein einzelner 4017.
Die LM3914 sowie die Schieberegister
4014 und 4015 sind anreihbar.

Eine Strombegrenzug ist auch möglich.
Hierzu müsste man die Leitung vom
ersten zum zweiten Schieberegister
unterbrechen,wenn der Strom zu hoch ist.
(also zwischen 4014 und 4015)
Das müsste genügen, da ich vorhabe,
einen Durchlauf ca 0,5 Sekunden
dauern zu lassen.

Ich habe absichtlich die "veralteten"
CMOS ICs verwendet.Die kosten fast nichts
und laufen von ca 5 bis 16V also direkt
am Bordnetz. So spare ich mir auch
ein Netzteil.
Normalerweise würde man da heutzutage
irgendwelche programmierbare
Bausteine nehmen, aber bis man ein
Programm fertig hat........
So ist alles übersichtlicher und ich kann
noch alles einstellen.
Vielleich später mal.........
Man könnte dann auch schneller reagieren und
anders takten.Damit meine ich, dass
das "durchwechseln" der Batterien dann
wesentlich langsamer erfolgen könnte.
Diese Schaltvorgänge erfordern ein
recht exaktes Timing und ich will sie
auf ein Minimum begrenzen.
Ich vermute mal ganz gewaltig,
dass das nicht ohne ein merkliches
"Ticken" funktionieren wird

Der lm3914 braucht
auch keine Referenzspannung,
(Wäre sogar integriert) aber wenn
das Gas-poti und der obere
Referenzeingang aus der selben
Quelle versorgt werden ist der Pegel
völlig unwichtig.
Der erste Prototyp lief sofort und
verhielt sich wie gewünscht.
Da ich aus Zeitgründen
auf Inverter verzichtet
hatte, funktionierte da aber die
Notabschaltung noch nicht.
Ich bau noch eine "endgültige"
Version für acht Ausgänge.
ca 6 ICs a ca.50Cent
+ ein paar Kleinteile, das ist alles!

Die Leistungs-Schalter direkt an
den Batterien habe ich noch nicht
aufgebaut, da bin ich noch am
tüfteln, da ich keine P-Kanal-
MOSFET benutzen möchte,
weil die schlechtere Eigenschaften
haben als N-Kanal-Typen.
dafür würde ich aber einen DC-DC-
Wandler sparen.
Da fällt mir aber sicher noch was ein.
"Smart high side Switch" sage ich nur!

Ob diese Schaltung tatsächlich irgendwann zum
Einsatz kommt ist noch fraglich.
Das hängt unter anderem davon ab,
ob nun eine EMV-Prüfung
nötig ist, oder nicht und was für ein Motor
letztendlich zum Einsatz kommt.

Der kleine Perm ist halt sehr teuer.
und auch ein bisschen schwach.
Dafür aber auch sehr leicht!
sehr viel mehr als 100kg
darf die gesamte Anlage nicht
wiegen, das ist halt so.

Ein bisschen mehr Leistung hätte
ich mir schon gewünscht
aber eine Ente ist dann die
falsche Basis.

Da machen viele Leute den selben
Fehler und nehmen zu kleine
Basisfahrzeuge.Gerade bei
Bleiakkus ist die max Zuladung
die viel entscheidendere Frage.
Auch die Getriebeübersetzung
muss passen. (schön "lang")
Und der auszubauende
Verbrennungsmotor sollte möglichst
schwer sein, idealerweise in
einer möglichst leichten Karosserie.
Also große Diesel in kleinen Autos
zum Beispiel!

Ein Golf1 50PS wog 1975 760kg
ein Audi80 / Passat 75PS 860kg
AsconaB BMW02 und 3er
haben sehr leichte Karosserien.
Porsche 924 -warum nicht?
Uno Diesel etc..................

bis demnächst!
Franz

16 Oktober 2009

LIFEPO4 Balancer 2.Prototyp mit OPs

In den letzten Tagen habe ich ein bisschen
weitergebastelt, viel gerechnet,
und einen zweiten Prototyp-Balancer aufgebaut.
Zwar noch nicht mit den endgültig geplanten ICs,
aber schon mal mit der vorgesehenen Beschaltung.
Mittlerweile ist die Schaltung schon mal
durchgemessen worden. Alles bestens!
Mit 4-fach OP aufgebaut,1,2VReferenz
Eingangsspannungsteiler gesamt 3K also 1,1mA
Messtrom Schaltschwellen 2,20v; 3,50V 3,60V
Genauigkeit besser als 0,01V (10mV!)
eingestellt mit "Standardwiderständen"
2Meldeschleifen:Störung (Über oder Unterspg.)
und Balancer arbeitet über 30%.
wird zusammengefasst zu "alle arbeiten"
(hierzu demnächst mehr)
Problemlos (fast) auf andere Werte abgleichbar
Gesamtstromaufnahme ca 2mA in Ruhezustand,
d.h. Bereit, aber zwischen 2,2 und 3,5V
Für 100Ah Akkus kein Problem
auch nicht bei Meldung Unterspannung!??
Die sollte ja eh nicht lange anstehen.
Die Meldung an sich braucht praktisch
keinen Strom,aber eine völlige Abschaltung
bei Unterspannungist nicht vorgesehen.

Es gibt Operationsverstärker, die bereits ab 1,8V
zuverlässig arbeiten.Schwieriger ist es schon
mit Referenzspannungsquellen.
Solche mit Eingang, GND und Ausgang
laufen meist erst ab 3V. Dreimal dürft Ihr
raten, warum bei G_F die Abschaltung
bei 2,2V über ein getrenntes IC erfolgt...
Ich habe aber was passendes gefunden!
Das ist verwendbar, weils nur 2-Polig ist.
Von 0,5-10mA 1,24V +- 0,5% das sollte
reichen. Das mit dem Stromverbrauch ist
so eine Sache.... Da der Balancer immer
eingeschaltet ist, muss die Stromaufnahme
minimal sein.Größtes Problem ist der
Eingangsspannungsteiler.
Gar nicht so einfach zu berechnen, und dann
sollen die nötigen Widerstände auch noch
handelsübliche Werte haben.
Poti ist nicht! Das kann sich verstellen!
Hier gehts "ganz genau"
Und wegen des Stromverbrauchs darfs nur
ein einziger Spannungsteiler sein.
Wie rechnet man so was aus?
Referenzspannung ist 2,24V.
Ich brauche also eine Reihenschaltung,
bei der ich bei meinen gewünschten
Schaltschwellen von 3,6V; 3,5V;und 2,2V
irgendwo meine Spannung von 1,24V
anliegt. 3,6V ist etwa 3 x 1,24
gewünschte Stromstärke ca 1mA.
Also der erste Widerstand passt mit
1K. Es stellte sich aber 1,1k als besser
passend heraus.
Ich hab grad die Werte nicht zur Hand,
aber Jetzt weiss ich, welcher Strom
fliessen muss, damit bei 3,6V an
1k1 1,24V anliegen. Daraus ergibt sich
der Gesamtwiderstand.
Hieraus kann ich berechnen, welcher Strom
bei 3,5V und bei 2,2V fliessen muss.
Aus diesen Werten ergibt sich der nötige
Widerstandswert für 1,24V Spannungsabfall.

Ergebnis war letztlich:
erster Widerstand:1k1 (3,6V)
zweiter Widerstand 33R (3,5V)
dritter Widerstand 660R (2 x 330R, 2,2V)
vierter Widerstand 1500R (Vorwiderstand)
damit waren die Schwellen 0,08V zu hoch,
also noch 30k parallel zum 1500R
und es passt perfekt.

Im Grunde genommen habe ich jetzt
nur die Funktion des Seiko-ICs nachgebildet,
aber eben mit den von mir gewünschten
Schaltpunkten. Der MOSFET schaltet sauber,
auch ohne spezielle Treiberstufe.
Eine weitergehende Regelung ist nicht nötig.
Es ergibt sich ganz automatisch eine
Taktung und das genügt in dem Fall.
Die Meldungen für Über- und Unterspannung
habe ich auf eine zusammengeführt,
das sollte auch reichen.
Für die Meldung, ob der Balancer arbeitet
habe ich mir was besonderes einfallen lassen.
Das Signal, das den MOSFET des Balancers
ansteuert geht auch über einen
hochohmigen Spannungsteiler auf einen
Kondensator, dessen Spannung
gewissermaßen das Impuls-Pausen-
Verhältnis des Balancers darstellt.
Da ohnehin der vierte OP nicht
anderweitig benutzt war, kann ich damit
feststellen, wann der Balancer zu
etwa 30% arbeitet.
Ich werde dieses Signal nutzen,
um den Ladevorgang zu beenden
sobald der letzte Balancer beginnt
zu arbeiten. Dann ist auch der
letzte Akku voll.
soviel heute zur Balancerschaltung.
Ich denke mal, die bleibt so!

Nächstes Problem:
Wie kann ich ausgeben, welche
Zelle Alarm ausgelöst hat?
Das geht mit einem Satz Steuerleitungen.
Aber das soll jetzt keinen Strom fressen!
Zumindest nicht im Ruhezustand
und bei Unterspannung!
Das wird interessant!
Optokoppler scheiden schon mal aus.
Es gibt aber von Analog Devices
die "ADUM"-Serie!
Das sind Induktiv gekoppelte ICs!
Wie winzige DC-DC-Wandler mit
ein- und Ausgängen!
Damit könnte ich leistungslos eine
Meldung isoliert rausschicken
und auch rein!
Leistungslos soll in diesem Fall heissen,
dass Die Energie nicht aus dem Balancer
kommt, sondern aus der Auswerteeinheit.
Aber da MOSFETs ja nicht über die
Stromstärke sondern über die
Spannung am Gate gesteuert werden,
braucht ein Mosfet wenn er erst
mal angesteuert ist praktisch
keine Energie damit er durchschaltet.
Ich will die Auswerteschaltung
ja mit dem 12V Bordnetz betreiben.
Ich denke da ganz besonders
an den ADUM5201 bzw 5401
bzw 5403 oder 5404
Das sind ein bidirektionale
Isolier-koppler mit DC-DC-Wandler!
Was bedeutet das?
ganz einfach: Das Ding wird auf einer
Seite versorgt mit 5V, auf der anderen Seite
kommen 5Vraus und zwar galvanisch
getrennt bis 2500V Isolationsspannung.
Zusätzlich gibt es noch zwei (bzw.4)Datenkanäle
in verschiedene Richtungen je nach Typ.
Wenn nun die Versorgung von aussen käme
also aus der Auswerteeinheit dann könnte ich die
Stör- etc-Signale auf den Balancerboards
mit Mosfets leistungslos schalten. Die
Balancer können ihre Meldungen an die
Auswerteschaltung senden, und ich könnte sogar
auf die Kette aus Mosfets für die Störschleife
verzichten.
Das wäre also der ADuM5403 bzw 5404

http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/ADuM5401_5402_5403_5404.pdf
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/240448/AD/ADUM5201.html

Eigentlich brauche ich ja gar kein Signal
in Richtung Balancer, aber damit wäre sogar eine
Abschaltung des Balancermoduls möglich!
Und, die Meldung
"irgendein Balancer arbeitet "
auszugeben wäre auch noch drin.
(zum Reduzieren des Ladestromes
in der "Balacier-Phase)
Die ICs sind noch nicht einmal teuer!
ca 2€
nur so ein Tip:
damit könnte man recht gut einige
Voltmeter galvanisch getrennt versorgen.
Bei "Blei-Mobilen" sicher die einfachste Lösung.

Ich muss mal durchkalkulieren, was letztlich
sinnvoller ist, wenn keine Einzelspannungsanzeige
gebraucht wird. Schleifen mit Mosfets
oder gleich ein ADuM540x aber schon aus
Platzgründen und wegen der
Standardisierung der Schaltung
denke ich, dass der ADuM die
bessere Wahl sein wird.Da ist nämlich noch
ein ganz wichtiger Grund:
Auf den Bandkabeln für die Meldungen
liegen dann nur 5V-Signale! sonst nix!

Die Balancer-Schaltung funktioniert
auch ohne Meldungen etc...

Ich denke mal,es wird verschieden
luxuriös bestückte Module geben.

Minimalkonfiguration wäre wohl
ein einfach-OP und nur
Balancerfunktion.
Das wäre mit ca 4€ Material
pro Zelle realisierbar!
Extras kosten dann extra!





mfG Franz







mfG Franz

09 Oktober 2009

Wie soll der Balancer in der Praxis aussehen?

Ich habe mich entschlossen, das Balancersystem als einzelne
Module (je eins pro Zelle) zu gestalten.Das macht das System
universeller verwendbar. Vorerst werde ich die Regelung
wohl mit einem vierfach-OP vornehmen, um einfach
flexibel zu bleiben, und die Schaltschwellen jederzeit
modifizieren zu können.
Als Ziel habe ich allerdings (noch?) die Verwendung der
Seiko ICs im Auge.Die müssen aber mit den
passenden Schaltschwellen bestellt werden, und
da liegt das Problem. (VE = 3000St.!)
Das geht erst,wenn alle Werte 100%ig passen

Es gäbe noch eine Möglichkeit:
einen "PIC",das ist ein winziger "Komplettrechner"
inzwischen sind das "Pfennigartikel"
Alles in einem einzigen IC ab ca 1Euro.......
Drei Spannungsgrenzen auswerten ist da
überhaupt kein Problem, ich muss nur schauen,
welche Typen schon mit 2V laufen, und ob ich
die nötigen Programmiergeräte etc. dafür habe.
"Mal schaun!" Mit Blick auf "Mindaugas",
Der hat einen passenden gefunden, aber für den
habe ich nicht das nötige Zubehör.(ATtiny25)
Der 12F683 bzw der 12F675 wären zur Not
auch geeignet, da hätten wir sogar schon
ähnliche Programme in der Schublade,
aber hier fehlt eine Referenzspannung.
Ein LM 4041CFTA von Zetex wäre da
brauchbar (1,24V ca.50cent)
Das Problem ist die niedrige
Versorgungsspannung. die 12F....
laufen ab 2V der Attiny ab 1,8
viele Spannungsreferenzen erst
ab 3V. Der 4041 ist 2-polig
und geht schon mit ein paar µA
auf 0,5% genau. Thats IT!
wenn ich aber schon eine
Spannungsreferenz brauche,
dann bringt der PIC wenig,
weil ich für den 4-Fach-OP
nur vier (bzw5) Widerstände mehr
brauche und auch kein Geld gespart ist.
Eine Reihenschaltung aus
(+) ; 1k5 ; 660R=2x330R ; 33R ; 1k1 ; (gnd)
kommt recht genau auf Schaltschwellen bei
3,6V (Übersp.) ; 3,5V (Balancer ein)
und 2,2V (Untersp.) ; etwas zu hoch, ca 3%,
das würde mit 1,2V Ref. passen, aber etwas
hintrimmen, dann passt das perfekt.

Aus elektrischen und mechanischen Gründen finde
ich es optimal, die Regler auf den Akkubrücken
zu montieren bzw. an deren Stelle, und den
Pluspol als kurzes Kabel auszuführen.
Die Platine direkt auf dem Akku anzuschrauben
halte ich für gefährlich, da der hohe Strom
mir für irgendwelche Durchkontaktierungen
als zu hoch und somit gefährlich erscheint.

Aufgrund des Modularen Aufbaus ist jedes
Modul gleich. die Verbindung zwischen den Modulen
soll per Bandkabel erfolgen und die Meldungen
sind als Schleife gestaltet, so dass eine
Unterbrechung sofort auffällt.

Vorgesehene Meldungen:
1.Unterspannung irgendeiner Zelle
2.Überspannung irgendeiner Zelle
3.Irgendein Balancer arbeitet
bzw alle Balancer arbeiten.

Unter und Überspannung werde ich
zusammenfassen, da sicher unterschieden
werden kann, ob grad geladen oder
entladen wird.

Ob irgendein Balancer schon arbeitet ist
wohl nicht soooo wichtig, aber wenn
alle arbeiten, dann kann der Ladevorgang
beendet werden, Da fehlt irgend ein
"zeitfaktor", da die Balancer ja takten.

Wenn ich z.B.12-Poliges Kabel nehme,
ist die Zahl der Meldungen nicht das Problem.
eher schon der Platz auf den Modulen.
Das allgemein bekannte Goodrum-Fechter
System hat da ein paar arge Nachteile,
die aber nur bei Verwendung an "großen"
Akkus ins Gewicht fallen.
Für den eigentlichen Verwendungszweck
an kleinen Akkus (Fahrräder etc.)
ist das System prima! Ich will das System
ganz gewiss nicht schlecht machen,
aber mit Ladeströmen von 20A und mehr
ist es ganz einfach überfordert.
Dafür war es auch nie gedacht!
Insbesondere die Überspannungs-
überwachung ist unverzichtbar,
wenn der Ladestrom höher ist,
als die maximale Balancerstromstärke.
(falls mal eine Zelle "stirbt")
Der Zustand "alle Balancer arbeiten"
muss als Schaltkontakt zur Verfügung stehen,
und sollte den Ladevorgang beenden
indem das Ladegerät abgeschaltet wird
ob jetzt irgendein Balancer schon arbeitet,
das erscheint mir nicht ganz so wichtig.
Andererseits wäre das ein Signal,den
Ladestrom zu reduzieren, da sonst
Energie in den Balancern verheizt wird

Wie könnte man bei Einzelmodulen
auf einzelne Zellen zugreifen,
z.B. die Spannung messen ???????
oder wenigstens ausgeben,
welche Zelle Störung meldet?

Das könnte gehen, wenn man Steuerleitungen
binär codiert ansteuert.(noch nicht getestet)
mit sechs Leitungen + Masse könnte man
sowohl ein bestimmtes Modul ansprechen,
(Spannungsmessung)
als auch die Nummer des Moduls mit
Störung erhalten. bis zu 63 Zellen!
Das geht in beide Richtungen!
Wenn die eingegebene Zahl mit der Nummer
des Moduls übereinstimmt schaltet ein Relais
die Spannung der Zelle auf zwei Messleitungen.
Meldet ein Modul Störung, speist es von sich
aus seine Zahl ein und gibt gleichzeitig seine
Spannung aus. Wird keine Zahl eingespeist,
ist die Zahl also 0 so könnte die Gesamtspannung
angezeigt werden.Die Zahl kann ohne
großen Aufwand angezeigt werden
Hier stimmt die Anzeige natürlich nur bei
einer einzigen,bzw der ersten Meldung,
aber das hilft ja schon mal weiter.
Das Anziehen mehrerer Relais gleichzeitig
ist auch einfach zu verhindern, enn man Relais
mit vier Umschaltkontakten nimmt.
und die Versorgung (12V und GND)
von beiden Enden her einspeist und
über Öffner weiterleitet. Zieht ein
Relais an, kann kein anderes mehr
anziehen
Wenn man mehr will wirds wirklich kompliziert.
Die Adernzahl der Verbindungskabel ist
kein Problem und da können vorgefertigte
Kabel ganz einfach angesteckt werden.
In diesem Fall müssten die Module
entsprechend kodiert werden.
z.B. durch Dioden bzw Jumper
wenn der Platz reicht.
Da kommt schon so manches an Teilen
zusammen.
eine Referenzspannungsquelle
ein vierfach-OP
vier Widerstände für den Spannungsteiler
ein kleiner MOSFET + Diode +Widerstand
je Meldeschleife
ein Optokoppler + ca 8 Dioden für
die kodierte Nummernausgabe,
und falls man sogar noch die
Spannungsausgabe haben will
käme wohl noch ein Relais
+ etliche UND-Gatter dazu
Das wird Eng! aber in SMD-Technik
müsste es gehen. Der Lastwiderstand
sowie die Bandkabelstecker sind auch
noch da.............................

Die Nummernausgabe ist wohl machbar,
aber das Messgerät wird ganz sicher
ein eigenständiges Gerät. Aber das
von den Modulen aus anzusteuern,
das geht auf alle Fälle.
Dann wird zumindest festgestellt,
welche Zelle den Alarm ausgelöst hat,
und die Spannung sowie die Nummer
der Zelle werden angezeigt.
(Mehraufwand pro Modul ca 3€)
sowie "Spaghettiverdrahtung" mit
dünnen Leitungen zum Messmodul.

Ich will dort auch ein Voltmeter einbauen
und das Bedienteil extra bauen.
Eine Taste für 0 (null) eine Taste für "UP"
eventuell auch eine für "Down" eine
Siebensegmentanzeige für die Nummer
und ein Diitalvoltmeter.Bei 0 wird die
Gesamtspannung angezeigt, bzw
Automatisch bei Störung eines Moduls
dessen Wert gezeigt.Wie schon gesagt,
nur das erste wird richtig angezeigt,
aber das ist doch schon was.
Dann muss man sowieso Fehlersuchen,
deshalb auch die Bedienung vom
Batterieraum aus.

Leute, sagt mir Eure Meinung!
Konstruktive Kritik ist immer willkommen

mfG
Franz