Ohne GND-Verbindung Spannungen messen?!

Hey!

Ich habe mir eine einstellbare Spannungsquelle gebaut - aka Labornetzteil für Arme :D - basierend auf ein 48V DC Netzteil und ein DP50V5A. Das ist ein einstellbarer step-down converter, der allerdings ein paar nette Features hat, wie u.a. einen Ein/Aus-Schalter (WOW :D ), eine maximale Strom-, Spannungs- und Leistungsbegrenzung und der Möglichkeit im constant current (CC) und constant voltage (CV) Betrieb zu laufen.

Letzteres würde ich gerne verwenden um Li-Ion-Zellen zu laden. Das Teil ist laut meinen Messungen was die Genauigkeit und das Schwingverhalten angeht allemale gut genug dafür.

Was ich jetzt gerne machen würde: Da Li-Ion Zellen deutlich weniger stark altern, wenn man sie nicht komplett voll lädt, will ich nun über diesen step-down converter die Zellen erst mit CC und sobald die Spannung von 4.2V erreicht ist, im CV Betrieb laden - soweit keine Besonderheit.

Damit der Akku aber nicht bis 100% sondern Wahlweise nur bis 80%-90% geladen wird, will ich den Ladevorgang über ein solid state relay beenden, sobald im CV Betrieb ein bestimmter Stromfluss unterschritten wird.

Die Strommessung mache ich mit einem ACS712 (5A) und sollte soweit nichts besonderes sein.

Nun zum Problem: Damit ich den Ladevorgang automatisiert beenden kann, möchte ich zuerst messen, ob am Akku die 4.2V anliegen. Außerdem kann ich hier auch nochmal einen zusätzlichen Schutz vor Überspannung einbauen (sicher ist sicher ohne Langzeittest und zum Schutz vor Benutzungsfehlern des DP50V5A) Somit weiß das Arduino, dass die Zelle auf ein bestimmtes Mindestmaß geladen wurde und verhindert, dass bereits zu Beginn der Ladevorgang (weil da eben der Strom auch mal unter einem bestimmten Wert ist) abgebrochen wird.

Mein Arduino wird über einen weiteren, fest eingestellten step-down converter mit 5V versorgt und hängt somit zusammen mit dem 48V Netzteil und dem DP50V5A (Eingangsseitig, also am IN-) auf der gleichen Masse.

Das DP50V5A hat einen OUT- und einen OUT+ Ausgang. Laut Hersteller, darf ich OUT- nicht mit IN- verbinden, weil sonst das DP50V5A kaputt geht.

Messung mit meinem Multimeter sagen zwar, dass zwischen IN- und OUT- 0V anliegen, aber riskieren will ich dennoch nichts und habe daher auch diese beiden nicht kurzgeschlossen. Schaltpläne habe ich von dem DP50V5A natürlich nicht und die gibt der Hersteller auch nicht raus.

Fragen: Kann es sein, dass das Modul durch kurzschließen von OUT- und IN- zerstört wird? Was passiert denn dann genau? Angenommen die Behauptung "Modul wird zerstört" stimmt. Wie messe ich mit einem Arduino die Spannung zwischen OUT+ und OUT-?

Vielen Dank und lieben Gruß!

Letzteres würde ich gerne verwenden um Li-Ion-Zellen zu laden.

Vergiß es, Netzteile sind zu ungenau um LiPo's zu laden. Die Spannung muß sehr genau sein und normale Netzteile sind da einfach zu ungenau.

Kauf Dir ein ordentliches Ladegerät für LiPo.

Kann es sein, dass das Modul durch kurzschließen von OUT- und IN- zerstört wird? Was passiert denn dann genau?

Wie oder woher sollen wir das wissen? Was der Hersteller sagt, ist einzuhalten.

Angenommen die Behauptung "Modul wird zerstört" stimmt. Wie messe ich mit einem Arduino die Spannung zwischen OUT+ und OUT-?

Indem Du eine Spannungsmessung machst und die Meßwerte digital isoliert weitergibst. Die Meßschaltung muß dabei auch eine isolierte Spannungsversorgung haben.

Grüße Uwe

Ich frage mich das nur, weil wenn zwischen IN- und OUT- kein Potential abfällt, wie soll da ein Strom fließen um da etwas zu zerstören?

Zum isoliert messen fallen mir nur zwei Möglichkeiten ein, die aber beide doof sind :D 1. Messschaltung mit Spannungsversorgung über Batterie (... wenn die Batterie leer ist geht nichts) 2. Messchaltung über OUT+ und OUT- mittels Schaltregler mit Spannung versorgen. Das setzt aber voraus, dass OUT+ und OUT- nur in einem eingeschränkteren Bereich laufen darf (z.B. nur von 0-4.5V), weil der Schaltregler sonst die Spannung nicht auf 5V für das Arduino bringen kann. Ansonsten müsste man alle Spannungen erst auf z.B. 50V hoch bringen und dann wieder auf 5V runter wandeln... irgendwie unschön.

Zur Ladeschlussspannung und den Netzteilen: Wenn die Spannung etwas niedriger ist, ist das ja nicht so schlimm, daher muss ich ja nicht bis 4.20V + dem Schwingen des Netzteils laden. Das "nicht ganz vollladen" kann ich entweder durch ein abbrechen des Ladevorgangs bei 4.20V und einem unterschreiten eines bestimmten Ladestromes oder durch Laden auf 4.15V (o.ä.) bei einem etwas niedrigeren Ladestrom-Schluss erreichen. Klar hat jedes Netzteil ein gewisses Restschwingen von einigen mV, aber das sollte hier kein Problem sein, da ich nicht vor habe bis zur Belastungsgrenze zu laden. Die Li-Ion sind außerdem nicht so brandgefährlich wie die LiPo Zellen. Daher schätze ich das Risiko hier (natürlich anfangs alles noch zusätzlich manuell mit Oszilloskop überwacht) nicht so groß ein.

Um zusätzlich die Genauigkeit zu überwachen, will ich ja langfristig automatisiert mit einem Arduino ran. Wenn sich dabei dann herausstellt, dass das zu ungenau ist, kann ich mir immernoch was anderes einfallen lassen. Wobei ich auch nicht weiß, was ein 15€ Ladegerät so viel besser machen können soll als meine Idee...

Wenn der Hersteller das Verbinden des Minus verbietet, ist das sicher nicht grundlos. Es gibt Schaltungen die das nicht “erlauben”. Das du keine Spannung dazwischen misst kann auch dran liegen, das die potentialgetrennt sind. Nimm 2 Batterien, messe zwischen Batterie 1 und Batterie 2 am Minus, welche Spannung anliegt. Und zwar ohne das irgendwas miteinander verbunden ist ansonsten

Grundsätzlich schaut das ganze ziemlich wild aus. 48V Netzteil, auf 4,2V runter brechen mit einem Stepdownwandler um eine Ladespannung zu bekommen ist relativ wild. Machst du Fehler, fängt deine regelung das spinnen an, geht der Arduino in Störung brennt dir die Bude. LiPo sind Brandgefährlich.

Leider kann ich nicht genau sagen, welche Potentiale du verbinden darfst und welche nicht. Dazu wäre zumindest ein vollständiger Schaltplan nötig. Und was soll mit dem SSR abgeschaltet werden? Man kann in Ladezweig der Spannung nichts mehr dazu schalten, weil jedes Teil Spannungsabfälle erzeugt. Selbst ein Relaiskontakt kann dir 50mV kosten. 4,2V ist aber schon so hart an der Brandgrenze (die beginnt wenn man 4,25V überschreitet, das sind gerade mal 50mV). Ist zwar leicht änderbar wirst du sagen, hast ja auch recht. Aber zeigt mir, das du nichts übers Thema weist, allenfalls ein bischen Wikipedia gelesen hast. Das ist bei weitem zu wenig, solche Konstrukte zu bauen.

Kauf dir für 10 Euro ein 5 V Netzteil, nimm ein FET Platine, zb Motortreiber, einen Pol. Dahinter kommt ein dicker Kondensator, je nach Ladestrom mindestens 1000µF/A. Und pulse den mit PWM auf deine Werte. Ein 1Ohm Widerstand in der Leitung, danach die Spannung messen und schon hast du deine Spannungsüberwachung. Und am Spannungsabfall am Widerstand misst du den Strom. An 1Ohm fallen 1V bei 1A ab. Misst du vor und nach Widerstand, ist die Differenz dein Strom. Willst du mit mehr Strom laden, reduzier den Widerstand. Auch 0,5 oder 0,1Ohm gehen, wobei bei 0,1Ohm die Spannungsdifferenz relativ klein wird und der Messfehler größer.

Jedenfalls bekommst du auf diesem Weg mal ein Gefühl für das Thema. Wenn das erstmal funktioniert, lernst du dabei auch, wie man richtig messen muss. Und vieleicht dann den FET mit deinem Spannungsregler ersetzen. Aber ohne ansatzweise Grundkenntnisse gleich mit 48V ein 4,2V Lithiumakku zu laden ist heftig.

Nochmal: es sind Lithium Ionen Zellen. Keine LiPos.

Zum Thema "brandgefährlich" kann man auch sagen, dass jedes Ladegerät grundsätzlich (durch überhitzen, Alterung etc...) in der lage ist Batterien in brand zu setzen - und das ist ja auch schon bei kommerziellen Lösungen passiert.

Mit meiner Lösung habe ich bereits einige Li-Ion und LiPo Zellen, die durch Ladegeräte wegen Spannung unter 3.0V nicht mehr geladen werden konnten, erfolgreich, überwacht per Oszilloskop und Multimeter, sicher vollladen können ohne, dass diese auch nur ansatzweise wärmer wurden. Diese haben auch wieder die alte Kapazität beim nun wieder "normalen Laden" und waren mit 2.9V auch noch einiges von "Tiefentladen" entfernt.

Zur vorgeschlagenen Lösung: Du meinst es ist sicherer eine Lithium Zelle über ein gepulstes (wenn auch durch einen großen Kondensator geglättetes) Signal zu laden, das über eine vom Arduino eingelesene Spannung (mit dessen Präzision und Standardabweichung) generiert wird und machst dir dabei aber keine Sorgen, dass im Fehlerfall der Puls hängen blieben könnte (o.ä.) und man dann mit 5.0V statt mit 4.20V läd? Das Ganze natürlich ohne jedliche Absicherung... Aber der 50mV SpannungsABFALL durch ein Relais ist erwähnenswert? Das kann man messen und raus rechnen/kompensieren, wenn diese 0.05V tatsächlich ein Problem darstellen sollten (ist bei mir ja eh nicht der Fall).

Können wir uns auf Lösungen zum eigentlichen Problem konzentrieren, statt mir irgendwelches Halbwissen zu unterstellen? Da ich deiner Meinung nach "nichts übers Thema weiß", würde ich gerne mal von dir wissen, bei welcher Spannung die meisten Lithium Akkus geladen werden?... Nicht bei 4.2V? Sondern? Übrigens, da ich gerne mehr Ladezyklen hätte, statt voller Kapazität, erwähnte ich bereits, dass ich auch gerne bei 4.15V und darunter laden könnte. Wirkt jetzt alles nicht so recht nach "nichts übers Thema wissen", aber kläre mich doch bitte darüber auf, auf welche Spannung übliche 3.6V LiIon (und von mir aus auch die von dir genannten üblichen 3.7V LiPo) Zellen geladen werden.

Es ist ja wirklich lieb, dass du mir helfen willst, aber etwas, dass man nicht getestet oder gemessen hat als gefährlich einzustufen und dabei aber eine Lösung vorzuschlagen, die gefährlicher ist (bei mir dient das Arduino ja zum doppelten Schutz, falls mal unbeaufsichtigt geladen wird und bei Ladeende oder im Fehlerfall die Zuleitung "gekappt" werden kann) und gleichzeitig irgendwelche Behauptungen aufzustellen ist jetzt nicht wirklich hilfreich.

Aber dennoch danke für deinen Beitrag, dass Ein- und Ausgänge potentialgetrennt sein können hab ich gar nicht berücksichtigt.

Und auch wenn die Lösung erstmal "wild" aussieht, so nutze ich diese Lösung auch zur Spannungsversorgung von anderen Dingen (weil wer hat schon ein 3.3V, 5V, 9V, 12V und 36V Ladegerät oder auch mal was dazwischen immer zur Hand?) Beim Prototyping oder zum Testen von Motoren etc. will ich das Teil nicht mehr missen.

Leon333: Können wir uns auf Lösungen zum eigentlichen Problem konzentrieren, statt mir irgendwelches Halbwissen zu unterstellen?

Nein. Ich gebe Dir keine Infos oder Lösungen damit Du Dein Projekt realisieren kannst, weil ich der Meinung bin, daß Dein Projekt nicht sicher ist. Das unabhängig von Deinem wirklichen oder vermeindlichen Wissensstand.

Die minus -Anschlüsse könnten nicht zusammengeschlossen werden dürfen weil Entstörungsdrosseln auf beiden Polen ( +In und -IN) angeschlossen sind. Wenn dann -IN und -OUT zusammengeschlossen werden wird die Entstörung negativ beeinflußt. Daß Du mit einem Tester wenig bis nichts mißt, heißt noch nicht, das da nichts da ist.

Es ist ja wirklich lieb, dass du mir helfen willst, aber etwas, dass man nicht getestet oder gemessen hat als gefährlich einzustufen und dabei aber eine Lösung vorzuschlagen, die gefährlicher ist (bei mir dient das Arduino ja zum doppelten Schutz, falls mal unbeaufsichtigt geladen wird und bei Ladeende oder im Fehlerfall die Zuleitung "gekappt" werden kann) und gleichzeitig irgendwelche Behauptungen aufzustellen ist jetzt nicht wirklich hilfreich.

Es ist nicht zu beweisen daß es gefährlich ist, sondern zu beweisen, daß es nicht gefährlich ist. Darum ist jede Schaltung, vor allem die man nicht kennt, gefährlich weil das Laden von Li Akkus an sich kritisch ist.

Grüße Uwe