75 mV = versterken + en - 100X voor het meten van accu lading

Ik zwerf rond in Australie met een caravan met 1300 Watt solar op het dak en 400 Ah accu's. De solar energie van de panels is eenvoudig te meten alsook het totaal wat er in en uit de accu's komt. Het weten of de 4 accu's (welke parallel zijn geschakeld) "individueel" goed functioneren bestaat geen meter voor en dus heb ik een Arduino (mini computer met analoge en digitale in/uitgangen) geprogrammeerd welke lekkage, temperatuur, gaslek en stroom registreerd van iedere accu op zich. Alles werkt behalve de stroommeting. Het probleem ligt hier tweedelig. De 50A shunt welke op iedere accu is aangesloten levert een spanningsval op van 75 mV bij 50 A en de arduino werkt van 0 tot 5 volt op de ingang. Het tweede probleem is dat de Arduino uitsluitend positieve spanningen kan gebruiken op de ingang en over de shunt valt zowel een negatieve als een positieve spanning afhankelijk van het laden of ontladen van de betreffende accu. Om het verhaal kort te maken,
ik heb een versterker nodig om een gelijkspanning van 0 tot 75mV te versterken naar 0 tot 5V. En dit geinverteerd en normaal. Een andere oplossing zou zijn om de nul op 2,5V te leggen en de ontlading van 0 tot 2,5V te registreren en het laden van 2,5V tot 5V. Beide heb ik uitgeprobeerd met OpAmps maar dat werkt niet. De ingangsspanning is te laag denk ik. Bovendien is de shunt nagenoeg 0 Ohm en dat zou ook de OpAmp schakeling kunnen beïnvloeden. Ik hoop dat mijn verhaal duidelijk genoeg is. Vertel mij wat er niet duidelijk is. Voor de komende weken heb ik dagelijks internet en ik kijk uit naar jullie reacties. Ronald
Jij hebt een meetversterker nodig die 150 mV versterkt naar 5 volt. Verder de nul op 2,5 volt legt. Ook zul je de uitgang van deze versterker moeten begerenzen op 5 volt. De analoge ingang van jouw atmel vind een te hoge ingangsspanning niet erg leuk. Kans op schade is groot. Je gebruikt alles in een mobile omgeving waar zeer veel storing kan voorkomen. Een schakelpiek ver boven de vijf volt heb je zo.

Een versterker die die 33 x versterkt is te realiseren met opamps. Voor de laatste (buffer) opamp zou je een rail-to-rail uitvoering kunnen nemen. Dan is dat je begrenzing voor een te hoge spanning over je shuntweerstand.. Spanningspieken zul je met wat capaciteiten en inducties uit jouw versterker moeten halen.

Kijk heel goed hoe je je versterker voed en hoe alle nul volt en massa verbindingen aan elkaar hangen. Ik denk dat je je versterker geheel zwevend van het boordnet moet maken en misschien je arduino ook. Als je shuntweerstand van polariteit verandert doordat de accu gaat laden moet je eens kijken wat de hier de massa aansluiting moet zijn en is die hetzelfde als de massa van je arduino.

Zit je shunt in de plusleidingen van de accu dan gaat het mis met je metingen. Waarschijnlijk gaat er ook iets stuk. Met de shunts in de minleidingen kan het wel denk ik. Maar ik moet de schema's zien om iets zinnigs te kunnen zeggen. Heb je nog een massa schakelaar per accu of 1 massaschakelaar voor alle accu's.

Ooit heb ik om dergelijke problemen te omzeilen dit gemaakt:
https://www.analog.com/-/media/analog/en/circuit-collections-images/ltc/435-circuit-1.jpg?w=900

Aan de uitgang een kleine trafo met daar achter een frequentie naar spanning omzetter met daarachter een metertje. Dit alles om maar een galvanische scheiding te creëren tussen de meetsonde die hard aan massa lag en een meetsysteem dat met plus aan massa lag.

Dit is wel ouderwets. Nu zou ik in plaats van een trafo'tje een opto gebruiken met de cpu pulsen gaan tellen.

[Bericht gewijzigd door Ex-fietser op 8 december 2018 00:51:05 (16%)]

Thevel

Golden Member

Daar zijn heel mooie Current Sensing IC's voor, de eerste hit op Google gaf bijvoorbeeld deze.
Hij meet maar 1 richting, voor 2 richtingen zul je 2 IC's kunnen gebruiken (moet kunnen volgens mij), de IC's zijn heel betaalbaar..
Mogelijk zijn er ook Current Sensing IC's voor 2 richtingen.
Thevel en Ex-fietser bedankt voor jullie snelle en complete reactie. Het is 13.00 hier en dus 03.00 in Nederland. Wouw. Thevel heeft het over de current sensing IC's en die heb ik maar die meten niet meer dan 10A en ik heb nog geen zwaardere weten te vinden. Mooi is dat ze direct op een arduino passen. Ik gebruik vier accu's van elk 100 Ah welke ieder afgezekerd zijn met 60A. De accu's staan parallel geschakeld en zijn op 140A afgezekerd naar de inverter. De maximale stroom te meten per accu zal dus 60A zijn en de shunts hebben een werkstroom tot 50A. De laad en ontlaadstroom per accu zal bij normale werking beperkt blijven tot max 40A. Ex-fietser heeft het over mogelijke schakelpieken. Daar moet ik zeker aan gaan denken maar in eerste instantie zal dat mee moeten gaan vallen denk ik zo. De inwendige weerstand van accus is bijzonder laag en zolang de accu in een goede conditie verkeerd zouden pieken beperkt moeten blijven. Evenwel een goed idee om enkele spoelen en C's op te nemen in het ingangscirquit. De shunt ligt aan massa. De massa van de nog te maken voorversterker en de Arduino liggen aan de kant van de shunt welke niet aan de accu is verbonden. Waar ik nu mee te maken heb is een shunt verbonden aan de min van een accu. De andere kant is de min voor alles wat er volgt in de schakeling. Over de shunt valt maximaal 75mV neg of pos. +75mV tot -75mV bij practisch 0 Ohm. Moet ik verbinden aan een Arduino welke analoge ingang leest tussen 0 en 5 volt. Nu terug naar Ex-fietser. Het is een mooie schakeling en ik heb zelf, zij het dan heel wat eenvoudiger, ook zo iets gemaakt. Het probleem hierbij was voornamelijk de dubbelle voeding. Ik heb alleen 12V van de accu. Werken met een extra Opamp voor het maken van een virtuele massa werkte ook niet. Ik hoop dat jullie nog een beetje willen meedenken, het helpt heel veel om zo reacties te krijgen. Groeten, Ronald
Ik denk dat ik het antwoord heb gevonden. Thevel gaf de aanzet om verder te zoeken op HAL detectors en ik denk dat ik de juiste heb gevonden voor de Job. Hij, zij, kan positief en negatief meten en 50 Amp is geen bezwaar. Hier is de link met de informatie. http://henrysbench.capnfatz.com/henrys-bench/arduino-current...-tutorial/ . Wellicht heeft iemand anders nog een idee? Deze ga ik in ieder geval bestellen. Bedankt zover.
Een opamp kan ook met een enkele voeding. Bijvoorbeeld zo:



De opamps versterken zo 47 x, dus 75 mV wordt 3.5 Volt.

U1B inverteert, dus out2 geeft signaal als Punt A negatief wordt.
De andere inverteert niet, dus out-1 geeft signaal als punt A positief wordt.

Je moet dan wel opamps kiezen die met 0V kunnen werken, zowel op de ingang als op de uitgang. Dat gaat niet met alle opamps, maar er zijn er genoeg die daar geen moeite mee hebben.

Maar het kost op deze manier wel 2 analoge ingangen voor elke shunt.

[edit]

Deze zijn ook wel interessant denk ik:
https://www.ebay.com/itm/5A-30A-range-ACS712-Module-Current-...rk:13:pf:0
Bij dit soort modules is de meetschakeling volledig geisoleerd van de shunt. Wel zo handig met 4 van die dikke accu's.
De ACS758-050B Hall sensor is prima geschikt. https://i.ebayimg.com/thumbs/images/g/MN0AAOSwjXNbBT~R/s-l225.jpg

Verkrijgbaar op eBay:
https://www.ebay.com/itm/ACS758LCB-050B-PFF-T-Hall-Current-S...:rk:1:pf:0

@deKees: waarom zo omslachtig? Als je de niet-inverterende ingang van de bovenste opamp met 2 weerstanden omhoog legt, zodat de uitgang in rust halverwege de voeding hangt ben je er ook, met als bijkomend voordeel dat je ook geen rail-to-rail opamp nodig hebt. De versterking moet dan omlaag naar ongeveer 25x, terwijl de niet-inverterende ingang iets hoger komt dan de maximale spanning die je over de shunt verwacht (die 75mV).

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op 8 december 2018 22:51:15 (17%)]

Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Bedankt Sparky en deKees,
Ik heb excact gemaakt wat deKees voorstelt en dat ook in twee andere gelijksoortige uitvoeringen. De analoge ingangen op de Arduino had en heb ik opgelost door twee Arduino met elkaar te laten communiceren over een seriële bus. De schakeling bleek niet te werken. Ik kreeg 0 of 3.5V en niets variabel er tussenin. De versterking was 100X. De te meten stroom ca. 20A. Wellicht was er te veel ruis op de lijn. Geen idee. Al reizende heb ik mijn scope thuis gelaten en moet ik tobben met uitsluitend een universeelmeter. Inmiddels heb ik SparkeyGSX voorstel gevolgd en de ACS785-050B besteld. De B staat voor bipolair. Hetgeen inhoud dat het nulpunt op de uitgang op 2.5V ligt. De ACS758 heb ik overigens los besteld. Niet op een module. Voor zover als ik het begrijp blijft de werking gelijk. Wat de module toevoegd is mij niet duidelijk. Groeten en bedankt, Ronald.
De module zou alleen de aansluiting gemakkelijker maken, maar voor 50A zou ik dat printje niet vertrouwen.

Als je alleen 0V of 3.5V kreeg had je mogelijk de feedback op de niet-inverterende ingang van je opamp gezet, met een opamp die nogal wat ruimte nodig had aan de bovenkant, als je met 5V voeding maar 3.5V aan de uitgang kreeg.
Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Om een +/- voedingsspanning te verkrijgen zou je het volgende kunnen gebruiken:

https://media.rs-online.com/t_thumb100/R8019399-01.jpg

https://nl.rs-online.com/web/p/isolated-dc-dc-converters/1666293/

Je kunt je opampversterker dan gewoon opbouwen met de 0V of massa in het midden. Je laatste trap kan dan een som versterker zijn waarin je er 2,5V bij optelt.
Om zowel laden als ontladen met dezelfde shunt te meten kun je het signaal gelijkrichten, dat doe je met een diode achter een opamp, de feetback regeld dan de doorlaatspanning vd diode weg.
Bijlage als voorbeeld, maar kan op meerdere manieren.
Het lijkt erop dat de ACS758 zal gaan doen wat ik wens maar ik zal zeker de dc-dc converter van Ex-fietser bestellen voor deze of voor een andere op-amp schakeling. Ook bedankt rwk. Het is zeker een leuke oplossing maar ik heb hier het idee dat het niet precies gaat doen wat ik voor ogen heb. Ik wil meten wat er constant in en uit de accu's gaat. De computer rekent dan uit wat het resultaat is over de hele dag. Op die manier weet ik dan of na een dag met bewolking of schaduw van bomen er nog voldoende energie is om zonder bijladen met een generator de nacht door te komen. 's nachts werkt de koelkast welke continue 10 to 15 ampere verbruikt. Meten van de accuspanning verteld iets over de lading van de accu's maar dat is niet meer dan een impressie. Als de solarpannels in de volle zon zijn dan is de laadstroom totaal circa 40A en zelfs half lege accus geven dan een gezonde 90% gevuld aan. Komt er even later een wolk langs dan daalt de laadstroom al snel naar 10A of minder en de regulator van de solar panels geeft vervolgens 60% aan voor de acculading. Alleen als ik weet wat het resultaat van laden en ontladen meet en bereken over de gehele dag kan ik bepalen hoe de accu's er werkelijk bijstaan. Ik werk hier nu meer dan 6 jaar aan met verschillende set-ups. Solarpanels en caravans. Continue rondtrekkend tussen de tropen en het zuiden van Australië. Het is heel leerzaam en het solar system is inmiddels zo goed in balans dat de generator slecht twee keer uit de doos is geweest over het gehele afgelopen jaar. Dit ondanks de koelkast, computers, en het filter koffieapparaat. Nu nog het laatste stapje met de meting naar de computertjes en ik heb volgend jaar weer wat te doen en te leren. Bedankt zover en ik blijf de reacties volgen. Ronald.
Je gaat toch geen speelgoedsensors aan uw installatie koppelen zeker, die ACS dinges uit china zijn goed voor piekstromen van 50A , nominaal 10A.
Als je schrijft dat de laadstroom tot 40A kan gaan voor langere tijd dan zou ik die ACS printjes zeker niet gebruiken.

In een ander topic kreeg ik een tip om zoiets te gebruiken, heel wat beter.
https://nl.rs-online.com/web/p/products/497378?cm_mmc=NL-PPC...lsrc=aw.ds

Edit: een ander type is ook goed maar soldeer er toch geen printje tussen met draden van min 16mm²
LDmicro user.
@OzyRonald, het was niet mijn bedoeling om je "probleem" op te lossen maar om het te vereenvoudigen, met gelijkrichting en een rail to rail op amp kun je dan met een enkele voedingsspanning volstaan en met een enkele meting, het is maar een idee.

Die absorbsie koelkasten vreten stroom en compressor-koelkasten op 12 of 24V zijn erg duur, omdat mijn zoon in zijn camper ook een vrij zware omvormer had (1500W) hebben we voor ruim minder dan 100 euro een 230V koelkastje gekocht en die erop gezet, dat draaid al weer jaren naar tevredenheid, gebruikt al minder en loopt ruim minder dan de helft vd tijd.
Heb onlangs voor een bipolaire stroommeting deze gebruikt:https://nl.farnell.com/lem/ho-60-p-0100/current-sensor-60a-v...dp/2664219
Je kunt hierbij kiezen tussen de aanwezige sense aansluitingen voor printmontage of de draad naar de accu er direct door heen voeren.
Bij grote stromen zoals een accu zou ik er de voorkeur aan geven de bestaande draden zo veel mogelijk in takt te laten.
Elke extra connectie is een potentiële bron van storing.
Op 9 december 2018 08:47:49 schreef MGP:
Je gaat toch geen speelgoedsensors aan uw installatie koppelen zeker, die ACS dinges uit china zijn goed voor piekstromen van 50A , nominaal 10A.
Waar komt die onzin nou weer vandaan? Ik gebruik de 200A variant op een dikke BLDC drive, en dat werkt uitstekend. De sensor heeft een weerstand van 100 micro-ohm, en een peak current rating van 1200A (ongeacht de variant). Het Chinese printje is iets anders, vooral de kleine pads voor de draden, maar als je de hele vlakken gebruikt gaat dat best. Voor de hobby heb ik ze wel eens gebruikt met een dikke kabel (16mm^2) direct aan de sensor gesoldeerd, in de bocht van die geleiders. Je moet het geheel uiteraard wel goed mechanisch ondersteunen, en een echt mooie oplossing is het niet, maar het werkt wel.

Het grote nadeel van die sensors waar je een kabel doorheen steekt is dat ze geen grote stromen bij hoge frequenties mogen zien, omdat de kernverliezen dan te groot worden. Dat zou voor de TS geen probleem moeten zijn.

Op 9 december 2018 08:47:49 schreef MGP:
In een ander topic kreeg ik een tip om zoiets te gebruiken, heel wat beter.
https://nl.rs-online.com/web/p/products/497378?cm_mmc=NL-PPC...lsrc=aw.ds
Gefeliciteerd, maar de TS wil DC meten, je weet wel, de gelijkstroom die gewoonlijk uit een accu komt.

Er zijn zeker dergelijke sensoren (meestal van LEM of Honeywell) die met Hall-effect DC stromen kunnen meten waar je een kabel doorheen steekt. Dat heeft voordelen, zoals de eenvoudige montage, maar meestal hebben ze een dubbele voeding nodig, geven ze een bipolair signaal dat je vervolgens nog moet verschuiven voor je microcontroller, en wordt de hele oplossing een stuk duurder.

Je kunt een CSLA2CD of soortgelijke sensor gebruiken, die heeft maar een enkele voeding nodig, en heeft een offset van de halve voedingsspanning aan zijn uitgang.

EDIT Brainbox: dat is een leuke sensor voor een leuke prijs! Werkt nog direct op 5V ook.

Met dergelijke sensoren kun je de kabel ook meerdere keren doorvoeren, om de gevoeligheid te vergroten met een kleiner meetbereik. Het nadeel van een sensor voor 50A is dat de nauwkeurigheid bij kleine stromen slecht is; een beetje offset die je over lange tijd integreert geeft je een forse afwijking. Aan de ene kant zul je de "state of charge" schatting af en toe moeten corrigeren afhankelijk van de accuspanning, die je meet zonder belasting, of berekent met een geschatte weerstand en de gemeten stroom. Tegelijk kun je ervoor kiezen om een tweede sensor, met een kleiner bereik en dus betere gevoeligheid in serie te zetten, en het signaal daarvan te gebruiken in de tijden dat er weinig stroom loopt. Het leuke van dergelijke Hall sensors is dat ze er bij DC prima tegen kunnen als er teveel stroom door de kabel loopt; de enige echt beperking is de ruimte die je hebt om de kabel meerdere keren door te voeren.
Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Op 9 december 2018 10:31:21 schreef SparkyGSX:
[...]Waar komt die onzin nou weer vandaan?

Zo'n printje tussen batterijen solderen is not done en zeker niet in een caravan of woonwagen.

edit: en het voorbeeld was idd voor AC wat fout is, maar ik doelde op het clipmodel.

[Bericht gewijzigd door MGP op 9 december 2018 11:19:12 (16%)]

LDmicro user.
ben ik het mee eens, frut constructie. je hebt van lem ook current sensoren, zowel te solderen als stroomtrafo uitvoering..
waar rook was, werkt nu iets niet meer
Die absorbsie koelkasten vreten stroom en compressor-koelkasten op 12 of 24V zijn erg duur, omdat mijn zoon in zijn camper ook een vrij zware omvormer had (1500W) hebben we voor ruim minder dan 100 euro een 230V koelkastje gekocht en die erop gezet, dat draaid al weer jaren naar tevredenheid, gebruikt al minder en loopt ruim minder dan de helft vd tijd.
rwk heeft hier een punt maar nagenoeg alle nieuwe caravans in Australie zijn voorzien van plafont hoge compessor koelkasten werkend op 12V. Zij werken goed, zelfs in de tropen waar wij dag en nacht temparaturen hebben van boven de 30C. Neemt dan wel 24 uur 15A. De omvormer is 6000W maar is afgezekerd op 140A.
Je gaat toch geen speelgoedsensors aan uw installatie koppelen zeker, die ACS dinges uit china zijn goed voor piekstromen van 50A , nominaal 10A.
Als je schrijft dat de laadstroom tot 40A kan gaan voor langere tijd dan zou ik die ACS printjes zeker niet gebruiken

Leuke tekst MPG. De 40A is de maximale laadstroom uit 120W panelen. De stroom van het verbruik is groter en loopt op tot de 140A zekering. De bedrading is 32MM. Een printplaatje is hiervoor niet geschikt. iedere accu krijgt meerdere keren per dag (koffie tijd) 140/3=35A voor de kiezen. Niet helemaal waar want doorgaans schijnt de zon tijdens het brouwen van een bakkie en gaat de inkomende stroom van de panelen van de uitgaande stroom af. Maakt 25A per accu. Toch blijft het mogelijk dat er 4 X 35A door de hoofdbedrading loopt en daar is de dikte van de draden op gebaseerd. De hoofdbedrading bestaat overigens uit alluminium rail en alluminium kabel. Niet geschikt om te solderen dus en zeker niet op een printje. Van de accus naar de hoofdleiding lopen korte kabels van koper van 32mm2. Ik wil dan ook geen printje gebruiken maar de ACS785 B rechtstreeks aan de draad verbinden. Hoe daar moet ik nog over denken. De caravan gaat waanzinnig te keer over de zogenaamde corragated roads. Dat is een weg als een wasbord met golven van 30cm hoog met lengten van duizenden kilometers. Gewoon stof ribbels en kuilen. De caravan is 3,5 ton zwaar en de vering ,vier stuks plus 8 schokabsorbers, is dus heel stug. Alles gaat kapot en loszitten op deze wegen. Solderen van de ACS785 zou wellicht het meest voor de hand liggen maar ik weet nog niet wat de temperatuur zal worden bij deze stroomsterkten. Schroeven is geen optie, dat draait gewoon los. De meeste verbindingen in het systeem zijn gekneld en het geheel zit dit in de siliconenkit. Zo ook de inhoud van de omvormer. Elk jaar kost het wel een nieuwe omvormer en een accu. De laatste breken inwendig. Niets aan te doen. Het is ook daarom dat ik wil weten wat de accu doen. Bedankt allemaal, Ronald
Dat klinkt alsof zo'n ACS758, ook zonder dat Chinese printje, een slecht idee is; een soldeerverbinding is ook niet bestand tegen zulke trillingen. Je kunt dan beter een sensor nemen zoals het type dat Brainbox aandraagt of een CSLA2CF of soortgelijke sensor.
Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
SparkyGSX,
De sensor is een goed idee denk ik maar het vraagt om veel nieuw werk en aanpassen. De ruimte is beperkt en de bedrading is gelegd. Solderen en kit lijkt hier de oplossing te worden
Op 9 december 2018 23:31:58 schreef OzyRonald:
De 40A is de maximale laadstroom uit 120W panelen.
Je hebt ze allemaal parallel en max 3V???? Rare configuratie.
four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Ik denk dat de panelen 120W per stuk zijn; in de openingspost heeft hij het over 1300W aan panelen.
Een manager is iemand die denkt dat negen vrouwen in één maand een kind kunnen maken
Sorry, Het zijn 10X100W plus 2 X 180W panelen. 3 op de auto en de rest op de caravan. In theory levert dit circa 100A op maar de accu's zijn nooit helemaal leeg en de panelen zijn nooit helemaal schoon of volkomen uit de schaduw. In de loop van de jaren heb ik veel gemeten en rondgetrokken met verschillende set ups. Losse en vaste panelen en van 1 tot 4 accu's. Het resultaat is wat ik nu heb gemaakt en dat is ongeveer wat er nodig is om continue in het wild te leven. Continue blijft beperkt tot drinkwater en voedsel en dus moeten wij wel elke twee weken een dorpje bezoeken. Al met al in normale omstandigheden levert een solar systeem in volle zon en heldere lucht niet meer op dan 30 tot 40% van de maximaal te berekenen stroom van de panelen. Heeft iemand enig idee wat het rendement is bij aansluiting op een huisnetwerk? Dat werkt anders omdat er een oneindige vraag is.
Ik ben wel benieuwd naar een foto van die auto en caravan. Lijken me nogal extreme dingen.

Misschien moet je de printen van die omvormers wel met een veel stevigere kit vastzetten of ondersteunen.