Batteriemonitor mit Microcontroller

[seltrecht]

Hallo,

ich bin dabei mir einen Batteriemonitor mit einem Microcontroller für meine Bootsbatterie aufzubauen.
Jetzt bin ich soeweit um die ersten analogen Werte zu messen.
Ich fange mit der Spannung an. Die Anzeige ist ja kein Problem aber wann ist eine Battreie voll bzw. leer.
Ich finde im Netz die unterscheedlichsten Spannungsangaben.
Vielleicht kann mir das geballte Wissen des Booteforums dazu Auskunft geben, bei Welcher Spannung meine Batterie voll bzw. leer ist.

Gruß Ingolf

[ghaffy]

Die Vollladungsparameter sind vom Akku-Typ abhängig, daher wird es sicherlich unterschiedliche Werte im Netz geben.
Die "Allerwelts-Werte", welche standardmäßig bei meinem Victron-Batt.Monitor eingestellt sind (und je nach Batterietyp geändert werden können), lauten (für einen 12V-Akku):
- Spannung 13,2 V
- Ladestrom 2% C(20) (also zB 4A bei einer Nennkapazität (20h) von 200 Ah)

Bei angeschlossenem Ladegerät ist also nicht nur die Spannung interessant, sondern auch der Strom, den der Akku noch akzeptiert.

Bei den "Batterie-ist-leer"-Parametern ist als "0% Restkapazität" eine Spannung von 10,5 V voreingestellt.
Allerdings wird die Restkapazität eben nicht nur über die Spannung ermittelt, sondern auch über die Höhe des Entladestroms.

Da ich meine Akkubänke extrem belaste (360 Ah Kapazität C(20), Entladestrom ~100 A über etwa 1 Stunde), habe ich den Standard-Wert des Peukert-Exponenten von 1,25 auf 1,4 (glaube ich , bin nicht am Boot) geändert. Damit liefert der Batteriemonitor nun ein realistischeres Bild von der Restkapazität.

Die Entladefunktion verwendet offenbar mehrere Variablen. Offenbar geht das Rechenprogramm des Victron davon aus, dass bei hohen Entladeströmen die Spannung zwar einbricht, aber diese hohen Entladeströme nicht besonders lange anliegen und daher die Spannung sich wieder "erholt". Daher zeigte der Victron anfangs mehr Rest-C an, als tatsächlich noch zur Verfügung stand.

Anfangs war das also so, dass ich zB in einer Stunde 100 Ah entnommen habe, dann am Monitor etwa 40% Rest-C angezeigt wurden, und in der nächsten halben Stunde (ohne Ladung/Entladung) die Rest-C weiter zurückging auf etwa 30%. (Das sind jetzt Hausnummern, ich habe die Doku im Logbuch am Boot).

Nach mehreren Versuchen habe ich das durch die Korrektur des Peukert-Exp. kompensiert.
Nun steht der Monitor nach derselben Entnahme bei etwa 30%, und dieser Wert bleibt dann innerhalb der nächsten halben Stunde konstant.

Ich verwende gewöhnliche "zyklenfeste" Blei-Säure-Akkus (Solar-/Semitraktionsakkus) und entlade nicht unter 50% C(20).

[seltrecht]

Danke Andreas für die Informationen.
Ich habe mir mal die Anleitung für den Victron Batteriemontor runtergeladen. Da Stehtr recht gut drin, wie ich die Daten der Batterie brechnen kann.

Gruß Ingolf

[makana]

Ich kann die Argus Analyzer empfehlen:
http://www.argusanalyzers.com/index.php?id=31

http://www.argusanalyzers.com/batter...esistance.html

Zitat von makana

Ich kann die Argus Analyzer empfehlen:
http://www.argusanalyzers.com/index.php?id=31

http://www.argusanalyzers.com/batter...esistance.html

Hi, der ARGUS Analyzer diagnostiziert den LifeCycle und den Ladezustand der Batterie, und ist KEIN Monitor, wie wir es Bootsbesitzer verstehen.

Ein Monitor, soll die aktuelle Spannung, den entnommen Strom aus Batterien, als auch die zugeführten Ströme aus LIMA und/oder Landstromladegeräte anzeigen, und das mit Hilfe von Shunts.

Der Victron Batteriemonitor isr ein sehr geeignetes Gerät.

[seltrecht]

Zitat von makana

Ich kann die Argus Analyzer empfehlen:
http://www.argusanalyzers.com/index.php?id=31

http://www.argusanalyzers.com/batter...esistance.html

Ich wil aber kein fertiges Gerät kaufen, sondern mal wieder selber basteln und programmieren und das macht echt mal wieder Spaß.
Außerdem kann mein Microcontroller später auch nocht mehr machen als nur die Batterie überwachen. Da gibt es kaum Grenzen.

Gruß Ingolf

[tritonnavi]

Da gäbe es beim Victron ja auch noch 2 echte Schwachpunkte. Mal sehen, ob du das beim Selbstbau verbessern kannst:

Der victron kann z.B. nicht selbstständig die tatsächliche Kapazität der Batterie feststellen und für weitere Berechnungen automatisch verwenden und er kann in dem Zusammenhang auch den Peukertfaktor nicht selbständig feststellen.

Beides muss erst der Anwender mühselig selbst ermitteln, wenn er denn wirklich brauchbare Ergebnisse haben möchte.

Der victron kann übrigens nicht nur die Batterie (leidlich) überwachen, sondern auch nach bestimmten Gesichtspunkten mit einem Relais schalten.

[seltrecht]

Zitat von tritonnavi

Da gäbe es beim Victron ja auch noch 2 echte Schwachpunkte. Mal sehen, ob du das beim Selbstbau verbessern kannst:

Der victron kann z.B. nicht selbstständig die tatsächliche Kapazität der Batterie feststellen und für weitere Berechnungen automatisch verwenden und er kann in dem Zusammenhang auch den Peukertfaktor nicht selbständig feststellen.

Beides muss erst der Anwender mühselig selbst ermitteln, wenn er denn wirklich brauchbare Ergebnisse haben möchte.

Der victron kann übrigens nicht nur die Batterie (leidlich) überwachen, sondern auch nach bestimmten Gesichtspunkten mit einem Relais schalten.

Ich glaube kaum, dass ich die Schwachpunkte des Victron verbessern kann. Es ist auch nicht mein Ziel besser als die Profis zu sein.
Das Schalten von Relais ist auch mit dem Microcontroller kein Problem, benötige ich aber erst einmal nicht und wenn doch wird es nachgerüstet.

Hier mal 2 Bilder wie es vielleicht mal aussehen kann. Bitte beachtet die Werte nicht, die sind noch simuliert und nicht real.

Gruß Ingolf

[Sealine Skipper]

Hallo Ingolf,

Welchen Microcontroller hast du dir denn ausgesucht?

[seltrecht]

Zitat von Sealine Skipper

Hallo Ingolf,

Welchen Microcontroller hast du dir denn ausgesucht?

Ich arbeite mit einem Arduino UNO, basierend auf dem ATmega328.
Dazu ein Touchscreen 320x240 Pixel, SD-Shield, RTC-Baustein und einem 1-wire AD-Wandler DS2450.

Gruß Ingolf

[Sealine Skipper]

Ok, ich sehe du bist bereits mit Hardware versorgt...
Wofür benötigst du einen externen AD Wandler?

[seltrecht]

Zitat von Sealine Skipper

Ok, ich sehe du bist bereits mit Hardware versorgt...
Wofür benötigst du einen externen AD Wandler?

Der Weg von der Batterie zum Controller beträgt ungefähr 4m. Wenn ich alle Werte über die internen AD-Wandler messen wollte, so müßte ich ja für jeden Wert mindestens 2 Kabel verlegen. Mit dem DS2450 lege ich nur 3 Adern für den Bus und kann die Werte auf dem kurzen Weg direkt an der Quelle wandeln. Das sollte weniger Fehler beinhalten.

Gruß Ingolf

[Konteradmiral]

Hochinteressant. Auf den Arduino bin ich vor einiger Zeit auch gestossen.

Lese gerade die ersten Kapitel zur Programmierung.

Bitte weiter berichten!

[seltrecht]

Zitat von Konteradmiral

Hochinteressant. Auf den Arduino bin ich vor einiger Zeit auch gestossen.

Lese gerade die ersten Kapitel zur Programmierung.

Bitte weiter berichten!

Ich werde euch auf dem laufenden halten.
Jetzt werd eich erst einmal eine kleine Bleibatterie als Testobjekt incl. Ladegerät und Glühbirne anschließen um mal mit realen Werten zu Arbeiten und die Berechnungen zu programmieren.
Bis jetzt wird nur in Abhängigkeit von der Batteriespannung (noch simuliert) das Batteriesymbol gefüllt oder geleert.

Gruß Ingolf

[Sealine Skipper]

Noch mal eine kurze Frage...
Warum nutzt du nicht die Atmel Starterkits?
Oder anders gefragt: was ist der Vorteil an den Arduino Bords?

[seltrecht]

Zitat von Sealine Skipper

Noch mal eine kurze Frage...
Warum nutzt du nicht die Atmel Starterkits?
Oder anders gefragt: was ist der Vorteil an den Arduino Bords?

Ich brauchte nicht löten. Es gibt verschiedene Shields, die man direkt aufstecken kann. Die Entwicklungsumgebung ist leicht verständlich .
Es war einfach sehr bequem.

Gruß Ingolf

[Konteradmiral]

Die Arduino Boards sind sehr preiswert. Es gibt sie bei fast allen Elektronik Versendern, bei Amazon und auch bei ebay. Dort gibt es auch Zubehör sehr günstig.

Unmfangreiches Einführungsmaterial und eigenes Forum im Web.

Tutorial hier : http://www.youtube.com/playlist?list...ture=plcp%3C/p

[SY TERTIA]

Hallo Ingolf,

ich habe mir schon mehrere Batteriemonitore selber gebaut.
Dieses Jahr lief meine Wollmilchsau (Batteriemonitor, Datenbus für mehrer Anzeigen, Laderegler mit einschaltbarer MPP-Regung, Drehzahlmesssung,
grafische Anzeige der Positionsbeleuchtung, Nebelhornsteuerung, zusatzliche Dotmatrix-Anzeige usw.) im Dauertest, übrigens auch in deine Nähe (Seglerhafen Peenemünde).

Großes Problem bei einem Batterimonitor ist den genauen Wirkungsgrad der Ladung zu errechnen und mit einfließen zu lassen.
Viele konventionelle Batteriemonitore nehmen Festwerte, wie ich am Anfang auch, und das ist viel zu ungenau.
Der Wirkungsgrad der Ladung ist von vielen Faktoren abhängig
(Ladetiefe, Temp. ,Alter der Batterie usw.).
In meiner letzten Version schwankt der Ladewirkungsgrad zwischen 80-98% und ist abhängig von Ladetiefe, Temp. und einen Festwert für das Alter der Batterie
und kommt sehr nahe an die Wiklichkeit ran.

Die Strommessung ist auch ein heikles Thema und wichtig, man möchte ja wennigstens ein 0,01A Genauigkeit und wenn man Ankerwinden an Bord hat 100A erfassen!
Ich nehme den Spannungsabfall der Kabel und lasse alles über 2 OP laufen und kann somit Verstärkung und Offset einstellen.
http://www.ankahe.de/Batteriemonitor.html
http://www.ankahe.de/Bordmonitor.html

Gruß Andreas

[seltrecht]

Zitat von SY TERTIA

Hallo Ingolf,

... Der Wirkungsgrad der Ladung ist von vielen Faktoren abhängig
(Ladetiefe, Temp. ,Alter der Batterie usw.).
In meiner letzten Version schwankt der Ladewirkungsgrad zwischen 80-98% und ist abhängig von Ladetiefe, Temp. und einen Festwert für das Alter der Batterie
und kommt sehr nahe an die Wiklichkeit ran.

... Gruß Andreas

Hallo Andreas,

auf deine Seiten war ich schon gestossen. Schönes Projekt.
Wie ermitteltst du den Ladewirkungsgrad?
Mir fällt da noch nichts wirklich sinnvolles zu ein.
Das einfachste wäre wohl die volle Batterie über einen Zeitraum x mit Strom y zu belasten. dann die gleiche Menge an Strom y wieder zu laden und dann wieder die Batterie über Zeitraum x mit Strom y zu belasten.
Der anschliesende Ladestand der Batterie müßte dann ja etwas über den Ladewirkungsgrad aussagen oder liege ich da falsch.

Gruß Ingolf

[Searay270SD]

Klasse,

sehr gut........

Ist es sehr schwer soetwas als Laie selbst zu bauen?

Gruß

Karsten

[seltrecht]

Zitat von Searay270SD

Klasse,

sehr gut........

Ist es sehr schwer soetwas als Laie selbst zu bauen?

Gruß

Karsten

Der Zusammenbau ist eigentlich nicht das Problem. Das ArduinoBoard ist komplett fertig aufgebaut. Der Touchscreen auch, ich mußte nur die Steckerleisten löten und dann auf den Aruino stecken.
Auch der 1-Wire AD-Wandler war kein Problem. 3 Adern löten - fertig.
Am schwierigsten ist für mich die Berechnung der Batteriedaten, wie Restkapazität, Restlaufzeit incl. Peuckert-Koeeffizient usw..

Bei der Berechnung nehme ich gerne jede Hilfe an.

Gruß Ingolf

[tritonnavi]

Ich habe so etwas (in sehr einfacher Form) auch früher mal mit DMM-Profi-Lab versucht (Kapazitätsmessung klappte sogar) und würde daher raten, die Dinge, die erstmal nicht ganz so wichtig sind zurück zu stellen.

Beim Peukert-Faktor reicht es sicherlich den erst einmal ganz weg zu lassen, danach als Festwert zu berücksichtigen und ganz, ganz zum Schluss eine Routine zu programmieren, die die autarke Feststellung des Peukert-Faktors erlaubt.
Das halte ich aber für recht schwierig und offenbar deshalb kann das Victron-Gerät das ja auch nicht.

[seltrecht]

Zitat von tritonnavi

Ich habe so etwas (in sehr einfacher Form) auch früher mal mit DMM-Profi-Lab versucht (Kapazitätsmessung klappte sogar) und würde daher raten, die Dinge, die erstmal nicht ganz so wichtig sind zurück zu stellen.

Beim Peukert-Faktor reicht es sicherlich den erst einmal ganz weg zu lassen, danach als Festwert zu berücksichtigen und ganz, ganz zum Schluss eine Routine zu programmieren, die die autarke Feststellung des Peukert-Faktors erlaubt.
Das halte ich aber für recht schwierig und offenbar deshalb kann das Victron-Gerät das ja auch nicht.

So ungefähr hatte ich das auch geplant.
Jedoch kann man ja schon Ideen sammeln.

Gruß Ingolf

[cha cha]

Zitat von seltrecht

Der Zusammenbau ist eigentlich nicht das Problem. Das ArduinoBoard ist komplett fertig aufgebaut. Der Touchscreen auch, ich mußte nur die Steckerleisten löten und dann auf den Aruino stecken.
Auch der 1-Wire AD-Wandler war kein Problem. 3 Adern löten - fertig.
Am schwierigsten ist für mich die Berechnung der Batteriedaten, wie Restkapazität, Restlaufzeit incl. Peuckert-Koeeffizient usw..

Bei der Berechnung nehme ich gerne jede Hilfe an.

Gruß Ingolf

Hallo Ingolf,

ich hab' mir auch gerade ein Arduino-Set bestellt und habe eine sehr vergleichbare Bastelarbeit vor. Allerdings ist mir klar, dass ich eine Anzeige der Restkapazität ohnehin nicht brauche. Ich hatte früher in meinem Segelboot einen Votronic-Batteriemanager und habe jetzt einen im Wohnmobil, aber in all den Jahren hab' ich eigentlich niemals auf die Kapazitätsanzeige umgeschaltet. Die Spannung sagt eigentlich alles über den Ladezustand, was man wissen will, und ab und zu ein Blick auf den aktuellen Stromfluss gibt Information darüber, ob die Solarmodule noch laden.

Weil's nicht mehr braucht als Spannung und Stromanzeige, hab' ich mir für mein MoBo jetzt drei dieser Anzeigen bestellt: http://www.ebay.de/itm/330792529553?...84.m1497.l2649 (PaidLink). Bei 15 € für einen 200A-Shunt und eine zwischen Spannung und Stromfluss umschaltbare Anzeige kann man nix falsch machen. Falls die Elektronik Müll ist, ist der Shunt alleine schon das Geld wert.

Den Arduino nehm' ich trotzdem auf's Boot. Mir schwebt die Programmierung einer Anzeige aller relevanten Daten von Motor (Drehzahl, Öldruck, Temperatur, LiMa) und Elektrik (Spannung und Stromzu- und abfluss aller Batteriebänke, eventuell auch Steuerung der Heizung) vor, die dann per BT auf eine Tochteranzeige (ein zweites Arduiono) am Außensteuerstand gebracht wird. Weil's für's Arduino eine prima Android-Programmierschnittstelle (http://www.amarino-toolkit.net/) gibt, wäre die Krönung natürlich die Anzeige der Daten und die Bedienung aller relevanten Einrichtungen über ein Smartphone.

Gruß
Tom

[SY TERTIA]

Hallo Ingolf

Zitat von seltrecht

Wie ermitteltst du den Ladewirkungsgrad?

Ich würde sagen, als 1. und wichtigstes ein praktischer Versuch, am Besten auf dem Boot.
Batterie zu 50% endladen und wieder voll aufladen und dann Batterie zu 5% endladen und wieder voll aufladen mit dem selben Strom.
Da hast du schon mal einen Richtwert für die Abhängigkeit der Endladetiefe und das musst du jetzt noch von der Ladestromhöhe abhängig machen.
Am Besten wieder ein praktischer Versuch, denn hier spielen viele Faktoren der Bootinstallation mit rein.
Wenn jetzt beide Variablen (Ah u. Ladestrom) die Wirkungsgradrechnung beeinflussen, hast du erst einmal eine Hausnummer.
Durch den Versuch auf dem Boot musst du das Alter der Batterie nicht berücksichtigen.
Sicher, die Temp. der Batterie, wenn sie weit über 25°C geht, sinkt der Wirkungsgrad der Ladung und muss mit berücksichtig werden.

Zitat von seltrecht

Mir fällt da noch nichts wirklich sinnvolles zu ein.
Das einfachste wäre wohl die volle Batterie über einen Zeitraum x mit Strom y zu belasten. dann die gleiche Menge an Strom y wieder zu laden und dann wieder die Batterie über Zeitraum x mit Strom y zu belasten.
Der anschliesende Ladestand der Batterie müßte dann ja etwas über den Ladewirkungsgrad aussagen oder liege ich da falsch.
Gruß Ingolf

Dies ist richtig, ist aber nur der Ladewirkungsgrad für den Versuch,
wenn du mehr Ah entnimmst, oder einen anderen Ladestrom hast ist der Wirkungsgrad immer anders.
Das sieht man schon an der Tatsachen, dass man in eine zu 95% endladenen Batterie fast doppelt so viel Ah wieder reinschieben,
bei 5% Enladung gibt es nur einen kleinen Unterschied.

Ja, bei der Endladung ist das alles viel einfacher...


Ein schönes Wochenende
Gruß Andreas