Erfahrungen über die Drifts diverser Batteriecomputer

Ich habe jetzt meinen Akku ziemlich genau ein Monat sich selbst überlassen, sprich, das Fahrzeug mit vollem Akku abgestellt, ihn am Bordnetz belassen, wobei die Erhaltungsladung über den gesamten Zeitraum durch Solar erfolgte - bis auf vier Tage, in denen ein Reglerwechsel erfolgte. Durch diesen Wechsel rutschte laut BC die Kapazität des Akkus auf etwa 80% und hielt sich dort ziemlich konstant.

Zu den Gegebenheiten: LiFeYPO4, 300Ah, 200er-Shunt, BC von Votronic, alle Verbraucher laufen über den Shunt, ausgenommen Balancer und CellLog. Solar jetzt mit SR 530 und 260Wp.

Gestern nahm ich das Fahrzeug wieder in Betrieb, wollte wissen, wie hoch der Drift ist und schreckte mich doch: Es gingen, nachdem der BC an der 300Ah-Marke angeschlagen hatte, noch 65Ah in den Akku. Mehr als 20% Abweichung innerhalb eines Monats ist schon mehr als heftig.

Warum habe ich das überprüft? Weil ich auch den BB habe und der mir unter 70% anzeigte und ich wissen wollte, wie‘s jetzt wirklich ist, und siehe da, der BB legte bis auf 10Ah eine Punktlandung hin.

Hier findest Du vielleicht schon, was Du suchst: Artikel auf eBay oder versuchs hier bei Amazon

Hallo,

wenn das BMS des LiFePO4 Akkus nicht über dem Shunt läuft (was der Normalfall ist) hast Du hier einen "stillen Verbraucher", das muß immer mitbedacht werden. Auch einige mA summieren sich über einen/mehrere Monate auf (ein Monat hat auf 30 Tage gerechnet 720h - wenn Dein BMS und die Blancer insgesamt 90mA Strom ziehen sind das ca. 65Ah)!

man darf bei Hochstrom-Meßgeräten nicht erwarten daß sie im untersten Meßbereich noch eine akzeptable Genauigkeit haben:

200A Shunt mit 0,5% Genauigkeit (immer auf Endwert bezogen!) -> Meßfehler +- 1 A. -> Ströme von 0,1 A nicht mehr meßbar

digitalisiert mit 8 bit -> 256 Schritte -> 1 A = 2,5 bit (ja ich weiß), könnte also 2 oder 3 bit sein -> 1 bit = 0,5 bis 0,33 A

noch Fragen?

grüße klaus

Hallo MountainBiker,

laut Datenblatt verbrauchen die Balancer gesamt < 80mW. Wie viel der CellLog in Ruhe verbraucht, habe ich jetzt nicht finden können, meine aber, mich an etwa 8mA zu erinnern, bin also sehr weit von deinen angenommenen 90mA entfernt. Alles andere läuft über den Shunt.

Hallo Klaus, dass Shunts Messungenauigkeiten haben, wusste ich, je größer, desto mehr.

Und ja, ich habe eine Frage: Könntest du mir bitte dein Statement für einen Laien verständlich darstellen?

Hallo,

Der größte Fehler hier entsteht bei der Digitalisierung, das analoge Messignal (eine Spanung am Shunt) ist lediglich mit der Shuntgenauigkeit behaftet, aber die Umsetzung erfolgt für einen definierten Meßbereich 0-200A.
ich habe das mal in einem anderem Thread beschrieben Analog-Digital-Konverter (ADC):

Dual-Slope-Prinzip: ein moderner hochauflösenden ADC arbeitet, indem dieser Zeit mißt (Zähler), wann ein definierter Referenzpegel erreicht wird, die sehr genau messbare Zeit hierfür gibt Aufschluß auf die angelegte Spannung. Diese Zeit wird dann umgerechnet in ein numerischen Spannungswert. Fehlerquellen sind:
-Linearität der Meßverstärker
-Genauigkeit des Spannungsnormals (intern oder extern zum ADC)
-Comparatorgenauigkeit zum Spannungsnormals
-Genaugkeit der Zeiterfassung (bei hochgenauen Systemen werden sogar Quarzöfen verwendet)
-Umrechnungsgenauigkeit;

--> Link

Die binäre (digitale) Auflösung muß sowohl den größten, als auch den kleinsten Wert darstellen, d.h. bei 16 Bit-Auflösung hast Du als kleinsten Fehler bei der Umrechnung:

200A/65.536=0,0030517578125A das bedeutet die kleinste Auflösung sind hier 3mA = 1Digit minimaler Fehler immer zu rechen sind, d.h. mindestens 3mA Quantisierungsfehler (Messwertumrechnung) zudem kommt die bereits oben beschrieben Fehler (Meßwerterfassung) hinzu.

Jetzt weis ich nicht mit welcher Auflösung und max. darstellbaren Wert Votronic arbeitet, schon die 100A Variante (den habe ich), deshalb kann es gut sein dass die 200A Variante bereits 500A als max. darstellbaren Wert annimmt, dann wären das schon 7,5mA Fehler. Ist die Auflösung geringer als 16Bit ist der Fehler entsprechend größer.

Für Deinen Fall ist eine verläßliche Aussage zu Strömen < 20mA wohl in Frage zu stellen.

hallo egocogito,

ich hoffe daß MountainBiker das ausreichen erklärt hat, die Zusammenhänge sind leider recht komplex

das teuflische an der digitalen Meßtechnik ist daß man einem Wert 0,012 bedingungslos glaubt, denn schließlich ist er ja auf 3 Stellen genau

kein analoger Meßtechniker käme schließlich auf die Idee mit dem Multimeter im 200A-Meßbereich Milliampere zu messen, denn da würde das Instrument nicht mal zucken...

grüße klaus

Danke für die Erklärung, es war mir schon klar, dass die sehr kleinen Ströme einfach durchrutschen. Trotzdem hat mich die Differenz erstaunt, weil der BC am Tag doch meistens durchgehende 1,2A Verbrauch anzeigte (Starterakku wird am Leben erhalten) und über Solar auch manchmal 3 - 4A reinkamen, war also nicht im mA-Bereich. Interessant ist, dass der BB mit diesen kleinen Strömen offenbar besser „zurechtkommt“, weil die Abweichung für diesen Zeitraum lediglich ein wenig mehr als 3% betrug.

MountainBiker, habe ich dich da richtig verstanden, dass du die 15mA für Balancer und CellLog für unwahrscheinlich hältst? Die Angaben stammen aus dem Datenblatt für die Balancer, da steht < 20mW Verbrauch. Beim CellLog ergeben sich 8mA beim Speichervorgang.

dass du die 15mA für Balancer und CellLog für unwahrscheinlich hältst?

Nein, die 90mA sind rückwärtsgerechnet aufgrund der von Dir genannten Abweichung. Ich weis ja nicht welches BMS Du verwendest. Übrigens der BB kämpft mit genau den gleichen Problemen, da die gleichen Grundlagen dafür gelten!

Hallo MountainBiker,

dass du verkehrt herum berechnet hast, habe sogar ich mitbekommen :-).

Ich habe LiPro 1-3 RS485 V2 mit einem Greenswitch verbaut.

Natürlich hat der BB Abweichungen, aber er gleicht diese offenbar besser aus, denn er legte in diesem Fall echt eine Punktlandung hin. Im Sommer war mir schon aufgefallen, dass die Abweichung gegenüber dem Votronic nur halb so hoch ausfiel.

Deshalb auch dieser Faden, welche Erfahrungen haben andere User mit welchem BC gemacht.....

egocogito hat geschrieben:....MountainBiker, habe ich dich da richtig verstanden, dass du die 15mA für Balancer und CellLog für unwahrscheinlich hältst? Die Angaben stammen aus dem Datenblatt für die Balancer, da steht < 20mW Verbrauch. Beim CellLog ergeben sich 8mA beim Speichervorgang.

Hier stellt sich die Frage nach der Art des Balancings, Top oder Bottom und es stellt sich die Frage, ob das Datenblatt sich auf ein Balancermodul bezieht oder auf vier. Ich persönlich verstehe überhaupt nicht, wie ein balancierendes Module auf nur 0,02A kommen kann. Aber anscheinend gehen die Datenblätter vom "nicht balancierenden Modus" aus. Wenn aber in der Ruhepause die Solaranlage nicht abgeklemmt ist findet eine Ladung statt und damit besteht auch die Möglichkeit eines Balancings. Datenblätter sehen i.d.R. nur den maximal besten Zustand.
Ist aber nur meine Sicht der Dinge, Gruß Andreas

Hallo,

um das Thema genauer zu betrachten wäre es notwendig die Verschaltung der BC genau zu analysieren - werden denn die Ströme identisch erfasst oder gibt es hier unterschiede, weil die Sensoren an verschiedenen Stellen plaziert sind, erst wenn an identischen Positionen unter reproduzierbaren Bedingungen die gleichen Ergebnisse erzielt werden ist eine Aussage möglich. Ein weiterer Punkt ist in der Parametrisierung zu suchen sind beide BC auf den Akku optimal konfiguriert... Die Sache ist mit einer einfachen Beobachtung nicht abgetan, leider.

Hallo Andreas, ich denke, diese 20mW beziehen sich pro Stück und im Ruhemodus. Es handelt sich um Topbalancing und das System kommt bei der derzeitigen Solarertragslage nicht einmal annähernd zur für Balancing erforderlichen Spannung, das funktioniert momentan nur über den Booster.

Hallo MountainBiker, die beiden Shunts sind unmittelbar nach dem Minuspol in Serie eingeschleift. Der BB hat mehr einstellbare Parameter als der Votronic, sie sind aber beide im Rahmen ihrer Möglichkeiten auf den Akku konfiguriert (Feineinstellung des BB mit Kais Hilfe).

Hallo,

für eine Referenzmessung gibt es zuviele Störgrößen:

-rechnerischer BMS-Strom 6mA Balancer, 6mA Greenswitch (aus Datenblatt) -> nachmessen/prüfen ob die Theorie mit der Realität zusammenpasst;
-Strombedarf des Solarladeregler (eventuelle Pulsbelastung die nicht korrekt erfasst wird) -> abklemmen für die Prüfung;
-hat der Votronic BC ein geeignetes Li-Programm (das aktuelle Modell mit Smart Shunt hat dies) -> die Parameter nochmal prüfen;
-der Shunt ist ja im Massekreis -> gibt es noch andere Verbraucher diesen den Massepunkt umgehen?
...

Versuche die Störer zu eliminieren und starte die Beobachtung von neuen! Mein Vorschlag dazu.

Der Greenswitch hängt nach den Shunts, der BC kann auf LI eingestellt werden - und er ist es auch, die Parameter passen laut Betriebsanleitung, außer Balancer und CellLog hängt nichts vor den Shunts. Solarregler ist jetzt ein Ersatzgerät, weil ich meinen zur Reparatur wegen ständiger Endlosschleifen eingeschickt habe.

Es war aber auch im Sommer so, dass Votronic und BB sehr voneinander abwichen, wobei der BB um ca. 50% näher am Tatsächlichen war.

ich würde einfach mal die Stromaufnahme mit einem Multimeter messen:

- Multimeter parallel zum Kabel -Batterie und Shunt anschließen
- Kabel am Shunt lösen
- ablesen

mit hohem Meßbereich anfangen, dann langsam runterhangeln (Kabel vor Umschalten des Meßbereichs jeweils wieder anklemmen)

ich denke so kommt man der Realität am Nächsten

grüße klaus

Das werde ich machen, danke.

Sagt, wie läuft es bei euren BCs, immer synchron, oder lebt ihr damit und kalkuliert ihr Abweichungen nach euren Erfahrungswerten?

Hallo,

es könnte auch vom Solarregler ode reinen anderen Verbraucher kommen mit pulsender Last. Der BC ist zum messen von Gleichstrom gedacht, nun ist es so, dass zwar Gleichspannung anliegt aber Verbraucher mit Pulweitenmodulation (PWM) eine pulsierende Last erzeugen. Hier Beispiele im Abtastung zu gewissen Zeitpunkten (was der BC ja macht) und die Verdoppelung der Abtastfrequenz und Du siehst wie schnell sich Werte unterscheiden!


Darum von mir die Aussage die Störer erstmal vom Stromkreis trennen!

Theoretisch ist die Frage sehr interessant, praktisch ist sie in meinen Augen nicht befriedigend zu lösen. Es wird immer eine Differenz geben, die Frage ist lediglich wie hoch diese Differenz in einem bestimmten Zeitraum wird. Allein durch das Temperaturverhalten einer (nicht belasteten) Batterie wird das Ergebnis differieren, den man entnimmt den Strom einmal bei 0°C und einmal bei 30°C. in beiden Fällen ist die Umwandlungsfähigkeit/Speicherkapazität eine andere. Natürlich hat der BC und der Shunt eine Temperaturkompensation, aber auch diese hat ihre Grenzen.
Wir haben früher in der Messtechnik eine Wärmekammer (Messingkasten) für Shunt/Messsonde gebaut und mit Strom auf 50°C (geregelt) erhitzt um in Langzeitmessungen stabile Ergebnisse zu erhalten.
Gruß Andreas

In der Tat eine schwierige Materie... meinen Beobachtungen zufolge, hat mich genau diese Abweichung des Votronic BC dazu getrieben den BlueBattery zu bauen :) Fairerweise sollte man allerdings unterscheiden, zwischen dem "alten" und dem neuen Votronic BC mit Smart Shunt. Meine Beobachtungen beziehen sich auf den Alten.

Bei dem Votronic BC wird ein 10-bit Wandler eingesetzt. Es ist dabei der gesamte Messbereich in Betracht zu ziehen, also von - 200 A bis + 200A, insgesamt also 400 A. Ein 10-bit Wandler hat 1024 Stufen: 400 A / 1024 = 0,39 A pro Stufe. Allerdings muss man dabei Wissen, dass die Messwerte in diesem Bereich "Rauschen", sodass man durch eine Mittelung der gemessenen Werte (eine entsprechende höhere Abtastrate vorausgesetzt) dieses Rauschen auch wieder heraus bekommt, somit Votronic hier eine "langsame" Auflösung von 0,1 A durchaus erreichen kann.

Diese grobe Quantisierung führt zu einem möglichen Fehler von ca. 0,1 A * 24 h = 2,4 Ah pro Tag, macht also in 30 Tagen 72 Ah. Meist ist der Fehler bedingt durch die Quantisierung geringer, weil die interne Auflösung höchstwahrscheinlich genauer als 0,1 A ist (ich vermute eher im Bereich 0,01A) und mit dem Rauschen sich daher über längere Zeit besser einstellt.

Den größten Fehler habe ich allerdings an anderer Stelle bemerkt: es ist der Temperaturdrift des BC. Die Nulllage des Signals wird meist bei einer Temperatur von ca 20°C vorgenommen. Im Winter liegt aber die durchschnittliche Temperatur eher bei 0°C. Ein typischer Temperaturfehler von 20ppm pro 1°C führt dann zu einer Abweichung von 400A * 20ppm * 20 = 0,16 A. Das sind dann 3,84 Ah pro Tag oder 115 Ah pro Monat. Daher habe ich dann den BC einmal im Sommer und einmal im Winter abgeglichen, damit dieser Fehler weg ging.

Im Vergleich dazu hat BlueBattery einen Temperaturkompensierten Sensor eingebaut, hier habe ich von 30 °C bis -20°C einen typischen Fehler von < 2 mA pro °C messen können (siehe Grafik). Zudem wird bei BlueBattery ein 14-bit Wandlung eingesetzt, d.h. im Bereich +/-200A sind das 24,4 mA pro Stufe. Intern wird dann auf 16-bit gemittelt, also ca 6 mA pro Schritt aufgelöst. Insgesamt sind daher die eingangs erwähnten Abweichungen geringer ausgefallen.

Sonnige Grüße
Kai

Hallo Kai

Vermutlich kennst Du das schon, aber wenn nicht, hier ist eine sehr intressante AppNote zum Thema Auflösung erhöhen durch Mittelung: --> Link. Die Kernaussage ist eigentlich, daß auf dem Mess-Signal mindestens ein Rauschen > 1 LSB sein muß, damit die Erhöhung der Auflösung durch Mitteln überhaupt funktioniert.

Gruß Ulf

Hallo MountainBiker,

ich hätte da mal eine Frage

MountainBiker hat geschrieben:Hallo,

Der größte Fehler hier entsteht bei der Digitalisierung, das analoge Messignal (eine Spanung am Shunt) ist lediglich mit der Shuntgenauigkeit behaftet, aber die Umsetzung erfolgt für einen definierten Meßbereich 0-200A.

Müsste es nicht lauten: Meßbereich -200A-0-200A.

MountainBiker hat geschrieben:Die binäre (digitale) Auflösung muß sowohl den größten, als auch den kleinsten Wert darstellen, d.h. bei 16 Bit-Auflösung hast Du als kleinsten Fehler bei der Umrechnung:

200A/65.536=0,0030517578125A das bedeutet die kleinste Auflösung sind hier 3mA = 1Digit minimaler Fehler immer zu rechen sind, d.h. mindestens 3mA Quantisierungsfehler (Messwertumrechnung) zudem kommt die bereits oben beschrieben Fehler (Meßwerterfassung) hinzu.

Wodurch sich dann 400A/65.536=0,006A ergeben würden?

So war es jedenfalls bei den Siemens-ADW, die von uns in der Firma eingesetzt wurden. Das höchste Bit war dann das Vorzeichen.

Gruß Gerald

... ja, das ist bekannt, ich habe > 20 Jahre in der (Mixed Signal) Halbleiter Branche gearbeitet. Von daher kenne ich die Chips auch von "innen". Viele ADC Wandler heutzutage arbeiten mit Oversampling und Dithering. Das Rauschen muss im Übrigen nicht unbedingt im eigentlichen Signal enthalten sein, man kann es auch zusätzlichen auf das Messsignal (analog) addieren, damit es später nach der ADC Wandlung sich herausfiltert (--> Link).

Wie weit jetzt das Eingangssignal beim Votronic rauscht, damit eine anschliessende Filterung wirkungsvoll ist, kann ich nicht ohne genauere Messungen (SNR) beurteilen. Man müsste mal genau - 0,1A bis -1,0 in 0,01A Schritten (Konstantstromquelle) anlegen und das dann über mehrere Tage den SOC aufzeichen. Dann sieht man ja was da gemessen und letztendlich berechnet wird.

Wie beschrieben ist vermutlich der Temperaturfehler das größere Problem. Bei BlueBattery konnte ich das System recht einfach in den Gefrierschrank (dank Bluetooth) legen, dabei dann Temperatur und Nullstrom aufzeichen und zu dem obigen Schaubild zusammenfügen.

geralds hat geschrieben:Wodurch sich dann 400A/65.536=0,006A ergeben würden?

Ja, hatte ich vorher geschrieben. Allerdings wird im Votronic ein Atmel uC mit integriertem 10-bit ADC eingesetzt, dadurch ergeben sich als kleinstmögliche Stufe 400A/1024=0,390A. Allerdings wird noch Headroom zum Abgleich und zu dem 60mV Shunt eine passende Referenz/Verstärker benötigt. Von daher ist die 10-bit Quantisierung eher bei 0,4 oder 0,5 A angesiedelt.

Sonnige Grüße
Kai

Hallo,

Euch ist schon bewußt, dass eine Termperaturdrift (30K) einen Fehler von ca. 10% des zu messenden Signals bei einen klassischen ohmschen Shunt (Votronic) bedeuten würde und nicht mehr. Das begründet nicht die große Abweichung wie vom TE dargestellt.
Ich nehme an die Ursache liegt woanders, aber um konstruktiv der Sache nachzukommen, müssen wie zuvor geschrieben alle Störer aus dem Stromkreis entfernt werden. Wenn dann weiterhin noch ein Abweichungsproblem in dieser Größenordnung vorhanden ist, dann kann man in Richtung Quantisierungsfehler/Auflösungsfehler weitersuchen. Es gibt hier zuviele Unbekannte um eine klare Aussage zu treffen.

at geralds: Das war nur ein "einfaches" Beispiel für den TE um das Thema Quantisierungsfehler/Auflösungsfehler zu verdeutlichen, man muß ja nicht alles immer zu komplex für einen Laien darstellen.

Bei 0 Strom geht der Shunt Widerstand gar nicht als Fehler in den Messwert ein, denn
U = I * R
Bei 0 A ist dann U auch immer 0, egal welchen Wert der Shunt Widerstand nun hat.

Der Temperaturdrift bei 0-Strom ist ein temperaturbedingter Offset-Fehler, meist im Vorverstärker der Eingangsstufe zum ADC. Es geht genau um diesen Offsetfehler, der sich in den Tagen dann addiert. Bei meinem Votronic BC war dieser Offset bei einer Temperaturdifferenz von 20 K etwa 0,4 A(in der Anzeige). Ich denke schon, dass dies ein erheblichen Einfluss hat: 0,4 A * 24 h = 9,6 Ah pro Tag. Mag sein, dass mein Exemplar atypisch ist, daher wäre es gut dies bei einem solchen vom TE berichtetet Drift zu überprüfen.

Sonnige Grüße
Kai