J-Log.eu - Forum

Ich schreibe es mal hier rein statt unter "Artverwandt" oder "blabla", weil die Aktivität in den vergangenen 2J doch insgesamt sehr abgenommen hat.
Ich habe da http://j-log.eu/forum/viewtopic.php?p=8921#p8921 mal was drüber geschrieben, und x-mal irgendwo auf j-log.eu in den vergangenen 7 Jahren.
Leider scheint es einfach nicht anzukommen..

Also noch mal. Anlass liefert seit wenigstens einem Jahr vor allem das "Gerätsel" um das Verhalten eines Hobbywing v4, den man hat.

Zunächst: Leute wie meinereiner wissen meist nicht, wie und wo im ESC gemessen wird. Man bekommt keine Information darüber vom Hersteller, den Schaltplan schon gar nicht. Damit kann man keine Bewertung hinsichtlich Genauigkeiterwartung abgeben.

Man kann generell davon ausgehen, dass dort kein "Messinstrument" designed wurde, dass es sich um einen günstigen Kompromiss handelt.
Der Best Case liegt vor, wenn der Hersteller das Strommessen von Anfang an auf dem Radar hatte beim Design. Bei einigen ESCs ist das zu bezweifeln, so auch beim HBW v4 (nur Annahme).
Trotzdem wird man sich auch immer von der BOM (Bill Of Material) leiten lassen, weshalb die Erwartungshaltung an Genauigkeit und Auflösung nicht zu hoch sein sollte.
Genauigkeit zerfällt in Wiederholgenauigkeit über die Exemplare und Stabilität über Zeit und Temperatur, bei einem ESC aber vor allem auch in Abhängigkeit von variablen Parametern, wie
- Polzahl
- PWM Frequenz
- PWM Duty Cycle, Verlauf des Average während eines Fluges

Womit wird gemessen?
Hierbei geht es im Sinne der Fertigungskosten vor allem um die Frage, ob es kalibriert werden muss, und damit, in Auswirkung auf die Wiederholgenauigkeit, meist um bewusstes Verzichten auf beides.
On top: Hat der Sensor einen Temperaturkoeffizienten? Kann ich den kostengünstig kompensieren? Muss ich den Kompensator evtl. auch kalibrieren? Welche Referenz (Spannung) benötige ich, was kostet die?
Dazu auch: Welche Auflösung kann ich erreichen?
- angesichts des Messbereiches
- angesichts der Tatsache, dass mein Stromsensor möglichst keinen Spannungsabfall zeitigen sollte

Tja..., da wird die Luft schon ziemlich dünne, --- noch viel dünner, wenn man den Sensor erst nachträglich in den ESC ferkelt.
- Eigentlich gibt es nur einen gängigen Sensortyp, der vorkalibriert ist und quasi keinen TK hat: Messwiderstand.
- Ein alternatives Hall Element hat einen TK, der gerade bei Anbringung innerhalb eines ESC kompensiert werden sollte: Punktgenaue Temperaturmessung. Oha, und wer kalibriert den Temp.sensor?
- Nicht selten wird der RDSon (Widerstand Drain Source im durchgeschalteten Zustand) eines beteiligten FET als Schalttransistor genommen. Das geht, ist aber ein Schätzeisen, auch FET-exemplar und temperaturabhängig.
- Besonders nett ist der Eigenbau eines "Mess"widerstandes in Form eines Trace auf der Platine (wie im alten JIVE), - unkalibriert, dafür mit viel Exemplarstreuung und TK.

Nun kommt der Messpunkt dazu.
- Die Motorphasen werden pro Umdrehung x-mal geschaltet, umgepolt, deren Frequenz ist eine Funktion von Anzahl magnetischer Pole und Drehzahl.
- Während der Einschaltzeit einer Motorphase ist es nicht ständig an, sondern ON/OFF mit noch viel höherer Frequenz, der PWM-Frequenz, - und der Duty Cycle ist variabel (==innere PWM).

Gemessen wird immer eine Spannung, mit einem ADC, zu 99.9% im eh vorhandenen Microcontroller.
Der ADC hat eine Auflösung, meist 10 oder 12bit, entsprechend 1024 oder 4096 Schritte.
Diese Auflösung verteilt sich zumeist auf 0 bis ca. 3V.

a) 3V?! Das mit einem MessWIDERSTAND? NÖ! Maximal paar Millivolt wird zugelassen. Shit, also nur teilweises Benutzen des Messbereiches, noch geringere Auflösung? -- Yep, denn ein InsAmp (Instrumentation Amplifier, Gleichspannungsverstärker mit hochgenauem Gain) wäre zu teuer in meiner BOM. Außerdem will er auch nicht überall hin in der Schaltung, - wo er mit möglicher Differential Voltage dröhnt, loost er bei Common Voltage. (Ok, es gibt immer mehr günstige, integrierte Lösungen, aber nicht für dicken Strom.)
=> Im unteren Strommessbereich ist man daher i.allg. ziemlich taub und ungenau, denn nach oben, bis 200A und mehr, ist ja noch ein weiter (Mess-)Weg.
Tja, liebe verwunderte User, dann nehmt doch mal Euren Taschenrechner zur Hand und Euer Wissen darum, wenn vorhanden, wie viel so ein Motor im Heli ohne Blätter zieht, vor allem, wenn Ihr nur mal kurz Gas gebt. Tut das mal, bevor Ihr den tausendsten Thread auf macht, um über nicht funktionierende Strommessung zu weinen.
Denkt daran, untenrum wirkt die geringe Auflösung.
Seid auch nicht unnötig pingelig im Vergleich zum Charger. Da ist a) ein technischer Unterschied beim Strommessen, b) entspricht es gar nicht der Intention hinter dem Messen entnommener Kapa, nicht dem Erreichbaren, s.u..

b) Mein ADC braucht eine Referenzspannungsquelle. Wo ist die, ist sie hinreichend genau und temperaturstabil? Tjaa.., manche Microcontroller haben eine Bandgab Source, einige aber nicht. Die eingebaute Referenz könnte hinderlich sein wg. ihrer Spannung (Messbereich definierend), eine externe Referenz findet wieder meine BOM doof. Alternative/Kompromiss: Ich mache die Ausgangsspg. meines internen Spannungsregulators genauer/stabiler.

c) Das ist der größte Hammer beim Messen an einer Motorphase: Ein ADC braucht immer eine bestimmte Zeit pro Messung. Innerhalb dieser sollte nichts passieren, was die Messung kaputt machen kann, - nicht die Motorphase umpolen, nicht die PWM von ON auf OFF schalten. (Das average ON der PWM (duty cyle) muss man eh berücksichtigen. Da die PWM aber bekannt ist, geht das rein rechnerisch.) ==> Das heißt nun: Ich muss die Messungen mit Kommutierung und PWM synchronisieren.
Schafft man c), kann man stolz sagen: Hey, ich messe den Phasenstrom!

Am lustigsten ist ja immer, wenn JLog dafür verantwortlich gemacht wird, er würde falsch "messen". Wenn in der Tüte, die mir der Milchjunge in den Vorgarten schmeißt, statt Brötchen ein Häufchen Hundekacke ist, dann kann ich nur das auf den Tisch bringen in meiner Verpflichtung, das Frühstück zu richten.

Tja.., nun sollte man sich wieder besinnen, nämlich darauf, wofür das überhaupt passiert: Genau, es geht um die mAh, die aus der Batterie gelutscht werden.
Batterie, nicht Wissenschaft an Motorphasen!
Von daher schon mal festzustellen: Am besten so nah wie möglicht Richtung Batterie messen, im ESC. Je weniger es "wackelt" durch Kommutierung und PWM, je genauer im Sinne der Übung, - ..und man kann sich das Synchronisieren von ADC-Messungen mit Kommutierung/PWM sparen.

Tja, Preisfrage wiederholt: Wie macht es ESC X, Y, Z? Keine Info.
Wird es ein ESC hinreichend gut tun, in den es im Nachhinein eingebaut wurde? Wohl kaum.
Weitere Fehlergründe? Schätze schon, - entweder Design Flaws durch fehlend Know How / Experience, - oder durch Strategie "Schei**drauf.
Alles ist möglich im RC.

Nach dieser wahrscheinlich wieder viel zu komplex anmutenden Darstellung, wenn auch, wie stets, "volkstümlich" gemacht, -- muss man eigentlich noch eine Gretchenfrage stellen:
Geht es wirklich um den mAh-Wert, entnommene Kapazität?
Alle schreien Jaaaa, - aber eigentlich: Nein.
Es geht darum, rechtzeitig gewarnt zu werden, bevor die Batterie im Discharge Zyklus dahingehend abkackt, dass deren steigender Innenwiderstand, und meist dann auch fast schlagartig, inakzeptabel viel Antriebsspannung frisst.
Will sagen, eigentlich geht es um das Beobachten der Zellenspannungen, um über den Zellenverband rechtzeitig sagen zu können: Der hat fettich, Zeit zum Landen.
Die kumulierten mAh, die gelutscht wurden, sind dafür nur ein teilweiser Anhaltspunkt, meist hinreichend, aber nicht immer.
Mache ich es nun richtig (schlagt mich bitte nicht, weil eigentlich nur CVS16 das kann, Schleichwerbung war NICHT meine Absicht), - dann ist die Strommessung, Startpunkt meines Schreibens, eigentlich nur noch ein nettes Wackelkino, Lebenszeichen von meinem Antrieb, - und im relativen Sinne, durch Erinnern an zuvor gesehene Werte im selben Modell und Setup u.U. sogar auch ein bisschen nützlich.
Die entnommene Kapa im Vergleich zur nominalen hinreichend "genau" zu monitoren, hat schon einen Sinn, ja. Es ist eine unverzichtbare Basis.
Es gibt aber noch n andere Faktoren, die die Dienstbereitschaft der Batterie beeinflussen. Neben absehbaren, wie Temperatur und Alterung (negative Entwicklung des durchschnittlichen Zelleninnenwiderstands) kommen unvorhersehbare Faktoren hinzu, - wirkungsverstärkt, da es sich immer um eine Reihenschaltung von Elementen handelt.
Man sollte sich dessen immer bewusst sein.

_________________
Tom