Sousim-Steuerung für eine elektronische Last – oder noch ein Gerät, um „überschüssige“ Energie zu verheizen

Letztes Jahr habe ich zwei elektronische Lasten von Sousim vorgestellt. Eine davon habe ich erfolgreich eingesetzt, und heute ist die zweite an der Reihe, die sich ursprünglich nur über einen Computer steuern ließ.


Am besten fange ich wohl mit der Vorgeschichte an.
Ursprünglich hatte ich vor, die elektronische Last zusammen mit einem Computer zu verwenden. Das erwies sich jedoch als sehr umständlich, weil die mitgelieferte Software ziemlich verbuggt war und ich das nicht in den Griff bekam. Damals schrieb ich auch, dass es einen separaten Controller für diese elektronische Last gibt, und veröffentlichte sogar ein Foto davon.


Schließlich war ich Feuer und Flamme für die Idee, mit diesem Controller eine autonome elektronische Last zu bauen. Dabei stellte sich heraus, dass das Ganze nicht so einfach ist, wie es auf den ersten Blick scheint.
Zunächst einmal werden die Controller nirgendwo verkauft. Auf Taobao fand ich aber einen Händler, der Produkte der Firma www.xldn.net, verkauft, die diesen Controller entwickelt hat und Informationen dazu auf ihrer Website veröffentlicht. Dort steht allerdings auch, dass die Last Ströme bis 50 A verarbeiten kann. Als ich bestellte, wusste ich von dieser Version aber noch nichts und orderte die Variante für gerade einmal 20 A.
Da ich nicht wusste, wie ich sie kaufen sollte, bat ich die Managerin von yoybuy.com um Hilfe. Dafür noch einmal vielen Dank.
Ganz grob lief das Ganze so ab:
Ich schreibe der Managerin, sie schreibt dem Händler, der Händler schreibt dem Hersteller des Controllers.
Der Hersteller fertigt den Controller, der Händler kauft ihn beim Hersteller, erhält und prüft ihn, stellt ihn in seinen Shop ein, und ich kaufe ihn ganz normal über einen Vermittler.

Das ist allerdings sehr verkürzt dargestellt, denn es gab einige Schwierigkeiten: Die Managerin war keine Technikerin, die Kommunikation lief auf gebrochenem Englisch, technische Begriffe mussten aus dem Englischen ins Chinesische übersetzt werden – kurz gesagt, ein ziemliches Abenteuer :) Das Ganze dauerte etwa zwei Monate, und schließlich bestellte und erhielt ich das ersehnte Platinchen.
Es war ziemlich teuer: etwa 28 US-Dollar inklusive Versand innerhalb Chinas, dazu kamen noch die Gebühren des Vermittlers. Aber nachdem ich den ganzen Prozess erst einmal angestoßen hatte, gab es für mich kein Zurück mehr.

In der Bestellung waren zwei Artikel, einer davon winzig. Vielleicht stelle ich ihn irgendwann auch noch vor, zumal es sich um ein interessantes Teil handeln dürfte. Die Verpackung war ziemlich groß, das Gesamtgewicht betrug 220 g.
Der Controller war so gründlich in Folie eingewickelt, dass es wirklich schwer gewesen wäre, ihn zu beschädigen.


Der Lieferumfang ist denkbar einfach und übersichtlich:
1. Controller
2. Zwei Kabelsätze mit Steckern
3. Anleitung.


Da der Controller ziemlich universell ist, passt die Anleitung nicht ganz zu diesem Modell. Im Grunde musste ich aber nur wissen, welche Kabelfarbe wofür steht; eigentlich hätte ich auch ganz ohne Anleitung alles hinbekommen.
Das zweiadrige Kabel ist für den Anschluss der RS485-Schnittstelle vorgesehen.
Die fünf Adern dienen zum Anschluss der Stromversorgung und der Messleitungen. Dabei gilt: Rot + Schwarz = Stromversorgung, Gelb = Spannungsmessung, Blau + Weiß = Strommessung. Das letzte Adernpaar war zusammengelötet, der Hinweis war also ziemlich eindeutig.
Zunächst war mir überhaupt nicht klar, warum Spannung und Strom gemessen werden müssen, wenn man dieselben Daten auch von der elektronischen Last bekommen kann. Wie sich später herausstellte, hat mich das sogar in gewisser Weise gerettet.


Fast die gesamte Vorderseite nimmt das Display mit einer Auflösung von 128 × 64 Pixeln ein, mit einem CoG-Controller (Chip on Glass).


Rechts befinden sich drei Bedientasten und eine zweifarbige LED. Weiter rechts sind Kontaktflächen zu sehen, an die man einen Stecker anlöten und Bedienung sowie Anzeige separat anschließen kann. Ich hatte gehofft, einen Drehgeber anschließen zu können, aber nein: nur die harte Tour, nur drei Tasten.


Erst später bemerkte ich, dass es offenbar auch einen Zierrand gibt. Andererseits ist nicht gesagt, dass mit diesem Rahmen alles in mein Gehäuse gepasst hätte.


Das Display sitzt auf einer zusätzlichen Platine, die wiederum mit der Hauptplatine verbunden ist.


Als ich die Platine umdrehte, war ich erst einmal kurz ziemlich „baff“ ... Rund 30 US-Dollar für ein paar Bauteile?
Aber Alternativen gab es ohnehin nicht. Das Steuerprotokoll hätte ich nicht entschlüsseln können, und ein eigenes Programm für den Mikrocontroller zu schreiben schon gar nicht. Tja, wenn man nicht mit dem Kopf arbeiten kann, muss man eben mit den Händen dem Geldbeutel arbeiten.


In meinem Fall ist das Ganze so leer und einfach. In der normalen Ausführung sieht die Platine deutlich aufwendiger aus. Hier zum Beispiel ein Foto derselben Platine, allerdings für die Überwachung eines Akkus aus 32 Zellen. In diesem Fall hat der Hersteller die Platine einfach als Basis für eine einfachere Konstruktion verwendet.


So sieht übrigens eine der möglichen Anzeigen auf dem Display des Controllers aus.


Bei der Bestellung fragte der Verkäufer, welchen Versorgungsspannungsbereich ich brauche. Es gab zwei Varianten: 35–200 V und 6–35 V. Da meine Versorgungsspannung 12 V beträgt, habe ich die zweite Variante gewählt.
Angenehm war aber, dass der Regler galvanisch getrennt ist. Damit ist das Problem der „Erdschleifen“ gleich gelöst, und die Arbeit wird generell einfacher. Nicht vergessen: Auch die RS485-Schnittstelle auf der Lastplatine ist galvanisch vom Leistungsteil getrennt.
An der Seite fand sich noch eine Taste. Experimente zeigten, dass sie die Platine auf die Werkseinstellungen zurücksetzt.


Es gibt nur sehr wenige Bauteile.
1. RS485-Transceiver
2. Operationsverstärker
3. EEPROM

Außerdem gibt es auf der Platine Anschlüsse für zwei Temperatursensoren. Soweit ich das beurteilen kann, werden sie in dieser Funktion aber nicht arbeiten.


Auf der Herstellerseite stand:
it uses all imported 18-bit AD sampling voltage and current
Das bedeutet, dass ein 18-Bit-ADC zum Einsatz kommt. Deshalb habe ich die Wandlerplatine ausgebaut und mir den Mikrocontroller angesehen. Ich vermute, dass es ein ganz gewöhnlicher STM ist, weiß aber nicht, ob es die mit 18-Bit-ADC gibt.


Viel mehr gibt es nicht zu untersuchen, also komme ich zur Beschreibung der Bedienung.
1, 2, 3, 4. Mit der oberen Taste lassen sich vier Betriebsarten auswählen: CC, CV, CW und CR. Mit derselben Taste aktiviert man auch den Einstellmodus. Die unteren Tasten dienen dann zum Erhöhen und Verringern des Werts.
5. Mit der mittleren Taste schaltet man die Hintergrundbeleuchtung ein und aus. Hält man sie länger gedrückt, wird der Ah-Zähler zurückgesetzt.
6. Mit der unteren Taste wird die Last ein- und ausgeschaltet.


Durch wiederholtes Drücken der oberen Taste wechselt der Controller in den Modus für zusätzliche Parameter und Einstellungen.
1. Anzeige der aktuellen Eingangsspannung.
2. Anpassung für den Betrieb mit einem externen Strommess-Shunt.
3, 4. Einstellung der minimalen Spannungs- und Stromschwelle, bei deren Unterschreitung die Last abgeschaltet wird.


1, 2. Zeiteinstellung. Ich habe es nicht ausprobiert, aber soweit ich verstehe, lässt sich damit die Betriebsdauer begrenzen.
3. Korrektur des Spannungsabfalls an der Minusleitung zur Klemme. Die Korrektur ist sehr fein und berücksichtigt den Spannungsabfall unter Last. Sie wird bei einem Strom von 1 A eingestellt und passt die angezeigte Spannung anschließend proportional zum Laststrom an. Im Grunde wird damit eine „virtuelle“ Vierleitermessung realisiert.
4. Geräteadresse im System.

Über die Sprache könnte man ein eigenes Kapitel schreiben. Ich habe mehrmals angegeben, dass ich Englisch brauche, bekam das Gerät am Ende aber mit chinesischer Sprache. Immerhin gibt es nicht viele Menüpunkte.


Im Betrieb sieht der Bildschirm ungefähr so aus:
Obere Zeile: Betriebszeit im Lastmodus, Spannungsgrenze und Stromgrenze (im Grunde nur Erinnerungswerte).
Darunter werden die Betriebsart und der eingestellte Parameterwert angezeigt.
Ganz unten stehen vier Werte: gemessene Spannung, gemessener Strom, berechnete Leistung und Kapazität in Ah.
Spannung und Strom werden ziemlich genau gemessen. Darauf komme ich später noch zurück.


Auf der Herstellerseite sieht es ungefähr genauso aus.


Nachdem ich mich ausgiebig damit beschäftigt hatte, ging es an den Aufbau. Dafür verwendete ich den Controller, eine elektronische Last, ein 12-V-Netzteil mit 0,5 A, ein Gehäuse und ein paar Kleinteile.


Video zur elektronischen Last


Ich habe ein Gehäuse verwendet, das schon lange irgendwo im Schrank lag. Den Namen habe ich inzwischen vergessen. Wenn ich mich nicht irre, war es irgendetwas aus der KM-Serie. Die Abmessungen des Gehäuses betragen 178 × 140 × 69 mm.
Der größte Vorteil dieses Gehäuses ist, dass es keine Stege gibt, die Ober- und Unterteil verbinden. Dadurch lässt sich die Frontplatte besser ausnutzen.


Am Lastmodul habe ich einige Änderungen vorgenommen: Summer und RS485-Anschluss wurden auf die jeweils gegenüberliegenden Seiten ihrer Platinen verlegt, die Abstandshalter gekürzt. Das war nötig, um die Gesamtbreite der Konstruktion zu verringern.


Während unseres Austauschs schrieb der Verkäufer, für den korrekten Anschluss sei ein separater Strommess-Shunt mit einem Standard-Spannungsabfall von 75 mV nötig. Ich versuchte zu erklären, dass auf der Lastplatine bereits ein Shunt sitzt und kein zusätzlicher nötig ist. Am Ende stellte sich aber heraus, dass es einfacher war, ihm zuzustimmen. Den Shunt bei ihm zu kaufen, lehnte ich allerdings ab, denn:
1. Ich war mir nicht sicher, ob er überhaupt nötig ist.
2. Bei uns ist es günstiger als auf Taobao.

Ein wenig hoffte ich allerdings, den Lastbereich auf 50 A erweitern zu können, und schrieb deshalb, dass ein 50-A-Shunt dabei sein würde :)


Der Test bestätigte meine Vermutung, dass kein zusätzlicher Shunt nötig ist. Außerdem lässt sich der Controller für den Betrieb mit dem eingebauten Last-Shunt umkonfigurieren. Dafür musste ich in den Einstellungen den Shunt mit 75 mV und 14,3 A auswählen.
Ich hatte befürchtet, dass ich den Strom dann nicht über diesen Wert hinaus einstellen könnte, aber das ging problemlos: 20,1 A ließen sich einstellen. Andererseits war ich auch ein wenig enttäuscht, denn die Last ist leider auf genau diese 20,1 A Maximalstrom begrenzt :(
Ein Foto zwischendurch, während ich verschiedene Betriebsarten überprüft habe.


Danach ging es mit dem ganz normalen Zusammenbau weiter. Zuerst schnitt ich ein Stück Kunststoff zurecht, um den Kühlkörper abzudecken.


Das war nötig, damit die Luft nur nach außen aus dem Gehäuse geblasen wird.


Zur Befestigung der Platine verwendete ich drei Abstandshalter von Mainboards. Zwei davon schraubte ich in vorhandene Löcher, für den mittleren bohrte ich ein zusätzliches Loch. Die Abstandshalter haben außen ein Gewinde von etwa 4 mm und innen ein M3-Gewinde.


Die Platine ist im Gehäuse befestigt.


Zu Hause fand ich doch noch ein schwarzes Schutzgitter für 50-mm-Lüfter. Das Ergebnis gefiel mir aber nicht, also habe ich einfach die 60-mm-Version ein wenig „modifiziert“. Außerdem baute ich die Stromversorgungsbuchse ein. Später kam mir noch die Idee, auf der Rückseite auch eine Buchse für den Anschluss an den Computer vorzusehen.


Mit der Frontplatte gab es überhaupt keine Probleme, abgesehen davon, dass ich ein ziemlich großes Fenster für das Display ausschneiden musste. Die Controllerplatine passte von der Höhe her praktisch genau ins Gehäuse.
Die Controllerplatine wird dabei an vier Kunststoff-Abstandshaltern befestigt, die ich an die Frontplatte geklebt habe.


Der erste Probelauf: Wie schon beim letzten Mal lötete ich das Netzteil an die Stromversorgungsbuchse, diesmal aber eher der Einfachheit halber, denn Platz war eigentlich genug vorhanden.


Bei der Planung der Frontplatte hatte ich Sorge, versehentlich an den Netzschalter zu kommen. Deshalb nahm ich keinen Druckknopf, sondern einen Kippschalter und setzte ihn weit nach rechts. In der Praxis stellte sich dann heraus, dass ich es damit etwas übertrieben hatte.
Die Anschlussklemmen setzte ich links hin, weil unten kein Platz dafür war. Die zusätzlichen Klemmenöffnungen zeigen nach links und leicht nach oben, damit sich die Kabel bequem anschließen lassen.


Diesmal gibt es auch deutlich weniger Kabel, vor allem weil die gesamte Steuerung über nur zwei RS485-Leitungen läuft.


Nach dem Zusammenbau führte ich eine Zweipunktkalibrierung bei 1 und 11 A durch. Den zweiten Wert wählte ich aus zwei Gründen:
11 A hält mein Multimeter noch problemlos aus.
Wegen der umständlichen Software war es für mich einfacher, zwischen 11 und 1 A umzuschalten als zwischen 10 und 1 A. Darüber hatte ich im entsprechenden Testbericht geschrieben.

Danach schloss ich die Kabel der Controllerplatine an und überprüfte das Ergebnis. Sieht alles gut aus. Na ja, fast: Es stellte sich heraus, dass der Betrachtungswinkel des Displays praktisch nicht vorhanden ist. Von oben (und übrigens auch von unten) betrachtet wird das Bild invertiert.


Damit wäre es mit dem Innenleben auch schon getan. Es gibt nur wenige Kabel, deshalb wirkt der ganze Aufbau sehr einfach.


Wie schon beim letzten Mal schaltet der Schalter die 12 V, während das Netzteil ständig läuft. Nebenbei musste ich den Stecker, mit dem der Leistungsteil an die Steuerplatine angeschlossen wird, etwas kürzen, sonst ließ sich das Gehäuse nicht schließen. Das war aber zu erwarten.


Das war's auch schon. Für meinen bescheidenen Geschmack ist das Ergebnis ganz ordentlich, auch wenn es noch weit von perfekt entfernt ist. Heute würde ich einiges anders machen.


Zum Beispiel hätte ich den Kühlkörper schwarz lackieren und eine Buchse für den Anschluss an den Computer einbauen sollen.
Vielleicht hätte ich auch noch mehr Öffnungen für die Luftzufuhr vorsehen sollen.


Die Gehäuse der neuen und der vorherigen elektronischen Last sind in Breite und Tiefe ungefähr gleich, unterscheiden sich aber in der Höhe. Eigentlich hatte ich beim letzten Mal vor, dieses Gehäuse für die 300-W-Version zu verwenden, aber der Platz hat nicht ganz gereicht und ich musste das Z2A nehmen.


Mit diesem eigentlich recht erfreulichen Ergebnis könnte ich meinen Bericht beenden, wenn da nicht ein wesentlicher Mangel wäre, den ich einfach nicht in den Griff bekommen habe.
Egal, wie genau ich die elektronische Last kalibrierte: Nach einiger Zeit hatte die Kalibrierung die unangenehme Angewohnheit, sich zu verstellen. Und zwar sowohl nach oben als auch nach unten. Oben habe ich zum Beispiel das Ergebnis der Kalibrierung gezeigt. Einen oder zwei Tage später schaltete ich die Last ein und sah statt 1 und 10 A plötzlich 0,87 und 9,43 A. Ich verbrachte den ganzen Abend mit einer erneuten Kalibrierung, diesmal besonders sorgfältig und mit etwas anderen Referenzpunkten (0,5 und 5,5 A bei 24 V). Am nächsten Tag zeigte sie zunächst statt 1 A 970 mA und statt 10 A 10,02 A an. Beim nächsten Einschalten war das Ergebnis dann aber wieder ganz anders: 1,02 beziehungsweise 10,5 A.

Dabei fiel auf, dass die Störung in manchen Fällen nicht nur zu einer Verschiebung des Messwerts führte, sondern auch dazu, dass sich der Strom sofort einstellen ließ. Im ursprünglichen Zustand sah die Einstellung auf 10 A ungefähr so aus: sofort 9,5 A, und der Rest „lief“ innerhalb von etwa einer halben Minute nach.
Ich dachte sogar daran, es so zu lassen und einfach den Nennwert des Shunts etwas zu ändern. Allerdings war die Abweichung nicht gleichmäßig: Bei 1 A betrug sie beispielsweise 3 %, bei 10 A schon 5 %.

Irgendwann fand ich dann doch die Ursache. Ich ging davon aus, dass die Spannung problemlos kalibriert worden war und sich dieser Wert in mehreren Monaten nicht „verstellt“ hatte. Das Problem betraf nur die Stromkalibrierung. Wie sich herausstellte, hatte einer der Drähte im Kabelbaum zwischen der Leistungsplatine und dem „Gehirn“ des Geräts schlechten Kontakt im Stecker. Genauer gesagt hatte die Steuerleitung zu einem der Leistungstransistoren einen Wackelkontakt. Der Kontakt war aber nicht vollständig unterbrochen, sondern der Laststrom änderte sich.
Also crimptе ich den Kabelbaum neu und kürzte ihn dabei gleich auf etwa ein Drittel seiner ursprünglichen Länge. Danach war das Problem wie weggeblasen: Nichts „verstellt“ sich mehr, und auch der Strom bleibt stabiler. Zuvor gab es gelegentliche Schwankungen an der letzten Stelle, vermutlich verursacht durch die Vibrationen des Lüfters. Später ergänzte ich noch Kondensatoren am Versorgungseingang und an der 5-V-Leitung, über die der Schnittstellenwandler versorgt wird.
Übrigens stellte sich heraus, dass es zwei 5-V-Leitungen gibt: eine für die Versorgung des Mikrocontrollers und eine zweite für den Analogteil, in dem außerdem ein Wandler auf −5 V sitzt.


Video-Review


Am Controller habe ich nur zwei Dinge auszusetzen: den kleinen Blickwinkel des Displays und die fehlende Anzeige der Kühlkörpertemperatur. Letzteres ist allerdings deutlich weniger wichtig.
Was das Gerät insgesamt angeht, bin ich zufrieden. Natürlich könnte man Alternativen in Form fertiger Geräte nennen, aber denen fehlt, was ich brauche, und zwar:
Ein Konstantleistungsmodus ist nur sehr selten zu finden.
Ein Spannungsbegrenzungsmodus ist noch seltener. Er ist zum Testen von Ladegeräten nötig; ohne ihn lässt sich ein Ladegerät nur sehr schwer korrekt testen.
Ein Konstantwiderstandsmodus ist normalerweise überhaupt nur bei Markengeräten vorhanden.

Das war's. Ich hoffe, der Testbericht war hilfreich. Wie immer freue ich mich über Fragen und Kommentare.