Lityum iyon pil voltajını ölçün (böylece kalan kapasite)

Ne ile çalışıyorum: 3.3V'de kendi ürettiğim Arduino kartımı (Arduino önyükleyici ve kod düzenleyicisini kullandığım anlamında) çalıştırıyorum ve karşılık gelen bir Mikroçip tarafından USB ile şarj edilmiş bir Lityum iyon pilden güç alıyorum şarj cihazı IC.

Ne elde etmeye çalışıyorum: Dakikada bir kez pil kapasitesini ölçmek istiyorum. Bağlı bir LCD'im var, bu yüzden fikir, genel kurulumun pilin belirli bir anda nasıl çalıştığını bana bildirmesi. Bataryanın veri sayfası, deşarj seviyesi eğrisine karşı bir voltaja sahiptir ve bu nedenle bataryanın voltajını ölçerek, kalan kapasiteyi tahmin edebilirim (çok kabaca ama benim için yeterli!).

Ben ne yaptım:

• (EDIT: Direnç değerleri güncellendi ve P-MOSFET anahtarı @stevenvh ve @ Jonny'nun önerilerine göre eklendi).

• V_plus pilinden bir voltaj bölücü bağladım, daha büyük "kısmı" Arduino / Atmega çipindeki bir analog okuma pimine (yani ADC) gidiyor.

• Bölücü 33 KOhm-10 KOhm'dir, böylece 3.3V seviye mikrodenetleyicimden maksimum 4.1 Volt'a kadar Li-ion pil ölçümü sağlar.

• Ayrıca, n-kanallı bir MOSFET'e bağlı G / Ç pinlerinden birini kullanarak, akımı sadece ölçüme ihtiyacım olduğunda bölücüden değiştirebilirim.

• İşte kaba bir şema (@stevenvh ve @Nick'in önerilerine göre 2. kez güncellenmiştir):

Benim sorum:

• Mevcut kurulumum nasıl?

• Tek kısıtlarım: (1) Yukarıda açıklandığı gibi voltaj okumasına dayanarak pil kapasitesinin kabaca ölçümünü yapmak istiyorum. (2) Voltaj bölücüsünün şarj IC'mizin pilin varlığını okumasına müdahale etmesini önlemek istiyorum (orijinal kurulumumda, bölücü bazen pilin yokken bile IC'nin yanlış okunmasına neden oldu).

Bu Nick'in şemasına çok benziyor, muhtemelen :-) yayınladığında çizmekle meşguldü.

İlk olarak neden N-FET'i yüksek tarafta kullanamıyorsunuz: kaynaktan birkaç volt daha yüksek bir geçit voltajına ihtiyacı var ve 4.2 V sahip olduğunuz tek şey, daha yüksek bir şey değil, bu yüzden işe yaramaz.

100 kΩ'luk bir değer de yapacak olsa da, pull-up için daha yüksek bir değere sahibim. 10 kΩ ölçüm yaparken gereksiz fazla 400 µA akıma neden olur. Dünyanın sonu değil, ama her iki durumda da 1 direnç, bu yüzden neden daha yüksek bir değer kullanmıyorsunuz?

MOSFET'ler için, gereksinimlerin çok katı olmadığı göz önüne alındığında seçilebilecek çeşitli parçalar vardır; örneğin P-kanalı için Si2303 ve N kanalı için BSS138 gibi ucuz olanları düşünebilirsiniz .

@Inga. Bu bir cevaptan çok bir yorumdur. Ama bir resim göndermek istiyorum, bu yüzden bir cevap olarak gönderiyorum.

Mikrodenetleyiciniz (uC) + 3.3V ile çalışır. Önerilen P-MOSFET'in tahliyesi + 4.1V kadar yüksek olabilir. Halihazırda çizildiği gibi, bir + 3.3V mantık sinyali P-MOSFET'i tamamen kapatamayacaktır. Aşağıdaki şemadaki Q6, + 4.1V'ye toleranslı bir açık tahliye çıkışı oluşturur.

C14, A / D'nizin göreceği empedansı azaltır.

[...] akü gerilimi (böylece kalan kapasite)

Akü voltajını algılamanın kalan kapasiteyi algılamanın doğru bir yolu olmadığını görebilirsiniz. Taşınabilir cihazlarda (cep telefonları, dizüstü bilgisayarlar), pil kapasitesi, pilin içindeki ve dışındaki akımı ölçerek tahmin edilir. Bu görevde yardımcı olan onlarca özel pil yakıt göstergesi IC'si ( örneğin, bq27200 ) vardır.

Neden düşük tarafta tek bir N-kanal MOSFET ve üst tarafta iki direnç bölücü yok?
[aşağıdaki yorumdan]

Akü voltajı (V _bat ) mikrodenetleyicinin besleme voltajından (V _cc ) yüksek olduğunda düşük taraftaki bir anahtarda sorunlar vardır . Düşük yan anahtar kapalı olduğunda, voltaj bölücünün toprak ucu yüzer, bölücü artık bölünmez, tam kontrol voltajı mikrodenetleyicinin ADC pininde görünür. Bu uC'ye zarar verebilir. Ayrıca pilin deşarj olacağı bir sızıntı yolu oluşturur.
V _bat > V _cc olduğunda yüksek taraf anahtarı çağrılır .

¹ Kısaca V _cc kullanacağım , ancak bu tartışma V _dd , AV _cc , AV _dd için de geçerlidir. Şüpheniz varsa, elbette bir veri sayfasına bakın.

Ad.A: Bence akü voltajını tespit etmek için basit bir voltaj bölücü kullanmak yeterince adil. Bununla birlikte, direnci dikkatli bir şekilde seçmelisiniz. ATmega328 veri sayfasına göre ADC girişlerinizin iç empedansı 100kΩ'dur . Bkz. "Şekil 23-8. Analog Giriş Devresi". Bölücünüzün ADC girişiyle karşılaştırılabilir bir empedansı varsa, ADC giriş devresi temel olarak bölücüdeki başka bir düğüm gibi davranacaktır. Size ADC okumalarında ofset verebilir.

Raylar boyunca 10kΩ'a kadar bir ayırıcı kullanmak, sadece 410µA kullanırken ADC giriş empedansını göz ardı edecek kadar düşük olacaktır. Uygulamanız için bu çok fazlaysa, elbette daha büyük dirençler seçebilirsiniz, ancak ADC'nin orada olduğunu ve Vcc / 2'ye bağlı olduğunu unutmayın.