Układ zabezpieczający akumulator li-ion przed nadmiernym rozładowaniem

[marek1707]

Założyłem sobie, że 100nF długo ładunku nie utrzyma i nawet przez własną upływność rozładuje na tyle szybko, że zawsze po wymianie akumulatora będzie pusty. To z kolei oznacza, że wyjście zawsze będzie dostawało krótką szpilkę napięcia przy podłączaniu akumulatora. Czy to źle? Przy 100nF/100k potrwa ona kilkanaście ms. Pytanie czy wewnętrzny RESET procesora odpuszczany jest tak szybko by odpalić program, który z kolei po starcie też robi parę rzeczy zanim w ogóle wystartuje main(). Moim zdaniem nie zdąży i zobaczymy tylko krótkie mignięcie ew. diodki LED powieszonej na Vcc. Żeby jednak "sztuka nie cierpiała", można albo skrócić stałą czasową RC (np. 22k/22nF) albo kondensator przerzucić na górę, równolegle do opornika 100k. Wtedy na starcie będzie zawsze rozładowany (bo bezpośrednio widzi R1) a MOSFET będzie zawsze ruszał ze zwartą (kondensatorem) bramką. Można też w ogóle C4 wyrzucić. Narastanie napięcia wyjściowego będzie trochę kulawe, ale są tam przecież jakieś pojemności które wygładzą rampę a sam odczyt stanu przycisku można programowo odkłócić.

To jest wg mnie piękno prostych układów, że można je ulepszać i rozbudowywać w nieskończoność 🙂

[Elvis]

Z tego co wiem 100nF ma raczej niewielką upływność, więc może całkiem długo utrzymywać ładunek. Chociaż to rzecz względna. Chodziło mi tylko o niekonsekwencję rozwiązania.

Natomiast co do narastania napięcia to będzie znacznie krócej niż stała 100nF * 100k. Przecież jest jeszcze druga dioda i pull-up w procku. Więc ładowanie będzie mocno losowe, zależne od tego jaki wyszedł podciąg w krzemie - niezbyt to eleganckie.

Radziłbym zmontować prototyp na płytce i potestować. Ja kiedyś miałem dużo niemiłych niespodzianek z podobnymi układami - okazuje się że nawet złącze baza-kolektor w bc847 przepuszcza trochę prądu, przy 100k to może jeszcze przejdzie, ale przy 1M i wyższej temperaturze kiedyś miałem z czymś takim problem 🙂

[marek1707]

No to jeśli długo utrzymuje ładunek to tylko lepiej. Wtedy wyjście nie zostanie włączone ani na chwilę. Cieszymy się.

Prawa gałąź nie dostarcza prądu, bo procesor najpierw nie ma zasilania a gdy je nawet na chwilę dostanie, stoi w resecie - wtedy z portów też nic nie wypływa). Jeśli już impuls zasilania po podłączeniu aku pojawi się, to jest krótki (a bez kondensatora wcale go nie ma) i nie wystarczy na start proca. Znów cieszymy się. A gdy wystarczy, program załączy npn i zacznie stabilną pracę. To także dobrze. Nie widzę tu problemów. Kondensator nie jest groźny a jego usunięcie niewiele zmienia. Przy włożonym akumulatorze urządzenie będzie w sposób pewny załączać się z przycisku i ma możliwość samodzielnego wyłączania się z różnych powodów. O to chyba chodziło?

100k to nie 1Meg i nie jest przypadkowy. Czy przewidujemy grzanie tego robota w piecyku do 100°C? Nikt o tym nie wspominał. Wtedy trzeba by przewidzieć inne zasilanie niż LiPol.

[karol9966]

Nie chcę zakładać nowego tematu, bo problem jest bardzo zbliżony. Tym razem chcę zrobić bardzo podobny układ do zarządzania baterią, lecz dużo większą, już nie 1S, tylko 10S. Dysponuję baterią Li-Ion 36V 10S i chcę również mieć możliwość odłączenia zasilania z poziomu mikrokontrolera oraz reagowania na różne sposoby wcisnięcia przycisku zasilającego również na mikrokontrolerze. Jeszcze jedna opcja, którą chciałbym w nowym układzie zawrzeć to możliwość ładowania baterii bez konieczności odłączania jej od robota. Ładowarki nie chcę robić, ponieważ mam dedykowany układ, który spełnia tę rolę, lecz zastanawiam się w jaki sposób najsensowniej zablokować możliwość włączenia robota podczas gdy robot jest ładowany. Pomyślałem o wstawieniu szeregowo do przycisku (gniazdo BM02B) mosfetu, który na bramkę dostawałby napięcie z ładowarki i w tym momencie rozwierał połaczenia, tym samym uniemożliwiając załączenie przycisku, tylko czy to jest eleganckie rozwiązanie?

@edit

Nie dodałem jeszcze, że oprócz tego, że napięcie baterii będzie większe to i pobór prądy będzie dużo większy, na poziomie ok. 20A.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[marek1707]

Musisz znaleźć mocniejszy npn, bo ten nie wytrzyma tych 42V Uce.

Żaden MOSFET nie wytrzyma -42V na bramce, musisz zmienić sposób jej sterowania.

To jest schemat obecny, jeszcze bez żadnych zmian, czy tak? Bo co tu blokuje przycisk?

[karol9966]

Właściwie tak, to jest obecny schemat, bez zmian. Nie rozumiem pytania, w jakim sensie co blokuje przycisk?

[marek1707]

W wersji że jest to już schemat działający wg Twojego pomysłu blokowania przycisku zastanawiałem się jak to ma działać. No ale to jeszcze jest wersja bez tego mechanizmu.

Może pokaż resztę schematów, bo jeśli w tak trywialnej rzeczy jak klucz PMOS są dwa poważne babole, to co dopiero na większych kartkach? Projektujecie tego robota na jakieś zawody? Czy to Ty jesteś odpowiedzialny za elektronikę?

[karol9966]

Ja jestem odpowiedzialny za elektronikę. Pozostałe schematy to głównie wejścia/wyjścia do mikrokontrolera. Zdaję sobie sprawę, że są błędy, to jest przeklejony schemat z poprzedniego projektu, jeszcze bez zmianek.

[karol9966]

W dokumentacji ten npn ma napisane Uce 45V max, więc nie wystarczy?

@edit

Jak bardzo głupie byłoby takie rozwiązanie? Czyli w momencie gdy podłączamy ładowarkę, trafia ona na dzielnik i software'owo sprawdzamy czy na adc jest napięcie z ładowarki, jeżeli jest to rozłączamy układ i bateria się ładuje.

[marek1707]

Wyobraź sobie, że policzyłeś i wg Twoich planów zbudowano niewielki most. Doglądałeś budowy, ale wiadomo jak to jest z materiałami, pogodą w czasie pracy itp. Różnie to było, robotnicy z jakiejś ekipy, kierownik mruk itd. Planowałeś na 45 ton a teraz, w czasie pierwszego testu wjeżdża na to 42 tonowy czołg. Staniesz pod tym mostem, czy raczej trochę z boku? A może planując użytkowe 45 ton zrobiłeś zapas do 90 ton? A tutaj co? Wiedza i instynkt zanika?

Owszem, czasem trudno jest zrobić duży, np. 100% margines. Gdy planujesz układ powiedzmy na 600-700V to 1kV tranzystor plus układy gaszenia przepięć powinny wystarczyć. Ale tutaj? Gdy bez problemu masz tranzystory 100V Ty decydujesz się na 3V zapasu? Przecież chyba nie chodzi o 3 grosze różnicy w cenie? Jak wygląda przebieg napięcia w czasie podłączania ładowarki? Żadnych przepięć? Żadnych indukcyjności przewodów? A akumulator? Ma wydajność pewnie ze 200A więc gdy go podłączasz dostajesz narastanie ze 100V/us. Wiesz co taki skok robi na indukcyjności kabli i ścieżek, nawet 1uH? Z definicji potrzebujesz marginesu na wszystkich półprzewodnikach 100% plus diody zabezpieczające na szynach głównego zasilania. Zastanów się jaki prąd popłynie gdy 42V akumulator o rezystancji wewnętrznej np. 10mΩ podłączysz do swojego robota, gdzie na wejściu jest pewnie jakiś dobry kondensator np. 100uF. I jaki stres wywołuje taki prąd w okolicznych ścieżkach i kablach. Nie pracujesz na paluszku AA więc musisz myśleć szerzej i patrzeć nie tylko na schematy - tam zwykle wszystko jest piękne (nie, to nie Twój przypadek, niestety), ale symulować w głowie różne stany układu, nie tylko te ustalone.

W Twoim pomyśle ładowarka widzi akumulator przez diodę więc ładuje pakiet do złego napięcia. Nie mówiąc o tym, że wszelkie testy np. pojemności czy rezystancji wewnętrznej wykonywane przez bardziej zaawansowane ładowarki będą niemożliwe. Myśl dalej.

[karol9966]

Co do samego pomysłu to układ ładujący i zabezpieczający jest wszyty w samą baterię, więc w takim przypadku ta dioda nie powinna bardzo przeszkadzać. Dobiorę elementy z większym zapasem. Nie mam aż takiego doświadczenia w projektowaniu pcb pod tego typu baterie, na co głównie powinienem zwrócić uwagę, lub jak sobie radzić z przypadkami, o których piszesz?

[marek1707]

Napisałeś przecież, że podłączasz ładowarkę. Odróżniasz ją od zwykłego zasilacza? To kto kontroluje napięcie i prąd ładowania samego akumulatora: to coś co dołączasz do CHARGER_IN czy coś tajemniczego zamontowanego w pakiecie aku? Bo jeśli to drugie, to musisz zapodać znacznie więcej niż 42V by układ regulacji miał margines kilku woltów - i wtedy dioda nie przeszkadza (w samym ładowaniu). A jeśli to pierwsze, to nie ściemniaj mi tu o diodzie co to ma "nie bardzo przeszkadzać" bo porządna ładowarka najpierw mierzy napięcie pakietu upewniając się że jest podłączony poprawnie a dopiero później załącza moc.

Może na początek dowiedz się jakie dokładnie są funkcje tego co masz przy akumulatorze: czy to jest zabezpieczenie pod- i nad-napięciowe plus ew. balancer ogniw czy jest to pełny układ ładowania a jeśli tak to jakim cudem może działać z 42V ładując pakiet 10S.

Masz być ostrożny i wyobrażać sobie co się dzieje w Twoim układzie zanim go zmontujesz.

A co do marginesów: może pogadaj z kolegami z wydziału budownictwa? Podejrzewam, że wspominając tam o zapasie projektowym kilku procent jaki przewidywałeś zabiliby Cię śmiechem a anegdoty o naiwnych elektronikach jeszcze długo krążyłyby po wydziale. E, to może lepiej nie..

A może napisz przede wszystkim dlaczego chcesz by odłączanie robota było automatyczne? Przecież ładowarce to nie szkodzi, jest źródłem prądowym i co najwyżej bilans będzie ujemny. Wystarczy robota wyłączyć z palca a jeśli np. stojąc nie będzie miał włączonych napędów to i prądu dużo ciągnął nie będzie i aku będzie ładowany.

[karol9966]

Czy taki sposób sterowania jest już ładniejszy?

[marek1707]

Nie wiem co to jest D2 - wstawiaj typy elementów, bo m.in. w tym siedziały dotychczasowe błędy. Generalnie jest lepiej. Myśl o całym schemacie a nie tylko o skazanych palcem miejscach. Prawa dioda z pary D1 musi blokować 42V a ile wytrzymuje napięcia wstecznego?

[karol9966]

Ta obecna D1 (BAT54C) wytrzymuje 30V, więc za mało, znalazłem taką BAS70-5. A D2 to dioda zenera, tylko jaką dobrać wartość, bo nie wybrałem jeszcze pmosa, na razie mam pod ręką takiego IRF9Z34, więc w takim wypadku myślałem nad D2 z napięciem zenera ok. 30V.