Wskaźnik naładowania akumulatora - jakie poziomy?

[ethanak]

Witam

Robię sobie takie małe ustrojstwo, zasilanie jednym akumulatorem 18650 lub li-po z odzysku. Urządzenie będzie obsługiwane przez osobę raczej nietechniczną. Wymyśliłem sobie ledę, która kolorem będzie sygnalizować cztery poziomy naładowania:

a) Akumulator naładowany, nie zawracaj sobie głowy

b) Przypomnij sobie gdzie jest ładowarka, może być niedługo potrzebna

c) Jak będziesz miała wolną chwilę, podłącz ładowarkę

d) Wyłącz to cholerstwo i natychmiast podłącz ładowarkę.

Jakie napięcia powinna sygnalizować leda?

Nie pytam o żadne normy (bo ich pewnie nie ma) ani o pokazywanie procentów, tylko jakbyście sami mając większe doświadczenie to zrobili?

[grg0]

Nie wiem jak inne punkty, ale na pewno zmieniłbym punkt d). W tym punkcie cholerstwo sygnalizuje żałośnie dźwiękiem, że jest rozładowane i wyłącza się.

[ethanak]

Urządzenie nie ma prawa samo się wyłączyć - to operator musi zdecydować czy opłaca się pracować jeszcze minutę nawet kosztem zakupu nowego akumulatora.

[marek1707]

Napięcie akumulatora tylko w dużym przybliżeniu oddaje stan jego naładowania z kilku powodów:

1. Jest bardzo nieliniowe - ale to nie problem przy czterech progach, można je ustawić dowolnie.

2. Akumulator ma pewną rezystancję wewnętrzną zależną od wielu czynników:

- temperatura,
- stan zużycie ogniwa (wiek, liczba przeżytych cykli, sposób użytkowania)

- aktualny stan naładowania

3. Charakter obciążenia - akumulator inaczej zachowuje się przy pobieraniu z niego krótkich impulsów a inaczej przy długotrwałym, stałym obciążeniu.

Wniosek: istnienie rezystancji wewnętrznej oraz paskudna chemia w środku powoduje, że aktualne napięcie zależy od wszystkich powyższych czynników jednocześnie.

Najłatwiej zrobić taki wskaźnik w urządzeniu które pobiera w miarę stały prąd, metodą prób i pomiarów. Przy założeniu stałego prądu możesz po prostu zawierzyć typowej ch-ce rozładowania LiPola, np. takiej (Fig.5):

https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/3958

Masz tu rodzinę krzywych dla różnych prądów rozładowania, raczej takich drastycznych. Ponieważ nie sądzę, byś zmuszał swoje stare 18650 do prądów powyżej 1C, to skupmy się na tej najwyższej, czarnej linii.

Startujesz od napięcia 4.2V bo do takiego dociąga ładowarka. Najpierw jest szybki spadek, potem długa skośna półka od 4.0 do 3.6V a na końcu szybki spadek i gleba gdzieś w okolicach 3.0V. Krzywa dla mniejszego prądu (np. 0.1C) będzie bardzo podobna, tylko przesunięta trochę w górę. No to teraz:

- albo podłącz to swoje urządzenie i zdejmuj napięcia np. co kwadrans lub co godzinę, nanieś na wykres i zaznacz sobie poziomy napięć przy których masz zużyte np. 25%, 50% i 80% czasu rozładowania

- albo zawierz krzywej i ustal na początek progi:

> 4.0V zielony

> 3.6V jakiś inny

> 3.3V żółty

< 3.3V czerwony

Obniżanie się krzywych na wykresie ze wzrostem prądu jest właśnie spowodowane rezystancją wewnętrzną aku. Po prostu gdy wysysasz więcej prądu to dla tego samego stopnia naładowania masz niższe napięcie.

Pamiętaj, że pod koniec spadek następuje szybko i nie powinieneś pozwalać na rozładowanie poniżej 3.0V (przy dużych prądach obciążenia >2C to może być 2.8V). Dobrze jest więc mieć albo ogniwo z wbudowanym PCM odcinającym w sytuacjach krytycznych (poniżej 2.8V) albo wbudować coś w urządzenie takiego, by odcinało elektronikę poniżej progu gdy ktoś kompletnie alarmy zignoruje. Inaczej będzie Ci bardzo trudno podnieść ogniwo rozładowane np. do 1V a żadna normalna ładowarka nawet nie zacznie go ładować uznając, że jest uszkodzone.

EDIT:

Kiedysiejszy National (dziś Texas Instr) robił scalaki LM3914 będące drabinką komparatorów, służące do budowy wskaźników wysterowania czy termometrów LED. Po podłączeniu kilku rezystorów masz driver paska 10 diodek 🙂 Możesz je opisać procentami mi masz bezprocesorowy wskaźnik napięcia/naładowania aku.

[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

[Lukaszm]

Jeżeli masz na pokładzie pomiar prądu pobieranego z akumulatora, to możesz też zrobić śledzenie ładunku baterii poprzez całkowanie prądu. Wymaga pracy oraz wiedzy jaki jest ładunek w baterii w momencie pierwszego uruchomienia, ale metoda powinna dać dokładne wyniki.

[ethanak]

@Lukaszm: bez przesady - to ma być prosty wskaźnik służący do tego, aby operator podłączył ładowarkę wtedy kiedy trzeba (z dość dużym marginesem bezpieczeństwa), a nie praca inżynierska na temat rozładowania akumulatora 🙂

@Marek1707: chyba zrobię wersję trzecią (czyli połączenie wiary z lenistwem). Nie bardzo mam jak zrobić odcięcie zasilania, ale jak już wspomniałem - zignorowanie alarmu może być świadome (koszt zakupu nowego akumulatora może być wyższy niż strata wynikająca z wyłączenia urządzenia o minutę za wcześnie). Dzięki za informację!

[marek1707]

Na początek przekonaj się, czy ten konkretny akumulator ma wbudowany PCM. Czasem to widać jako zgrubienie na bocznej ściance pod termokurczem a czasem nie, bo układ jest schowany pod kapselkiem plusowym. To trochę bolesna próba, ale trzeba ją wykonać. Podłącz do ogniwa opornik np. 5.1-22Ω (o odpowiedniej mocy żeby nie poszedł z dymem) i poczekaj aż aku rozładuje się do ok. 3V. Teraz już siedź przy woltomierzu i patrz. Napięcie będzie dosłownie znikać w oczach - to ta stromo spadająca, prawie pionowa część na końcu krzywej rozładowania. Jeśli po osiągnięciu ok. 2.3-2.4V nagle zrobi się zero - jesteś szczęśliwym posiadaczem ogniwa zabezpieczonego fabrycznie. Wyłączony w ten sposób PCM sam nie wróci do stanu normalności. Musi zostać załączony przez włożenie aku do ładowarki.

Jeśli jednak dojdziesz do 2.2V i dalej będzie spadać, odłączasz szybko opornik i ładujesz aku przynajmniej do osiągnięcia 3.6V albo lepiej już do pełna (4.2V). Nigdy nie zostawiaj samopas LiPola rozładowanego do 0%