Pomiar napięć na złączu balancera

[marcin123123]

Witam wszystkich! Mam pewien dylemat dotyczący pomiaru napięć na poszczególnych celach pakietów li-po. Chciałbym wykonać moduł do pomiaru tych właśnie napięć i móc wykorzystywać te dane w programie na mikrokontrolerze. Pierwszy schemat znaleziony w internecie: https://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=2032914 to po prostu kilka dzielników napięć, jednak w tym przypadku (jak zresztą tam wspomniano) błąd będzie zbyt duży nawet przy stosowaniu precyzyjnych rezystorów. Czy ma ktoś jakiś inny pomysł jak to zmierzyć z dokładnością do 0,05V na każdej celi? Z góry dzięki za zainteresowanie tematem.

[marek1707]

Możesz przecież użyć standardowych dzielników rezystorowych i skalibrować każdy z nich osobno jakimś wzorcowym multimetrem nmin. 4.5 cyfry. Procesor musi wtedy pamiętać w ERPROMie współczynniki kalibracyjne i uwzględniać je przy pomiarach. To chyba najprostsze co można zrobić. Gorzej, że na to wszystko nałożyć trzeba typowy przetwornik AC w procesorze, a tam masz tylko 10 bitów i nieliniowość rzędu kilku LSB. Nawet bez uwzględnienia tego ostatniego, pomiar napięcia 24V (np. na stosie LiPol 6S) daje samą tylko rozdzielczość na poziomie ok. 24mV. Jeśli do tego dodasz błędy przetwornika, uzyskanie bezwzględnej dokładności 50mV będzie bardzo trudne.

Dobrym z tego wyjściem jest pomiar napięć bezpośrednio na celach. Wtedy zakres pomiarowy spada do ok. 4.5V i wtedy masz rozdzielczość 4.5mV a to już coś. Bierzesz więc dwa multipleksery analogowe które tak podłączasz by jeden zbierał napięcie z plusa danej celi a drugi z minusa tej samej. Wtedy różnicowe napięcie między nimi równe jest napięciu celi. Do zejścia tym napięciem do poziomu odniesienia GND służy tzw. wzmacniacz pomiarowy. Na jego wyjściu dostaniesz napięcie względem GND o zakresie 0-4.5V a to możesz już zmierzyć dobrze.

Innym pomysłem jest tani, zewnętrzny, 16-bitowy przetwornik delta-sigma najlepiej z wejściem różnicowym. Takie maluchy są dziś tanie. 16-bitowa rozdzielczość i monotoniczność gwarantowana przez zasadę działania (w odróżnieniu od SARa w procesorze) daje dobre efekty. Podłączasz to przez dwa-trzy druty do procesora i tyle. Dzielniki oczywiście musisz zbudować i kalibracja ich Cię nie ominie.

Są tez scalaki do nadzoru takich stosów np. do pojazdów elektrycznych. One mają wzmacniacz pomiarowy, ADC, interfejs cyfrowy (i dobre parametry) już w środku. Mierzą też chyba prąd, temperaturę i ogólnie stan akumulatora, ale tanie nie są.

[marcin123123]

Zdecydowałem się ostatecznie na pomiar z wykorzystaniem dzielników ze względu na to, że nie chcę tracić czasu na tak naprawdę mniej ważny pomiar napięcia w stosunku do całego projektu. Mam jeszcze jedno pytanie: czy dopuszczalne jest, żeby pobierać prąd rzędu 500mA przez zwykłe złącze balancera (napięcie pomiędzy masą, a ostatnią celą)? Cały akumulator ma 5Ah i ma 4 cele. Dodam, że to wszystko będzie zamieszczone na platformie mobilnej (taki układ pomiarowy parametrów środowiskowych). W czasie normalnej pracy z akumulatora pobierany jest prąd nie mniejszy niż 15-20A. Dziękuję serdecznie za odpowiedz @marek!

[marek1707]

Nie do końca zrozumiałem Twoje pytanie. Generalnie tak, złącze balancera taki prąd dopuszcza. Są ładowarki wpychające tamtędy i 800mA, traktujące to złącze jako główne i jedyne podłączenie pakietu. Nawet w czasie normalnego ładowania wyrównującego (takiego przez główne kable) musisz tędy bocznikować cele więc prądu może trochę płynąć.

Natomiast gdybyś chciał przez złącze balancera zrobić sobie odczep na stosie celi i wyciągać z niższego napięcia trochę mocy np. dla stabilizatora liniowego - to stanowczo odradzam. Wszystkie cele w stosie muszą być obciążone takim samym prądem.

Z tego samego powodu sensownie dobierz prądy swoich dzielników pomiarowych. Każdy będzie obciążał "swoją" celę i w wszystkie poniższe. Dlatego ta na samym dole będzie rozładowywana sumą prądów wszystkich dzielników. Gdy urządzenie będzie długo "spało" lub średni pobór mocy będzie niewielki, różnica prądów może istotnie destabilizować stos i szybciej zużywać niższe ogniwa. Może warto załączać dzielniki tranzystorami tylko na czas pomiaru?

BTW: Jeżeli dzielniki nie zapewniają spełnienia założonych parametrów - choćby precyzji, to jakkolwiek będziesz to tłumaczył (czas, koszty, komplikacja itp), ich wybór będzie błędem projektowym.

[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

[marcin123123]

Generalnie chciałem zrobić tak, żeby prąd pobierać z napięcia pomiędzy + ostatniej celi, a - pierwszej (całe napięcie akumulatora), a potem podać to na przetwornicę napięcia i dalej zasilać układ pomiarowy. Tak chyba będzie ok? Z napięć na celach "pomiędzy" nie będę bezpośrednio korzystał (nie licząc tak jak wspomniałeś prądu płynącego przez dzielniki).

[marek1707]

Hm, czyli cały prąd pobierany przez napędy i co tam jeszcze masz będzie ciągnięty przez główne kable akumulatora, a układ pomiarowy chcesz napędzać ze złącza balancera?

Możesz, ale pamiętaj, że przy natężeniach 20-30A nawet 10-20mΩ rezystancji szerokiej ścieżki czy złącza robi setki mV spadków. No i teraz, dopóki układ pomiarowy bierze swoją masę odniesienia ze złącza balancera, coś tam sobie mierzy, wyświetla wyniki na własnym LCD/LED i nie jest z niczym innym połączony galwanicznie to OK - pomysł zadziała. Ale gdybyś połączył ten układzik z czymś innym, bo np. chcesz udostępniać wyniki swoich pomiarów jakiejś "wyższej inteligencji" pokładowej przez UART, SPI, czy I2C, to tamten procesor może mieć zupełnie inny potencjał swojej masy, bo bierze ją prawdopodobnie z minusowego kabla głównego. I wtedy, gdy pobory mocy wzrosną, przez Twoją cieniutką masę pomiarową (właśnie stworzyłeś pętlę) może popłynąć duża część prądu głównego. Narysuj sobie schemat blokowy tego systemu z rozrysowaniem mas i zastanów się nad drogami przepływu prądów i spadkami jakie spowodują - a spowodują zawsze, pytanie tylko jakie i czy nad tym panujesz. Jeśli istnieje niebezpieczeństwo różnych potencjałów, to albo musisz odseparować masy (czyli cały interfejs przesyłający dane z układu pomiarowego do głównego) albo użyć transmisji różnicowej (wtedy bez łączenia mas) albo postawić układ pomiarowy na głównym kablu minusowym akumulatora - jak wszystko inne. W tym ostatnim przypadku, chcąc zachować precyzję pomiarów napięcia cel niezależnie od prądu pobieranego przez napędy (bo zmienny spadek na masie będzie zmieniał wyniki) będziesz musiał wrócić do koncepcji wzmacniacza pomiarowego - w końcu po to są.

[marcin123123]

Tak, właśnie takie coś chciałem zrobić. Układ pomiarowy zasilany będzie tylko przez złącze balancera, a przewody zasilające idą przez czujnik ACS758 dalej do zasilania silników i kontrolera lotu. Układ nie będzie miał nic wspólnego z kontrolerem lotu w sensie komunikacji i wymiany danych. Będzie to układ pomiarowy parametrów środowiskowych oraz napięć i prądu pobieranego przez drona (dane wyświetlane na lcd, zapis na karcie SD, przesyłanie danych drogą radiową itd. itp.).