Schaltung zum Testen von LiPo-Akkus?

Ich hatte eigentlich vor, so einen zu bauen. Ich entschied, dass es am einfachsten wäre, mit einem USB-Arduino zu beginnen, um eine einfache Datenprotokollierung auf dem PC zu haben. Ich dachte, ich würde ein Uno verwenden, auch wenn ich den Code in nativem AVR C und nicht in Arduino geschrieben habe.

Dafür suchen Sie nach einer Konstantstromsenke. Etwas, das einen konstanten Strom zieht, selbst wenn die Spannung der Batterie abfällt.

Sie benötigen zwei ADCs, um die Spannung zu messen. Zuerst wird die tatsächliche Batteriespannung gemessen. Je nachdem, wie genau Sie sein möchten, können Sie entweder die 5-V-Stromversorgung als ADC-Referenz verwenden oder einen genaueren Ref-Chip verwenden. Sie benötigen eine Art Shunt, um den Strom zu messen. (Ein Shunt ist ein bekannter Widerstand. Wenn Sie also die Spannung darüber messen, können Sie den durch ihn fließenden Strom über das Ohmsche Gesetz ermitteln.)

Lässt Arbeit rückwärts von der Batterie. Wenn wir einen N-Kanal-MOSFET mit Logikpegel als Controller und einen genauen Widerstand in Reihe mit Drain / Source haben. Der Widerstand arbeitet als unser Strom-Shunt. Die Batterie + ist mit der Source des MOSFET verbunden, dann verbindet der Widerstand den Drain mit Masse. Die Batterie - liegt ebenfalls an Masse. Wenn Sie einen 1-Ohm-Widerstand haben und 1 V darüber messen, wissen Sie, dass 1 A durch ihn fließt.

(Ein MOSFET mit Logikpegel ist einer, der sich mit einer Gate-Spannung im normalen Bereich von Logikchips einschaltet, im Allgemeinen vor +5 V vollständig eingeschaltet. Er ist nützlich, um schwerere Lasten von einer Logik mit niedriger Stromstärke zu treiben.)

OK, jetzt müssen wir den MOSFET steuern. Schließen Sie einen Operationsverstärker als Spannungsfolger an, wobei der + Eingang zum Einstellen der Spannung (dazu später mehr) und der - Anschluss an die Drain / Widerstandsverbindung angeschlossen ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers geht zum Gate des MOSFET. Der Operationsverstärker passt das Gate des MOSFET an, bis die Spannung am Drain (und über dem Widerstand) der Spannung entspricht, die am + Eingang des Operationsverstärkers anliegt. Dies bedeutet, dass eine variable Spannung verbraucht wird, um eine konstante Spannung über dem Widerstand und damit einen konstanten Strom durch den Widerstand aufrechtzuerhalten. (Und eine konstante Stromaufnahme aus der Batterie.)

Denken Sie daran, dass das ideale Operationsverstärkermodell so beschaffen ist, dass die Spannung zwischen + und - 0 V beträgt. In Wirklichkeit gibt es ein wenig, aber Sie werden dies kompensieren, sodass es keine Rolle spielt, es sei denn, Sie versuchen, es zu nahe an der Schiene zu fahren.

Wir haben jetzt also eine Schaltung, die einen Strom in Ampere zieht, der der Spannung in Volt entspricht, die Sie an das + des Operationsverstärkers liefern.

Das Letzte, was wir brauchen, ist, Spannung und Strom zu messen und diese Spannung zu erzeugen.

Sie können den PWM-Ausgang des Mikros verwenden, um eine analoge Spannung zu erzeugen. Sie würden einen Widerstand in Reihe mit dem Stift und einen Kondensator vom Ende des Widerstands an Masse anschließen. Diese Verbindung speist den + Eingang des Operationsverstärkers.

Jetzt müssen wir die Spannung über den Shunt-Widerstand in einen ADC-Eingang einspeisen. Dies zeigt den Entladestrom in Ampere an, wenn Sie einen 1-Ohm-Widerstand verwenden. Verwenden Sie dies, um den PWM-Ausgang zu treiben, bis Sie den gewünschten Strom aus der Batterie ziehen. Es kann besser sein, einen Spannungsteiler mit einem Trimmerwiderstand anzusteuern, damit Sie die Schaltung optimieren können, um Ausgänge zu erhalten, die bestimmten PWM-Arbeitszyklen entsprechen.

Der letzte Anschluss ist ein ADC-Eingang von der Batterie selbst. Wenn Sie eine Batterie verwenden, die über Ihrer Versorgungsspannung liegt, müssen Sie einen Spannungsteiler verwenden, um sie auf einen Bereich zu bringen, den der ADC verarbeiten kann. Möglicherweise benötigen Sie einen Schalter, um ein paar verschiedene Teiler zu haben, basierend auf der Anzahl der Zellen, die Sie anschließen möchten.

Sobald Sie eine Spannung registriert haben, die so niedrig ist, dass die Batterie entladen werden sollte, stellen Sie den PWM-Ausgang auf Masse und dies schaltet den MOSFET aus und stoppt die Entladung der Batterie.

Fügen Sie dem PC die zugehörige Protokollierung hinzu und Sie sind fertig.

Stellen Sie sicher, dass Sie den richtigen MOSFET und Shunt-Widerstand mit Nennleistung verwenden. Wenn Sie 5 A durch den 1-Ohm-Widerstand treiben, benötigen Sie einen 5-W-Widerstand. Es könnte einfacher sein, ein paar parallel zu schalten, um den gewünschten Wert und die gewünschte Leistung zu erreichen. Sie benötigen außerdem einen MOSFET mit ausreichender Belastbarkeit, um die Spannungsdifferenz zwischen Batterie und Widerstand bei diesem Strom zu senken. Und Sie benötigen einen guten Kühlkörper, um eine höhere Leistung zu erzielen. Der MOSFET und der Shunt sind die einzigen Teile der Schaltung, die große Ströme verarbeiten. Alle anderen sollten in Ordnung sein.

Mit dieser Schaltung können Sie sie für mehr als nur Batterietests verwenden. Wenn Sie ein Netzteil entwickeln und es mit 1 A belasten möchten, um zu sehen, wie schlecht die Welligkeit aussieht, schließen Sie es an. Solange Sie die Nennleistung des MOSFET oder Widerstands nicht überschreiten und innerhalb der richtigen Grenzen der ADC-Eingänge bleiben, funktioniert es.

Während es einige ICs gibt, die für die Überwachung von Batterien ausgelegt sind, könnten alle Ihre Anforderungen mit einem einzelnen Widerstand (oder Potentiometer) und einem ADC-Eingang am Arduino erfüllt werden. Das einzige Problem ist, dass für Ihre erste Aufgabe, "die Zelle konstant zu belasten", die Stromaufnahme abnehmen würde, wenn die Zellenspannung abfällt. Alles, was Sie tun müssen, ist die Zellspannung am Pluspol zu messen. Der Strom ist nur I = V/R.

Wenn Sie an einer komplizierteren Lösung interessiert sind, würde vielleicht so etwas wie das TI BQ2018 funktionieren?