So überwachen Sie die Spannung und den Ladezustand des USB-Akkupacks

Was ist der einfachste und am wenigsten störende Weg, um Spannung, Ladezustand und verbleibende Ladung eines USB-Akkupacks zu überwachen?

Batteriepakete und Ladeschaltungen für mobile Projekte können kompliziert und teuer in der Entwicklung sein. Inzwischen gibt es eine Menge relativ billiger, kleiner Lipo-Akkus mit hoher Kapazität und einer praktischen USB-Buchse zum Laden und Entladen. Leider sind sie für Verbraucherzwecke wie das Aufladen von Mobiltelefonen konzipiert und nicht zum Basteln, daher gibt es keine formale Schnittstelle zum Abrufen des Batteriestatus.

Wenn Sie eines davon mit einem Mikrocontroller oder SBC verbinden wollten, damit das System die verbleibende Ladung melden kann, ist die einzige Möglichkeit, eines aufzubrechen, zu hoffen, dass Sie es dabei nicht zerstören, und zu hoffen, dass die Ladeschaltung hackbar ist?

Mögliche Lösungen, an die ich gedacht habe, sind:

  1. Verwenden Sie einen ADC, um die Spannung am Batterieausgang direkt abzulesen, aber dies würde wahrscheinlich nicht funktionieren, da der Ausgang der Batterie auf 5 V geregelt ist. Selbst wenn es fast tot ist, wird es wahrscheinlich immer noch 5 V anzeigen.

  2. Verdrahten Sie einen Coulomb-Zähler in Reihe mit der Batterie. Dies wäre wahrscheinlich in der Lage, die gesamte geladene / entladene Energie zu verfolgen, aber es hätte keinen Bezugspunkt, sodass es Ihnen immer noch nicht die verbleibende Ladung mitteilen könnte. Außerdem müssten Sie bei Batterien mit mehreren Buchsen für jeden verwendeten Ausgang einen separaten Zähler haben.

Gibt es noch andere Möglichkeiten?

Beachten Sie, dass nicht alle USB-Batterie-"Powerbanks" gleich sind. Mehrere Einheiten, die ich mir angesehen habe, zeigen nur 5 V an ihrem Ausgang, wenn nahezu keine Last vorhanden ist. Wenn Sie einige davon mit 500 mA oder 2 A belasten, sehen Sie eher etwas wie 4,6 bis 4,75 V am Ausgang. Ich habe auch einige Einheiten mit konstantem Strom entladen und die Spannung mit einem Datenlogger aufgezeichnet. Die besten halten bis zu einem gewissen Punkt eine konstante Ausgangsspannung und dann schaltet sich der Ausgang einfach wie eine Mauer ab. Die beschisseneren würden ihre Ausgangsspannung verjüngen, wenn die interne Batterie zu sterben beginnt.
Sie haben Recht mit dem Coulomb-Zähler - Sie können nicht sagen, wie viel Ladung eine Batterie hält, wenn Sie sie zum ersten Mal aufladen. Sie könnten jedoch die Strommenge verfolgen, die ein Akku bei jeder Ladung hat, um einen Bezugspunkt abzuschätzen. Hilft dir das überhaupt?
Wenn Sie sich für die Verwendung eines Coulomb-Zähler-"Gasanzeige"-Chips entscheiden, können Sie die Powerbanks auch vor dem Einsatz vorkonditionieren. Laden Sie sie vollständig auf und stellen Sie dann die anfängliche Referenz von dort aus ein. Parallel zu Ihren Einsätzen können Sie bei einigen Einheiten auch längerfristige Tests mit wiederholten Lade- und Entladezyklen durchführen, um einige realistische Daten zur tatsächlichen Akkukapazität zu sammeln. Leider ist es eine Tatsache, dass viele dieser Geräte mit Kapazitätsangaben beworben werden, die der Realität völlig entfremdet sind.
Viele der USB-Powerbanks haben ihre eigenen Anzeigen für die verbleibende Kapazität mit entweder einem Prozentsatz oder einer Anzahl von LEDs. Vielleicht ist es einfacher, einfach so einen zu bekommen. Wenn Sie Ihre eigene hacken wollten, wenn Sie die Spannung der Batterie an der Verbindung des Plus- und Minuspols des Batteriepacks mit der Elektronik der Powerbank messen, erhalten Sie einen genauen Messwert der Batteriespannung.
Ich bezweifle, dass diese Akkus einen Coulomb-Zähler haben. Wenn ich einen entwerfen würde, würde ich keinen Coulomb-Zähler einbauen, weil er die Kosten in die Höhe treibt und keinen wirklichen Nutzen bringt (es gibt sowieso keine Möglichkeit, dem Benutzer Informationen zu übermitteln). Die Zellspannung ist kein guter Weg, um die verbleibende Kapazität zu bestimmen, da sich die Spannung während des breiten mittleren Teils der Entladekurve nicht schnell ändert. Aber ich denke, das Öffnen eines Packs und das Messen der Zellenspannung (vor dem 5-V-Boost) ist Ihre einzige Option. Sie können vier Stufen haben: voll, hoch, mittel, niedrig. Oder so etwas. Viel Glück!
@Gregd'Eon, Das Problem ist, dass ich nicht sicher bin, wie ich einen Bezugspunkt erhalten würde, ohne zu wissen, wann der Akku vollständig aufgeladen ist. Selbst wenn ich es manuell vollständig auflade und das als Referenzpunkt setze, würde das beim nächsten Aufladen verloren gehen. Vielleicht könnte ich einen zweiten Zähler an der Ladeleitung verwenden, um den Ladezustand zu erkennen? Wenn die Zählung langsamer wird oder stoppt, bedeutet das, dass der Akku vollständig aufgeladen ist?
@mkeith, ich weiß. Ich meinte, ich müsste das USB-Kabel hacken und eines in Reihe mit ihnen einfügen.
@Cerin, die Coulomb-Zähler, die ich gesehen habe, erfordern Zugriff auf die tatsächliche Zellenspannung (Sie sind mehr als Coulomb-Zähler, sie sind "Batterie-Kraftstoffanzeigen".) Wahrscheinlich gibt es andere, die dies nicht benötigen, und vielleicht kennen Sie sie . Aber wenn nicht, möchten Sie es vielleicht bestätigen.
Ich habe mehrere dieser "Powerbanks" mit einem billigen $ 5,00 Boost/Buck/USB/Kapazitäts-Guage gebaut, alles in einer Platine von ebay. Wenn ich es zum ersten Mal anschließe, sind die Batterien normalerweise zu etwa 40% geladen. Allerdings scheint die Platine den tatsächlichen Ladezustand der Akkus fast zu erahnen und ich erhalte allerlei Anfangskapazitäts-Restzahlen. Es dauert mehrere Lade-/Entladezyklen, bis die Kapazitätsanzeige genau wird. Zum Beispiel zeigte es 85% voll an, wenn es bei 4,2 Volt lag und der Ladevorgang beendet war! Wenn es nur die Spannung betrachtet hätte, hätte es leicht feststellen müssen, dass 4,2 Volt zu 100% voll sind.
Es macht also eindeutig mehr als nur Spannungsmessung. Ich bezweifle, dass es ausgefeilt genug ist, um Coulomb zu zählen, aber es ist komplizierter als nur eine Spannungsmessung.
@Filek, ich habe die gesehen, aber ich dachte, die wären nur zum Debuggen und für Benutzerfeedback. Sie sahen nicht so aus, als hätten sie Lötpads oder Stifte, um sie zur Überwachung mit einem Mikrocontroller zu verdrahten. Ist das wahr? Welche hast du verwendet?

Antworten (2)

Ich werde die Links in eine Antwort einfügen, damit mir nicht wieder der Platz ausgeht.

Ich habe diesen verwendet .

Auch diese gibt es

Wie ich bereits in den Kommentaren sagte, misst der erste mehr als nur die Spannung und nähert dann die Kapazität an. Beim ersten Anschließen wurde die Batterie auf 4,2 Volt aufgeladen und heruntergefahren, aber die Kapazität als nur 85% angezeigt. Bei der zweiten Entladung zeigte es die Kapazität als 0 % bei 3,5 Volt an und erlaubte immer noch eine Entladung bis etwa 3,1 Volt, bevor es die Entladung stoppte. Danach wurde es mit jedem Lade-/Entladezyklus immer genauer. Es ist bei weitem nicht perfekt, aber jetzt genauer. Es hat Probleme mit der Genauigkeit unter etwa 3,5 Volt, da die Batterien tendenziell eher leer sind, als die Platine denkt, so dass es immer etwa 30 % verbleibend meldet, wenn es näher an 20 % liegt. Ansonsten scheint es ok zu sein. Ich bezweifle, dass es sich um Columb-Zählung handelt, oder ich denke, dass es genauer werden würde. Jedoch,

Der zweite Link führt zu einer interessant aussehenden Kraftstoffanzeige. Es misst die Impedanz und den Strom Ihres Akkupacks. Es unterscheidet sich vom ersten Glied, da das erste auch ein Ladegerät ist und vor Überladung und Überentladung schützt und vor Kurzschluss schützt. Ich habe die Tankanzeige aus dem zweiten Link noch nicht verwendet, daher kann ich nicht sagen, ob sie tatsächlich wie beworben funktioniert.

Hoffe das hilft.

Wenn der Ebay-Link tot ist, werde ich versuchen, einen anderen zu finden.

Es wäre großartig, wenn Sie die IC-Teilenummern, die Sie auf diesen Platinen haben, notieren könnten, da sie auf den Bildern nicht zu sehen sind.
@pjc50 - Die Boards sind bereits installiert, daher habe ich keinen Zugriff darauf. Ich werde versuchen, einen zu zerlegen, um an das Brett zu gelangen, aber ich glaube nicht, dass dies möglich ist, ohne einige Plastikteile zu zerbrechen.
@Filek, hast du eine Lösung gefunden? Ich habe das gleiche Problem.
@Miguel - es gibt andere Geräte, die denen in den Links ähneln, und es gibt USB-Dongles, die die Energie messen, die den USB-Anschluss verlässt, und Sie schließen den Dongle zuerst an den USB-Anschluss an, schließen dann an, was immer Sie wollen, und messen die Energie gebraucht. Schau mal hier: aliexpress.com/item/…
@Miguel - Aus der verbrauchten Energie (die Ihnen der Dongle mitteilt) können Sie dann den Ladezustand Ihres Akkus berechnen, vorausgesetzt, Sie wissen, wie groß Ihr Akku ist und dass er vollständig geladen wurde. Selbst wenn Sie die Größe Ihres Akkus nicht kennen, berechnet dieser Dongle sie für Sie

Ich habe kürzlich ein paar USB-Akkupacks mit etwa 20000 mAh gekauft, deren Preis zwischen 23 und 40 US-Dollar variiert. Um zu überprüfen, ob die Akkukapazität nahe bei 20000 mAh liegt, entlade ich den Akku, bis er keine Leistung mehr ausgibt, lade ihn dann auf und überwache ihn mit einem USB-Tester-Dongle (mein USB-Tester ist leise). In Bezug auf die Dinge, die es messen und anzeigen kann, ist es kräftig und zeigt V, A, mAh, Wh, D+/D-
an Off-Topic, aber ich verwende den USB-Test auch, um USB-Kabel und USB-Solarpanel-Ausgang zu testen. Ich habe einen USB-Tester bei Amazon, ich glaube nicht, dass man "Coulomb-Meter" leicht finden kann 8-)

Link zu meinem USB-Tester USB-Tester

So überwachen Sie die Spannung und den Ladezustand des USB-Akkupacks
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