Stromversorgung eines integrierten Auto-GPS-Trackers

Ich habe einen Auto-Tracker (ein GPS / LTE-Modul, das mit einem Arduino verbunden ist, das mit meinem Webserver kommuniziert) erstellt, um GPS-Positionierungsdaten zu protokollieren. Ich plane, dies zu verwenden, um mein neues Auto zu verfolgen, falls es gestohlen wird.

Mein erster Gedanke wäre, den Tracker mit der 12-V-Batterie des Autos kurzzuschließen, gefolgt von einem DC-DC-Wandler auf 5 V.

Aus Redundanzgründen plante ich, den Tracker auch mit einer 18650-Batterie zu versorgen, falls der Dieb die Autobatterie abklemmt.

Mein Problem ist, dass ich die Autobatterie als primäre Stromquelle verwenden möchte, dann die integrierte 18650-Batterie. Schließlich würde die Batterie des Autos verwendet, um den 18650 bei Bedarf aufzuladen.

Der Tracker würde einen geringen Stromverbrauch haben (z. B. Standort alle 10 Minuten senden, ansonsten im Schlafmodus).

Was wäre der beste Weg, um ein solches System mit Strom zu versorgen, ohne die Autobatterie mit mehreren Gleichstromwandlern zu entladen?

Wie gedenken Sie, diese miteinander zu verbinden? Was Sie beschreiben, scheint seltsam ... Ich würde einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler verwenden, um das Gerät über die Autobatterie mit Strom zu versorgen.
Können Sie das GPS/LTE-Modul mit roher Li-Ion-Batteriespannung (3,8-4,2 V) und das Arduino (AVR) mit 3,3 V betreiben? Das würde es etwas einfacher machen, mit diesem Design zu arbeiten ...
Es scheint so. Das von mir verwendete GPS/LTE-Modul basiert auf dem SIM7000-Chip (Versorgungsspannungsbereich: 3,0 V~ 4,3 V, Typ: 3,8 V). Die GPS-Antenne braucht allerdings etwas mehr, um einen korrekten Satellitenempfang zu gewährleisten ?
@Fredovsky - was sagen die Spezifikationen auf der Antenne?
@ThreePhaseEel Ich habe gerade nachgesehen und die Antenne akzeptiert 2,7 V-5 V, also bin ich tatsächlich nicht auf 5 V beschränkt. Danke, ich bin schon auf dem richtigen Weg.
@Fredovsky - haben Sie irgendwelche Einschränkungen hinsichtlich der Chippakete, die Sie verwenden können?
Planen Sie auch, einen bloßen 18650 oder eine Zelle zu verwenden, die eine Schutzschaltung als Teil des Pakets hat?
In Bezug auf GPS/4G habe ich den SIM7000 für diesen Zweck gekauft und einen funktionierenden Prototyp erhalten, aber wenn bessere Chips/Module vorgeschlagen werden, ändere ich ihn bei Bedarf gerne. Der Arduino wird auch verwendet, weil ich einen zur Hand hatte, aber ich kann tauschen. Ich bin immer noch beim Prototyping und habe mit den Energieverwaltungsproblemen begonnen, bevor ich weitermache, also bin ich ziemlich flexibel.
Ich werde eine Batteriezelle mit Schutzschaltung verwenden, da ich nicht möchte, dass mein Auto abbrennt, wenn ich etwas falsch mache.
@ThreePhaseEel Ich habe deine Frage falsch gelesen. Durchgangsloch- und SMD-Komponenten sind in Ordnung, solange sie ohne allzu großen Aufwand von Hand gelötet werden können.
@Fredovsky - eine letzte Sache - sind Sie mit der Verwendung des Brown-Out-Resets bei AVRs sowie der Unterspannungsabschaltfunktion des SIM7000 vertraut?
@ThreePhaseEel Ich musste diese noch nie verwenden, aber ich lerne gerne dazu.

Antworten (2)

Hier müssen Sie zwei Probleme lösen: Batterieladung und Unterspannungsabschaltung

Die gute Nachricht ist, dass der Spannungsbereich Ihrer Teile (der AVR-Mikrocontroller des Arduino und das SIM7000-Modul) breit genug ist, dass wir, sobald wir die Spannung für Ihren 18650 herunterregeln, nicht weiter damit herumspielen müssen - sie werden laufen genauso gut auf 4,2 V von einer voll geladenen Zelle wie von den 3,00 Volt einer leeren Zelle. Wir werden jedoch immer noch einen Unterspannungs-/Brownout-Schutz benötigen, um zu verhindern, dass die Schutzschaltung der Zelle regelmäßig eingreifen muss, und wir benötigen auch einen geeigneten Laderegler, der "12 V" des Autos aufnehmen und die Batterie laden kann.

Während Li-Ion-Ladeeinrichtungen üblich sind, werden die meisten von ihnen mit 5 V betrieben, nicht direkt mit der variablen "12 V"-Versorgungsspannung des Fahrzeugs, und das gilt auch für das Ladegerät des SIM7000-Moduls, was es für unsere Anwendung nicht nützlich macht. Aus diesem Grund müssen wir weiter nach einem Batterielade-IC suchen, und Linear Technology (jetzt Teil von Analog Devices) kommt mit dem LTC4002-4.2 durch .

Mit Stückzahlen unter 4 US-Dollar ist es nicht besonders teuer, und mit einem zusätzlichen P-Kanal-MOSFET, zwei Schottky-Dioden und einer Handvoll Passiven bietet es eine vollständige Batterieladelösung mit Abwärtsschaltung. Es wird auch in einem einfach zu lötenden SO-8-Gehäuse geliefert und ist gut dokumentiert, mit detaillierten Designverfahren und Simulationsmodellen (natürlich mit LTspice). Gepaart mit einem verlustarmen PMOS in SO-8 oder IPAK, ein paar 20-V-/3-A-Schottky-Dioden und einem geeigneten Induktor mit einer Strombelastbarkeit von mindestens 2 A kann es sowohl die Batterie laden als auch die Stromaufnahme bewältigen Spikes des SIM7000-Moduls.

Dadurch bleibt der Unterspannungsschutz erhalten, und dies ist einfach – es kann fast jeder Reset-Überwachungs-IC mit einem Schwellenwert im Bereich von 3,3–3,6 V verwendet werden, da das Zurücksetzen sowohl des AVR als auch des SIM7000 sie in einen stromsparenden Zustand versetzt. Zustand ziehen. Optional kann der Supervisor auch eine manuelle Reset- und/oder Watchdog-Timer-Funktionalität bereitstellen, da der Watchdog möglicherweise sowohl den AVR als auch den SIM7000 zurücksetzen muss, um einen hängengebliebenen Zustand zu beseitigen.

Ich weiß Ihren Beitrag sehr zu schätzen. Können Sie bestätigen, dass das PMOS an den GATE-Pin des Batterieladechips angeschlossen wird und seine Funktion darin besteht, die Stromversorgung von der Autobatterie (geklemmt auf 8 V unten gemäß Datenblatt (= 4 V)) auszuwählen, oder, wenn das Auto ist Akku ist nicht verfügbar, um Strom aus dem Li-Ion-Akku zu liefern?
@Fredovsky Sie haben die richtige Vorstellung davon, wie das PMOS verdrahtet ist, aber es macht tatsächlich etwas Ausgefeilteres als Sie denken. Der LTC4002 senkt die Spannung tatsächlich von 12 V auf 4,2 V unter Verwendung einer Abwärtswandler- Topologie und schaltet den PMOS ein und aus, um die Ladespannung zu regulieren, die an die Li-Ion-Zelle (und damit an den Rest der Schaltung) geht.
Ich verstehe, wenn also die Li-Ion-Zelle nach einem Ladezyklus vollständig aufgeladen ist, entzieht der Rest des Stromkreises dem Li-Ion Strom, bis seine Ladung unter eine Grenze fällt. An diesem Punkt springt der LTC4002 wieder ein und übertrifft - Li-Ion hoch? Meine Sorge ist, dass wir das Li-Ion ständig entleeren / aufladen (was möglicherweise zu vorzeitigem Verschleiß führt), wo wir stattdessen die 12-V-Autobatterie (falls verfügbar) verwenden könnten, um Li-Ion-Ladezyklen zu sparen.
@Fredovsky - der Li-Ion sitzt auf seiner 4,2-V-Float-Spannung und nimmt Strom auf, um eine Selbstentladung zu verhindern , während der Rest des Stromkreises läuft. Es ist etwas ungezogen, dies mit einem Li-Ion zu tun (Erhaltungsladen ist eher eine Blei-Säure-Sache), aber nicht so schlimm, wie man denkt, AIUI

Nachdem ich von @ThreePhaseEel auf den richtigen Weg gebracht wurde, fand ich so ziemlich einen Chip, der genau meiner Anwendung gewidmet war (außer dass er nicht in einem einfach von Hand zu lötenden Gehäuse geliefert wird, aber nicht unmöglich ist): Analog LTC4091 .

Das LTC®4091 ist ein 36-V-Li-Ion-Akkuladegerät und Power-Backup-Manager. Der integrierte Step-Down-Schaltregler lädt eine Batterie von einer primären Stromquelle, während er die Last mit Strom versorgt. Wenn die Primärleistung ausfällt, wird die Last nahtlos auf die Backup-Li-Ion/Polymer-Batterie umgeschaltet.

Anwendungen:

  • Flotten- und Asset-Tracking
  • Kfz-GPS-Datenlogger
  • Fahrzeugtelematiksysteme
  • Batterie-Backup-Systeme

Für diejenigen, die nach einer ähnlichen Anwendung suchen, gibt es spezielle ICs, die sich mit dem Laden von Batterien befassen, genannt Battery Manager IC.

Die Funktion zum Umschalten von der Hauptstromversorgung auf die Batterieversorgung, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird (dh die Verwendung der Batterie als Backup-Stromversorgung), wird allgemein als bezeichnet Power Path Management.

Sieht vielversprechend aus. Wie funktioniert es? Ich habe zwei Fragen dazu für den Fall, dass das Auto längere Zeit im Leerlauf ist. 1. Nehmen wir an, wenn wir es direkt mit der Autobatterie verbinden und das Auto längere Zeit (z. Dies kann die Autobatterie entladen. 2. Wenn wir es mit der Zündung verbinden, kann der Lipo die Autobatterie nicht entladen, aber der Lipo selbst wird vollständig entleert, wenn das Auto im Leerlauf ist. Wäre es nicht gut, das Gerät nur über Lipo mit Strom zu versorgen und LTC4091 auszuschalten, wenn Lipo zu 100 % aufgeladen ist, und LTC4091 einzuschalten, wenn Lipo zu 15 % aufgeladen ist?
Ich plane, mein Fahrrad zu verfolgen, und ich möchte, dass mein Gerät immer eingeschaltet ist. Ihr Fall kann meine Fahrradbatterie entladen, wenn das Fahrrad längere Zeit nicht verwendet wird. Ich möchte, dass das Gerät von der Fahrradbatterie / Lichtmaschine mit Strom versorgt wird, wenn sich das Fahrrad bewegt, und ich möchte von Lipo mit Strom versorgt werden, wenn sich das Fahrrad nicht bewegt. Aber wenn das Fahrrad lange im Leerlauf ist und der Lipo entleert wird, möchte ich den LTC4091 automatisch einschalten, um den Lipo aus der Fahrradbatterie aufzuladen. Also im Grunde möchte ich LTC4091 basierend auf meiner Lipo-Ladekapazität steuern.
Stromversorgung eines integrierten Auto-GPS-Trackers
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