Đo điện áp pin lithium ion (do đó dung lượng còn lại)

Những gì tôi đang làm việc với: Tôi đang chạy tự lập bảng Arduino của tôi (theo nghĩa mà tôi sử dụng bootloader Arduino và biên tập code) tại 3.3V, và được hỗ trợ từ một pin Lithium ion, đó là USB sạc bởi một Microchip tương ứng IC sạc.

Những gì tôi đang cố gắng để đạt được: Tôi muốn đo dung lượng pin một lần mỗi phút hoặc lâu hơn. Tôi có một màn hình LCD đi kèm, vì vậy ý ​​tưởng là thiết lập tổng thể cho tôi biết pin hoạt động như thế nào tại một thời điểm nhất định. Bảng dữ liệu của pin có đường cong điện áp so với mức xả và do đó, bằng cách đo điện áp của pin, tôi có thể ước tính dung lượng còn lại (rất gần nhưng đủ cho tôi!).

Tôi đã làm gì:

• (EDIT: Đã cập nhật giá trị điện trở và chuyển đổi P-MOSFET dựa trên đề xuất của @stevenvh và @ Jonny).

• Tôi đã kết nối một bộ chia điện áp từ pin V_plus, với "phần" lớn hơn sẽ đi đến một chân đọc tương tự (tức là ADC) trên chip Arduino / Atmega.

• Bộ chia là 33 KOhm đến 10 KOhm, do đó cho phép đo tối đa 4,1 Vôn của pin Li-ion từ bộ vi điều khiển cấp 3,3V của tôi.

• Ngoài ra, bằng cách sử dụng một trong các chân I / O được kết nối với MOSFET kênh n, tôi có thể chuyển đổi dòng điện qua bộ chia chỉ khi tôi cần đo.

• Dưới đây là sơ đồ thô (được cập nhật lần thứ 2 dựa trên đề xuất của @stevenvh và @Nick):

Câu hỏi của tôi:

• Làm thế nào là thiết lập hiện tại của tôi?

• Hạn chế duy nhất của tôi là: (1) Tôi muốn thực hiện một phép đo sơ bộ về dung lượng pin dựa trên việc đọc điện áp, như được mô tả ở trên. (2) Tôi muốn ngăn bộ chia điện áp cản trở việc đọc pin của IC sạc (trong thiết lập ban đầu của tôi, bộ chia đôi khi khiến IC đọc sai sự hiện diện ngay cả khi không có pin).

Điều này có vẻ rất giống với sơ đồ của Nick, có lẽ đang bận vẽ nó khi anh ấy đăng :-).

Trước tiên, tại sao bạn không thể sử dụng N-FET ở phía cao: nó cần điện áp cổng cao hơn một vài volt so với nguồn và 4.2 V là tất cả những gì bạn có, không có gì cao hơn, vì vậy sẽ không hoạt động.

Tôi có giá trị cao hơn cho việc kéo lên, mặc dù giá trị 100 kΩ cũng sẽ làm được. 10 kΩ sẽ gây ra dòng điện bổ sung 400 không cần thiết khi bạn đo. Không phải ngày tận thế, nhưng đó là 1 điện trở trong cả hai trường hợp, vậy tại sao không sử dụng giá trị cao hơn.

Đối với các MOSFET, có nhiều bộ phận để lựa chọn do các yêu cầu không quá nghiêm ngặt; bạn có thể xem xét những thứ rẻ tiền như, ví dụ, Si2303 cho kênh P và BSS138 cho kênh N.

@Inga. Đây là một nhận xét nhiều hơn là một câu trả lời. Nhưng tôi muốn đăng một bức ảnh, vì vậy tôi sẽ đăng nó như một câu trả lời.

Bộ vi điều khiển (uC) của bạn được cấp nguồn + 3,3V. Độ thoát của P-MOSFET đề xuất có thể lên tới + 4.1V. Như hiện tại, tín hiệu logic + 3,3V sẽ không thể tắt hoàn toàn P-MOSFET. Q6 trong sơ đồ dưới đây tạo thành một đầu ra cống mở, có thể chịu được + 4.1V.

C14 làm giảm trở kháng, mà A / D của bạn sẽ thấy.

[...] Điện áp pin (dung lượng còn lại)

Bạn có thể thấy rằng cảm biến điện áp pin không phải là một cách chính xác để cảm nhận dung lượng còn lại. Trong thiết bị cầm tay (điện thoại di động, máy tính xách tay), dung lượng pin được ước tính bằng cách đo dòng vào và ra của pin. Có hàng tá IC đo nhiên liệu pin chuyên dụng ( ví dụ bq27200 ), giúp thực hiện nhiệm vụ này.

Tại sao không phải là một MOSFET kênh N duy nhất ở phía thấp và hai dải phân cách điện trở ở phía trên?
[từ một bình luận bên dưới]

Công tắc phía thấp có vấn đề khi điện áp pin (V _bat ) lớn hơn điện áp cung cấp của vi điều khiển (V _cc ). Khi tắt công tắc phía thấp, đầu nối đất của bộ chia điện áp nổi, bộ chia không còn phân chia, điện áp pin đầy xuất hiện trên chân ADC của vi điều khiển. Điều này có thể làm hỏng uC. Nó cũng sẽ tạo ra một đường rò mà qua đó pin sẽ xả.
Một công tắc phía cao được gọi khi V _bat > V _cc .

¹ Tôi sẽ sử dụng ngắn gọn V _cc , nhưng cuộc thảo luận này cũng áp dụng cho V _dd , AV _cc , AV _dd . Nếu nghi ngờ, tất nhiên, tìm kiếm trong một biểu dữ liệu.

Ad.A: Tôi nghĩ rằng nó đủ công bằng để sử dụng bộ chia điện áp đơn giản để phát hiện điện áp pin. Mặc dù, bạn nên cẩn thận chọn kháng chiến. Trở kháng bên trong của các đầu vào ADC của bạn là 100kΩ, theo biểu dữ liệu ATmega328 . Xem "Hình 23-8. Mạch đầu vào tương tự". Nếu bộ chia của bạn có trở kháng tương đương với đầu vào ADC, thì mạch đầu vào ADC về cơ bản sẽ hoạt động giống như một nút khác trong bộ chia. Nó có thể cung cấp cho bạn sự bù đắp trong bài đọc ADC.

Sử dụng một dải phân cách có tối đa 10kΩ trên các đường ray sẽ đủ thấp để bỏ qua trở kháng đầu vào ADC, trong khi chỉ sử dụng tối đa 410 siêuA. Nếu quá nhiều cho ứng dụng của bạn, tất nhiên bạn có thể chọn các điện trở lớn hơn, nhưng hãy nhớ rằng ADC ở đó và được kết nối với Vcc / 2.