Como posso saber quanto suco uma bateria LiPo ainda possui?

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Suponha que eu tenha um circuito que consome energia de uma bateria LiPo. Gostaria de saber quanta energia a bateria ainda possui. Idealmente, um circuito de nível de potência para tensão será o melhor. Dessa forma, eu posso conectar a saída desse circuito a uma entrada ADC no meu Arduino.

batteries

— ppvi
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Para ser honesto, se você conseguir encontrar uma maneira de fazer isso de forma confiável, apenas medindo a tensão e patenteá-la, nunca mais precisará trabalhar novamente. A energia disponível restante na bateria está fracamente relacionada à tensão do terminal, mas também depende da temperatura da bateria.

Um método comum para determinar o estado de carga da bateria é usar um contador de coulomb para contar a carga que entra e sai da célula. Isso fornece uma estimativa melhor do estado de carga da bateria, embora a energia real disponível ainda seja dependente da temperatura. Em baixas temperaturas, a capacidade da bateria pode ser inferior a 50% da nominal. Um exemplo de dispositivo é o ST STC3100 . Isso usa uma interface I2C para se comunicar com o processador. A contagem de coulombos é realizada integrando a corrente dentro e fora da célula durante o ciclo de carga / descarga. Se você souber quando a bateria estiver cheia, poderá estimar a quantidade de carga usada.

— uɐɪ
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Eu acho que Ian acertou em cheio. Se você está procurando um hack mais fácil, mas menos preciso, pode usar uma derivação atual. Esse é um resistor muito baixo e muito preciso (digamos, 0,1 ohms) que você coloca em série com a bateria. Você pode usar o Arduino para medir a tensão da bateria e a diferença de tensão no shunt. Prove aqueles em 10 Hz e você poderá calcular a potência instantânea. Acompanhe isso ao longo do tempo, e aposto que você pode chegar a 10% do valor real se sua carga e temperatura forem bastante constantes.

— pingswept

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Essa sugestão está efetivamente rolando sua própria versão de um contador coulomb. O problema é que você precisará adicionar a alteração e amplificação do nível do sinal analógico à tensão do resistor de derivação, para que o sinal analógico esteja dentro da faixa de tensão de entrada do ADC e cubra um intervalo razoável dessa faixa.

— uɐɪ

@Ian: fatos verdadeiros. Provavelmente também precisa de algum filtro de ruído.

— pingswept

Filtro @pingswept Kalman seria ótimo lá

— NickHalden

@JGord, existem muitos estimadores possíveis por aí (Kalman Filter, Extend Kalman Filter, técnicas de prognóstico, observadores no modo deslizante e assim por diante). Tudo depende do modelo de circuito usado para estimar o comportamento da tensão da bateria, localizando os valores dos parâmetros do circuito e rastreando-os ao longo do tempo. O problema é que, quanto mais preciso o modelo, mais resistente ao ruído e mais características não modeladas você tenta explicar, mais energia e dados da CPU são necessários.

— Joshua Joshua

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O grande problema é que a tensão de saída permanece razoavelmente plana durante a maior parte do tempo. Portanto, a menos que você tenha um A / D realmente bom, não poderá monitorá-lo diretamente. É por isso que laptops e outros tendem a usar relógios para medir a energia restante.

É muito fácil encontrar os gráficos se você procurar por "curva de descarga da bateria"

http://shdesigns.org/batts/battcyc.html

— Ron
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O que estou fazendo agora em uma grande bateria que consiste em muitas células Lipo é o seguinte. Primeiro eu o carrego (consulte a folha de dados das células para obter a tensão máxima). Em seguida, dreno a bateria com um grande resistor enquanto utilizo um grampo de corrente conectado a um osciloscópio, além de medir a tensão da bateria. Há uma fonte de alimentação em paralelo com a bateria classificada na tensão de corte da bateria, para que eu possa deixar a configuração para drenar a bateria até o ponto em que não é recomendável ir mais longe. Com o escopo (alguns da Fluke, não conhecem o modelo), posso registrar a corrente ao longo do tempo e, assim, determinar a capacidade. Quando a capacidade é determinada, registrarei a corrente e a tensão constantemente quando estiver em uso e, assim, posso encontrar com mais precisão a carga restante.

— Erik
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Essas respostas são boas demais .

Descobri que as soluções comerciais são mais baratas.

No seu laboratório, se você puder medir a carga do dispositivo, não precisará colocar nenhum medidor de carga dentro dele.

Por exemplo: um esquema simples de carga de energia

state       load
--------------------
standy      0.1 A
full on     1 A

Se o Arduino comanda os dois estados - ou pode lê-los, um dado digital - bingo.

O Arduino cronometra-os e acrescenta a esses dois contadores: tempo em espera, tempo total.

Matemática fácil para calcular a quantidade de suco que seu dispositivo sugou para formar a bateria.

— Massimo
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Isso pressupõe que a carga do seu dispositivo é fixa e previsível.

— Connor Lobo

Ele assume que a carga média está quase fixa, digamos + - 5%. Geralmente, isso é aceitável, porque é mais simples e mais barato que uma medição de carga adc completa. Se houver necessidade de uma medida precisa, dedique mais tempo e dinheiro.

— Massimo