¿Cómo puedo saber cuánto jugo tiene una batería LiPo?

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Supongamos que tengo un circuito que extrae su energía de una batería LiPo. Me gustaría saber cuánta energía aún tiene la batería. Idealmente, un circuito de nivel de potencia a voltaje sería el mejor ... de esta manera puedo conectar la salida de ese circuito a una entrada ADC en mi Arduino.

batteries

— ppvi
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Para ser honesto, si logra encontrar una manera de hacer esto de manera confiable, solo midiendo el voltaje y patentando, entonces nunca tendrá que volver a trabajar. La energía disponible que queda en una batería está poco relacionada con el voltaje del terminal, pero también depende de la temperatura de la batería.

Un método común para determinar el estado de carga de la batería es usar un contador de culombios para contar la carga que entra y sale de la celda. Esto proporciona una mejor estimación del estado de carga de la batería, aunque la energía real disponible aún depende de la temperatura. A bajas temperaturas, la capacidad de la batería puede ser inferior al 50% del valor nominal. Un dispositivo de ejemplo es el ST STC3100 . Esto utiliza una interfaz I2C para comunicarse con el procesador. El recuento de culombios se realiza integrando la corriente dentro y fuera de la celda durante el ciclo de carga / descarga. Si sabe cuándo la batería está llena, puede estimar la cantidad de carga que se ha utilizado.

— uɐɪ
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Creo que Ian clavó este. Si está buscando un truco más fácil pero menos preciso, podría usar una derivación actual. Esta es una resistencia muy baja y muy precisa (digamos, 0.1 ohmios) que coloca en serie con su batería. Luego, podría usar el Arduino para medir el voltaje de la batería y la diferencia de voltaje a través de la derivación. Muestree esos a 10 Hz, y puede calcular la potencia instantánea. Haga un seguimiento de eso con el tiempo, y apuesto a que podría obtener un 10% del valor verdadero si su carga y temperatura son bastante constantes.

— pingswept

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Esta sugerencia es efectivamente rodar su propia versión de un contador de culombio. El problema es que tendrá que agregar amplificación y cambio de nivel de señal analógica al voltaje de la resistencia de derivación para que la señal analógica esté dentro del rango de voltaje de entrada ADC y cubra un rango razonable de ese rango.

— uɐɪ

@ Ian: Verdaderos hechos. Probablemente también necesite un poco de filtrado de ruido.

— pingswept

@pingswept El filtro de Kalman sería genial allí

— NickHalden

@JGord, existen muchos estimadores posibles (Filtro de Kalman, Filtro de Kalman extendido, técnicas de pronóstico, observadores en modo deslizante, y así sucesivamente). Todo depende del modelo de circuito que use para estimar el comportamiento del voltaje de la batería, encontrar los valores de los parámetros del circuito y rastrearlos a lo largo del tiempo. El problema es que cuanto más preciso sea el modelo, más resistente al ruido y más características no modeladas que intente tener en cuenta, entonces se requiere más potencia de CPU y datos.

— Joshua

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El gran problema es que el voltaje de salida se mantiene bastante plano la mayor parte del tiempo. Entonces, a menos que tenga un A / D realmente bueno, no puede monitorearlo directamente. Es por eso que las computadoras portátiles y similares tienden a usar relojes para medir la energía restante.

Es bastante fácil encontrar los gráficos si busca "curva de descarga de la batería"

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

— Ron
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Lo que estoy haciendo ahora con una batería grande que consta de muchas células Lipo es lo siguiente. Primero lo cargo (consulte la hoja de datos de las celdas para obtener el voltaje máximo). A continuación, agotaré la batería con una gran resistencia mientras uso una pinza de corriente conectada a un osciloscopio y mediré el voltaje de la batería. Hay una fuente de alimentación en paralelo con la batería clasificada en el voltaje de corte de la batería, por lo que puedo dejar la configuración para drenar la batería hasta el punto en que no se recomienda ir más allá. Con el alcance (algunos Fluke, no conozco el modelo) puedo registrar la corriente a lo largo del tiempo y así determinar la capacidad. Cuando se determina la capacidad, voy a registrar la corriente y el voltaje constantemente cuando está en uso, y así puedo encontrar con mayor precisión la carga restante.

— Erik
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Estas respuestas son muy buenas .

Descubro que la solución comercial es más barata.

En su laboratorio, si puede medir la carga del dispositivo, no necesita colocar ningún medidor de carga en su interior.

Por ejemplo: un esquema simple de carga de energía

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

Si el Arduino ordena los dos estados, o puede leerlos, un dato digital, bingo.

Arduino los cronometra y agrega a estos dos contadores: tiempo en espera, tiempo completo.

Matemáticas fáciles para calcular la cantidad de jugo que su dispositivo había absorbido de la batería.

— Massimo
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Esto supone que la carga de su dispositivo es fija y predecible.

— Connor Wolf

Se supone que la carga promedio es casi fija, digamos + - 5%. Por lo general, esto es aceptable, porque es más simple y más barato que una medición de carga completa adc. Si se necesita una medida precisa, invierta más tiempo y dinero.

— Massimo