Merač vnútorného odporu LiPol batérií - 2. časť - Metóda merania

V 1. časti tejto minisérie boli uvedené schémy zapojenia merača a dnes bude popísaný princíp merania vnútorného odporu LiPol batérií.

My sme použili metódu merania, ktorá sa nám javila ako najmenej problémová a hlavne nenáročná na súčiastky použité v merači. Súčasne sme chceli, aby bol merač malý a nebolo nutné k nemu pripájať ešte ďalšie meracie prístroje.

Jedinou nevýhodou je to, že metóda vyžaduje meranie v dvoch krokoch: meranie bez záťaže a meranie so záťažou. Alebo inak povedané: najskôr sa napätia zmerajú vtedy, keď prúd z batérie neodoberáme a potom sa tie isté napätia zmerajú v stave, keď z batérie odoberáme známy prúd.

autor: Janko O.


Na prvom obrázku sú znázornené schémy zapojenia pre meranie vnútorného odporu tzv. "mäkkých" zdrojov, to znamená zdrojov, ktoré majú veľký vnútorný odpor a preto nemôžu dodávať príliš veľký prúd.

Zapojenie vľavo ukazuje meranie napätia na svorkách batérie bez odberu prúdu a keďže na vnútornom odpore Ri nevznikne žiadny úbytok napätia, výstupné napätie Uo = Uz. V druhom kroku je na svorky zdroja pripojený ampérmeter a obvodom potečie prúd na krátko Ik. Pretože poznáme napätie Uo a prúd Ik, tak podľa Ohmovho zákona môžeme vypočítať vnútorný odpor Ri = Uo/Ik.

Lenže LiPol batérie (a ani iné tvrdé zdroje) takto merať nemôžeme, pretože obvodom by tiekol taký veľký prúd, že by "odišiel" buď ampérmeter, alebo by explodovala LiPolka, alebo (pri troche "šťastia") by nastalo oboje. Preto sa používa trochu iné zapojenie, kde sa výstupné svorky zdroja "neskratujú" ampérmetrom, ale sa batéria zaťaží odporom Rz, známej hodnoty.

Obvodom by teda pri záťaži mal tiecť taký prúd, aby to "vydržal" zaťažovací odpor aj batéria. Z nameraných hodnôt Uo a Ur a známej hodnoty Rz je potom možné vypočítať neznámu hodnotu Ri.

Mierna komplikácia je v tom, že my nechceme merať batériu ako celok a na záver zistiť len jej celkový vnútorný odpor Ri, ale chceme zistiť aj vnútorné odpory jednotlivých článkov LiPolky. Našťastie nám v tom bude nápomocný Servisný konektor, ktorý nám v tomto prípade poskytne neoceniteľné služby.

Ďalšou komplikáciou je to, že jednotlivé články batérie sú zapojené do série a AD-prevodník v mikrokontroléri meria napätie v našom prípade vždy voči nulovej (spoločnej) svorke servisného konektora. Preto pri meraní napätia druhého a tretieho článku musíme použiť "fintu". Merač Napätia MN1 meria priamo napätie prvého článku, to je jednoduché. Ale Merač Napätia MN2 meria súčet napätí článku 1 a článku 2. Takže na získanie hodnoty napätia článku 2, musíme od hodnoty MN2 odrátať hodnotu MN1. Obdobne na získanie hodnoty napätia článku 3, musíme od hodnoty MN3 odrátať hodnotu MN2. V skutočnosti je celá situácia ďalej komplikovaná tým, že pri hodnote referenčného napätia AD-prevodníka Uref = 5 Voltov, je nutné na vstupy MN2 a MN3 zapojiť odporové deliče, ktoré znížia vstupné napätie z hodnoty 7,4 V (11,1 V) napr. na hodnotu 3,7 a pri výpočtoch Ri namerané hodnoty spätne vynásobiť dvomi (tromi). Ale to je pre mikrokontrolér "malina" a hravo si s takýmito výpočtami poradí.

Predchádzajúci obrázok znázorňoval meranie napätí na LiPolke bez záťaže, ďalší obrázok ukazuje pomery pri záťaži známym prúdom a tiež spôsob ako dosiahnuť, aby zaťažovací prúd (Iz) bol naozaj "známy".

Na silový konektor batérie je pripojený výkonový zaťažovací odpor Rz (v našom prípade 1 Ohm / 40 W, ktorého presná hodnota je podkladom pre výpočet Ri). Ten spôsobí, že obvodom potečie zaťažovací prúd (zdroj zaťažíme)  Iz niečo nad 10 Ampérov. Keďže presná znalosť hodnoty tohoto prúdu ovplyvňuje presnosť merania vnútorného odporu, tak je žiadúce, aby sme hodnotu zaťažovacieho prúdu zistili naozaj presne. Jeho veľkosť ovplyvňuje stav nabitia batérie (nabitá batéria = väčšie napätie = väčší prúd) a tiež odpor prívodných silových vodičov a prechodový odpor silového konektora. Preto nestačí zmerať hodnotu MN4, ale je treba zmerať aj hodnotu MN5 a ich rozdiel je hodnota napätia na zaťažovazom odpore (URz = MN4 - MN5). A keďže hodnota Rz je známa, tak z hodnôt URz a Rz mikrokontrolér hravo vypožíta skutočnú hodnotu zaťažovacieho prúdu.

Samotné meranie je mikrokontrolérom riadené tak, aby bola ustálená hodnota napätí bez záťaže získaná ako priemer z opakovaných 10-tich meraní (s určitým časovým odstupom).

Potom mikrokontrolér zabezpečí zopnutie tranzistora T1 (IRF4905), cez ktorý bude zaťažovací prúd Iz tiecť rezistorom Rz ďalej. Po určitom - presne definovanom čase, mikrokontrolér prostredníctvom svojho AD-prevodníka zmeria všetky napätia v obvode. Potom nasleduje odpojenie záťaže (tranzistorom T1), relatívne dlhšia regeneračná pauza a potom sa celý proces merania ešte 4-krát zopakuje. Mikrokontrolér z týchto piatich meracích cyklov opäť vypočíta priemer a na LCD displeji zobrazí výsledné hodnoty.

Z hľadiska väčšej presnosti by bolo vhodnejšie batérie zaťažovať vyšším prúdom ako je asi 10 Ampérov, ale to už by niektoré slabšie batérie mohli "ťažko znášať" a aj watáž zaťažovacích rezistorov by musela stúpnuť. Takže táto hodnota bola zvolená ako akýsi prijateľný kompromis. Pri rozlišovacej schopnosti 10-bitových AD-prevodníkov asi 5 miliVoltov, vychádza presnosť merania Ri asi 0,5 miliOhmu, čo však procedúrami v podstate 50-násobného opakovania za postupne trochu menených podmienok (vplyvom záťaže napätie jednotlivých článkov LiPol "málinko" klesá) môže priniesť mierne zvýšenie presnosti. Cez to všetko udávame presnosť merania na 0,5 miliOhmu.

V budúcom pokračovaní budú naznačené spôsoby merania vnútorného odporu Ri pri viac ako 3-článkových batériách.

 

Súvisiace články: 

Plošný spoj pre Merač vnútorného odporu LiPol - verzia 3P

Merač vnútorného odporu LiPoliek - 4.časť - Teraz presnejší

Merač vnútorného odporu LiPol batérií - 1.časť - Schéma

Merač vnútorného odporu LiPol batérií - 3.časť - Program pre PIC

Konečná podoba merača vnútorného odporu LiPol batérií

Zistenie skutočných Céčok batérie bez špeciálnych prístrojov

Céčka a vnútorný odpor LiPo akumulátorov

 

 

Measuring Internal Resistance of LiPo Battery

Measuring Internal Resistance of LiPo Battery, Measure Instrument, C-rate, C rate, Ri meter


<Staršie | tento článok | Novšie>

Napísané: 25. 9. 2012, 10:24 | Prečítané: 7561x | Kategórie: Elektronika | Napísal: admin |
Komentáre: 4
.:. Coro
Dám sem čo skončilo inde v "Žumpe":
-ak počítam správne, tak 10bit meranie z toho AD procesora zodpovedá rozlíšeniu merania 5mv, ale krát cca 3 (pre odporový delič 3:1 čiže pre 3s Lipo do 15V) a dostaneme 15mV, a pre prúd cca 10A to znamená rozlíšenie 1,5 miliOhm (pre tretí článok z 3s). To nie je zlé.

Ak by sa pokúsil o oversampling a nechal AD prebehnúť napríklad 256 meraní (príjemné číslo lebo potom sa namiesto delenia stačí posunúť o 8 bitov čiže 1 bajt, a pritom to ešte stále netrvá dlho - teda čo viem o Atmel interných AD tak tam je v pohode do 15000 meraní za sekundu) ), nevylúčil by som že dosiahne použiteľné 12bit meranie a možno aj 13 bit (napomôže aj to že napätie pod záťažou postupne klesá alebo po odpojení postupne rastie takže priemer by mal padnúť niekde správne a nenastane prípad že by všetky merania zaokrúhlili jedným smerom....).

- Tak by to bolo meranie na jednotky milivoltov, a teda desatiny miliOhmov
Odpoveď | 2010-07-06 08:04:30
.:. Janko O
Ahoj Coro.
Akosi sa nám stáva pravidlom, že keď sa v názoroch nezhodneme s "mocnými" určitého fóra, tak skončíme v žumpe.
Spôsob, ktorý popisuješ, je v merači naozaj použitý, ale v akejsi "light" verzii, to znamená, že merania sa neopakujú 256 krát ale len 50 krát. Ale to sa dá zmeniť, lebo je to len otázka softvéru, ktorý pravdepodobne bude časom "podliehať" vývoju a tvoje riešenia sa v ďalšej verzii zrejme objavia.
Inak díky za spoluprácu a tvoje nápady a návrhy a samozrejme aj za kritické pripomienky. Dnes tam dal vito príspevok, ale to už je úplne iné "kafe". Škoda, že taký tón nepoužil aj včera. My nespochybňujeme jeho odbornosť, ale nepáčil sa nám ten tón. A z toho nemienime poľaviť.
Takže tvoje aj jeho nápady hodláme využiť pri návrhu ďalšej verzie merača, ktorý by bol trochu (dosť) odlišný a meral by aj viac ako 3-článkové batérie.
Coro, ešte raz díky a možno sa nám časom podarí niektorých prevychovať na trochu úctivejšie správanie. S vitom sa to, zdá sa, podarilo.
Odpoveď | 2010-07-06 08:38:53
Hlavne že ssem nedávate to, čo potrebujeme. Kde sú vzorce??
Odpoveď | 2011-03-30 10:32:29
.:. Janko O
Pre väčšinu modelárov, teda tých, ktorí elektonike nerozumejú, sú vzorce na nič.
Tí, čo elektronike rozumejú, tí tie vzorce poznajú, alebo si ich vedia odvodiť, pretože spomínaná meracia metóda využíva elementárne zákony a základy elektrotechniky.
A pre zvyšok: doučovanie základov elektrotechniky je za štadartný poplatok 10,- € za hodinu ;-) .
Odpoveď | 2011-03-30 18:43:01
Pridaj komentár
Meno
Web
Mail
Kontrola Zadajte číslo päť
Text

:-)
:-D
:-(
|-/
:-[]
;-)
8-|
8-o
Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz
  • Pre odoslanie správy môžete aj použiť klávesovoú skratku Alt+S. (Podporujú len niektoré prehliadače)
  • HTML znaky budú prevedené na entity.
  • Vyjadrujte sa tu ako doma, aby sme vedeli ako to u Vás vypadá.
  • Odkazy začínajúce http:// budú automaticky prevedené na odkazy , nepoužívajte však v jednom príspevku viac ako 3 - to robia len spam roboti:-)
správca | ICQ-Vaše ICQ | Podpora miniRS | Styl LazyDays | Sk preklad by beekeeper | Veľkosť databázy: 32560.92 kb