Voltmetr na měření LiFePO4 článků

Odpovědět
jova
Příspěvky: 359
Registrován: 16 pro 2013, 11:40

Voltmetr na měření LiFePO4 článků

Příspěvek od jova »

Zdravím.
Rád bych si postavil trochu inteligentnější voltmetr na měření LiFePO4 článků 120Ah, 48V baterie.
Zadání je vyhodnocovaní a zobrazování napětí pomocí procesoru PICAXE, měření jednotlivých článků 16ti článkové baterie, zobrazení napětí jednotlivých článku alespoň na 3 desetinná místa. Měření může probíhat na jednotlivých článcích postupně, změření napětí celé baterie klidně i v řádu desítek sekund.
Nenapadá vás někoho jak to řešit?
Uživatelský avatar
fulda
Příspěvky: 1242
Registrován: 04 led 2016, 17:18

Re: Voltmetr na měření LiFePO4 článků

Příspěvek od fulda »

Tak jak to řešit je celkem jednoduché ne? Jen protože máš těch článků 16, tak se to bude násobit do troche větších čísel.

První co bude zábavné, je ta přesnost.
Pokud dobře počítám, tak máš 3V článek a chceš měřit na 3 desetiná místa = 0,001V Pokud to podělím, dostanu 3000 kroků, takže 12 bit převodník, za předpokladu, že by byl dokonalej. Dokonalej převodník asi neseženeš, takže buď aproximovat, nebo použít alespoň 13 nebo víc bitovej převoník.
Druhá zábava bude, že asi očekáváš, že tvoje baterie je pospojovaná (do série) a že jí asi pro potřebu měření nechceš rozpojovat. Takže potřebuješ převodník, který má pohyblivou referenci a umožňuje i na vstupu i na referenci +50V.

A pak potřebuješ buď přepínač 16 kanálů, kterej bude mít rozsah do 50V a přesnost 0,0005V, nebo těch převodníků prostě potřebuješ hodně. Můj odhad ceny takového převodníku je, že si jich zrovna moc nebudeš chtít kupovat. Po pravdě, cena toho přepínače také nebude zrovna malá.

(Takhle by to bylo správně)

Nebo:
Vezmeš třeba Picaxe-28X2, tam je 10 bit AD převodník a 16 vstupních kanálů, jako referenci vezmeš napájecí napětí +5V, převodník je 10 bit, koupíš si 16 děličů 10:1, dáš je tam, tím z 50V bude 5V, takže se to bude dobře počítat a necháš to tak.

Nebo:
Vezmeš menší picaxe, jen jeden dělič a modul se šestnácti relátky a budeš články přepínat pomocí relátek.
Za pravopisné chyby v této zprávě může moje učitelka češtiny.
jova
Příspěvky: 359
Registrován: 16 pro 2013, 11:40

Re: Voltmetr na měření LiFePO4 článků

Příspěvek od jova »

Díky za nápady. Začnu od konce.
Nad těma relátkama jsem taky přemýšlel, z hlediska oddělení napětí by to bylo nejčistší, ale přeci jen bych rád měřil nepřetržitě a tak představa neustále cvakajících relátek, už z důvodu životnosti, se mi moc nezamlouvá. Nešlo by místo nich použít nějaký obvod typu CMOS 4x analogový spínač? Jak se to bude chovat, když na jejich vstupech bude napětí sice do 5V ale mezi tím prvním a posledním vstupem by už bylo nad těch 50V? Samozřejmě počítám s tím, že napájení toho picaxe a těch CMOS spínačů by bylo plovoucí a nebylo stažené k žádnému napětí baterie.
S tím Picaxe-28X2 jsi to myslel tak, že bych musel to napájení picaxe vztáhnout k –pólu AKU a vzít ho jako napětí 0 a pak každý +pól připojit na ty děliče? Pak by jednotlivé AD převodníky měřili 0,3V; 0,6; 0,9; 1,2; … až 4,8V? Jaká tam pak bude přesnost při tom 10bitovém převodníku? Ono i těch 50V bude málo, je třeba počítat spíše s 60V na AKU.
Nebylo by lepší na tohle použít jeden vícebitový převodník, který by měřil v rozsahu 0-10V a ta jednotlivá napětí z děličky, v rozsahu 0 – cca 6V, pak na něj připojovat těmi CMOS spínači?
Uživatelský avatar
fulda
Příspěvky: 1242
Registrován: 04 led 2016, 17:18

Re: Voltmetr na měření LiFePO4 článků

Příspěvek od fulda »

Tak to jsou přímo magické otázky. U těch cmos analogových přepínačů se musíš podívat, jakou mají charakteristiku a co jsou ochotné spínat.
K otázce přesnosti převodníku to je jednodušší. Bude zanedbatelná :)
Prostou matematikou - 5V / 1024 = 0,0048828125 V/dílek. Takže pro první stupeň máme na 0,3V celkem 61 dílků.
Při přepočtu a idealizaci situace 3V / 61 dílků = 0,05V na dílek.
Pro ostatní hodnoty to je stejné, protože s posouváš od předchozího stupně. Každý článek má své 3V.

Takže pokud se rozhodneš pro zobrazování na jedno desetinné, tak to bude zhruba odpovídat.

A dost jsem idealizoval součástky.
Za pravopisné chyby v této zprávě může moje učitelka češtiny.
micer
Příspěvky: 173
Registrován: 12 čer 2014, 19:14

Re: Voltmetr na měření LiFePO4 článků

Příspěvek od micer »

Tak předně, jde-li opravdu o 16-ti článkovou baterii LiFe, tak napětí není 48 V (i jmenovité je vyšší), ale při plném nabití 57,6 V (nabíjecí napětí 3,6 V/čl) a k tomu menší rezerva, takže 60 V je minimum.

Napětí článků se balancuje typicky s přesností 3 mV, nejhůř 5 mV, měřit se musí řekněme na ten 1 mV, ale líp 0,5 mV. Dělat to jedním převodníkem a děličem vede nejméně na šestnáctibitový převodník a udržet to nezarušené tak, aby každému bitu šlo věřit, to opravdu není sranda. Ale řekněme, že se to za pomoci brutálního oversamplingu (cca 1000x), vylučování zjevně chybných hodnot a statistického zpracování těch ostatních povede. Cesta je to možná, ale rozhodně ne jednoduchá, prakticky se nepoužívá (tedy používá se běžně pro 3 nebo i 5 článků, ale už pro 8 je to problematické).

Existují jednoúčelové obvody, které toto řeší, bohužel nejsou zrovna dostupné (bez ohledu na cenu). Je v nich multiplexer přepínání článků, paměťová kapacita a převodník + řadič toho všeho. Používá se to v profi řešeních, takže to fungovat bude, ale osobně s tím žádnou zkušenost nemám a jestli je to dosažitelné i pro 16 článků, nevím.

Tahle věc jde ale celkem dobře postavit, není to složité, jen dost náročné na počet součástek, na cenu materiálu a dost na prostor. Z baterie se napájí řídící elektronika přes izolační DC/DC měnič, mikrokontrolér přepíná paměťovou kapacitu (tantal) na jednotlivé články pomocí malých opticky oddělených SSR (FET výstup) (muxer, který by to řešil při daných napětích jedním obvodem neznám ... a dost jsem ho hledal), ty nemají celkem problém pracovat s napětím +/- 100V. K měření stačí 12-ti bitový převodník (4 V měřit s přeností na 1 mV) nebo 10-ti bitový s přesným podložením měřeného napětí. Důležité je, že se takto nekumulují chyby měření a ani menší nelinearita měření nevadí, protože se na každém článku projeví stejně. O to přesně jde, aby se se všemi články zacházelo přesně stejně, absolutní přesnost přeba na 1 mV ani potřeba není. No a pak se k tomu přidá dalších 16 opticky oddělených SSR na malé napětí , které podle vyhodnocení mikrokontroléru balancují jednotlivé články vybíjením přes rezistor nebo zdroj proudu (16x) ... to je jednodušší verze s vybíjením silnějších článků. Ve složitější se k tomu ještě dodá 16 ovládaných měničů nebo nábojových pump, které přečerpávají energii ze silnějších článků do slabších.

Nebo se na to koupí balancer pro 16 článků, který toto umí https://www.aliexpress.com/item/4000241881122.html (pro menší počet článků toto znám a pracuje skvěle), pracuje sice malým proudem (1 - 2 A) ale stále, a postavené měření se nechá jen pro kontrolu. Nebo se na to koupí komplet BMS - třeba https://www.aliexpress.com/item/1005002571648869.html včetně měření a posílání přes rozhraní drátem, BT nebo prostě s displejem. Zkušenost s tímhle nemám, nevím, jestli je to kvalitní Čína (což opravdu existuje!) nebo normální šunt Čína (podle ceny pravděpodobnější), ale některé menší balancery (equalizery) nebo BMS třeba pro solární panely jim chodí fakt dobře a spolehlivě.

Nechci nikoho odrazovat od stavby, pokud to má být zábava a zájem, ale udělat to funkčně dobře opravdu není jednoduché a určitě se to finančně nevyplatí. Začlenil jsem do toho i balancování, i když v zadání nebylo, protože podobnou baterii je balancovat nutné a měření bez vazby na balancování mi nedává žádný smysl.
jova
Příspěvky: 359
Registrován: 16 pro 2013, 11:40

Re: Voltmetr na měření LiFePO4 článků

Příspěvek od jova »

Klasické BME určitě ne, akumulátory se nesmí odpojit při nabíjení od nabíječky. Přelévání napětí bych asi při těhle proudech neřešil. Nad klasickým balancérem jsem přemýšlel, ale zatím jsem nenašel takový, který by hlídal i podpětí článku.
Na to balancování článků to bylo myšleno primárně, dále pak na hlídání jejich stavů i v případě nízkého napětí. Zobrazení přesného napětí na jednotlivých článcích, už měl být spíše takový bonus, abych viděl na první pohled co se tam děje, ale pro to balancování a hlídání stavů je to měření základ.
Dobrá tak jinak. Pokud bych vynechal to zobrazování napětí a zaměřil se pouze na jednotlivé články, na kterých by se hlídalo:
1. napětí pod 3.00V – signalizace stavu + přes optron by se odpojil měnič
2. napětí nad 3,50V – signalizace stavu + zapnutí lokální ho balancéru na článku
3. napětí nad 3,90V – signalizace stavu + přes optron by se odpojil panel
STEP UP by zvyšoval napětí pro napájení picaxe 08M2 a jeho referenční napětí 4,096V.
Myslíte, že by to takhle už šlo, je na to ten picaxe vůbec vhodný?
balancer.png
daton
Příspěvky: 656
Registrován: 16 bře 2013, 16:12

Re: Voltmetr na měření LiFePO4 článků

Příspěvek od daton »

Tohle už jsem řešil před dvěma roky a udělal jsem to pomocí Arduina a modulů ads1015 v singl režimu. Postavil jsem předřadníky z odporu a vše bylo nutno hodně testovat a kalibrovat. Je fakt že mám jen li ion s napětím 28v tedy 7clanku . Napětí pak s vyšším článkem odečítáme a dostanu vždy jen napětí daného článku. Ano u posledního článku je chyba největší ale při dobrém testování a kalibraci je to únosné.
Pokud by jsi chtěl jít podobnou cestou doporučoval bych ty Arduina mít dvě nebo tři pro sběr dat v různých částech baterie a datově to přes optocleny odesílat do hlavní řídící jednotky.
Odpovědět