Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
AM TechnologiesAM Technologies
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Impedancja AC 1kHz ogniw li-Ion

15 Maj 2020 14:22 405 7
  • Poziom 18  
    Witam,

    chcę w wolnych chwilach zrobić i zaprogramować od zera amatorski* tester ogniw li-ion - mierząc dla każdego ogniwa z osobna ich impedancję wewnętrzną AC 1kHz (tak jak robią to producenci i takie wartości podają w datasheet). Za sobą mam podobny projekt ale dla wewnętrznej rezystancji DC @1A. Aktualnie zbieram informacje jak podejść do tego zadania z pomiarem omawianej impedancji AC 1kHz.

    Aktualnie pierwszy etap - chcę niedużym kosztem zrobić prosty generator sinusa 1kHz na mikrokontrolerze + wzmacniacz do niego. Nie chcę się bawić w generowanie 1kHz z karty dźwiękowej z PC czy generatory sinusa na tranzystorach, których nie mam na czym dostroić do 1kHz - nie mam aktualnie oscyloskopu, a z karty dźwiękowej PC też nie chciałbym robić oscyloskopu aby nie spalić przypadkiem zintegrowanej karty, a może i nawet komputera :) Do pomiaru napięcia z generatora V p-p mam multimetr ANENG AN8008, który powinien sobie z tym zadaniem poradzić.

    Pytanie 1: Czy dobrym pomysłem będzie generowanie sinusoidy z wartości zapisanych w tablicy (25 wartości/okres) przy pomocy DAC 5-bitowego? następnie sygnał ten chciałbym wzmocnić na wzmacniaczu audio TDA2030 zasilanym 6VDC (czyli minimum jakie się da, napięcie 6V a nie większe bo będzie całość pracować z ogniwami li ion a ich napięcie to okolice ~4,2V). Jako mikrokontrolera do generatora 1kHz chciałbym użyć np. PIC12F1840, który posiada DAC 5bit. Wstępnie policzyłem że wbudowany w tego PICa przetwornik DAC powinien sobie z tym zadaniem poradzić (chodzi o szybkość). Z takiego generatora wychodzi czysty sygnał, a z generatora PWM trzebaby to jeszcze kilkoma elementami RC odsiać aby uzyskać czystego sinusa (choć tu może się wypowie ktoś mądrzejszy jaki sposób lepszy DAC czy PWM? Wady / Zalety). Jedyne jego zadanie to generowanie tego sinusa 1kHz, obliczeniami miałby się zająć inny uC. Przewidywany przebieg jaki chciałbym osiągnąć prezentuje załączony poniżej wykres**

    Pytanie 2: Jako że napięcie na rezystorze oznaczonym poniżej jako "shunt" będzie napięciem przemiennym 1kHz - jak najlepiej będzie zmierzyć te napięcie (oczywiście przy pomocy uC)? Czy szybkim opampem mierzyć różnicę potencjałów (np. MCP6002 - rail-rail, 1MHz, offset +/- 4.5mV) czy może seria wielu szybkich pomiarów ADC mikrokontrolerem i szukanie najwyższej zmierzonej wartości napięcia? Co do tej drugiej metody z ADC to nie jestem pewien czy to poprawne..
    Rezystor jaki chciałbym w tym miejscu użyć to będzie pewnie szeregowo połączony 5x 0,1Ω 1% 2W Metalizowany. Czyli razem 0,5Ω 10W 1%. Spadek napięcia na nim powinien być wystarczajacy do wzmocnienia lub pomiaru ADC 10/12 bitowym.

    W sieci nie znalazłem schematów czy projektów DIY testerów impedancji wewnętrznej AC 1kHz dla li-ion. Jedynie takie "wywody":
    http://www.amforum.org/site/journal/2017/resAC.pdf
    https://lygte-info.dk/info/Internal%20impedance%20UK.html
    http://www.avr-asm-tutorial.net/avr_en/apps/dac/dac_filter.html


    i ogólny schemat:
    Impedancja AC 1kHz ogniw li-Ion

    ** wykres przewidywanego przebiegu (zaczerpnięty z internetu, na wykresie 100Hz docelowo ma być 1kHz przy Vp-p ok 4.2V , http://www.avr-asm-tutorial.net/avr_en/apps/dac/dac_filter.html)
    Impedancja AC 1kHz ogniw li-Ion


    Kolejne etapy / schematy / przemyślenia oraz części kodu chciałbym tu wstawiać tak aby powstał z tego jakiś solidny zalążek do rozwinięcia wspólnego projektu.

    * - amatorski - czytaj: dokładność w granicach < +/-10% ; koszty wykonania możliwie jak najniższe ; wynikowo ma to być typowe urządzenie do warsztatu i "odsiania" kiepskich ogniw oraz ich segregacji
  • AM TechnologiesAM Technologies
  • Moderator Projektowanie
    Taki wygenerowany sinus nie jest sygnałem AC, więc się nie nadaje. Aby zrobić AC musisz zrobić falownik.
  • AM TechnologiesAM Technologies
  • Poziom 34  
    _lazor_ napisał:
    Taki wygenerowany sinus nie jest sygnałem AC, więc się nie nadaje. Aby zrobić AC musisz zrobić falownik.
    A możesz to jakoś uzasadnić? Napisałeś to tak, jakby wzmacniacze audio nie mogły działać bez zasilania symetrycznego.
    Wzmacniacz i kondensator oddzielający składową tworzy wystarczająco dobry generator AC, bo nie potrzeba tu jakiejś wysokiej sprawności, a częstotliwość jest stała.
    Przy okazji zauważyłem, że był już podobny projekt na Elektrodzie:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3404785.html
  • Poziom 18  
    szelus napisał:
    _lazor_ napisał:
    Taki wygenerowany sinus nie jest sygnałem AC, więc się nie nadaje. Aby zrobić AC musisz zrobić falownik.
    A możesz to jakoś uzasadnić? Napisałeś to tak, jakby wzmacniacze audio nie mogły działać bez zasilania symetrycznego.
    Wzmacniacz i kondensator oddzielający składową tworzy wystarczająco dobry generator AC, bo nie potrzeba tu jakiejś wysokiej sprawności, a częstotliwość jest stała.
    Przy okazji zauważyłem, że był już podobny projekt na Elektrodzie:
    https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3404785.html


    Tez go widzialem, choć tam użyto częstotliwości 'tylko' 75Hz (takiego wyniku nie porownamy do wartości z datasheet ogniw li-ion), ale niektóre rozwiązania moga sie przydac do budowy 1kHz. Np autor tamtego rozwiązania mierzy napięcie na rezystorze pomiarowym w najwyzszym jego punkcie - czyli pewnie (?) seria wielu kolejnych pomiarów ADC uC i wybieranie if'em najwyzszej odnotowanej wartości.

    Tez ktoś w tamtym wątku wspomniał ze ponoć nie musi byc czystej sinusoidy a wystarczy cos 'podobnego' - a ja zadam pytanie czy wystarczy prostokąt 1kHz o wypełnieniu 50% do tego zadania?
  • Moderator Projektowanie
    Jeśli przepuści się taki sygnał przed odpowiednią pojemność a potem przez wzmacniacz to tak, będzie to sygnał AC. W tym trzeba uwzględnić rezystancję wewnętrzną pinu mikrokontrolera aby powstały filtr RC nie tłumił tego 1kHz

    Przy układzie pomiarowym układ trzeba zadbać by układ nie wprowadzał własnej dodatkowej impedancji lub uwzględniać ją w wynikach pomiaru. Jednak impedancja wzmacniacza powinna być dużo mniejsza od badanego obwodu.
  • Poziom 18  
    _lazor_ napisał:
    Jeśli przepuści się taki sygnał przed odpowiednią pojemność a potem przez wzmacniacz to tak, będzie to sygnał AC. W tym trzeba uwzględnić rezystancję wewnętrzną pinu mikrokontrolera aby powstały filtr RC nie tłumił tego 1kHz

    Przy układzie pomiarowym układ trzeba zadbać by układ nie wprowadzał własnej dodatkowej impedancji lub uwzględniać ją w wynikach pomiaru. Jednak impedancja wzmacniacza powinna być dużo mniejsza od badanego obwodu.


    Tak się zastanawiam.., zasilanie symetryczne np +/- 12VDC opampa (przykładowo NE5532) oraz wzmacniacza (np. TDA2030) nie będzie chyba konieczne?
    Czy dobrze myślę, iż wystarczy tylko sinus 1kHz w "dodatniej połówce"* od 0V [GND] do tych powiedzmy prawie +5V, do tego zwykły opamp np. MCP6002 rail-rail zasilany tylko jednym napięciem (też tym +5V vcc)?
    Dalej (za DAC z uC i filtrowaniem tego sygnału) to już wprost na wejście wzmacniacza TDA2030 zasilanego też z jednego napięcia pomiędzy +6V do +12V (i tylko wyregulować amplitudę do np 5V).

    Impedancja AC 1kHz ogniw li-Ion

    Czy dobrze myślę?
  • Moderator Projektowanie
    mariomario napisał:
    iż wystarczy tylko sinus 1kHz w "dodatniej połówce"* od 0V [GND] do tych powiedzmy prawie +5V, do tego zwykły opamp np. MCP6002 zasilany tylko jednym napięciem?


    Dla mnie zdecydowanie to nie jest sygnał AC 1kHz tylko DC ale z harmoniczną AC 1kHz. Czy to ma znaczenia przy pomiarach impedancji baterii? Tego nie wiem. Możliwe że wystarczy potem z wyników filtrować cyfrowo składową stałą, a może jednak składowa stała będzie miała duży wpływ na impedancje baterii, a może składowa stała ma być wartości napięcie baterii i wtedy ona nie ma wpływu na badaną baterię.

    Trzeba przeczytać jakie są warunki pomiaru impedancji baterii
  • Poziom 18  
    _lazor_ napisał:
    mariomario napisał:
    iż wystarczy tylko sinus 1kHz w "dodatniej połówce"* od 0V [GND] do tych powiedzmy prawie +5V, do tego zwykły opamp np. MCP6002 zasilany tylko jednym napięciem?


    Dla mnie zdecydowanie to nie jest sygnał AC 1kHz tylko DC ale z harmoniczną AC 1kHz. Czy to ma znaczenia przy pomiarach impedancji baterii? Tego nie wiem. Możliwe że wystarczy potem z wyników filtrować cyfrowo składową stałą, a może jednak składowa stała będzie miała duży wpływ na impedancje baterii, a może składowa stała ma być wartości napięcie baterii i wtedy ona nie ma wpływu na badaną baterię.

    Trzeba przeczytać jakie są warunki pomiaru impedancji baterii


    Przeszperałem internet w poszukiwaniu informacji* na ten temat - do pomiaru wymagane jest "pełne" AC 1kHz (czyli ten mój sposób powyżej, by się nie sprawdził) więc muszę zbudować zasilanie symetryczne do generatora.
    Dodatkowe informacje - prąd jaki jest przeważnie używany w różnych przykładach i miernikach (komercyjnych) do pomiarów AC 1kHz impedancji ogniw li-ion wynosi ok 20-100mA z tego co widać w różnych źródłach. Rezystory pomiarowe mają przeważnie od 0,5Ω do 5Ω (o dużej dokładności), kondensator od 5µF do 100µF (elektrolit), wypełnienie 50%. Pomiarów dokonujemy mierząc napięcia dochodzące do dziesiątek mV AC (czyli taki mały sygnał trzeba będzie wzmocnić opampem aby potem podać go do ADC uC celem dalszych obliczeń).
    Kompletuję niektóre części na generator AC 1kHz, narysowałem też wstępny schemat**, pytanie czy nie popełniłem gdzieś błędu (szczególnie z masami)?
    Jak zbuduję ten generator to sprawdzę jednak dla pewności jego przebiegi na karcie dźwiękowej (dzielnik napięcia na wyjściu TDA2030 + wejście liniowe w PC + program Audacity).
    Poniżej mam też kilka pytań.


    * -
    https://www.gamry.com/application-notes/battery-research/four-terminal-eis-of-batteries/
    https://pojazdyelektryczne.org/viewtopic.php?t=2684
    https://www.youtube.com/watch?v=wK-HC4JBdUs (widać różnicę w pomiarach metodą DC oraz AC 1kHz)
    Impedancja AC 1kHz ogniw li-Ion
    https://www.youtube.com/watch?v=sk41Yi5rMe0&feature=youtu.be&t=871 (widać przebieg prostokątny miernika YR1030+ bez obciążenia oraz coś trochę podobnego do sinusoidy po podłączeniu ogniwa)
    Impedancja AC 1kHz ogniw li-Ion



    ** - schemat (roboczy) generatora 1kHz + wzmacniacza
    Impedancja AC 1kHz ogniw li-Ion

    Pytania do powyższego schematu:
    1.) Czy dobrze myślę, że na wyjściu TDA2030 będzie przebieg AC taki jak na schemacie obok znaku zapytania (oczywiście amplitudę wyreguluję potencjometrem RP1)?
    2.) Czy dobrze połączone są masy?
    3.) Czy pomiędzy PIC12F1840 a TDA2030 warto dać dodatkowy bufor na jakimś opampie (NE5532 / LM358 lub pojedynczo zasilany MCP6002 itp.)?


    Kod generatora dla PIC12F1840 (4MHz INTOSC, MCLR off):
    Kod: c
    Zaloguj się, aby zobaczyć kod
    Uzyskane wartości: https://i.imgur.com/D348c3e.png
    Kalkulator który pomógł w obliczeniach: http://tahmidmc.blogspot.com/2012/10/smart-sine-software-to-generate-sine.html
    Test generatora (niestety pomiar wykonałem tylko takim prowizorycznym "oscyloskopem"): https://i.imgur.com/0kZLxFa.jpg