Jak zbudować woltomierz szeregowy do pomiaru napięcia osobno 10 ogniw w baterii?

Jak zrobić woltomierz, który wskaże napięcie każdego ogniwa w baterii składającej się z 10 elementów.
Dotychczas stosowałem 10 szt. pojedynczych woltomierzy LED, ale problem jest taki, że zachodzi potrzeba pomiaru napięć w granicach 2,5-4,5 V dla ogniw litowych, a te chińskie moduły działają dopiero od 4,0 V. Trzeba stosować przetwornicę podwyższającą do każdego woltomierza i to jest kłopotliwe.

Teraz zamierzam zrobić coś takiego jak na Ali:
https://pl.aliexpress.com/item/1005007173538843.html

Jak do tego podejść? Chciałbym to zrobić na bazie Arduino z 12-bitowym przetwornikiem A/C, ale nie spotkałem żadnego gotowca na którym można bazować. Myślałem dać jeden port na każde wejście, ale wychodzi ich 10, co przekracza możliwości Arduino Uno, ale Arduino Mega da radę. Oprócz napięć na wyświetlaczu chcę mieć informację, które ogniwo jest najsłabsze, czyli Umin z wszystkich pomiarów, a będę baterię katował różnymi prądami i oglądał, co się dzieje z napięciami.

Czy macie jakieś pomysły?

Pewnie multiplekser się przyda, ale to muszą koledzy potwierdzić i podpowiedzieć, jak to zrobić.

A może by tak jednym scalakiem: https://www.ti.com/lit/gpn/bq76952

Mastertech napisał:

Jak do tego podejść? Chciałbym to zrobić na bazie Arduino z 12-bitowym przetwornikiem A/C, ale nie spotkałem żadnego gotowca na którym można bazować. Myślałem dać jeden port na każde wejście, ale wychodzi ich 10, co przekracza możliwości Arduino Uno, ale Arduino Mega da radę. Oprócz napięć na wyświetlaczu chcę mieć informację, które ogniwo jest najsłabsze, czyli Umin z wszystkich pomiarów, a będę baterię katował różnymi prądami i oglądał, co się dzieje z napięciami.

Arduino nie ma 12-bitowego przetwornika A/C, więc zewnętrzny przetwornik, a jeśli zewnętrzny, to Arduino nie jest ograniczeniem.
Niestety wymagania na dokładność są wysokie bo pomiar Li-Ion wymaga dokładności +/-50 mV na ogniwo, a ponieważ mierzymy różnicę to +/-25 mV na jedno wejście - w stosunku do 42 V to jest 0,05%.

LEDówki napisał:

Pewnie multiplekser się przyda, ale to muszą koledzy potwierdzić i podpowiedzieć jak to zrobić.

Nie będzie potrzebny, Mega ma 16 wejść ADC

jarek_lnx napisał:

Arduino nie ma ADC 12bit więc, zewnętrzny ADC, a jeśli zewnętrzny to Arduino nie jest ograniczeniem.
Niestety wymagania na dokładność są wysokie bo pomiar LiIon wymaga dokładności +/-50mV na ogniwo, a ponieważ mierzymy różnicę to +/-25mV na jedno wejście, w stosunku do 42V to jest 0,05%.

Chińczycy ulepszyli je ostatnio i już mają 12 bit, są takie klony do kupienia kosztują niewiele drożej od tych z 10-bit
Ja tego nie będę ładował tylko oceniał stan, więc zadowolę się dokładnością 5%.
Będę mierzył napięcie obciążając baterię prądem 2A.

jarek_lnx napisał:

a ponieważ mierzymy różnicę to +/-25mV na jedno wejście, w stosunku do 42V to jest 0,05%.

Mastertech napisał:

Ja tego nie będę ładował tylko oceniał stan, więc zadowolę się dokładnością 5%.

Chcąc 10 aku mierzyć z dokładnścią 5%, dokładność pomiaru całości musi być 0,05%.

Mastertech napisał:

Ja tego nie będę ładował tylko oceniał stan, więc zadowolę się dokładnością 5%.

5% to do 2V błędu, z taką dokładnością to można stwierdzić czy jest ogniwo, czy go nie ma, a nie oceniać czy jest naładowane.

Mastertech napisał:

Chińczycy ulepszyli je ostatnio i już mają 12 bit, są takie klony do kupienia kosztują niewiele drożej od tych z 10-bit

Na jakim mikrokontrolerze? Płytki Arduino które kojarzę były na Atmega328P lub ATmega2560 który nominalnie miał 10 bit ale dokładność to on miał 8 bitowego przetwornika.

Chińczycy mogli wstawić nieco inny mikrokontroler, ale zazwyczaj to wszystko co chińczyk "udoskonalił" ma gorszą dokładność.

Mastertech napisał:

Jak zrobić woltomierz, który wskaże napięcie każdego ogniwa w baterii składającej się z 10 elementów.

Nje napisałeś jak te elementy (ogniwa) są połączone. Jeżeli szeregowo to sprawa się komplikuje bo trzeba opracować obwód pomiaru i zasilania woltomierza.
Obwód pomiaru musi być wyposażony albo w przełączniki albo dzielnik napięcia z wieloma punktami pomiaru.

jarek_lnx napisał:

Na jakim mikrokontrolerze? Płytki Arduino które kojarzę były na Atmega328P lub ATmega2560 który nominalnie miał 10 bit ale dokładność to on miał 8 bitowego przetwornika.

Ćwiczyłem moduł Nano na kontrolerze LGT8F328P. To 12-bitowy zamiennik ATMega328P czy raczej ulepszony odpowiednik.

acctr napisał:

Nje napisałeś jak te elementy (ogniwa) są połączone. Jeżeli szeregowo to sprawa się komplikuje bo trzeba opracować obwód pomiaru i zasilania woltomierza.

No właśnie szeregowo bo to bateria do roweru. Ja chcę wiedzieć gdzie puścił zgrzew i w tym celu podłączam sztuczne obciążenie i mierzę spadki napięcia bo chcę wiedzieć na którym ogniwie jest najsłabiej.

Ja to planowałem tak: ogniwa do portów ADC przez rezystor szeregowy z dzielnikiem 1:10 co pozwoli maksymalne napięcie ustalić na 4.5V na najwyższym wejściu. Potem po kolei liczyć różnicę pomiędzy kolejnymi wejściami i wartość tej różnicy wyprowadzać na LCD. Czy to będzie poprawnie działać ?

Jeśli użyjesz precyzyjnych rezystorów i nie będą one podłączone do baterii akumulatorów na stałe to powinno się sprawdzić.
W przeciwnym wypadku możesz dostawać złe wyniki i akumulatory mogą się rozładowywać na postoju (poprzez ten dzielnik).

Będę się łączył wtyczką do BMS czyli bezpośrednio do ogniw.
Dzielniki dam po stronie procesora. Obawiam się że nie będzie łatwo na pierwszym wejściu gdzie wejdzie napięcie około 0.3V. Tutaj może pominę dzielnik i programowo podzielę przez 10.

Dać tani bms z bluetoothem i może odczyt wszystkiego w apce.
Są też woltomierze z osobnym zasilaniem więc też nie ma problemu z pomiarem.

Jeśli będzie wiele dzielników, to ważne jest to, by różnice między nimi były bardzo małe, i różnice wejść ADC też - musisz napięcie, które może przekraczać 40V podzielić tak, by zmieścić je w zakresie napięć wejść ADC, a następnie wzmocnić i przetworzyć na liczby różnice napięć z sąsiednich dzielników - nawet małe błędy dzielników, czy wejść przełożą się na duże błędy odczytanych napięć z ogniw. Lepiej byłoby mieć jeden ADC podłączany kolejno do wszystkich ogniw - ale napięcie ponad 40V to dużo za dużo na przełączanie przy użyciu np. kluczy analogowych CD4052.

Mastertech napisał:

Będę się łączył wtyczką do BMS czyli bezpośrednio do ogniw.
Dzielniki dam po stronie procesora.

Dzielniki 0,05% zrobisz. Na prądzie 0,5 - 1mA.
To dużo pracy i to wymaga doświadczenia.
(zakup matriałów w Słupsku to problem)

Lesze rozwiązanie to kupno 10 małych chińskich woltomierzy.

Łączyć po 3 szt i zasilać grupowo z baterii 6F22.
(zestawy nie połączone ze sobą)
Mierzą napięcie ok 9-12V - dlatego nie jest potrzebna wysoka dokładność.

Właśnie takie woltomierze teraz stosuję, pakiet 4szt kosztuje 6zł na Ali.
Do ich zasilania daję przetwornicę która pracuje od 2V więc zasilam bezpośrednio z ogniwa (do każdego woltomierza osobna przetwornica podbijająca na 7V) I tak obciążam prądem 2A podczas pomiaru więc dodatkowe miliampery w niczym nie przeszkadzają. Brakuje mi jedynie funkcji Hold bądź Umin, trzeba filmik nagrywać i potem śledzić jak zmieniały się wskazania.
A ten Słupsk już nieaktualny, teraz mieszkam w Krakowie, nie będzie problemów z zakupem tym bardziej że lubię kupować na Ali.
No cóż, wydawało się że będzie prosto i szybko ale jak widać diabeł tkwi w szczegółach.

CD4052 może przełączać między czterema ogniwami. Ale jeszcze będą potrzebne 3 ADC z niezależnym zasilaniem, albo trzeba będzie przełączać ADC czymś, co wytrzyma ze 45V. Zasilanie poprzez przetwornicę izolującą, przełączanie między wyjściami z trzech CD4052 (może 9 konktaktronów, żeby łączyć masę i dwa sygnały analogowe), przesyłanie danych szeregowo poprzez transoptory. Do ADC dwa identyczne dzielniki, które z 17V zrobią napięcie, jakie można podać na wejścia ADC; ADC ma przetwarzać różnicę z dwóch wejść.

Mastertech napisał:

Brakuje mi jedynie funkcji Hold bądź Umin, trzeba filmik nagrywać i potem śledzić jak zmieniały się wskazania.

Film :
1. łatwo w 21 wieku nagrać i zapisać.
2. Film to więcej informacji niż Hold i Umin.

6F22 kosztuje 8 zł.

Ale 6F22 musisz dać do każdego woltomierza jak chcesz mierzyć napięcie każdego ogniwa jednocześnie.
Ja nie chcę aby one pokazywały napięcie narastająco względem minusa baterii, chcę znać napięcie na poszczególnych ogniwach.
Możliwe że są woltomierze pracujące od 2.8V, podejrzewam że tylko z czerwonymi LED 7-seg, ale takie w prosty sposób łaczysz sztukę do każdego ogniwa bo te małe i tanie to od 4.1V startują a białe i niebieskie to nawet 5.0V potrzebują.

Mastertech napisał:

Ale 6F22 musisz dać do każdego woltomierza jak chcesz mierzyć napięcie każdego ogniwa jednocześnie.

Dlaczegoż Kolega tak twierdzi?
Zasilanie jest odrębne od wejścia pomiarowego.
Jeśli jednak faktycznie tkwi tu problem, to czy nie można go rozwiązać stosując separacyjne diody prostownicze do zasilania każdego jednego z tychże modułów?

Właśnie wpadłem na pomysł, że to, co opisałem w #15, można uprościć: potrzebne są 3 CD4052, 6 kontaktronów, 2 jednakowe dzielniki, ze wspólnym przełączanym programowo napięciem polaryzującym, ADC, jakieś przekazywanie sygnałów sterujących do tych CD4052 (może transoptory, może tranzystory...). W porównaniu do wersji z #15 o 3 kontaktrony mniej, i brak przełączania masy ADC, oraz optoizolacji ADC-procesor. Każdy CD4052 może wybierać + i - jednego z 4 ogniw, kontaktrony wybierają wyjścia jednego CD4052 i podają na dzielniki; przełącznik napięcia polaryzującego włącza je tak, by za dzielnikami mieć sygnały w zakresie ADC (ten wbudowany w Arduino jest chyba tylko 10-bitowy - a może są i jakieś 12-bitowe? chyba coś o tym czytałem, domyślnie są w trybie 10-bitowym zgodnym z oryginalnym procesorem, ale można je przestawić na tryb 12-bitowy; są jeszcze np. ADS1115 - 4 wejścia, 16-bitowy, 860 odczytów / sekundę, własny wzorzec napięcia znacznie stabilniejszy od TL431). Bardzo ważny jest identyczny podział na dzielnikach - żeby napięcie między ogniwem, a masą ADC nie dawało wkładu do wyniku pomiaru.

Cytat:

Brakuje mi jedynie funkcji Hold bądź Umin, trzeba filmik nagrywać i potem śledzić jak zmieniały się wskazania.

Przetwornice masz. Dokup 10 wzmacniaczy operacyjnych, tzw. izolowanych, i po sprawie. Z ich sygnałami wyjściowymi możesz robić, co chcesz.

Wspomniałem na początku że są specjalizowane układy scalone realizujące tą funkcję, wiele firm ma je w ofercie

https://www.nxp.com/products/power-management...ery-cell-controllers:BATTERY-CELL-CONTROLLERS
https://www.st.com/en/power-management/multic...ry-monitoring-and-balancing-ics/products.html
https://www.infineon.com/cms/en/product/battery-management-ics/
https://www.analog.com/en/parametricsearch/12874#/

mam_pytanie napisał:

Dokup 10 wzmacniaczy operacyjnych, tzw. izolowanych,

A może przełączanie ogniw przy użyciu CD4052, i 3 wzmacniacze izolowane zamiast przełączania kontaktronami?

TME ma BQ7693003DBT w cenie około 40zł brutto. Maksymalnie 10 Li-ion. https://www.ti.com/lit/ds/symlink/bq76930.pdf

Mateusz_konstruktor napisał:

Mastertech napisał:

Ale 6F22 musisz dać do każdego woltomierza jak chcesz mierzyć napięcie każdego ogniwa jednocześnie.

Dlaczegoż Kolega tak twierdzi?
Zasilanie jest odrębne od wejścia pomiarowego.

Dlatego że masa jest wspólna dla zasilania i pomiarów. To woltomierze 3-przewodowe. Przetwornice nie są izolowane.

Mateusz_konstruktor napisał:

eśli jednak faktycznie tkwi tu problem, to czy nie można go rozwiązać stosując separacyjne diody prostownicze do zasilania każdego jednego z tychże modułów?

Bo nic z tego nie wyjdzie. Problem identyczny jak próba zasilenia kilku TP4056 z jednego zasilacza. Żadne diody nic tu nie wniosą.

_jta_ napisał:

a może są i jakieś 12-bitowe? chyba coś o tym czytałem, domyślnie są w trybie 10-bitowym zgodnym z oryginalnym procesorem, ale można je przestawić na tryb 12-bitowy

Pisałem że testowałem taki w #8. Odczyty skakały, było gorzej jak w oryginale.

Ja używałem ADS1115 i działał dobrze - bardziej stabilnie, niż to źródło sygnału, które udało mi się zrobić do testowania. Nie wiem, może jakiś droższy scalak byłby lepszy...

Pytanie, czy te skoki odczytów nie były spowodowane przez zakłócenia, np. przewód działał jak antena?

Nie wiem, jak będzie taniej: ADS1115 + kontaktrony, albo wzmacniacze z izolacją + CD4052, czy ten BQ7693003DBT za ~40zł? Ten scalak załatwia więcej, niż sam pomiar.

Jak pisałem po co kombinować lepiej wziąć bmsa którego i tak musisz mieć na ogniw.

BMS na BT może i jest dobry o ile już taki jest w baterii.
Nie wyobrażam sobie jego wymiany. te czujniki, te przewody prądowe.
No ale dobry pomysł aby coś takiego dać jak buduje się od podstaw.

Chińczyk 24S kosztuje 230zł ale to kolorowy wyświetlacz o dużej rozdzielczości stanowi wilczą część kosztów.
Nawet jakbym taki kupił to niewiele się dowiem, wszystko będzie zeszlifowane albo zalane.
Nie sądzę aby używali do tego specjalizowanych układów.

Czujniki typowe mają 10k. Już to przerabiałem.
Nie lubisz korzystać z apki. To da się podłączyć wyświetlacz. Z parametrami.
Zresztą tak jak pisałem wyżej. Daj dodatkowy tani bms. Tylko na potrzeby monitorowania napięcia. Nie chcesz zmieniać tamtego to nie.
https://a.aliexpress.com/_EwJxafT

Ten miernik panelowy V/A działa od napięcia 3,45V:


Sprawdzenie baterii polega na sprawdzeniu napięcia poszczególnych ogniw.
Jeśli dołączenie tego panelu do jednego ogniwa nie skutkuje wskazaniem napięcia świadczy, że akumulator został rozładowany w stosunku do tych ze wskazaniem.

Dla samego pomiaru ogniw, z ciekawości, bez jego naprawy naprawdę wystarczy jeden panel z linku powyżej. Dołączając odpowiednio rezystor obciążający np. 10Ω mamy jednocześnie pomiar prądu.
Jeśli bateria jest sprawna, to prąd i napięcia na kolejnych ogniwach będą podobne, jeśli jedno ogniwo jest już uszkodzone, to ten sposób wystarcza do jego lokalizacji.

Z praktyki wiem, że wymiana tego jednego ogniwa (a w zasadzie dwóch lub trzech połączonych równolegle) nie jest dobrym rozwiązaniem; żaden układ balansu nie służy do niwelowania dużych różnic pojemności ogniw w baterii, lecz do kontroli napięć końcowych ładowania. Dodam jeszcze, że prawie każdy kontroler blokuje napięcie wyjściowe po całkowitym odłączeniu ogniwa z szeregu.
Tak, czy siak; do skutecznej regeneracji baterii potrzebne jest magiczne pudełko do pełnej kontroli ogniw oraz resetu procesora.

Na potrzeby sprawdzenia pojedynczych ogniw i ewentualnego doładowania zmontowałem sobie układ złożony z ładowarki LiOn USB 1A i modułu U/I (ze zdjęcia).
Układ wskazuje napięcie ogniwa i prąd ładowania.
Jego zaletą jest to, że nawet "padnięte" ogniwo (w urządzeniu już nie ma informacji o ładowaniu baterii) ładuje małym prądem 0,3A do napięcia 3,3V i od tego napięcia już pełnym prądem.
Jeśli to było pierwsze i trwające krótko rozładowanie - to nawet baterię z kilku ogniw można w ten sposób uratować.

A może da się zidentyfikować ten BMS, który już jest w baterii, i nawiązać z nim łączność?

Z podłączaniem dodatkowego BMS-a, to nie wiem, czy nie będą się wzajemnie zakłócać - chyba, że w tym nowym można wyłączyć funkcje inne, niż pomiar napięć, trzeba by poczytać datasheet.

A co się niby ma zakłócać tak podaj chociaż jeden przykład zakłócenia się jednego z drugim chętnie poczytam ale wątpię żebyś coś miał.