Como uno de mis primeros proyectos de bricolaje, construiré un monitor de batería para el sistema de batería de CC / solar / inversor en mi caravana.
La camioneta tiene 440 Ah de baterías de plomo-ácido y corrientes de CC de hasta 200A al inversor, aunque las corrientes más típicas están en el rango de 0-5A. Durante el día, el flujo de corriente de las baterías a menudo se invierte a medida que las baterías se cargan de los paneles solares, con una corriente máxima de carga de aproximadamente 10A.
Un monitor de batería básicamente proporciona el estado de carga de la batería en todo momento. El diseño típico parece ser el conteo de culombio (es decir, la integración de la corriente en el tiempo), combinado con un poco de matemáticas para ajustar aproximadamente el efecto peukert . Los monitores generalmente intentarán "cero" a sí mismos cuando detecten que la batería está completamente cargada, generalmente al examinar el voltaje de la batería (idealmente en reposo) o la tasa de aceptación actual, o alguna combinación de los dos.
Estaré (probablemente) usando una resistencia de derivación para medir el flujo de corriente, ya sea en el terminal positivo o negativo de la batería.
Me pregunto qué tipo de circuito necesito para amplificar y medir mejor la pequeña caída de mV a través de la derivación. Una derivación típica de 200 A tendrá algo así como 0,25 miliohmios de resistencia, por lo que la caída de voltaje a través de la derivación será algo así como 0,1 mV para corrientes pequeñas (que aún son importantes).
Estoy planeando usar un arduino como MCU para el monitor, así que podría usar el ADC existente (que funciona entre 0V y R, donde R es el voltaje de referencia a escala completa y debe estar entre 2V y 5V) . Así que algunas preguntas específicas:
1) ¿Qué tipo de circuito necesito para amplificar la caída de voltaje para que pueda ser procesado por el arduino ADC? He analizado los amplificadores de instrumentación, pero no estoy seguro de que sean la herramienta adecuada.
2) ¿Cómo puedo lidiar con el hecho de que la corriente puede funcionar en ambos sentidos? Es decir, necesitaré medir caídas positivas y negativas en la derivación. La mayoría de los amplificadores diferenciales parecen funcionar en el caso V + > V-, pero no al revés.
3) ¿Hay una gran diferencia si pongo la derivación en el lado alto o en el lado bajo? Para la disposición física que tengo, una derivación en el lado alto puede ser más conveniente, sin embargo, eso significa una señal de pocos mV (o menos) que circula en un voltaje de modo común de ~ 12 voltios. ¿Eso hace las cosas más difíciles? No puedo saber si CMRR, etc., se aplicaría aquí (y le pregunté un poco al respecto aquí ).
4) La corriente continua puede ser tan alta como 200A (por ejemplo, cuando estoy usando el calentador de espacio), pero las corrientes típicas son mucho más pequeñas. Quiero tener una resolución de al menos 0.1A para las corrientes bajas, y más es mejor. Una escala completa de 200 A con una resolución de 0.1 A implica un DAC de 11 bits, al menos, pero el DAC arduino tiene solo 10 bits. Estoy interesado en una solución de doble rango donde amplifique la señal con dos ganancias diferentes: una que da escala completa a 200A y la otra a 10A, y las alimento a entradas ADC separadas. Cuando la corriente está por debajo de 10A, puedo usar la resolución mucho más fina que obtengo de la entrada de 10A. ¿Es factible? El principal problema que veo es que no sé cómo "tapar" la entrada 10A para que no ponga un voltaje dañino en el ADC cuando las corrientes son más altas que 10A.
5) Estoy bien con los chips disponibles en el mercado que harán gran parte de lo anterior (hasta e incluyendo la etapa ADC) y luego el adruino puede hacer la integración y la lógica de la interfaz de usuario, pero no he encontrado algo adecuado. Alguien sabe de algo?
Mirando hacia atrás sobre esta pregunta, me doy cuenta de que podrían ser cinco preguntas separadas, al menos, pero al principio del diseño están relacionadas. Si alguno de los temas es lo suficientemente grande, los dividiré.