Diseño de medición de batería de varias celdas

1

La tarea es medir el voltaje de celdas individuales en un paquete de baterías de 48 celdas de celdas AA en serie. Las mediciones sirven para registrar estadísticas de rendimiento, avisar al usuario si / cuando una celda muere, o que una celda está desequilibrada en comparación con todo el paquete. Estoy pensando en cómo conectar esto a la MCU. Mi idea de diseño actual es la siguiente: conecte el signo negativo de la batería a GND, y luego coloque un divisor de voltaje desde cada toma del paquete hacia la tierra, de modo que las tensiones de las tomas se encuentren dentro del rango de 0..5V. Después de eso, coloque 6 multiplexores analógicos de configuración 16: 1, de modo que cualquiera de los dos toques se puedan abordar de forma individual. Estos dos canales seleccionados se amplifican con un amplificador diferencial y se alimentan a un PIC. Los muxes analógicos, los opamps y el PIC son alimentados por una combinación de batería / LDO.

No es difícil, solo parece demasiado complicado, así que me pregunto si me olvido de una solución más simple.

    
pregunta anrieff

2 respuestas

3

Primero use multiplexores de alto voltaje y luego obtenga un par de señales que se puedan enviar a un único amplificador diferencial de modo común (aunque costoso).

El MAX14802 es un interruptor analógico (16 canales) que usa tecnología de 200 V y generalmente puede se puede ejecutar desde +/- 100V o + 200V / 0V o + 40V / -160V, etc. La interfaz digital es 3.3V / 5V.

Tiene una entrada de datos que controla qué conmutador está activo y utilizando 2 dispositivos puede seleccionar la batería / celda individual que se medirá. Obviamente, para 48 celdas necesitarás 6 dispositivos, pero como son dispositivos de alto voltaje, solo necesitarás un conjunto de resistencias de alta precisión y un amplificador de instrumentación para hacer las mediciones.

Creoqueel AD8479 parece que estará cerca de ser preciso para el amplificador diferencial / de instrumentación y solo cuesta unos pocos dólares.

    
respondido por el Andy aka
3

El mayor problema que tendrá es la mala resolución y la precisión de las celdas en la parte superior de la pila. Con 48 celdas alcalinas, su voltaje máximo será de aproximadamente 72V. Si reduce esto a 5V, necesita un divisor resistivo de 15: 1, que también reducirá efectivamente su resolución en un factor de 15. Con un ADC de 10 bits en un PIC típico, incluso con divisores resistivos perfectos, su resolución de medición en la celda superior solo será de 70 mV. Eso no es suficiente para obtener información significativa sobre el estado de carga (SoC).

Peor aún, la falta de coincidencia de la resistencia y la deriva con el tiempo y la temperatura, así como la variabilidad en la resistencia de conmutación de mux analógica introducirán errores de medición muy grandes. Definitivamente, tendrá que usar muxes con una resistencia muy baja en comparación con la resistencia de sus divisores. Además, tendrá que calibrar el error inicial de sus divisores y usar resistencias con desviación de baja temperatura. Además, para aumentar su resolución, puede introducir una fuente de ruido en su entrada de ADC y promediar muchas conversiones consecutivas para obtener una resolución más alta efectiva. Sin embargo, esto puede hacer que el tiempo total de barrido sea prohibitivo debido a la gran cantidad de células que está tratando de medir. También tenga en cuenta que necesita un tiempo de asentamiento bastante largo, ya que utilizará resistencias de alto valor para los separadores (para evitar que se sequen las baterías con todas esas resistencias conectadas constantemente).

Otras formas de realizar esta medición no son necesariamente 'más fáciles'. Hace mucho tiempo que diseñé un sistema de este tipo para monitorear ultracapacitadores en un auto eléctrico de carreras, y utilicé un multiplexor de alto voltaje Maxim que podría convertir cualquier celda en un convertidor de voltaje a corriente (circuito estándar). Esto se alimentó a una resistencia con referencia a tierra que, a su vez, se alimentó a un ADC independiente. Este sistema fue muy fácil de expandir a muy altos voltajes, pero requiere costosos multiplexores de alto voltaje y definitivamente es más complejo y complejo que los divisores resistivos.

    
respondido por el user36129

Lea otras preguntas en las etiquetas