Cómo cambiar la fuente de alimentación entre dos baterías de 24 V de forma automática y eficiente

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Actualmente, tengo un circuito con dos motores (200 W, 24 V, 8 A máx.), controladores de motor, convertidores CC, controladores y otros componentes alimentados por una batería de iones de litio de 24 V. El problema con la configuración actual es que cuando la batería se agota, debemos reemplazarla con la batería completamente cargada, lo que nos obliga a apagar todo el sistema mientras cambiamos las baterías.

La idea propuesta para este problema es usar dos baterías y diseñar un sistema de administración de energía tal que si una batería se drena por debajo del voltaje de umbral, el circuito cambia automáticamente la fuente de alimentación a la otra batería y viceversa. Antes de que la segunda batería se agote, se le pedirá al usuario que reemplace la primera batería y viceversa. El circuito de administración de la batería también debe medir el nivel de voltaje a través de los pines analógicos de Arduino para que se le pueda preguntar al usuario.

Aunque, encontré mucha información útil de publicaciones similares, todavía me siento un poco perdido.

Cómo usar el diodo oring para cambiar entre dos fuentes de alimentación

Desde el enlace anterior, encontré 2 circuitos simples.

Elprincipalproblemaconelcircuitodearribaesquesiusamosbateríasparaambasfuentes(V1yV2),seagotanalmismotiempo,loquenoeslopreferidoenmicaso.

En el circuito anterior, cuando V1 se corta o cae por debajo del voltaje de umbral, el relé conmuta dos V2. Pero, el problema es que una vez que V1 se vuelve a conectar, el circuito cambia de V2 a V1, lo que de nuevo no se desea.

Lo que estoy buscando es una solución donde el circuito funciona con la primera batería y cuando la primera batería cae por debajo del valor de umbral, el circuito debería cambiar a la segunda batería y el usuario más tarde reemplazará la primera batería. Nuevamente, cuando el voltaje de la segunda batería cae por debajo del valor de umbral, el circuito debe volver a la primera batería. Esto es para asegurar que la batería esté completamente agotada antes de cargarla.

Estoy abierto a usar diodos, relés, transistores y arduino (ya está en el circuito) . Me temo que podría producirse una gran pérdida de potencia si usamos diodos.

Por favor, siéntase libre de aconsejar y comentar :)

    
pregunta prasanth_ntu

2 respuestas

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La batería que está actualmente encendida debe mantener la otra batería apagada hasta que se agote la primera batería, y una vez que se cambia, debe permanecer así hasta que la otra batería se agote (incluso después de la primera batería). es remplazado). Esto implica un circuito biestable simétrico.

Aquí hay una posible solución utilizando relés: -

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Cada batería tiene un relé con un contacto normalmente cerrado que mantiene la otra batería (y su relé) apagadas. La batería que se conecte primero tendrá prioridad, hasta que se agote, luego su relé se apagará y le dará el control a la otra batería.

Este circuito tiene algunos problemas potenciales.

  1. Cuando el relé de la batería agotada se suelta y se conecta a la otra batería, el voltaje aumentará, lo que puede hacer que el relé se recupere nuevamente antes de que el otro relé tenga tiempo de funcionar. Si esto sucede, los relés emitirán un parloteo en lugar de cambiar de forma limpia.

  2. Los relés pueden volverse sensibles a golpes o vibraciones mecánicas cuando están cerca del punto de liberación, y los voltajes de corte pueden no estar bien definidos.

  3. Los contactos de relé aumentan la resistencia y se vuelven más ruidosos con el uso. Eventualmente, el circuito puede volverse poco confiable.

Por estos motivos, consideraría usar un circuito de estado sólido (comparadores y puertas lógicas o una MCU) para monitorear los voltajes de la batería y controlar la conmutación, y los MOSFET para cambiar entre baterías.

    
respondido por el Bruce Abbott
1

De su pregunta de comentario, aquí hay algunos circuitos de lado alto y algunos de conmutación de lado bajo:

Apartirdesupreguntadeltema,ycomoyasehasugerido,aprimeravistapuedepareceratractivoutilizarunpardeMOSFETdecanalP,comosemuestraacontinuación,paracambiarentrelasbaterías.

Desafortunadamente,losdiodosdesustratoMOSFETcrearánunproblemacuandounadelasbateríascaigacercade0.7voltiosmenosquelaotra.

Cuandoesosuceda,eldiododemenorvoltajeyanotendrápolarizacióninversaylabateríademayorvoltajecomenzaráabombearcorrientealademenorvoltajecuandoseactivelademayorvoltaje.

Enelesquemaincluidoacontinuación,hemostradodiodosexternos,paramayorclaridad,yheindicadolarutaqueseguirálacorrienteconvencional,conR1querepresentalacargade10amperiosquemencionó.

Tengaencuentaque,enestecaso,Q1estácompletamenteapagadoyQ2estáensaturación.

HeincluidolalistadecircuitosdeLTspiceparaquepuedasjugarconelcircuitosiquieres.

LomismosucedesihacesuncambiodeladobajousandoNMOS.

R2eslacargade10amperios,yR1representacosasdecontrolquedebenestarENCENDIDAStodoeltiempo.

Version4SHEET126802660WIRE-3280-400-3328-400WIRE-3168-400-3216-400WIRE-2944-400-2992-400WIRE-2832-400-2880-400WIRE-3328-304-3328-400WIRE-3328-304-3408-304WIRE-3296-304-3328-304WIRE-3168-304-3168-400WIRE-3168-304-3200-304WIRE-3088-304-3168-304WIRE-2992-304-2992-400WIRE-2992-304-3088-304WIRE-2960-304-2992-304WIRE-2832-304-2832-400WIRE-2832-304-2864-304WIRE-2736-304-2832-304WIRE-3408-240-3408-304WIRE-3344-240-3408-240WIRE-3280-240-3280-256WIRE-3280-240-3344-240WIRE-3088-224-3088-304WIRE-3408-208-3408-240WIRE-2736-208-2736-304WIRE-2880-192-2880-256WIRE-3408-64-3408-128WIRE-3088-64-3088-144WIRE-3088-64-3408-64WIRE-2880-64-2880-112WIRE-2880-64-3088-64WIRE-2736-64-2736-128WIRE-2736-64-2880-64WIRE-34080-3408-64FLAG-340800FLAG-3344-240BT1SYMBOLres-3104-240R0SYMATTRInstNameR1SYMATTRValue2.4SYMBOLMisc\battery-3408-224R0WINDOW12300Left2WINDOW3900Left2WINDOW0998Left2WINDOW324104Invisible2SYMATTRInstNameBT1SYMATTRValuePULSE(242001)SYMBOLMisc\battery-2736-224R0WINDOW12300Left2WINDOW3900Left2WINDOW013100Left2WINDOW3109Left2SYMATTRInstNameBT2SYMATTRValue24SYMBOLpmos-3200-256M270WINDOW0-1034VRight2WINDOW374-13VRight2SYMATTRInstNameQ1SYMATTRValueHAT1072HSYMBOLpmos-2960-256R270WINDOW0-1034VRight2WINDOW374-13VRight2SYMATTRInstNameQ2SYMATTRValueHAT1072HSYMBOLvoltage-2880-208M0WINDOW0-459Left2WINDOW32496Invisible2WINDOW12300Left2WINDOW3900Left2SYMATTRInstNameV7SYMATTRValue14SYMBOLdiode-3216-416R90WINDOW0032VBottom2WINDOW33232VTop2SYMATTRInstNameD1SYMATTRValueRF2001NS2DSYMBOLdiode-2944-416M90WINDOW0032VBottom2WINDOW33232VTop2SYMATTRInstNameD2SYMATTRValueRF2001NS2DTEXT-3392-32Left2!.tran2

ACTUALIZACIÓN:

AunqueparecequelosMOSFETSnofuncionarándebidoalasinteraccionesentresussustratosquepermitenquelascorrientesinversasfluyancuandoelMOSFETestáencortehaciadelante,pareceunparderelés,conmilesdemegohmsentresuscontactoscuandoellos'reabierto,podría.

Paraesefin,aquíhayuncircuitoqueparecefuncionarbastantebienenunsimulador,conunapequeñaadvertencia:durantelaconmutación,hayunacaídadecargade3microsegundosquenoafectaaloscircuitosdecontroldelcircuito,perosoloalacorrienteconmutadapesadaalacarga.

Conla"sintonización" adecuada, se puede controlar el abandono y lograr una conmutación perfecta, pero ¿por qué I debería divertirme todo? ;)

Aquí está el esquema, la trama y la lista de circuitos de LTspice para que pueda jugar / optimizar el circuito si lo desea. 

Version 4
SHEET 1 2680 2660
WIRE -1568 -912 -2320 -912
WIRE -1504 -912 -1568 -912
WIRE -1120 -912 -1184 -912
WIRE -368 -912 -1120 -912
WIRE -1568 -864 -1568 -912
WIRE -1120 -864 -1120 -912
WIRE -1728 -768 -1728 -800
WIRE -1488 -752 -1184 -912
WIRE -1488 -752 -1536 -752
WIRE -1200 -752 -1504 -912
WIRE -1152 -752 -1200 -752
WIRE -1120 -736 -1120 -752
WIRE -1088 -736 -1088 -752
WIRE -1088 -736 -1120 -736
WIRE -1568 -672 -1568 -752
WIRE -1504 -672 -1568 -672
WIRE -1392 -672 -1424 -672
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WIRE -1120 -672 -1120 -736
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WIRE -1600 -624 -1664 -624
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WIRE -1392 -576 -1440 -576
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WIRE -1344 -576 -1392 -576
WIRE -1296 -576 -1296 -672
WIRE -1296 -576 -1344 -576
WIRE -1248 -576 -1296 -576
WIRE -1120 -576 -1120 -672
WIRE -1120 -576 -1184 -576
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WIRE -1344 -256 -1552 -256
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WIRE -1136 -256 -1344 -256
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WIRE -1104 16 -1584 -192
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SYMBOL schottky -1728 144 R270
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SYMATTR InstName D3
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SYMATTR Type diode
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SYMATTR InstName R7
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SYMATTR InstName BT2
SYMBOL CD4023B -1648 -800 R270
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SYMATTR InstName U1A
SYMATTR SpiceLine VDD=12  SPEED=1.0  TRIPDT=5e-9
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SYMATTR InstName U1C
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SYMATTR InstName D4
SYMATTR Value 1N5819
SYMATTR Description Diode
SYMATTR Type diode
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SYMATTR Value 10n
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WINDOW 3 24 0 Left 2
SYMATTR InstName D5
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