Контроль заряду акумуляторів для всіх

1. Контроль рівня заряду акумулятора для обраних
2. Контроль рівня заряду акумулятора для багатьох
3. Контроль рівня заряду акумулятора для всіх
4. висновок

Наша взаимовыгодная связь https://banwar.org/

Довгий час створення систем контролю заряду акумуляторів, точно так само як і розробка військових радарів і надзвукових літаків, представляла собою складну технологію, недоступну для рядових інженерів, у яких не було в розпорядженні спеціалізованого обладнання або істотного бюджету. Однак зараз все змінилося.

Контроль заряду акумулятора стає однією з найважливіших задач при побудові пристроїв на батарейках. Це стосується як мобільної електроніки, так і IoT-додатків. При цьому якість і точність математичної моделі заряду-розряду безпосередньо визначає ефективність використання акумулятора. Створення точної математичної моделі для конкретного акумулятора виявляється дуже трудомістким і дорогим процесом. Фактично, тільки найбільші виробники мають ресурсами для розробки таких моделей.

Відсутність доступу до точних моделям акумуляторів стає величезною перепоною для поширення портативних пристроїв. У цій статті розповідається про революційний підхід, що дозволяє вирішувати дану проблему, і створювати ефективні і недорогі системи контролю рівня заряду акумуляторів.

Контроль рівня заряду акумулятора для обраних

Генерація енергії в акумуляторі є не що інше, як мініатюрний і контрольований вибух. Обсяг енергії, запасеної в батареї, залежить від ємності і температури. З цієї причини при побудові моделі дуже важливо враховувати вплив параметрів навколишнього середовища. Як тільки модель акумулятора отримана, її завантажують в спеціалізовану мікросхему. Використання точної моделі гарантує передбачуваність, а також безпеку заряду і розряду акумулятора.

Мал. 1. Для створення ефективної математичної моделі, точно пророкує рівень заряду акумулятора і забезпечує мінімальну похибку, потрібно багато часу і коштів

Постачальники мікросхем традиційно орієнтовані на великі обсяги виробництва, так як для розробки математичної моделі акумулятора потрібно кілька тижнів копіткої дослідницької роботи в лабораторних умовах. Тільки в результаті цієї трудомісткої, індивідуальної роботи вдається отримати модель, що гарантує ефективне використання акумуляторів, мінімальну похибка вимірювання стану заряду (state-of-charge, SOC) і точне розпізнавання наближення моменту повного розряду (рис. 1).

Контроль рівня заряду акумулятора для багатьох

Вивчивши характеристики безлічі літієвих батарей, цілком реально розробити універсальну модель, що описує поведінку різних акумуляторів. Таку модель можна додатково налаштувати для конкретного додатка і «завантажити» в зарядну мікросхему. Налаштування моделей проводиться розробниками самостійно за допомогою спеціального програмного забезпечення, яке зазвичай входить до складу налагоджувальних наборів. Перед тим як приступити до налаштування, розробник повинен відповісти на три питання:

1. Яка ємність акумулятора (часто вказується на етикетці або в документації на акумулятор)?
2. Яке напруга повного розряду (залежить від програми)?
3. Чи буде напруга заряду вище 4,275 В (на осередок, в разі кількох послідовно включених осередків)?

При такому підході дослідницька робота по створенню математичної моделі вже виконана виробником, і розробнику кінцевого обладнання не потрібно про це дбати. Припускаючи, що бюджет системної помилки при прогнозуванні SOC становить 3%, модель повинна вписуватися в 97% тестових випробувань.

Крім того, модель повинна мати можливість адаптації під конкретні особливості акумулятора, щоб ще більше підвищити ефективність його використання. Один з таких механізмів адаптації гарантує, що показання датчика заряду будуть наближатися до 0%, коли напруга акумуляторної осередки в дійсності наближається до стану повного розряду.

Для багатьох користувачів недостатньо визначити SOC або залишилася ємність (в мА · год). Насправді їм потрібно знати, скільки часу гаджет пропрацює без підзарядки. З іншого боку, якщо просто поділити залишок заряду на поточну або усереднену навантаження, то результат може бути не дуже точним. Використовувана адаптивна модель повинна забезпечувати точну оцінку часу роботи на основі параметрів батареї, температури і навантаження, а також з урахуванням рівня напруги повного розряду.

Переваги пропонованого підходу очевидні. Великі виробники можуть використовувати вихідну «базову» модель в якості відправної точки для того, щоб почати розробку ще до вибору конкретного типу акумуляторів. При цьому перехід до оптимізованої лабораторної моделі буде потрібно тільки на завершальних стадіях розробки. Невеликі і дрібні виробники будуть без особливих проблем використовувати базову модель в серійної продукції, знаючи, що вона забезпечить сумісність і хороші результати з більшістю типових акумуляторів.

Описуваний підхід використовується в датчиках заряду ModelGauge m5 EZ від компанії Maxim Integrated.

Контроль рівня заряду акумулятора для всіх

Для популяризації запропонованої ідеї та спрощення розробки систем з акумуляторним живленням було вирішено створити отладочную плату, сумісну з платформою Arduino (рис. 2). MAXREFDES96 IoT Power Supply - отладочная плата в форм-факторі Arduino, з живленням від літій-іонного акумулятора ємністю 660 мА · год (рис. 3). На платі використовується високоінтегрована мікросхема зарядного пристрою MAX77818 і мікросхема контролю заряду ModelGauge m5 EZ від компанії Maxim Integrated. У схемі також присутні і інші ІС, які забезпечують додаткові функції системи управління і системи харчування.

Мал. 2. MAXREFDES96 передбачає обмін даними по I2C

Мал. 3. Отладочная плата MAXREFDES96 має сумісність з Arduino Uno R3 і забезпечує функції управління і контролю заряду акумулятора

Технології Maxim Integrated підвищують швидкість і ефективність заряду, а також гарантують точність вимірювання рівня SOC, що дозволяє оптимально використовувати акумулятори. плата MAXREFDES96 # може харчуватися від різних джерел: від USB-порту, від стека Arduino або від зовнішнього джерела живлення через власний роз'єм, розташований на платі. Крім того, на платі розміщений тримач літій-іонних акумуляторів, який допускає використання акумуляторів від різних виробників. Безкоштовна прошивка підтримує роботу з платами Arduino і платами mbed.org.

При роботі з MAXREFDES96 модель акумулятора може бути безпосередньо збережена в незалежній пам'яті MAX17201 або в пам'яті Arduino. В останньому випадку модель повинна завантажуватися при включенні харчування. При цьому на платі Arduino може зберігатися кілька моделей, що дозволяє використовувати різні батареї.

Універсальні плати Arduino можуть застосовуватися в різних додатках великій кількості людей, включаючи любителів і ентузіастів. Система, побудована на базі MAXREFDES96, виявляється надзвичайно мобільною. Вона може бути швидко розгорнуто для збору даних або для виконання тестування; а також застосовуватися в якості резервної системи управління при критичних відмови обладнання. У всіх випадках MAXREFDES96 забезпечує максимально ефективну роботу з акумуляторами, в тому числі швидкий заряд і точний контроль SOC.

висновок

У статті було пояснено, чому при вимірюванні рівня розряду акумулятора (SOC) важливо використовувати точну математичну модель. Також були розглянуті проблеми, пов'язані зі створенням лабораторних моделей, особливо в дрібносерійних проектах. Нова отладочная плата MAXREFDES96 Arduino, яка використовує алгоритм EZ ModelGauge m5 від Maxim Integrated, допомагає спростити процес розробки і знизити вартість реалізації систем з акумуляторним живленням, що робить подібні системи доступними для всіх.