Cómo monitorear el voltaje y el estado de carga en el paquete de baterías USB

¿Cuál es la forma más fácil y menos intrusiva de controlar el voltaje, el estado de carga y la carga restante de un paquete de baterías USB?

Los paquetes de baterías y los circuitos de carga para proyectos móviles pueden ser complicados y costosos de diseñar. Mientras tanto, hay un montón de paquetes de baterías Lipo relativamente baratos, pequeños y de alta capacidad con un conector USB conveniente para cargar y descargar. Desafortunadamente, están diseñados para uso del consumidor, como recargar teléfonos celulares, y no para retoques, por lo que no existe una interfaz formal para obtener el estado de la batería.

Si desea conectar uno de estos a un microcontrolador o SBC para que el sistema pueda informar la carga restante, ¿es la única opción abrir uno, espero no destruirlo en el proceso y esperar que el circuito de carga sea pirateable?

Las posibles soluciones que he pensado son:

  1. Usando un ADC para leer directamente el voltaje en la salida de la batería, pero esto probablemente no funcionaría ya que la salida de la batería está regulada a 5V. Incluso cerca de estar muerto, probablemente seguirá leyendo 5V.

  2. Conecte un contador de culombios en serie con la batería. Esto probablemente podría rastrear la energía total cargada/descargada, pero no tendría un punto de referencia, por lo que aún no podría decirle la carga restante. Además, en las baterías con múltiples conectores, debe tener un contador separado para cada salida que use.

¿Hay más opciones?

Tenga en cuenta que no todos los "bancos de energía" de batería USB son iguales. Varias unidades que he visto solo muestran 5V en su salida cuando casi no hay carga. Coloque una carga de 500 mA o 2 A en algunos de estos y es más probable que vea algo más como 4.6 a 4.75 V en la salida. También hice una descarga de corriente constante en varias unidades y registré el voltaje con un registrador de datos. Los mejores mantienen un voltaje de salida constante hasta cierto punto y luego la salida simplemente se apaga como una pared de ladrillos. Los peores tendrían su voltaje de salida disminuyendo a medida que la batería interna comienza a morir.
Tiene razón sobre el contador de Coulomb: no puede saber cuánta carga tiene una batería la primera vez que la carga. Sin embargo, puede realizar un seguimiento de la cantidad de electricidad que tiene un paquete de baterías en cada carga para estimar un punto de referencia. ¿Eso te ayuda en algo?
Si decide usar un chip de "medidor de gas" de contador de Coulomb, también puede preacondicionar los bancos de energía antes del despliegue. Cárguelos por completo y luego establezca la referencia inicial desde allí. En paralelo con sus implementaciones, también puede ejecutar algunas pruebas a más largo plazo con ciclos repetidos de carga y descarga en algunas unidades para recopilar datos realistas sobre la capacidad real del paquete de baterías. Lamentablemente, es un hecho que muchas de estas unidades se anuncian con números de capacidad que están totalmente distorsionados de la realidad.
Muchos de los bancos de energía USB tienen sus propios indicadores de "capacidad restante" con un porcentaje o un número de LED. Podría ser más fácil conseguir uno de esos. Si quisiera hackear la suya propia, si mide el voltaje de la batería en la conexión del positivo y el negativo del paquete de baterías a la electrónica del banco de energía, obtendrá una lectura precisa del voltaje de la batería.
Dudo que esos paquetes de baterías tengan un contador de Coulomb. Si estuviera diseñando uno, no incluiría un contador de Coulomb porque aumenta el costo y realmente no brinda ningún beneficio (de todos modos, no hay forma de transmitir información al usuario). El voltaje de la celda no es una buena forma de determinar la capacidad remanente porque el voltaje no cambia rápidamente durante la amplia parte media de la curva de descarga. Pero creo que abrir un paquete y detectar el voltaje de la celda (antes del refuerzo de 5V) es su única opción. Puede tener cuatro niveles: completo, alto, medio, bajo. O algo así. ¡Buena suerte!
@Gregd'Eon, el problema es que, sin saber cuándo la batería está completamente cargada, no estoy seguro de cómo obtendría un punto de referencia. Incluso si lo cargo por completo de forma manual y lo configuro como punto de referencia, se perderá la próxima vez que se recargue. ¿Tal vez podría usar un segundo contador en la línea de carga para detectar el estado de la carga? Cuando el conteo se ralentiza o se detiene, ¿significaría eso que la batería ha terminado de cargarse?
@mkeith, lo sé. Quise decir que tendría que piratear el cable USB e insertar uno en serie con ellos.
@Cerin, los contadores de coulomb que he visto requieren acceso al voltaje real de la celda (son más que contadores de coulomb, son "indicadores de combustible de batería"). Probablemente hay otros que no requieren esto, y tal vez los conozcas . Pero si no, es posible que desee confirmarlo.
He construido varios de estos 'powerbanks' usando un calibre barato de $ 5.00 boost / buck / USB / capacidad, todo en una pcb de ebay. Cuando lo conecto por primera vez, las baterías generalmente están cargadas al 40%. Sin embargo, la pcb parece casi adivinar la carga real de las baterías y obtengo todo tipo de números restantes de capacidad inicial. Se necesitan varios ciclos de carga/descarga antes de que el indicador de capacidad comience a ser preciso. Por ejemplo, ¡indicaba un 85 % de su capacidad cuando estaba a 4,2 voltios y terminó de cargarse! Si solo mirara el voltaje, debería haber determinado fácilmente que 4.2 voltios están llenos al 100%.
Claramente, hace algo más que solo medir el voltaje. Dudo que sea lo suficientemente sofisticado como para contar culombios, pero es más complicado que una simple medición de voltaje.
@Filek, los he visto, pero pensé que eran solo para la depuración y los comentarios de los usuarios. No parecían tener almohadillas de soldadura o pines para conectarlos a un microcontrolador para monitorear. ¿Es eso cierto? ¿Cuál usaste?

Respuestas (2)

Pondré los enlaces en una respuesta para no volver a quedarme sin espacio.

He usado este .

También está este

Como dije antes en los comentarios, el primero hace más que solo medir el voltaje y luego aproximar la capacidad. Cuando se conectó por primera vez, cargó la batería a 4,2 voltios y se apagó, pero leyó que la capacidad era solo del 85 %. En la segunda descarga, leyó la capacidad como 0% a 3,5 voltios y aún permitió la descarga hasta aproximadamente 3,1 voltios antes de detener la descarga. Después de eso, se volvió más y más preciso con cada ciclo de carga/descarga. Está lejos de ser perfecto, pero ahora es más preciso. Tiene problemas con la precisión por debajo de los 3,5 voltios, ya que las baterías tienden a estar más vacías de lo que cree la placa de circuito impreso, por lo que siempre informa que queda un 30 % cuando está más cerca del 20 %. Aparte de eso, parece estar bien. Dudo que sea un conteo de columbios o creo que sería más preciso. Sin embargo,

El segundo enlace es a un indicador de combustible de aspecto interesante. Mide la impedancia y la corriente de su paquete de baterías. Se diferencia del primer enlace en que el primero también es un cargador y protege contra sobrecargas y sobredescargas y protege contra cortocircuitos. Todavía no he usado el indicador de combustible del segundo enlace, por lo que no puedo decir si realmente funciona como se anuncia.

Espero que esto ayude.

Si el enlace de eBay está muerto, intentaré encontrar otro.

Sería genial si pudiera registrar los números de pieza de IC que tiene en estas placas, ya que no se pueden ver en las imágenes.
@ pjc50: las placas ya están instaladas, por lo que no tengo acceso a ellas. Intentaré desarmar uno para llegar al tablero, pero no creo que se pueda hacer sin romper algunos pedazos de plástico.
@Filek, ¿encontró una solución? Estoy teniendo el mismo problema.
@Miguel: hay otros dispositivos similares a los de los enlaces, y hay dongles USB que miden la energía que sale del puerto USB y primero conectas el dongle en el puerto USB, luego conectas lo que quieras y mides la energía usado. Mira esto: aliexpress.com/item/…
@Miguel: a partir de la energía utilizada (que le indica el dongle), puede calcular el estado de carga de su batería, suponiendo que sabe qué tan grande es su batería y que estaba completamente cargada. Incluso si no conoce el tamaño de su batería, este dongle lo calculará por usted

Recientemente compré algunos paquetes de baterías USB de alrededor de 20000 mah, con un precio que varía de $ 23 a $ 40, para verificar si la capacidad de la batería está cerca de 20000 mah, descargo la batería hasta que ya no sale, luego la recargo y controlo con un dongle de prueba USB (mi probador USB es bastante fuerte en términos de cosas que puede medir y mostrar, muestra V, A, mah, Wh, D + / D-. Pude obtener un reembolso completo por el paquete de batería que está muy por debajo de la capacidad como 5000 mah en lugar de algo cercano a 20000. Tal
vez fuera de tema, pero también uso la prueba USB para probar el cable USB, la salida del panel solar USB. Tengo un probador USB en Amazon, no creo que uno pueda encontrar el 'medidor de coulomb' fácilmente 8-)

Enlace a mi probador USB Probador USB

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