Medición diferencial de alto voltaje

Existen soluciones listas para usar para este problema, no necesita meterse con transformadores y circuitos exóticos. Puede aprovechar el hecho de que es mucho más fácil aislar una señal digital que una señal analógica y usar comunicaciones en serie entre su microcontrolador y el monitor de batería. Debe buscar un "monitor de pila de batería multicelda". Como ejemplo, Linear Technology LTC6802 puede monitorear los voltajes en hasta 12 celdas de iones de litio y proporcionar los datos de voltaje a través de una interfaz SPI.

No estoy seguro de si te quedarás con suficiente precisión usando este método, pero primero me dirigiría en esta dirección por su simplicidad. En cada punto de unión entre las baterías, configure un divisor de voltaje a tierra donde obtenga 1/16 del voltaje total de la unión. A un máximo de 50,4 V, esto daría como resultado un voltaje de entrada máximo a su sistema de 3,15 V. Luego, puede usar un mux de bajo voltaje estándar o simplemente puede enviar cada uno de los 11 puntos (o 12 si cuenta la tierra) directamente a su uController, que tendría un ADC de 12 bits internamente capaz de muxear esas 11 señales. Perdería 4 bits de resolución debido al divisor de voltaje de 16X (2^4). El resultado final serían los 8 bits que buscas. El truco de esta configuración sería obtener resistencias de tolerancia muy estrechas.

Para medir el voltaje de cada celda, simplemente tomaría el voltaje en los dos puntos a su alrededor y restaría el alto del bajo.

Buscaría poner un microcontrolador barato en cada batería. Hay muchos micros que pueden funcionar directamente de 3 a 4,2 V y consumen muy poca corriente. El micro mediría el voltaje de la celda y luego enviaría la información digitalmente a través de un optoaislador.

La salida de todos los optos de todas las celdas estaría en paralelo, cada uno de los cuales podría tirar hacia abajo en la misma línea. El único truco restante sería asegurarse de que solo un micro envíe sus datos a la vez. Esto podría hacerse con un esquema de transferencia de tokens.

El micro en la celda con referencia a tierra puede ser activado directamente por el controlador principal. Después de enviar sus datos, afirmaría la señal de activación a la siguiente celda superior. Esto se puede cambiar de nivel de varias maneras. Mi primera reacción es usar un transistor en configuración de base común, pero también hay otras formas. El punto es que esto es barato y fácil de hacer porque la conexión a tierra para el próximo micro es el riel de alimentación del micro actual.

Una ventaja de este esquema es que puede apilar muchas celdas de esta manera, todas usando el mismo circuito de medición. La precisión y la resolución son las mismas para todas las celdas de la pila.

Mira esto, es probable que esta sea la solución más fácil a tu problema:

http://www.flyelectric.ukgateway.net/pic-balancer.htm

Al usar diodos de referencia y divisores de voltaje, puede traducir y escalar cada voltaje a 0-3.3V, donde puede medirse con el ADC del chip.

Debido a que su chip probablemente no tenga 10 pines de entrada analógica, podría usar un demultiplexor analógico.

El método obvio es usar una medición diferencial, pero obtener una precisión aceptable con ese método es bastante difícil.

Un sistema de capacitores voladores sería potencialmente menos problemático, pero en este caso requeriría interruptores de voltaje bastante alto.

Los amplificadores de aislamiento individuales son un poco caros pero funcionarán con un mínimo de problemas.

Hay otro método posible: si conecta un transformador por canal a través de un diodo a cada celda, puede pulsar el transformador y medir la forma de onda del voltaje en el extremo conductor para determinar el voltaje de la celda. Se pueden usar un par de canales de repuesto para la calibración (cero/Vref), por lo que necesitaría 14 canales. Sin embargo, es un poco más un proyecto.

Editar: para ampliar la idea del transformador, aquí hay una nota de aplicación AN112 de Jim Williams (RIP) que lo describe en el contexto de la medición de la batería, y un diagrama de bloques, esquemático de ese AN. Utiliza BJT conectados como diodos. El transformador es un Pulse Engineering PA2100NL/PA2101NL.

Necesitará una docena de amplificadores de diferencia o de instrumentación con alto voltaje de modo común que alimente un sistema de adquisición de datos.

Un amplificador comercialmente disponible es el AD627. Para saber cómo crear el suyo, consulte http://cds.linear.com/docs/en/design-note/dn25.pdf , pero tenga en cuenta que la coincidencia de resistencias es fundamental. Además, cualquier amplificador de instrumentación de alto voltaje utilizará un divisor de voltaje interno, y esto descargará las celdas si se le da el tiempo suficiente.

Si no puede permitir ninguna descarga durante la medición, tendrá que ser creativo. Si puede configurar la tierra de su amplificador en el punto medio de la cadena de celdas, solo tiene que lidiar con +/- 25 voltios. Puede obtener amplificadores operacionales de alto voltaje para manejar esto, y hacer una docena de seguidores de voltaje para amortiguar las celdas individuales, luego hacer divisores de voltaje / amplificadores operacionales para medir las diferencias. Esto requerirá un conjunto no estándar de fuentes de alimentación, y deberá garantizar que las fuentes del amplificador floten WRT la batería.

Una vez que haya condicionado la diferencia de voltaje a algo razonable, hay muchas empresas que fabrican sistemas de adquisición de datos.