Pila de 16 celdas LiFePO4 Medición de voltios CC de precisión LTC2400 MUX

Me gustaría construir un voltímetro de alta precisión (5 dígitos; por ejemplo, +/- 1 mV) para medir el voltaje de cada celda en una pila de baterías LiFePO4 de 16 celdas (<60 V). Estoy contento con medir la celda entre 3 y 4 voltios (rango de 1V) si es posible / factible.

Seleccioné un LTC2400 para la conversión A/D de precisión y pensé que un MUX de 16 canales me permitiría medir una celda tras otra; pero parece que esto no funcionaría. Pensé que podría usar 1 o 2 MUX para conectar la conexión pos/neg por celda al voltímetro. Otra opción sería medidores de 16 voltios (uno por celda) pero parece una gran cantidad de duplicación de equipo, por lo tanto, un enfoque tonto. Un Arduino haría algunos cálculos y comunicaciones.

No quería usar un MUX de alto voltaje debido a las limitaciones de precisión/resolución, sino medir cada celda (y no estoy interesado en la V total).

Es suficiente medir los 16 voltajes en un segundo sin tener en cuenta las fluctuaciones de amperios, ya que el sistema de batería tiene flujos de corriente bastante estables.

Cualquier sugerencia / sugerencia es muy apreciada; gracias.

"Me gustaría construir un voltímetro de alta precisión": ¿qué precisión desea exactamente?
@BruceAbbott: Vaya; precisamente :) - He actualizado mi pregunta (5 dígitos; +/- 1mV)
¿Qué estaba mal con las respuestas propuestas en electronics.stackexchange.com/questions/173873/… ? Hubo algunas buenas sugerencias de Tut en los comentarios, especialmente amplificadores diferenciales de "alto CMR".
@BrianDrummond: "Nada". Me disculpo por hacer una pregunta similar. Soy dueño de la construcción de mi casa y estoy ejecutando algunos pequeños proyectos para la automatización del hogar que tiene que entrar en la casa. Me estoy haciendo viejo para uno, y ahora recuerdo que ordené las partes y nunca construí la cosa. Hace unos días noté que el voltaje medio de la batería se desvía un poco y pensé, es hora de medir estos voltajes. Recordé que miré esto antes, pero olvidé el resultado. Esta vez, sin embargo, entiendo mucho mejor este asunto de LiFePO4, de ahí la consulta de mayor precisión.
por la forma en que formuló su pregunta, parece que esto no es para implementar y desplegar un sistema de balanceo de celdas, como tal, si necesita la precisión que indicó, use relés mecánicos DPDT, será la solución más simple posible, que también manejará alta voltajes con distorsión mínima, nada supera a los relés, punto; también considere un IC de balanceo de celdas, no necesita usar las funciones de balanceo, puede usarlo para muestrear el voltaje, hay partes de TI disponibles que se pueden usar solo para multiplexar y muestrear cada celda

Respuestas (1)

El problema es que la mayoría de los voltajes de las celdas son más altos de lo que puede manejar el A/D (¿y el MUX?), por lo que necesita alguna forma de ponerlo dentro del rango. Simplemente puede colocar un divisor de voltaje en cada derivación de celda, pero luego tiene que escalar individualmente cada voltaje de derivación y restarlos para obtener los voltajes de celda, lo cual es difícil de hacer con precisión.

La solución utilizada en muchos cargadores es un amplificador operacional configurado como un amplificador diferencial, como este:-

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Este ejemplo muestra uno de los circuitos idénticos que se usarían para obtener el voltaje en cada celda del paquete.

La salida del amplificador operacional OA1 es proporcional a la diferencia entre los voltajes en cada extremo de la celda 3. El amplificador operacional solo puede aceptar un máximo de 6 V en sus entradas, por lo que R1 y R2 dividen el voltaje de entrada + (no inversor) por 3. R3 y R4 tienen la misma relación, por lo que el voltaje en la entrada - (inversión) también se divide por 3, y las relaciones iguales aseguran que se mantenga el equilibrio diferencial (por lo que los cambios de voltaje en las celdas inferiores no tienen efecto). La ganancia del amplificador operacional se establece en 0,5 por la relación de R4/R3, por lo que el rango de voltaje de salida útil se reduce de 1 V (3-4 V) a 0,5 V (1,5-2 V).

El circuito que se muestra arriba funciona para hasta 4 celdas, pero para un voltaje más alto, necesita amplificadores operacionales de voltaje más alto (y Vcc) o una relación de división más alta.

Esta técnica se usa comúnmente para hasta 6 celdas, pero no sé con qué éxito podría extenderse a 16 celdas. En teoría, su convertidor A/D tiene suficiente resolución para manejar el rango de voltaje más pequeño, pero en la práctica puede ser bastante difícil obtener la precisión que desea. Puede amplificar la señal con otro amplificador operacional, pero luego puede encontrarse con problemas de desplazamiento y deriva.

Otra opción podría ser conectar un convertidor de voltaje a frecuencia de precisión a través de cada celda, acoplar los pulsos de salida a través de optoacopladores y medir las frecuencias usando un contador/temporizador en el Arduino. Los convertidores V/F extraerían algo de energía de las celdas, pero si tienen una alta capacidad, no debería afectar significativamente su capacidad.

Sin embargo, probablemente elegiría el enfoque mucho más simple de 16 voltímetros. Solo obtendría 3 de estos monitores/equilibradores lipo 6S. O si solo necesitara verificar los voltajes ocasionalmente, solo obtendría un medidor 6S y conectaría algunos cables de equilibrio a la batería para enchufarlo.

Gracias amablemente por el esfuerzo; resume mis preocupaciones; Estoy trabajando con una pila de 400 Ah / 56 V = $$, de ahí la precisión que busco, que el monitor LiPo sugerido no tiene en mi humilde opinión (también confirmado en las publicaciones de los usuarios). Mientras tanto, pedí un kit MAXIM Eval para el MAX14921 y jugaré con él. Las celdas solo muestran una diferencia de V de un mínimo de 100 mV a un máximo de 300 mV entre 100 % y 50 % SOC... de ahí la precisión que busco. Sin embargo, construiré este circuito para ver qué puede hacer...
Tengo un par de esos medidores y están dentro de 1-2 mV de mi multímetro (¡aunque con cosas chinas baratas nunca sabes qué tan bueno es hasta que lo pruebas!). No usaría el voltaje de la celda para medir el estado de carga, porque varía con la carga y la temperatura interna de la celda. En cambio, solo mediría la corriente y calcularía la capacidad restante, con la capacidad de carga completa y los voltajes de punto final como referencias. Las baterías de litio tienen una eficiencia culómbica muy alta, por lo que la cantidad de carga que se extrae es casi exactamente igual a la que se introduce.
Sí, todo entendido :) No lo estoy usando para determinar el SOC, sino para comprender el desequilibrio de las celdas en diferentes niveles de SOC... y para determinar si se requiere un equilibrio superior o no. Ya tengo datos sobre el paquete y la mitad de V. Este último es de interés porque indica desequilibrio, donde quiero identificar la(s) celda(s) individual(es). Tengo la capacidad de balancear celdas, desviando desde >= 3.6V en adelante.
Pila de 16 celdas LiFePO4 Medición de voltios CC de precisión LTC2400 MUX
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