วัดแรงดันแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (ความจุที่เหลืออยู่)

สิ่งที่ฉันกำลังทำงานกับ:ฉันกำลังใช้งานบอร์ด Arduino ของตัวเอง (ในแง่ที่ว่าฉันใช้ Arduino bootloader และเครื่องมือแก้ไขรหัส) ที่ 3.3V และใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนซึ่งเป็น USB ที่ชาร์จโดยไมโครชิพที่สอดคล้องกัน เครื่องชาร์จ IC

สิ่งที่ฉันพยายามบรรลุ:ฉันต้องการวัดความจุของแบตเตอรี่ทุก ๆ นาทีหรือมากกว่านั้น ฉันมีจอแอลซีดีติดอยู่ดังนั้นความคิดก็คือการตั้งค่าโดยรวมทำให้ฉันรู้ว่าแบตเตอรี่ทำงานอย่างไรในช่วงเวลาหนึ่ง แผ่นข้อมูลของแบตเตอรี่มีแรงดันไฟฟ้าเทียบกับเส้นโค้งระดับคายประจุและด้วยการวัดแรงดันของแบตเตอรี่ฉันสามารถประเมินความจุที่เหลืออยู่ (ประมาณคร่าวๆ แต่เพียงพอสำหรับฉัน!)

ฉันทำอะไรลงไป:

• (แก้ไข: ปรับปรุงค่าตัวต้านทานและเพิ่มสวิตช์ P-MOSFET ตามคำแนะนำของ @stevenvh และ @ Jonny)

• ฉันเชื่อมต่อตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ V_plus ด้วย "ส่วน" ที่ใหญ่กว่าไปที่ขาอ่านอะนาล็อก (เช่น ADC) บนชิพ Arduino / Atmega

• ตัวหารคือ 33 KOhm-to-10 KOhm ดังนั้นอนุญาตให้ทำการวัดได้สูงสุด 4.1 โวลต์ของแบตเตอรี่ Li-ion จากไมโครคอนโทรลเลอร์ 3.3V ระดับของฉัน

• นอกจากนี้การใช้หมุด I / O ตัวใดตัวหนึ่งเชื่อมต่อกับ MOSFET แบบ n-channel ฉันสามารถสลับกระแสผ่านตัวหารได้ก็ต่อเมื่อฉันต้องการการวัด

• นี่คือแผนผังคร่าวๆ (อัปเดตเป็นครั้งที่สองตามคำแนะนำของ @stevenvh และ @Nick):

คำถามของฉัน:

• การตั้งค่าปัจจุบันของฉันเป็นอย่างไร

• ข้อ จำกัด เพียงอย่างเดียวของฉันคือ: (1) ฉันต้องการวัดความจุของแบตเตอรี่อย่างคร่าวๆตามการอ่านแรงดันไฟฟ้าตามที่อธิบายไว้ข้างต้น (2) ฉันต้องการป้องกันตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าจากการรบกวนการอ่านการชาร์จแบตเตอรี่ของ IC ของฉัน (ในการตั้งค่าดั้งเดิมของฉันบางครั้งตัวแบ่งทำให้ IC ผิดพลาดในการแสดงตนแม้เมื่อแบตเตอรี่ขาด

สิ่งนี้ดูเหมือนจะคล้ายกับแผนผังของ Nick อาจจะไม่ว่างเมื่อเขาโพสต์ :-)

เหตุผลแรกที่คุณไม่สามารถใช้ N-FET ที่ด้านสูง: มันต้องการแรงดันเกตที่สูงกว่าแหล่งที่มาสองสามโวลต์และ 4.2 V คือทั้งหมดที่คุณมีไม่มีอะไรที่สูงกว่า

ฉันมีค่าที่สูงขึ้นสำหรับการดึงขึ้นแม้ว่าค่า 100 kΩก็จะทำเช่นกัน 10 kΩจะทำให้เกิดกระแสเกินที่ไม่จำเป็น 400 µA เมื่อคุณวัด ไม่ใช่จุดจบของโลก แต่เป็น 1 ตัวต้านทานในทั้งสองกรณีดังนั้นทำไมไม่ใช้ค่าที่สูงกว่า

สำหรับมอสเฟตมีหลายส่วนให้เลือกเนื่องจากความต้องการไม่เข้มงวด คุณสามารถพิจารณาราคาที่ไม่แพงเช่นSi2303สำหรับ P-channel และBSS138สำหรับ N-channel

@Inga นี่เป็นความคิดเห็นมากกว่าคำตอบ แต่ฉันต้องการที่จะโพสต์ภาพดังนั้นฉันโพสต์มันเป็นคำตอบ

ไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณ (uC) ใช้พลังงานพร้อม + 3.3V การระบาย P-MOSFET ที่เสนออาจสูงถึง + 4.1V ขณะที่มันถูกดึงมาสัญญาณลอจิก + 3.3V จะไม่สามารถปิด P-MOSFET ได้อย่างสมบูรณ์ Q6 ในแผนผังด้านล่างเป็นรูปแบบเอาต์พุตของท่อระบายน้ำเปิดซึ่งทนต่อ + 4.1V

C14 ลดความต้านทานซึ่ง A / D ของคุณจะเห็น

[... ] แรงดันแบตเตอรี่ (ความจุที่เหลืออยู่)

คุณอาจพบว่าการตรวจจับแรงดันแบตเตอรี่ไม่ใช่วิธีที่ถูกต้องในการตรวจจับความจุที่เหลืออยู่ ในอุปกรณ์พกพา (โทรศัพท์มือถือแล็ปท็อป) ความจุของแบตเตอรี่จะถูกประเมินโดยการวัดกระแสเข้าและออกจากแบตเตอรี่ มีไอซีมาตรวัดเชื้อเพลิงแบตเตอรี่พิเศษหลายสิบตัว ( ตัวอย่างเช่นbq27200 ) ซึ่งช่วยงานนี้

ทำไมจึงไม่ใช่ N-channel MOSFET เดียวที่ด้านล่างและตัวต้านทานตัวแบ่งสองตัวที่ด้านบน?
[จากความคิดเห็นด้านล่าง]

สวิตช์ด้านต่ำมีปัญหาเมื่อแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ (V _bat ) มากกว่าแรงดันไฟฟ้าของไมโครคอนโทรลเลอร์ (V _cc ) เมื่อสวิตช์ด้านข้างต่ำปิดปลายสายดินของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าจะลอยตัวตัวแบ่งจะไม่ถูกแบ่งอีกต่อไปแรงดันแบตเตอรี่เต็มจะปรากฏขึ้นที่ขา ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์ สิ่งนี้สามารถสร้างความเสียหายแก่ยูเอส มันจะสร้างเส้นทางรั่วผ่านซึ่งแบตเตอรี่จะคายประจุ
สวิทช์ด้านสูงเรียกว่าสำหรับเมื่อ V _{ค้างคาว} > วีซีซี

¹ ฉันจะใช้ V _ccสั้น ๆ แต่การสนทนานี้ใช้กับ V _dd , AV _cc , AV _ddเช่นกัน หากมีข้อสงสัยให้ค้นหาในแผ่นข้อมูลแน่นอน

Ad.A: ฉันคิดว่ามันยุติธรรมพอที่จะใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบธรรมดาเพื่อตรวจจับแรงดันแบตเตอรี่ แม้ว่าคุณควรเลือกความต้านทานอย่างระมัดระวัง ความต้านทานภายในของปัจจัยการผลิต ADC ของคุณ100kΩตามแผ่นข้อมูล ATmega328 โปรดดู "รูปที่ 23-8 วงจรอินพุตแบบอะนาล็อก" หากตัวแบ่งของคุณมีความต้านทานเทียบเท่ากับอินพุต ADC วงจรอินพุต ADC โดยทั่วไปจะทำตัวเหมือนโหนดอื่นในตัวแบ่ง มันอาจทำให้คุณชดเชยในการอ่าน ADC

การใช้ตัวหารที่มีขนาดสูงสุด10kΩข้ามรางจะต่ำพอที่จะเพิกเฉยต่อความต้านทานอินพุตของ ADC ในขณะที่ใช้เพียง 410µA ถ้ามันมีมากเกินไปสำหรับการใช้งานของคุณคุณสามารถเลือกแนวต้านที่ใหญ่กว่าได้ แต่โปรดจำไว้ว่า ADC นั้นอยู่ที่นั่นและเชื่อมต่อกับ Vcc / 2