Spänningsmätning av batteri

[NaPalm]

Tjena!
Håller på och bygger en "smart" strandhögtalare med en arduino. Denna ska mäta ström och spänning på batteriet och räkna ut kvarvarande procent. För strömmätningen använder jag en färdig modul och för spänningsmätningen tänkte jag först använda en enkel spänningsdelare. Men efter lite räknande så förstod jag att det inte kommer bli särskilt noggrann mätning med enbart en späningsdelare då inte hela intervallet på ADCn används(0 - 5 V).
Batterierna är två stycken seriekopplade LiPo 2S1P som maximalt ger 16,8 V och minst 12 V, alltså ett intervall på 4,8 V. Eftersom intervallet passar ADCn perfekt så tänkte jag att man bara skulle kunna sänka spänningen, en offset, på 12 V.
Jag har experimenterat lite med pspice och fått det att fungera tillfredställande med en zenerdiod(12 V) men har inte hittat någon zenerdiod som har tillräckligt bra tolerans.
Har ni har några förslag på hur jag skulle kunna gå till väga?

Tack på förhand!

[jappelino_1]

Ett tips är att skippa spänningsmätningen och enbart mäta strömmen och med den förbrukade amperetimmar.

Ett sådant batteri har en annorlunda spänningskaristik som inte lätt går att omsätta i hur mycket som finns kvar.

På mitt förra jobb hade vi en laddkrets för Lipo som indikerade när batteriet var fulladdat och inte så mycket mer, när den indikerade fulladdat så laddade jag en variabel som räknade ner med tiden.
Du skulle kunna göra något liknande fast med strömmätning.

[NaPalm]

Trodde att det gick att få bättre precision på det om man även hade med spänningen. Inte riktigt tänkt så långt men då vet jag. Skippar spänningen för uträkning av kvarvarande "procent".
Den viktigaste anledningen till varför jag vill mäta spänningen är att skydda accarna för urladdning under 3,0 V/cell eftersom strömmätningen inte kommer bli särskilt noggrann men om det inte går att uppnå lätt så får jag använda mig utav en "LiPo cutoff".

[PHermansson]

En cut-off skulle man ju kunna göra med Arduinon. Annars är det svårt att dra slutsatser av spänningen.

[prototypen]

Spänningsmätningsoffset med zenerdiod kommer inte funka så bra.
Sätt dit en OP som differential förstärkare, mata ena ingången med en referensspänning och den andra med batterispänning så kan du få full upplösning på ADC:n

Protte

[ghost_rider]

Kanske en current divider skulle funka?

[bearing]

Varför skulle det inte gå med en vanlig spänningsdelare?

Förutsatt att ADC har högre upplösning än 8-bitar finns gott om bitar för att uppgiften. Om du tycker att upplösningen ändå inte räcker kan du t.ex. "översampla" signalen och få några till bitar.

Håller med om att spänningen antagligen inte blir så användbar i sig. Men om du mäter strömmen, och kompenserar för batteriets inre resistans, kan det bli bättre. Dock förändras inre resistansen i takt med att batteriet åldras. Så vänta dig inte att mätaren kommer vara tillförlitligt under lång tid, såvida du inte gör systemet adaptivt.

Håller med om att strömmens integral är en bättre metod, men den måste också göras adaptiv i takt med att batteriet åldras och tappar kapacitet.

[MiaM]

Om jag inte minns fel så har zenerdioder på 5,6V bäst karaktäristik. Tyvärr blir två sådana i serie 13,2V, d.v.s. du tappar möjligheten att mäta "längst ned".

Det borde gå att lösa genom ett extra motstånd. Du får visserligen inte linjär karaktäristik utan ett "knä", men du nyttjar mätområdet lite bättre än med enkel spänningsdelare (eller med en enda zenerdiod). Insignal från vänster, utspänning till höger:

spdel.PNG

[4kTRB]

Jag skulle nog löst det med en shuntregulator.
Väldigt enkelt dessutom att justera till önskat värde.

[Icecap]

Då zenerdioder som bäst är mindre dåliga är Pruttes förslag det bästa. Samtidig är det även det som kräver minst ström för att fungera.

Och då spänningen säger väldigt lite om laddningstillståndet behövs ingen kanon-upplösning, det räcker fint med att ha den upplösning som behövs för cut-off.

[NaPalm]

Tack för alla givande svar!
Jag har läst på lite mer om lipo och de flesta säger att batteriet i princip är slut när spänningen är runt 3,3 V. Så jag kommer lägga mig runt 3,3-3,4 V för och va på den säkra sidan. Då krävs ju inte heller någon vidare upplösning på ADC så det blir nog ändå en simpel spänningsdelare. Tack för tipset om översampling! Eftersom spänningen ändrar sig långsamt över tiden så borde det funka galant.

Kompensering för batteriets ålder låter intressant men hittar inte mycket information om det. Finns det något matematiskt uttryck som man kan använda sig av för att approximera kvarvarande kapacitet?