LusoRobótica - Robótica em Português

Electrónica => Electrónica Geral => Tópico iniciado por: nvoltex em 04 de Novembro de 2014, 17:53

Título: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: nvoltex em 04 de Novembro de 2014, 17:53
Embora aqui no forum tenha encontrado algumas referências em relação ao uso de baterias LiPo e os cuidados a ter, pouco consegui encontrar sobre a parte de regulação/monitorização das baterias.

Eu sei que elas não podem ir abaixo de uma certa tensão, mas quais as estratégias mais comuns para lidar com isso?

Para um bocado de contextualização, no projecto que tenho em mão vou usar baterias LiPo para alimentar dispositivos a 5, 9 e 12V. A solução que gostaria seria algo que permitisse regular a tensão para os níveis desejados e que assim que as baterias estivessem perto do "ponto critico" curtasse a alimentação. De preferência até gostava de ter alguma forma de receber a informação de que as baterias estão "gastas" e o circuito de alimentação foi desligado.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: senso em 04 de Novembro de 2014, 17:57
Tens pcb's com um mosfet e um comparador(um melhor um ic dedicado que trata de medir voltagem e activar mosfet em caso de over ou under voltage) que corta um dos terminais da bateria ficando efectivamente desligada.
Podes fazer igual ou parecido, não sei se há chips dedicados de facil acesso que fazem tudo o que queres, podes sempre atirar um micro de 8 patas para fazer isso, mas á que ter em conta o consumo do mesmo para não descarregar as baterias todas.
Dado essa gama de voltagens eu usava só lipos 3s e atirava-lhe com um buck, no caso dos 12v, é ver se pode levar com alguma variação de voltagem.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: nvoltex em 04 de Novembro de 2014, 20:09
Na realidade eu tenho varias baterias (conjuntos de células), pelo que acho que até posso alimentar com conjuntos diferentes os vários dispositivos e portanto só precisava de garantir que a tensão era a de alimentação do dispositivo (um regulador) e alguma forma de fazer a parte de monitorização para "desligar" assim que chega perto do ponto critico.

Neste projecto estou a usar um beaglebone, pelo que até me questiono se não posso aproveitar os ADCs da placa para fazer esta parte.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: StarRider em 04 de Novembro de 2014, 20:47
Boas,

A voltagem de uma LIPO 3S é de 11.1v para as células mais comuns de 3.7v, sendo que existem LIPO
com células de 3.3v o que ainda fica mais em baixo.

Geralmente uma LIPO "bem" carregada tem até 4.2v mas é necessário ter em atenção os "C"s da
célula se for para alimentar um circuito que necessite de 12v nominais a alta carga. Uma célula
com por exemplo 15C a debitar 1A vai rapidamente cair abaixo dos 4v (em coisa de poucos minutos).

Para circuitos que necessitem de 12V uma LIPO de 4 células com regulador é o mais indicado.

Podes usar os ADC para monitorizar a tensão, basta um simples divisor de tensão com duas resistências
de forma a manter a tensão dentro dos limites da porta ADC. O que depois fazes com essa informação
é que já depende da estratégia de protecção escolhida.

Abraços,
PA
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: Nunito em 04 de Novembro de 2014, 21:37
A voltagem de uma LIPO 3S é de 11.1v para as células mais comuns de 3.7v, sendo que existem LIPO
com células de 3.3v o que ainda fica mais em baixo.
Se me permites corrigir, as baterias que são de 3.3v/célula são as chamadas LIFE.
Até mesmo para o pessoal não cair na asneira de carregar um LIFE em modo de LIPO.

Desculpa lá qualquer coisa.  :)
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: senso em 04 de Novembro de 2014, 22:48
Pedantry mode:
LiFePO4
Litio+ferro+fosfato
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: nvoltex em 05 de Novembro de 2014, 08:37
Obrigado pelas dicas, vou ver se testo o ADC do beaglebone para tentar essa via, Entretanto eu tenho uns LM10 e lembro-me de ter visto uma montagem usando um para monitorização de bateria e notificação por LEDs. Alguém já usou um circuito desses?

EDIT: Isto fez me lembrar de uma outra questão (peço desculpa desde já por não perceber muito de baterias LIPO). Mas tenho de monitorizar cada célula individualmente? É que estava a pensar usar aqui 3 "packs" de células, duas que dão um total de 12V e uma que dá 5V.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: Nunito em 05 de Novembro de 2014, 11:13
EDIT: Isto fez me lembrar de uma outra questão (peço desculpa desde já por não perceber muito de baterias LIPO). Mas tenho de monitorizar cada célula individualmente? É que estava a pensar usar aqui 3 "packs" de células, duas que dão um total de 12V e uma que dá 5V.
Para monitorizar cada célula individualmente a melhor coisa é utilizar  Um alarm de voltagem baixa em cada celula (https://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__18588__Hobbyking_2_8S_Cell_Checker_with_Low_Voltage_Alarm.html)
Não percebi a parte dos 12V e 5V, só se consegue ter por exemplo ou 3.6V(uma célula), 7.4V(duas células), 11.1V(três células), etc
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: StarRider em 05 de Novembro de 2014, 12:04
Obrigado pelas dicas, vou ver se testo o ADC do beaglebone para tentar essa via, Entretanto eu tenho uns LM10 e lembro-me de ter visto uma montagem usando um para monitorização de bateria e notificação por LEDs. Alguém já usou um circuito desses?

EDIT: Isto fez me lembrar de uma outra questão (peço desculpa desde já por não perceber muito de baterias LIPO). Mas tenho de monitorizar cada célula individualmente? É que estava a pensar usar aqui 3 "packs" de células, duas que dão um total de 12V e uma que dá 5V.

Boas,

Estás a complicar :)

Usas UM pack. Primeiro analisas qual a voltagem mais elevada que necessitas, se são os tais 12V tens que
ver se esse circuito necessita mesmo de 12V exactos ... será que não funciona com 11V ?

Depois, recorrendo a um regulador ou conversor step down, retiras os 5V dos 12V.

Para uma utilização simples somente tens que monitorizar a tensão do pack, não existe vantagem em saber
a tensão por célula, mesmo estando desbalanceadas basta usar um threshold de por exemplo 9V para o caso
de um pack de 3 celulas.

Que circuito vais alimentar com os 12V ?

Abraços,
PA
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: metRo_ em 05 de Novembro de 2014, 12:26
Para uma utilização simples somente tens que monitorizar a tensão do pack, não existe vantagem em saber
a tensão por célula, mesmo estando desbalanceadas basta usar um threshold de por exemplo 9V para o caso
de um pack de 3 celulas.

Se não for para usar mais que 1C sim caso contrário uma das células pode começar a ficar descalanceada e acabas por ter os 9V com 4V de 2 céluas e 1V de outra e nessa altura a tua bateria já foi à vida.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: StarRider em 05 de Novembro de 2014, 12:46
Para uma utilização simples somente tens que monitorizar a tensão do pack, não existe vantagem em saber
a tensão por célula, mesmo estando desbalanceadas basta usar um threshold de por exemplo 9V para o caso
de um pack de 3 celulas.

Se não for para usar mais que 1C sim caso contrário uma das células pode começar a ficar descalanceada e acabas por ter os 9V com 4V de 2 céluas e 1V de outra e nessa altura a tua bateria já foi à vida.

Boas,

Parti do principio que o pack é regularmente carregado externamente por um carregador com balanceador,
vai dai as hipóteses disso acontecer são mesmo muito reduzidas.

Se o pack é para estar "sempre" montado no sistema, então existe também a necessidade de implementar
um sistema de carga.

O que eu deduzi foi que ele vai ligar o pack, utilizar o sistema e retirar o pack para o carregar externamente
quando este estiver sem carga (ou mesmo com carga) com alguma frequência, e neste caso o processo de
carga pode detectar (e até mesmo corrigir) alguma célula com problemas.

Abraços,
PA
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: nvoltex em 05 de Novembro de 2014, 14:53
Eu compliquei as coisas, o que tenho são 2 packs com 3 células e um com 2 (portanto 11,1V e 7.4V).
O que estava a querer dizer é que depois quero ter 12V dos de 3 de 5V do 2 células.

Os packs de 3 são para alimentar um GPS a 12V (que é um grande bicho) e uns motores que funcionam a 9V. Os 5V são para o beaglebone.

Tenciono carregar as baterias separadamente com um carregador próprio (graupner lipo charger 4), contudo não consigo perceber se este carregador faz o "balanço" das células, até porque só usa os cabos de saída da série e não os pequenos (que deduzo serem a saída de cada célula). É daqueles que supostamente é para usar com a bateria do carro.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: StarRider em 05 de Novembro de 2014, 15:10
Eu compliquei as coisas, o que tenho são 2 packs com 3 células e um com 2 (portanto 11,1V e 7.4V).
O que estava a querer dizer é que depois quero ter 12V dos de 3 de 5V do 2 células.

Os packs de 3 são para alimentar um GPS a 12V (que é um grande bicho) e uns motores que funcionam a 9V. Os 5V são para o beaglebone.

Tenciono carregar as baterias separadamente com um carregador próprio (graupner lipo charger 4), contudo não consigo perceber se este carregador faz o "balanço" das células, até porque só usa os cabos de saída da série e não os pequenos (que deduzo serem a saída de cada célula). É daqueles que supostamente é para usar com a bateria do carro.

Boas,

Para alimentar a beaglebone vais ter sempre que recorrer a um regulador/conversor para obter os 5V, quer
venham eles do pack de 7.4V ou do de 11.1V

Se calhar esse GPS até funciona com os 11.1V ... pois possivelmente deve ter um regulador, mas para mais
certezas só mesmo com mais informação sobre o mesmo.

Os motores é sempre relativo, pois se forem stepper (por exemplo) com um driver chopper o que importa
é a corrente e podem ser alimentados a 12V, por outro lado se foram controlados por tensão a coisa é diferente
mas mais uma vez tens que dar mais informação.

Abraços,
PA

Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: StrikerofDeath em 05 de Novembro de 2014, 15:54
também tinha interesse numa solução destas. mas eu uso 6 células (22.2V)

para carregar e balancear tens de ligar a fixa com os 4 fios e escolher a opção que o carregador faz isso (isto no imax)
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: nvoltex em 17 de Novembro de 2014, 12:56
Bem, tive de parar esta parte do projecto por algum tempo devido a uns problemas mas já estou de volta.
Depois de alguns testes decidi usar um circuito com um mosfet para cortar a alimentação.
Para testar montei um circuito como este:
(https://arduinodiy.files.wordpress.com/2012/05/fet2_thumb.gif?w=535)

Testei esta montagem em que a Load era um dos motores que vou usar e realmente funcionava.
Contudo uma vez que quero mesmo cortar qualquer corrente vinda das lipo não sei se isto realmente vai funcionar. Isto porque os motores são controlados por uma ponte H, ou seja, mesmo que "corte o ground" da bateria, vai haver conflitos no circuito por causa do ground do Beaglebone/arduino.

O que sugerem?
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: jm_araujo em 17 de Novembro de 2014, 12:59
Mosfet tipo P?
Relé?
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: StarRider em 17 de Novembro de 2014, 14:18
Bem, tive de parar esta parte do projecto por algum tempo devido a uns problemas mas já estou de volta.
Depois de alguns testes decidi usar um circuito com um mosfet para cortar a alimentação.
Para testar montei um circuito como este:
(https://arduinodiy.files.wordpress.com/2012/05/fet2_thumb.gif?w=535)

Testei esta montagem em que a Load era um dos motores que vou usar e realmente funcionava.
Contudo uma vez que quero mesmo cortar qualquer corrente vinda das lipo não sei se isto realmente vai funcionar. Isto porque os motores são controlados por uma ponte H, ou seja, mesmo que "corte o ground" da bateria, vai haver conflitos no circuito por causa do ground do Beaglebone/arduino.

O que sugerem?

Qual é a referencia desse mosfet T1 ?

Abraços,
PA
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: nvoltex em 17 de Novembro de 2014, 14:45
Mosfet tipo P?
Relé?
Relés por acaso nunca usei, mas estavas a falar de um mosfet tipo p para cortar o positivo da bateria, certo? Ou seja seria praticamente o mesmo circuito mas com a Load a seguir ao mosfet. Mas existe queda de tensão no mosfet, certo?


Qual é a referencia desse mosfet T1 ?

Abraços,
PA

O que acabei por usar foi um IRF540.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: jm_araujo em 17 de Novembro de 2014, 14:57
Relés por acaso nunca usei, mas estavas a falar de um mosfet tipo p para cortar o positivo da bateria, certo?
Certo!
Citar
Mas existe queda de tensão no mosfet, certo?
Tens queda num MOSFET de qualquer maneira, seja tipo P no positivo ou N no negativo. A vantagem de cortar o positivo é que ficas com uma única massa, como fizeste pode-te trazer chatices.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: StarRider em 17 de Novembro de 2014, 16:06
O que acabei por usar foi um IRF540.

Boas,

Esquece esse IRF540, tem um Rds(on) de 77mOhm o que nos dias de hoje É MUITO.

Opta por um PSMN2R0 (ou o equivalente P-channel  se for o caso) e tens duas enormes vantagens:
- Evitar o transístor para atacar a Gate do Mosfet pois os 5V da porta do AVR são mais que suficientes
- Tens um Rds(on) de < 2.5 mOhm (com a Gate a 5V da porta do AVR)

Ou seja, não tens praticamente queda de tensão, ligas o AVR directamente à Gate do mosfet (mas
com uma resistência externa para pulldown)

Abraços,
PA
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: nvoltex em 17 de Novembro de 2014, 16:19
Relés por acaso nunca usei, mas estavas a falar de um mosfet tipo p para cortar o positivo da bateria, certo?
Certo!
Citar
Mas existe queda de tensão no mosfet, certo?
Tens queda num MOSFET de qualquer maneira, seja tipo P no positivo ou N no negativo. A vantagem de cortar o positivo é que ficas com uma única massa, como fizeste pode-te trazer chatices.

Sim sim, estou a perceber. Então e para este tipo de circuito que mosfet tipo p recomendas?

O que acabei por usar foi um IRF540.

Boas,

Esquece esse IRF540, tem um Rds(on) de 77mOhm o que nos dias de hoje É MUITO.

Opta por um PSMN2R0 (ou o equivalente P-channel  se for o caso) e tens duas enormes vantagens:
- Evitar o transístor para atacar a Gate do Mosfet pois os 5V da porta do AVR são mais que suficientes
- Tens um Rds(on) de < 2.5 mOhm (com a Gate a 5V da porta do AVR)

Ou seja, não tens praticamente queda de tensão, ligas o AVR directamente à Gate do mosfet (mas
com uma resistência externa para pulldown)

Abraços,
PA


Devo usar um mosfet tipo p, pois com esta montagem estou com problemas. Qual é o equivalente a esse mas tipo p?
Já agora, esse é um tipo comum de mosfet? Isto é, devo encontra-lo em qualquer loja de electrónica?
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: samc em 18 de Novembro de 2014, 02:02
Essa dica do PSMN2R0 é muito boa, andava insatisfeito com os irf5xx e já posso experimentar uma alternativa
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: senso em 18 de Novembro de 2014, 02:26
Tenho uns 10 em casa, agora não tenho é a certeza se são os -20 se os -30, provavelmente são os -20, se quiseres experimentar avisa, porque não compras disso cá em Portugal numa loja, só da Mouser.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: nvoltex em 18 de Novembro de 2014, 10:55
Tenho uns 10 em casa, agora não tenho é a certeza se são os -20 se os -30, provavelmente são os -20, se quiseres experimentar avisa, porque não compras disso cá em Portugal numa loja, só da Mouser.

Obrigado! Contudo acho que não vai ser preciso, sem saber tinha aqui uns relés (HRAH-S-DC5V-C) que parecem funcionar bem para esta aplicação uma vez que funcionam aos 5V. Não sei se conhecem estes relés e se têm alguma dica a dar em relação ao seu uso (embora não veja nada demais pois o seu funcionamento parece muito straightforward).
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: jm_araujo em 18 de Novembro de 2014, 11:05
O básico de qualquer relé: transistor/fet para o ligar (não se penduram diretamente no micro), e diodo de flyback.
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: StarRider em 18 de Novembro de 2014, 13:01
Tenho uns 10 em casa, agora não tenho é a certeza se são os -20 se os -30, provavelmente são os -20, se quiseres experimentar avisa, porque não compras disso cá em Portugal numa loja, só da Mouser.

Obrigado! Contudo acho que não vai ser preciso, sem saber tinha aqui uns relés (HRAH-S-DC5V-C) que parecem funcionar bem para esta aplicação uma vez que funcionam aos 5V. Não sei se conhecem estes relés e se têm alguma dica a dar em relação ao seu uso (embora não veja nada demais pois o seu funcionamento parece muito straightforward).

Boas,

Os Mosfets como a serie PSMN da NXP são o que se chama "logic level MOSFET" e a ideia
dos mesmos é exactamente ligar a Gate directamente ao pino IO do MCU pois essa Gate permite
um threshold de 1.7V pelo que quando se aplica 3.3V ou 5V na gate o Mosfet apresenta uma
resistência entra a Fonte e o Dreno já tão baixa que permite grande passagem de corrente.

Mas ATENÇÂO:
-Um Mosfet é activado por tensão na GATE (não por corrente como um transístor ou rele)  pelo
que é seguro ligar directamente a um pino IO de um MCU pois a corrente é 100 nano-amperes.
- Já um rele usa corrente pois é uma bobine ... pelo que NÃO deve ser ligado a um pino IO sem
pelo menos se ter a certeza que a corrente da bobine não está acima da corrente máxima que o
pino IO do MCU pode debitar. E mesmo que essa corrente possa der suportada pelo MCU essa é
uma prática que deve ser evitada no caso dos reles.

Estes  logic level MOSFET são realmente uma maravilha, são no entanto um pouco mais
caros mas apresentem um Rds(on) estupidamente baixo o que permite altas frequências de
comutação, alta capacidade de corrente e baixa dissipação térmica.

O melhor que usei é o PSMN1R1-30PL numa drive para um motor DD, mas aqui fica um XLS com
os que geralmente uso e as suas principais características e preços na Mouser.

Abraços,
PA
Título: Re: Baterias LiPo - circuito de regulação/monitorização
Enviado por: nvoltex em 18 de Novembro de 2014, 13:50
Obrigado pelas indicações e pela lista.
Vou então avançar com a montagem de um relé com um transistor para activação, parece ser o mais simples e eficiente para o que quero (até porque já tenho as peças todas à minha disposição)