Довольно часто у меня возникает задача разработки портативных устройств с питанием от одной ячейки Li-ion аккумулятора. И, если заказчика обычно это не беспокоит, то у меня, как у опытного инженера, при виде такого ТЗ по спине пробегает дрожь. Это связано с тем, что оценка уровня заряда аккумулятора, а также оставшегося времени работы — это очень непростая задача, хотя на первый взгляд может показаться иначе.
Есть несколько вариантов действия в таком случае, о них поговорим ниже.
- Самое простое — не делать ничего для определения уровня заряда АКБ. Схема заряда на простом линейном ЗУ (например, на TP4054) и преобразователь напряжения для питания устройства. Выключится без предупреждения и в самый неподходящий момент.
- Измерять напряжение на АКБ. Результат примерно аналогичный предыдущему пункту, но требующий больше усилий. Типовая схема для измерения:
По сути, это делитель напряжения на резисторах R19 и R21, подключаемый через ключ VT6. Транзистор VT7 нужен для исключения паразитной запитки МК через вывод EN.
VBAT – напряжение батареи
VBAT_mes – напряжение, приходящее на АЦП
EN – сигнал управления делителем (0-выкл, 1-вкл)
Теперь мы знаем напряжение АКБ, мы – большие молодцы. НО это почти ничего не дает!!! Дело в том, что типовая разрядная кривая Li-ion АКБ, мягко говоря, не линейна и она зависит от тока потребления и температуры самой АКБ:
Глядя на эти графики, можете сказать какова остаточная емкость АКБ при напряжении 3,5В? Думаю, что нет…
Этот метод можно немного улучшить, воспользовавшись встроенным в МК термодатчиком для приблизительной оценки температуры АКБ, а также либо поставить датчик для измерения тока, либо (если ток потребления примерно постоянен) построить разрядную кривую для типового тока потребления. Это позволит хоть немного оправдать трудозатраты, но ни о какой точности и речи быть не может. Для индикации заряда на 3х светодиодах – да, пойдет.
В случае постоянного тока потребления можно считать время работы от АКБ и оценивать потребленный заряд и время нахождения на зарядке для оценки накопленного заряда. Такой метод дает накапливающуюся ошибку, поскольку калибровка может быть только в двух точках (полный заряд или полный разряд), а они не всегда достигаются. К тому же по мере износа АКБ максимальное время работы должно корректироваться, но в целом метод имеет право на жизнь.
- Делать собственную систему контроля заряда АКБ (BMS). Для ее реализации нам необходимы датчики тока, температуры и напряжения АКБ. Считаем, что МК в устройстве уже есть и остается «всего лишь» написать для него ПО, на которое у меня в свое время ушло чуть меньше года.
- Взять готовую микросхему Gas Gauge (например, от TI или Maxim Integrated), сконфигурировать ее, откалибровать и работать. Например, схема для bq27220:
Есть несколько нюансов при выборе такой концепции:
- В случае, если батарея съемная, необходимо либо ставить схему определении заряда на саму батарею (иначе она будет обнуляться при отключении), либо использовать специальные версии Gas Gauge, которые допускают отключение АКБ. В первом случае, батарея вашего устройства становится уникальной и ее замена возможна только с вашим участием, что не всегда удобно. Во втором случае, существует проблема размещения термодатчика на АКБ.
- Высокая стоимость решения. Основные компоненты: микросхема Gas Gauge, микросхема защиты, транзисторы, терморезистор, резистор датчика тока.
- Использовать более простые варианты готовых решений типа CW2015:
Это Китайский аналог микросхемы MAX17048. Абсолютно простая микросхема без датчиков температуры и тока, с соответствующей низкой точностью, но при этом дешевая, простая в использовании и программировании. Имеет возможность работы на стороне устройства, что позволяет не модифицировать саму батарею. Микросхема была найдена на просторах сети в процессе написания материала, опыта с ней нет, но есть желание попробовать, поскольку вариант действительно интересный. Возможно, в следующем материале я расскажу об этой микросхеме подробнее.
- И, наконец, последний известный мне метод, которому я хочу посвятить сегодняшнюю статью. На мой взгляд этот метод самый простой, но дает наилучший результат. Заключается он в том, что мы берем батарею от iPhone со встроенным Gas Gauge и защитой, подключаемся по HDQ или I2C, опрашиваем и работаем. При этом батарея уже собрана и откалибрована. Ниже таблица, с известными мне, вариантами АКБ:
Таблица частично взята с сайтов ripitapart.com и www.macplus.ru. Прошу обратить особое внимание на неизвестный контроллер с маркировкой A1141. Эта микросхема производства компании PowerFlash и это вся информация, которую удалось найти. Автор блога, из которого я брал таблицу, не был уверен, что ему досталась оригинальная батарея от iPhone SE. Ниже мы будем вынуждены более подробно рассмотреть эту микросхему. Но пока посмотрим на аккумуляторы:
Как видно, АКБ на любой вкус и цвет, с яблоком и без. Также их можно соединять параллельно для увеличения емкости, с раздельным опросом. Из недостатков стоит отметить, что пропорции длина/ширина примерно 3:1, а это не всегда удобно, а также уникальный разъем для подключения. В силу популярности телефонов Apple эти аккумуляторы можно спокойно купить во многих местах и в большом количестве (как оказалось это не совсем верно).
При разработке беспроводного автономного RFID считывателя мы пошли именно этим путем.
Была выбрана батарея от iPhone 6, которая подходила нам и по емкости, и по габаритам. Были закуплены несколько экземпляров в разных местах для проверки:
Правая была куплена в Китае, остальные в Москве. Стоимость $6-11. При их проверке будут получены достаточно интересные результаты. Особое внимание обратите на коробочку с надписью «Ориг», позже мы к ней вернемся. Проверка проводилась с помощью самого RFID считывателя, программатора EV2300 от TI и программы Battery Management Studio.
Схема питания RFID считывателя представлена на рисунке:
Линейное ЗУ на базе STC4054 (TP4054), ток заряда 500 мА, включатель питания с автоподхватом на базе геркона SF1, конденсатора C19, диода VD4 и резистора R15, а также импульсный преобразователь на базе NCP1529.
Первым я подключил экземпляр из Китая за $6:
Батарея отвечает, НО не отображался ток ни при заряде, ни при разряде, напряжение не соответствовало реально измеренному и степень заряда не менялась. На команды АКБ не отвечал. Появилось предположение, что этот экземпляр — подделка, поэтому снял с него защитный скотч, чтобы посмотреть на плату:
Вот это поворот… Я не стал даже перерисовывать схему – тут и так понятно, что стоит эмулятор bq27545 и цепь защиты от переразряда/перезаряда. Сразу появилась мысль сэкономить себе время и раскрыть все аккумуляторы.
Сосед слева от Китайского коллеги за $8 похож с разницей в маркировке на микросхемах. В остальном ведет себя так же. Эти 2 экземпляра сразу в мусорку. К сожалению, у меня не было под рукой iPhone 6 для проверки этих батареи в целевом устройстве, уж очень интересно было посмотреть как телефон повел бы себя при работе от этих АКБ.
А это центральный аккумулятор, стоимостью $8. В нем даже датчик тока есть и какая-то 8ми выводная микросхема со скромной маркировкой 6G3. В Battery Management Studio эта батарея притворяется bq27545 более искусно. Отображается уровень заряда, корректное напряжение, ток батареи. Но если бы все это было реальным, то подделка бы не была подделкой. В реальности температура была задана константой, ток измерялся очень плохо. На картинке показан ток потребления RFID считывателя, который измерен батареей при постоянном считывании карты.
В реальности он составляет ~55 мА для такого режима работы и, поскольку поле считывателя включено всегда, то нулем не может быть. При заряде (когда ток постоянен на большом промежутке времени) датчик тока работает нормально. Естественно, все остальные параметры высчитываются некорректно (уровень заряда, время работы до полного разряда и тд). Флаг FC (Full charge) устанавливается при напряжении 4,4В.
На команды батарея не отвечает, флаги QEN и RUP_DIS не выставляются. В целом, это неудачная попытка китайцев написать обманку bq27545 на МК (во всяко случае я думаю, что это так). Тоже в мусор.
Помните, я просил обратить особое внимание на экземпляр в коробочке с надписью «Ориг»? Именно он оказался максимально приближен к тому, что мы искали (и как теперь не верить рекламе?):
Стоимость его составила $9. В центре прекрасно видно микросхему с маркировкой SN27545 — это как раз то, что мы искали. С этим экземпляром я стал работать более плотно. В процессе проведения пробного цикла заряд-разряд возникли проблемы. Я никак не мог получить установленный флаг FC (Full charge), что означало окончание процесса заряда. Ток заряда при напряжении АКБ близком к 4,2В становился крайне малым (около 20мА) и процесс заряда грозил не закончится никогда. Одной из возможных причин оказался USB кабель с большим падением напряжения (до микросхемы ЗУ доходило 4,5В), его мы заменили на более качественный с меньшим падением напряжения. Показатели улучшились, АКБ зарядился до 4,2В, ток упал до 0, но SOC (State of charge – уровень заряда) доходил лишь до 85, соответственно флаг FC не устанавливался.
Несколько суток я гонял циклы с расчетом, что батарея обучится, но это не помогало. Проблема оказалась банальна, но ее поиск занял 2 дня. В какой-то момент я обратил внимание, что батарея на 4,35В и это стало ответом на все вопросы. ЗУ стандартное на 4,2В и я совсем не обратил внимания, что батарея на 4,35В и происходит неполный заряд. Поскольку платы уже были изготовлены, то единственным вариантом нормально выйти из ситуации стал поиск замены STC4054 с напряжением 4,35В. Оказалось, что такие микросхемы существуют, но в нашей великой стране спокойно их не купить (видимо непопулярны от слова совсем). Поэтому был заказан вариант MCP73832T-3 с ожиданием в пару недель.
Ну а пока заказанное едет, мы сделаем колхозный патч для проверки концепта. Для этого сделаем «подпорку» в 0,15В для микросхемы ЗУ с помощью диода:
Надо признать, что колхоз заработал, флаг FC установился, все работает, но конечное напряжение АКБ составляет 4,4В (падение на диоде больше требуемых 0,15В).
Важно отметить, что можно заряжать и до 4,2В с соответствующей потерей ~15% емкости, но при этом существенно продлить жизнь АКБ. С экземпляром «Ориг» мы закончили – его можно смело закладывать в разработку.
Остался последний экземпляр. Самый дорогой ($11), в самой крутой упаковке и потребовавший больше всего времени на себя. Смотрим что внутри:
Вот она неизвестная микросхема A1141 на которую нет никакой документации кроме страницы производителя. При принудительном подключении как к bq27545 в Battery Management Studio мы видим следующую картину:
Полный мусор. При попытке заряда током ~500 мА показывает 125 мА, при разряде током ~25 мА показывает 214 мА. Понятно, что если A1141 имеет другие адреса параметров или отличный от bq27545 формат хранения данных, то без документации с этой АКБ нам ничего не светит. Поэтому ее отложили в сторону, но уже под конец написания материала я решил подключить ее еще раз. Я взял таблицу команд микросхемы bq27545:
И считал регистры напряжения (0x08 и 0x09) через меню Advanced Comm:
Получаем 0x10<<8 | 0x38 = 4152 или 4,152В, что соответствует измеренному мультиметром напряжению 4,15В. Так если данные правильные почему же в программе отображается 57мВ??? Замечаем, что 57мВ — это ровно 0x38, то есть значение 0x08 регистра. При напряжении на АКБ 4,152В вполне правильным выглядит уровень заряда в 96%, его можно получить считав регистры 0x2c и 0x2d. Считано 0x2c = 0x60, 0x2d = 0 (в случае с параметром SOC старший регистр всегда нулевой). Появилось предположение, что программа или EV2300 не может считать (или АКБ не отвечает) либо старший байт в запросе, либо байт с нечетным адресом. Для проверки этой теории АКБ была подключена непосредственно к RFID считывателю и опрос батареи велся через МК. Интерфейс HDQ был реализован согласно документу от TI. Микросхема bq27545 для связи с управляющим контроллером использует однопроводной протокол HDQ, который на STM32 достаточно удобно реализуется на базе однопроводного UART благодаря поддержке режима Half Duplex.
Т.к. наш RFID считыватель работает на MicroPython, мы обернули работу с HDQ в класс и получили работу с контроллером заряда в следующем виде:
from hdq import HDQ
bat = HDQ(pyb.UART(1))
bat.charge() # заряд
bat.read_u16(0x14) # произвольный регистр
На поверку оказалось, что A1141 не отвечает на запрос чтения байт с нечетными адресами.
На осциллограмме видно, что запрос есть, а ответа нет. Когда добавили перезагрузку логики обмена данными (Break) перед каждым запросом – через раз, но микросхема стала отвечать корректно.
Затем сравнили скорость обмена EV2300 и RFID считывателя и оказалось, что EV2300 использует скорость ниже на 10-15%, чем устанавливает TI:
После уменьшения скорости HDQ и выполнения Break при каждом запросе АКБ нормально заработала! Были считаны основные параметры батареи:
Полная победа! По факту A1141 оказалась качественным клоном bq27545 с небольшими недостатками. Осталось рассказать о нюансах работы с батареей со стороны ПО (использование спящих режимов, ток пробуждения и тд), но это удвоит объем записи и, пожалуй, я напишу это в другой раз.
Выводы
Как видно, есть много вариантов действия при разработке устройств с питанием от Li-ion батареи. Честно говоря, изначально планировалось писать материал в стиле пришел, увидел, победил, но в процессе вылезло много нюансов (особенно хороша борьба с A1141) и материал получился очень интересным и обширным. Из 5 экземпляров батарей, только 2 по факту можно нормально использовать. Поэтому выбор поставщика в данном случае очень актуален. Если вы видели АКБ от других устройств, которые содержат в себе BMS, то напишите модели в комментариях. Всем спасибо за внимание!
Комментарии (110)
IvUyr
18.09.2018 02:59Интересная статья. А продолжение будет?
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 10:06Останется описать работу с батареей и некоторые ограничения в использовании, надеюсь в ближайшее время смогу написать продолжение.
DrPass
18.09.2018 03:26К сожалению, у меня не было под рукой iPhone 6 для проверки этих батареи в целевом устройстве, уж очень интересно было посмотреть как телефон повел бы себя при работе от этих АКБ.
Я проверял аналогичную батарею на 4s. В принципе, работает, но при попытке обновить iOS виснет наглухо и прошивка слетает.vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 10:07А как отображается заряд?
DrPass
18.09.2018 12:35Заряд/разряд показывал, но насколько это соответствовало фактическому заряду/разряду батареи, не могу сказать.
atamanenko
18.09.2018 13:37Тоже был опыт на четвёрке. И работало, и iOS обновлялся спокойно. Но зато можно было поймать приколы в духе скачка с 20% до нуля и выключения за две секунды. То есть отображаемый заряд не соответствовал действительности
Goodkat
18.09.2018 14:00Это баг или фича айфонов — у меня на разных моделях на родных батареях так скакало, от 20% до 40% на ноль, если включить камеру, например. Минут через семь, не сразу, можно было снова включать телефон, заряд был практически такой же, как до выключения. Я несколько раз батарею по гарантии менял из-за этого.
Потом Эпл начали замедлять айфоны с ушатанной батареей, что вылилось в Batterygate и акцию по замене аккумуляторов за $29.
tvr
18.09.2018 15:49Это баг или фича айфонов — у меня на разных моделях на родных батареях так скакало, от 20% до 40% на ноль, если включить камеру, например. Минут через семь, не сразу, можно было снова включать телефон, заряд был практически такой же, как до выключения.
Я бы сказал, что это просто признак помирающей/ушатанной батареи, а не афонина багофича. Абсолютно тоже самое наблюдал на Хуавейском флагмане 2013г. через пару лет эксплуатации.
IvUyr
20.09.2018 13:22Оп-па, а я думал, что я один такой… И батарею брал в проверенном месте, и ребята говорили что 1в1 под оригинал, и тестер акб показал, что 99% оригинал…
ns3230
18.09.2018 05:22К сожалению, у меня не было под рукой iPhone 6 для проверки этих батареи в целевом устройстве, уж очень интересно было посмотреть как телефон повел бы себя при работе от этих АКБ.
Из того, что я встречал — с подделкой аппарат работает, но не может вести журнал использования батареи, или что-то в этом роде.Misaka10032
18.09.2018 08:29У меня 6S Plus с неоригинальным аккумулятором от Moxom(на фото в посте он слева).
В настройках состояние аккумулятора не отображается, но приложение Battery Life текущую ёмкость вполне отображает.
К сожалению, полную ёмкость оригинального аккумулятора он не развивает, в моём случае ёмкость составила 2300мАч, ёмкость оригинального — 2725мАч. То есть, 16% не хватает.
Слёт прошивки, как писали выше, тьфу-тьфу, не ловил, вчера обновил на iOS 12 и всё ок.
MikeVC
18.09.2018 06:48Так ли нужна высокая точность определения заяда в устройствах?
В ноуте, планшете, смартфоне — может быть чтобы вовремя завершить работу и не потерять данные. А для большенства простых устройств хватит реально индикатора на 3х светодиодах.
А может и на одном :) А для этого достаточно мерить напряжение АЦП контроллера.CrashLogger
18.09.2018 09:29+1Посмотрите на графики в начале статьи. Там видно, что одно и то же напряжение при разной температуре может соответствовать как почти заряженному аккумулятору, так и почти разряженному. Поэтому надо как минимум мерить еще и температуру.
MikeVC
18.09.2018 09:42Использовать литий при 0 а тем более при отрицательных температурах — вобще дело сомнительное. Само устройство то будет работать от 3,5в? А от 3 и подавно?
Если устройство потребляет не много и используется при низких температурах, тогда да надо мерить температуру.vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 10:17От 3,5В оно просто обязано работать, поскольку это напряжение еще вполне бодрого АКБ.
MikeVC
18.09.2018 11:523,5 уже не совсем бодрого. Раньше телефоны при 3,5 показывали что батарея разряжена а на 3,4 — вырубались. Не знаю как сейчас с этим обстоит.
Тут еще фишка. Если батарею разряжать до низких напряжений, особенно большими токами, то ресурс у нее падает значительно. Особенно это касается Li-pol как на айфонах. Так что в плане жизни батареи, индикатор без корректировки на ток и температуру будет честнее.
Както делали знакомому на электро велик простой и тупой индикатор на LM3914 и линейке ледов. Зато наглядный очень. Реагирует на просадки напруги. И можно понять когда велику можно вливать а когда не стоит чтоб батарею поберечь.
Стоит то она не мало…ns3230
18.09.2018 16:49+1А вы ничего не путаете? Старый литий, который 3,7 среднее, 4,1 максимальное напряжение, примерно при 3-3,1 вырубались вроде. Сейчас свою Nokia N73 высажу, замер сделаю.
ns3230
18.09.2018 17:15Да, вы правы, N73 ушла в нокаут на 3,4. Это я с чем-то перепутал.
MikeVC
18.09.2018 20:53Ну вот.
А из опыта эксплуатации электро вертолета, я знаю что если разряжать батарею большим током до 3,3в то она вздувается через 20 циклов. А если не жадничать и разряжать до 3,7 то циклов становится в разы больше.
Так что если на холоде разряжать до низких напряжений, долго такая батарея не протянет. Ну может кроме специальных каких нибудь.
huhen
18.09.2018 11:53Есть низкотемпературные Li-ion акумы, например MP174565, заряд -30, разряд -40, да при такой температуре отдаст 50% емкости, и напряжение меньше 3в.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 11:58Его стоимость вас огорчит:) я работал с ними — там очень много нюансов при температуре ниже -20
huhen
18.09.2018 12:07Ну есть более бюджетные варианты, если заряжать при плюсовой температуре:LP385590LC
Ну а так да, там и схемы защиты должны будут учитывать температуру
sim31r
19.09.2018 01:48Как вариант литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4, LFP)
vladimir_open-dev Автор
19.09.2018 14:12У них свои проблемы. Одна из самых очевидных это низкая удельная емкость.
BigBeaver
18.09.2018 16:57Само устройство то будет работать от 3,5в?
Есть куча вещей с питанием от 1.7, например. В том числе — arm контроллеры, память и тд.vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 18:25А кто мешает поставить преобразователь 3,7->5 В и питать все что угодно?
BigBeaver
18.09.2018 18:36Зачем? Наоборот понижающий ставят, хотя в крутых SoC встроенный есть уже.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 18:40Ставят тот, который нужен. Если у вас усилитель с питанием 5В, то вам его в любом случае надо иметь.
BigBeaver
18.09.2018 19:37Тогда он нужен вне зависимости от заряженности ячейки) Но это не относится же к теме ветки.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 10:15На заре популяризации мобильных телефонов видимо так же думали, именно поэтому моя motorola mpx200 могла показывать 4 палочки из 4х дома, но после выхода на улицу (в -10) и 5ти минутного разговора уже показывать одну палочку…
Вопрос в том на сколько у вас простое устройство и готовы ли вы беря его в руки фактически не знать, что с батареей.
Да и по графикам видно, что разбег может быть от 10% до 90% о какой достаточности можно говорить в таком случае?8street
18.09.2018 11:44А после мороза 4 палочки заряда появлялись? Просто читал, что лилий при морозе теряет емкость, поэтому к ошибке измерения это не имеет никакого отношения.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 11:56На морозе он теряет напряжение в основном(посмотрите графики), а если вы смотрите заряд по напряжению, то и вы теряете.
ns3230
18.09.2018 16:51О уже эта MPX200) Там вообще батарея была не лучшая, долго не жила, насколько помню. И контроллер хитрый, с защитой от перепаковки: если питание пропадает — он самоликвидируется. При замене банки нужно было сначала новую подпаивать, а потом старую отпаивать.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 18:24в батарее там все просто было (как на 2х правых образцах рассмотренных батарей). Да, цепь защиты блокировалась при отпаивании банки, но ее можно было сбросить замкнув конденсатор пинцетом:)я так и делал при установке банки от нокии.
ns3230
18.09.2018 18:28Эх, вот бы ваш коммент — да n лет назад) А то я ведь тогда выбросил пару изношенных батарей, лишь на третьей понял как действовать
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 18:35Так вроде на форуме (еще mpx200.ru был) про это писали — не помню. Я еще конденсаторы допаивал в усилитель, чтоб басы нормальные сделать и надо признать это была самая крутая доработка — звук стал бомбический. До сих пор у меня лежит в запасе идеальный экземпляр (жена как-то подарила), иногда достаю подержать.
ns3230
18.09.2018 18:53У меня в те годы ни компа, ни нормального инета не было, чтобы особо форумы штудировать (хотя жил же как-то с Opera Mini и лимитированным GPRS), вот и действовал неэффективно. А Моторола эта и у меня до сих пор где-то лежит, только внешне изрядно потрепанная за годы эксплуатации. Насколько помню, прошита на WM6 (на флешку), года 3 назад все работало, включится ли сейчас, если найду — не уверен. У меня даже MiniUSB кабелей в хозяйстве не осталось, чтобы зарядить ее, если аккум саморазрядился.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 19:07А у меня даже чехол есть и фирмовый кабель motorola
ns3230
18.09.2018 19:43Чехол тоже был, и родная флешка на 16 МБ, а вот кабель где-то давно затерялся во времени…
ci4rovik
18.09.2018 10:17Не думал что китайцы в «неоригиналах» ещё и чипы корявые ставят. Думал только сами банки похужее. Теперь буду обязательно оригинал искать для телефона или приближенный к нему в крайнем.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 10:22Как я понимаю оригинала нет, есть только нормальная копия. Саму емкость я особо не мерил — батарея iphone не супер выдающаяся по показателям удельной емкости (это же не samsung) и, если копия не откровенно паленая, обеспечить номинальную емкость можно. Тут больше вызывает вопрос потеря емкости при использовании, но на такие тесты у меня времени не было. Есть хорошее видео на эту тему
VasyaLojkin
18.09.2018 10:46Спасибо. Главные вещи понятно написаны для меня — неграмотного.Познавательный материал. А сколько лет вы занимаетесь вот этим вот всем, что сумели достичь этого уровня?
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 10:47+1Смотря что считать «вот этим всем»… если с самого начала, то лет 20.
Frankenstine
18.09.2018 11:25Вообще, для постоянно работающих устройств с не сменным аккумулятором, думаю, лучше всего считать именно потреблённую ёмкость, самим устройством (специальной микросхемой). Именно как у батарей айфона. Только микросхема эта должна быть таки в самом девайсе, а не в батарее, хотя при копеечной её стоимости… почему бы и нет. Неужели только яббл озаботился такими батареями для носимых девайсов, т.е. мельче планшетов?
x893
18.09.2018 11:26TI без проблем высылает 5 образцов с 3-х дневной доставкой. Можно сделать измеритель на плате и использовать с обычным аккумуляторм (без встроенного измерителя — только с защитой — EEMB например).
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 11:35Вот только когда наступит время покупать микросхему, датчик тока, датчик температуры на свои кровные — станет очевидно, что решение получилось далеко не бюджетное. Попутно еще калибровка и обучение нужно.
borisxm
18.09.2018 11:43Все зависит от бюджета. BQ24296 вполне можно купить по $1,7 в партии от 500шт. При этом она уже содержит весь необходимый обвес. Не такая уж большая цена по сравнению с лотерей, которую вы описали,
borisxm
18.09.2018 11:52Мда, она вам не подойдет, т.к. не отслеживает ток разряда. Но все равно, лучше закладываться на гарантированное решение — литий ошибок не прощает.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 11:54BQ24296 это микросхема с совсем другим функционалом. К тому же элитан говорит 138р за 500 шт, а это, пока доллар не стоит 81р, никак не $1,7.
8street
18.09.2018 11:59Использовать батареи от apple — такое себе решение. Это зависимость в стороннем поставщике. Их могут снять с производства в любой момент. Тем более, еще и бороться с подделками… Тут уже расписали варианты: 18650, AA с датчиком в устройстве, они всяко лучше будут. Да будут проблемы с определением точного временем работы, но даже на сотовых и ноутбуках оно не такое точное.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 12:04Все могут снять с производства. Бороться с подделками надо везде. Киньте мне уже ссылку на 18650, АА с датчиком в устройстве. Не такое точное это какое?
8street
18.09.2018 12:24Имелось ввиду, датчик температуры и пара АЦП с МК в вашем устройстве, а не в батарее АА или 18650. Я не буду с вами спорить, ведь все уже запроектировано. Сделали так — ну и хорошо. Просто делюсь опытом. По поводу неточности, у ноутов заявленный час работы может израсходоваться за 20 минут, а смартфон выключится при 15% заряда (точнее 15 упадут в 0 за секунды). Особо, если батарея уже подсажена.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 12:48Я, ни в коем случае, не хочу с вами спорить. Просто мне нужно знать на будущее если существует более простой способ, чем тот, что применил я и использовать только его. Раз вы делитесь опытом, то расскажите подробнее, что у вас получилось?
По поводу ноутов могу сказать, что у них (из-за 3S конфигурации батареи) намного сложнее BMS и те ситуации, которые вы описали, возникают при серьезном дисбалансе ячеек.
В телефонах описанная вами ситуация возникает, когда разработчики идут либо по второму методу(измерение напряжения), либо по пятому (CW2015 или наналогичные).8street
18.09.2018 13:19Нет, более простого способа не существует. Но вы отложили, тем самым, проблемы в долгий ящик, пойдя по простому пути. Вам придется делать еще раз эту же работу, когда применяемые батареи снимут с производства.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 14:23Когда любую деталь снимают с производства (при отсутствии прямого аналога) работу приходится делать еще раз.
Учитывая то, что АКБ для iPhone4 спокойно можно купить до сих пор, хотя вышел он в 2011 можно спать спокойно — 7 лет жизненный цикл продукта меня устраивает
Alexeyslav
19.09.2018 08:36АЦП встроенный в МК не хватит для задач подсчета ёмкости, слишком уж они грубые и сложно будет обеспечить точность из-за топологии. Для более-менее точного подсчета ёмкости нужен 20...24-битный АЦП.
8street
19.09.2018 11:31+1Я и не предлагал встроенные в МК АЦП. И еще для чего такая высокая битность, если уже 16-битные АЦП выдают точность 50мкВ на 3,3В питании?
Alexeyslav
19.09.2018 16:21Дело тут не в необходимости высокой точности измерения напряжения.
Высокая битность нужна чтобы подсчитывать количество энергии прошедшее через аккумулятор, низкая разрядность приведёт к быстрому накоплению ошибки.8street
19.09.2018 17:37Это актуально только для устройств-измерителей энергии/тока. А для обычных устройств, чтобы узнать кол-во энергии, затраченное батареей, я бы сделал проще. Просто заменял бы некоторый средний ток за несколько секунд, например, а потом результаты усреднял за час/день/неделю.
Alexeyslav
20.09.2018 09:17Интересно, а как вы измерите «средний ток»? АЦП измеряет только в момент времени… причем для измерения энергии важно измерять одновременно и ток и напряжение, поскольку сопротивление батареи не нулевое напряжение будет прыгать вместе с током, и если это не учесть будет накапливаться ошибка, особенно на импульсном токе.
8street
20.09.2018 10:20+1Вот смотрите. Токовый малоомный шунт. От него отводы на ФНЧ (скорее всего, пассивный RC), который усреднит ток, дальше АЦП. У АЦП существует так называемый оверсемплинг плюс цифровой фильтр, которые усредняют несколько отсчетов (сколько — настраивается). После АЦП идет обработка в МК. Например, можно делать не один запрос с АЦП, а каждую секунду и усреднить эти запросы за час. Насчет напряжения — там же стоит батарея, и блокировочные емкости. По сути, ток ВЧ (колебания напряжения с ним связаны) вообще не должен протекать через батарею, только через емкости. Но и сюда можно поставить ФНЧ — АЦП.
Alexeyslav
20.09.2018 11:27Блокировочные конденсаторы срезают ВЧ, но тем не менее быстрые изменения тока проходят порядка десятка килогерц. С этим надо что-то делать. И тем не менее, на платах почему-то не видно грядок НЧ-фильтров(особенно с постоянной времени в пару секунд) обычно пара резисторов и контроллер.
BigBeaver
20.09.2018 11:38Потому, что это все тлен и не нужно. На практике производитель сам поставляет данные энергопотребления различных узлов для различных режимов. Также есть инструменты профилирования готового устройства. Тогда мы знаем, что deep sleep жрет столько (в среднем в час, например), BLE advertising жрет по такой-то таблице в соответствии мощностью передатчика и тд. Что-то подсказывает, что с поправкой на температуру батареи это даст точность лучше, чем 10% при условии, что мы знаем реальню емкость. Последнюю же можно уточнять по референсным точкам (полный заряд, разряд до отсечки) — если мы предсказывали 10 часов работы, а вышло 8, то выставляем соответствующие коэффициенты.
Alexeyslav
20.09.2018 11:47При обычной эксплуатации только одна референсная точка — полный заряд, в ноль до отсечки практически никто не разряжает.Да и ногда бывает что до полной зарядки дело долго не доходит — девайс в постоянном пользовании и нет времени дожидаться полной зарядки.
BigBeaver
20.09.2018 12:27Если девайс постоянно заряжается, то нужны ли нам данные о заряде? Ну и да, одной референсной точки тоже может быть достаточно, если мы знаем зарядный ток.
arojer
18.09.2018 14:37Вы пишете, что разработанный вами беспроводной автономный RFID считыватель может активно использоваться от батареи до 80 часов. Исходя из этого (и учитывая описанную вами область применения), предположим, что данные считыватели используются при проведении презентации без сборки тестового проводного стенда. Теоретическое время полного заряда батареи — обычно не больше 3 часов (з/у на 2А, батарея — почти на 3000мАч). Тогда нет смысла в контроле экзотичных параметров, кроме поддержания правильного режима зарядки и защиты от опасных для батареи режимов. Провели суточную презентацию — положили заряжать.
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 14:44Наши устройства участвовали на мероприятиях длительностью 5 суток без подзарядки, но это требовало изменения режима работы для оптимизации потребления. А когда считывателей несколько десятков и они разбросаны по всему объекту, то очень не удобно что-либо с ними делать. Знать параметры всегда лучше чем не знать, особенно, когда с ним работают неподготовленные люди.
VGoudkov
18.09.2018 15:49А вариант с интегрированием тока разряда самим устройством не рассматривался? Судя по картинкам разрядных кривых есть две характерных области перегиба — их отследить не так сложно, а всё, что между ними — интерполировать вычислением оставшегося уровня за счёт интегрирования тока потребления.
После пары-тройки циклов конкретное устройство подберёт коэффициенты для своей батарейки…vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 18:21Так делают, но такой метод дает накапливающуюся ошибку, поскольку калибровка может быть только в двух точках (полный заряд или полный разряд), а они не всегда достигаются(не всегда устройство работает от полного заряда до полного заряда).
BlackDoc
18.09.2018 18:13Из китайцев достаточно честные АБК делает только SINO CAMERON.
И недёшево.
Причём и их уже подделывать начали :-)
MonkeyD
18.09.2018 18:54Мда… не думал что так все сложно, хотя возможно я никогда раньше не задумывался что там есть команды и прочее.
yvm
18.09.2018 19:55-1Повелся на заголовок, а статья оказалась о том какое разнообразие подделок и невозможности найти оригинал. Чувствую себя обманутым )
philfreeeu
18.09.2018 21:26Так а разъем для подключения батареи где покупали?
vladimir_open-dev Автор
18.09.2018 21:37+1Там же где и аккумуляторы — в магазине запчастей для сотовых. На серийку заказали катушку на алибабе.
semen-pro
19.09.2018 10:31Ток заряда при напряжении АКБ близком к 4,2В становился крайне малым (около 20мА) и процесс заряда грозил не закончится никогда.
Как-то сталкивался с повербанком-чехлом, который не на одном айфоне батарею вздул… потом его на следующий надевали… я тогда предположил, что проблема в выходном напряжении, и посоветовал больше не надевать… Сейчас проблема прояснилась.
0o0
19.09.2018 11:40+2Я к ойфонам Nohon покупаю на алишке в "Nohon official store".
Не знаю, как они общаются с телефоном, но проблем пока не было с емкостью.
Интересно бы было в этой статье увидеть, что там внутри.vladimir_open-dev Автор
19.09.2018 13:25+1Nohon вроде как хорошие, но купить его по-быстрому у меня не получилось
Gutt
19.09.2018 14:08Скажите, а не рассматривали вариант с двумя глупыми банками (только защита от перезаряда/переразряда) и переключением на вторую при разряде первой? Разумеется, переключение перед срабатыванием защиты на 0,1–0,2 В. После переключения начинаем мигать диодом «заряди меня!». Аккумуляторы можно сделать или съёмными, или заряжать прямо в устройстве. Мне кажется, всё же лучше, чем закладываться на китайский аккум, в который в любой момент могут начать класть другую микросхему.
vladimir_open-dev Автор
19.09.2018 14:15+1Не рассматривали. Если и будем делать, то свою плату gas gauge ну и обязательно рассмотрим CW2015, которую я нашел в процессе написания статьи.
safari2012
19.09.2018 18:52Правая была куплена в Китае, остальные в Москве. Стоимость $6-11.
Как мне кажется, автор не с того начал. Китайцы могут не только контроллер говняный засунуть, но и литиевые элементы непонятной емкости, надежности и с неясными сроками жизни. Особенно за 10$. Для начала, надо было на 4pda почитать ветку про iphone 6, раздел про аккумуляторы. Там много важной информации и реальных отзывов про реальные покупки — сколько прожил аккумулятор, когда сдох, как ведет себя на морозе и т.п.
Andrey_13
19.09.2018 22:38Спасибо. Для себя почерпнул некоторую нужную информацию. А с АКБ от ноутов такая же примерно ситуация (в смысле контроллеры заряда, емкости и пр)?
vladimir_open-dev Автор
19.09.2018 22:39Да, там все есть, только еще сложнее. Из-за последовательного соединения ячеек там сложнее контроллер и добавлен балансир.
Andrey_13
19.09.2018 23:03Спасибо. Буду копать информацию по АКБ для ноутбуков. А вот за структурированную статью по контроллерам аккумуляторов еще раз спасибо.
Dream117
Спасибо за статью, прочитал с интересом.Мне кажется вы все усложняете, например сейчас китайцы продают все что душе угодно, например 18650B с встроенной бмс, по размеру чуть больше АА батарейки, емкостью 3-3.5 а/ч и ценой 200 р, а если оптом то еще меньше… Получится компактней и проще/дешевле
vladimir_open-dev Автор
Мне кажется вы путаете понятие BMS. То, что продают китайцы — плата защиты от переразряда/перезаряда и она никаких данных о состоянии заряда или еще чего-либо не предоставляет.
Dream117
Ну может и путаю, но ардуинка спокойно у меня читает данные от сигнала с батареи...± /S
vladimir_open-dev Автор
Какие данные? Можно ссылку на устройство?
holomen
Китайский литий АА и 3-3,5Ач за 200р? Это фантастика, сынок!
ns3230
Не фантастика, а скорее лотерея. В некоторых случаях действительно за пару-тройку баксов нормальные аккумы попадаются. Но при этом также бывает, что у китайцев даже в разных партиях одинаковых внешне банок разброс. То продают честные 3 Ач по паре баксов, то всего 1,5 Ач.
lolhunter
Это банальная отбраковка. И по браку они могли не пройти по разным критериям. Токоотдача, например.
Andy_Big
3 А*ч в размере AA — это действительно фантастика без всяких лотерей :)
lokkiuni
Не аа, а 18650. Чуть больше, да)
yurisv3
«Отнюдь» (с)
14500
«Учите матчасть!»(с)
atamanenko
Извините за оффтоп, но зачем вы здесь использовали ©, ещё и дважды?
tvr
У него их просто слишком много, вот и лепит, куда ни попадя.
lokkiuni
18650 ну прям явно не 14500. Лежат дома и те, и те — так руки не дошли прошлой зимой запитать фонарик на велосипеде от них, езжу с колхозом на 18650 и бонусом в виде 10-15 часов непрерывной работы.
И 14500 3000мач не бывает — 1500 в лучшем случае. Всякие 3000
w RMSmah китайцы на проверку отдают 500-700-1000мач, что конечно тоже неплохо, но уже не столь радужно.Kastrulya
Это просто защита. Но никаких данных с этой «BMS» не получить. Здесь же критична именно информация с контроллера батареи.
Dream117
Называется Varicore, да имеет как защиту от кз, так и от переразряда/заряда, это одно, также имеет на борту штырь-разъем(можно снимать), который является сигнальным, управлять батарейкой конечно нельзя, но считать апмераж и напряжение можно(это все что можно)
На счет 18650B с бмс скажу-она в 1.5 раза больше обычной 18650
vladimir_open-dev Автор
Считайте, что в таком случае просто датчики за вас уже поставили, а что с этими данными делать уже ваши проблемы.
holomen
вольтаж же!
Kastrulya
Напряжение и ток можно получать и без этих плат. Короче я к чему это: в статье описываются принципиально иные нужды и другие BMS.