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Testeur de charge pour batterie

~~META:description abstract=Pour Christian~~ microcontroller sensor measure

Testeur de charge pour parc de batteries.

Caractéristiques

  • Mesure de tension entre 10 et 15V ;
  • Mesure du courant jusqu'à 70A au moins ;
  • Communication avec le PC sur liaison série (USART/USB bridge ok) ;

Principe

On charge le parc et on mesure de manière régulière le courant et la tension.

Résistance de charge : R = U_batt / I_decharge = {14 V} / {70 A} = 0.2 Omega

<charter> title = Courbe de courant sur charge fixe size = 700×230 align = center bgcolor = #eeeeee type = line dots = 3 legend = false XAxisName = Tension XAxisUnit = V YAxisName = Courant YAxisUnit = A labelSerie = 2

70, 67.5, 65, 62.5, 60, 57.5, 55, 52.5, 50 14, 13.5, 13, 12.5, 12, 11.5, 11, 10.5, 10 </charter>

<charter> title = Courbe de décharge à courant constant (70 A) et à charge constante (0.2 Ohm) size = 700×460 align = center bgcolor = #eeeeee type = line dots = 3 legendEntries = Courant constant, Charge constante XAxisName = Temps XAxisUnit = h YAxisName = Tension YAxisUnit = V labelSerie = 3 graphLabels = 2|0|67.5 A, 2|1|66.05 A, 2|2|64.64 A, 2|3|63.25 A, 2|4|61.9 A, 2|5|60.57 A, 2|6|59.27 A, 2|7|58 A, 2|8|56.76 A, 2|9|55.54 A, 2|10|54.35 A, 2|11|53.19 A, 2|12|52.5A

13.5, 13.2, 12.9, 12.6, 12.3, 12, 11.7, 11.4, 11.1, 10.8, 10.5, 10.5, 10.5 13.5, 13.21, 12.93, 12.65, 12.38, 12.11, 11.85, 11.6, 11.35, 11.11, 10.87, 10.64, 10.5 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 </charter>

how_does_it_works.svg

Electronique

La charge passive

On vise 0.2 ohms pouvant supporter au moins 70A. Le plus adapté semble être le fil de nichrome (plusieurs en parallèle), la chaleur se dissipera dans l'air. Il convient toutefois de garder une marge de sécurité par rapport au courant max du fil.

Paramètres de calcul

  • I_max = 70 A x 120% = 84 A
  • R_charge = 200 mOhms
  • L_connect = 0,09	ft (longueur au niveau de la connectique)

Types de fil sur Ebay

AWG R/ft (mohm) PU / 10ft FDP / 10ft FDPsup
24 1670 4,50 $ 2,50 $ 1,00 $
22 1060 6,00 $ 2,00 $ 1,00 $
20 659 6,75 $ 2,00 $ 1,00 $
19 521 7,50 $ 2,00 $ 1,00 $
18 422 8,00 $ 2,00 $ 1,00 $
17 333 8,75 $ 2,00 $ 1,00 $
16 260 9,50 $ 2,00 $ 1,00 $
15 208 10,25 $ 2,00 $ 1,00 $
14 165 11,50 $ 2,00 $ 1,00 $

Quantité nécéssaire avec Tmax = 600°C

Rinc @ 600°C = 8,60%

AWG Imax (A) 650°C N fils (140A) Rfil (mohm) Lfil (ft) Total ft N wheel PT
24 5,1 17 3400 1,87 33,4 4 23,50 $ 19,47 €
22 6,8 13 2600 2,26 30,53 4 29,00 $ 23,79 €
20 9,1 10 2000 2,79 28,85 3 24,25 $ 20,06 €
19 10,6 8 1600 2,83 23,34 3 26,50 $ 21,83 €
18 12,2 7 1400 3,05 22,01 3 28,00 $ 23,01 €
17 14,5 6 1200 3,32 20,45 3 30,25 $ 24,78 €
16 17 5 1000 3,54 18,16 2 22,00 $ 18,29 €
15 20 5 1000 4,43 22,58 3 34,75 $ 28,31 €
14 23,5 4 800 4,46 18,22 2 26,00 $ 21,44 €

Quantité nécéssaire avec Tmax = 900°C

Rinc @ 900°C = 10,50%

AWG Imax (A) 900°C N fils (140A) Rfil (mohm) Lfil (ft) Total ft N wheel PT
24 7,1 12 2400 1,3 16,69 2 12,50 $ 10,82 €
22 9,6 9 1800 1,54 14,64 2 15,00 $ 12,79 €
20 13 7 1400 1,92 14,09 2 16,50 $ 13,97 €
19 15,2 6 1200 2,08 13,05 2 18,00 $ 15,15 €
18 17,7 5 1000 2,14 11,17 2 19,00 $ 15,93 €
17 21,1 4 800 2,17 9,06 1 10,75 $ 9,45 €
16 25,1 4 800 2,78 11,5 2 22,00 $ 18,29 €
15 29,4 3 600 2,61 8,1 1 12,25 $ 10,63 €
14 34,6 3 600 3,29 10,14 2 26,00 $ 21,44 €

Feuille de calcul

Le shunt

Pour que la mesure reste fiable sur la durée le shunt ne dois pas être utilisé à plus de de 66% de sa capacité, ce qui nous donne un shunt de calibre 110A au minimum. On trouve sur Ebay des shunt 200A/75mV (0.5%) pour environ 10$ : http://www.ebay.com/itm/200A-75mV-DC-current-shunt-resistor-amp-panel-meter-/250636691170?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item3a5b1c66e2.

Plage de sortie : V_outmax = {{70 A}/{200 A}} * 75 mV = 26.25 mV

Interfaces de mesure

Le but est de ramener les tensions de batterie et du shunt dans une plage acceptable pour le convertisseur du uC. On aura besoin d'une référence à mieux que 1% pour le convertisseur.

V_maxmes <= V_refcan <= V_uC <= 5 V

Un 780X régule à environ 1-2%, pas suffisant, on trouve par contre des références 2.048V/10mA 0.1% à 3.90$ et qui s'alimentent en 5V datasheet : http://www.ebay.com/itm/REF5020-Precision-Voltage-Reference-2-048V-0-05-/180788801090?pt=LH_DefaultDomain_0&hash=item2a17da2e42

Pour avoir la pleine échelle il nous faudrait donc :

Canal Gain Mesure max step Entrée max étage gain
Vbatt 0.13333 15.36 V 15 mV 15.36 V
Ibatt 53.3333 102.4 A 100 mA 38.4 mV

Les mesures doivent se faire avec des amplis compensables en offset type LM318 ou OP07 si besoin est.

input_stage.svg

Schéma global

schematic.svg

Source

main.c
// Source code
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