Jauge pour les Ah d'une batterie

[yvan30]

Bonjour
J’ai besoin de votre aide.
Le projet d’étude de mon neveu qui est en BTS Maintenance est une jauge pour mesurer les Ah restant dans une batterie au plomb.
Dans ses cours de 1ere année aucune notion de microcontroleur n’est au programme.
J’en déduis donc qu’il doit se débrouiller avec ce qu’il étudie, à savoir l’ampli OP (comparateur, amplificateur), et les circuits logiques.
Pendant qu’il se débat avec sont problème, et pour ne pas être pris de cours, je cogite sur comment faire.
En se moment il se bat avec les compteurs, les diviseurs asynchrones (asynchrones là moi je commence a nager).
Les contraintes sont
Batterie 12 à 24V
Shunt 1 milli ohms,
Affichage sur 2 digits.
Pour respecter ses cours je pense utiliser le schéma suivant
1) Amplification de la tension aux bornes du shunt (avec détermination charge ou décharge)
2) Cette tension charge un condensateur, à un seuil donné un comparateur bascule (donc pour un certain nombre de mAh),
Ce basculement provoque la décharge du condensateur et une impulsion vers le circuit de comptage,
3) Les impulsions sont divisées, puis comptées par un circuit compteur-décompteur (somme de tous les mAh),
Suivant l’information charge, décharge le compteur compte (batterie en charge) ou décompte.
Je vous donne en pièce jointe le synoptique du circuit d’amplification de la tension aux bornes du shunt.
Merci de votre aide
-----

[chatelot16]

ton idée est la bonne : c'est faire un compteur d'ampere heure

j'en ai quelque un utilisé sur de vieilles instalation : ca ressemble a un compteur edf avec un disque qui tourne : mais c'est plutot un moteur a courant continu special a tres faible frottement qui le fait tourner

ta solution avec un condensateur qui se charge et un compteur est a peine plus moderne , mai deja depassée : maintenant tout le monde mettra un microcontroleur

ton projet est bon a realiser
pour eviter le probleme de decharger le condensateur je te conseille plutot de faire avec des interupteur cmos 4016 et des aop un truc qui inverse le sens du courant dans le condensateur chaque fois que les tension limites haute et basse sont ateinte

[DAUDET78]

et pour mesurer le courant, un MAX4173 (ou autre)
http://www.datasheetcatalog.net/data...MAX4173F.shtml

[yvan30]

Ok merci je continu dans cette voie.

[A voir en vidéo sur Futura]

[yvan30]

Bonjour
Voici la suite du projet.
Je suis vraiment une bille mais je ne trouve pas les driver pour afficheur.
Principe
Un courant, image du courant batterie, charge un condensateur jusque une tension de seuil. Au seuil le condensateur est déchargé et une impulsion est envoyée aux compteur-décompteur.

Mesure du courant
Le Data du MAX472 donne pour calcul du courant de sortie iout = (I . Rs) / Rg
Rs valeur du shunt et Rg résistance en entrée
De plus si iout < 3,7 µA le sens du courant donné par le circuit n’est pas sûr.
Avec Rs = 0,001 ohms pour mesurer un courant mini de 0,1 A il faut Rg = 0,1 x 0,001 / 3,7 µA = 27 ohms.
Avec Rg = 22 ohms Imin devient 0,08A.

Intégrateur
C’est le courant iout de sortie du MAX472 qui charge le condensateur C1.
Aux bornes de C1 on a Q = C1. Vc1 = iout . t
Lorsque Vc1 = Vréf A1 décharge C1 via D2, et T1 et produit l’impulsion.
Il faut 100 impulsions pour 100% de charge.
Pour éviter une valeur trop forte de C1 un diviseur précède le compteur.
C’est le MAX472 qui donne le sens du courrant au compteur-décompteur

Diviseur
Par simplicité c’est un 4020 ou un 4060 qui assure la division par 2 ^14 soit 16384.

Fin de charge
Un comparateur A2 fait la Remise à 99 (entrée P0 à P3 et Enable) des compteur-écompteur lorsque la tension batterie atteint 14 V. Cela bloque le comptage en fin de charge.

Calculs
La charge à 100% d’une batterie de capacité Ca sous un courant I dure T(h) = Ca / I.
La durée entre 2 impulsions est t(h) = Ca / (100.I). en heures
En amont du 4060 la durée est t(s) = k1 . Ca / I en secondes
avec k1 = 3600/(100.16384) = 0,00219 = 2,19 e-3.
L’impulsion à lieu lorsque Vc1 = Vréf = (iout . t) / C1

Comme iout = I . Rs / Rg
Vréf = (I . Rs/Rg . k1 . Ca/I) / C1 = k . Ca / C1 avec k = k1 . Rs/Rg = 99,876 e-9 en prenant k = 100 e-9 l’erreur est de 0,13 %.

Vréf = 0,1 . Ca/C1 avec C1 en µF

Le réglage de Vréf permet de calibrer la jauge à la capacité de la batterie.

Vréf (Volt)........... 50 Ah......100 Ah.....200 Ah ......400 Ah.......... 800 Ah
4,7 µF.................1,064...... .2,13........4,26............8 ,51.............(17,02)
10 µF...................0,5...... ....1.............2........... .....4..................8

Défauts
La charge a un rendement de 80%, cette jauge n’en tient pas compte. La solution d’augmenter de 20% la capacité de la batterie dans le réglage de Vréf solutionne ce problème mais elle compromet le calcul de l’énergie restante lors de la décharge.
Solutions
1) modifier Vréf en fonction du sens du courant, en ajoutant une résistance sous P1, avec un circuit (4066) qui strappe la résistance en decharge
2) avoir une valeur différente pour Rg "coté" charge et Rg "coté" décharge.

Si une inversion du courant se produit juste avant le seuil de basculement de A1 la portion de décharge est affecté à la charge (et vice versa), l’erreur est faible 1/16384 de Ca.

La Remise à 99 en fin de charge met l’affichage à 99 pour une batterie chargé et pas à 100 mais avec 2 digits je ne vois pas comment faire.

Merci de votre aide

[yvan30]

Bonsoir
j'ai oublié de vous joindre le data du max 472
Je ne maîtrise pas du tout l'anglais, avec un dico je butte sur chaque mot, et avec les traducteurs c'est la cata.
Pensez vous qu'en jouant sur la valeur de Rg coté batterie il soit possible d'avoir le courant iout différent suivant le sens du courant dans le shunt.
Mon idée est de tenir compte du rendement de la charge.
Lorsque la batterie se charge ne prendre que 80% des Ah qui rentrent et en prendre 100% lors de la décharge?
merci.

[chatelot16]

il est trop compliqué de changer la valeurs du schunt

il vaut mieux changer quelque chose dans le traitement du signal apres mesure : dans le genre ampli ayant un gain different pour les courant positif et negatif

[invite03481543]

Salut Yvan30,

as-tu un descriptif des caractéristiques réclamées pour le projet de ton neveu?
Parce que le soucis à la lecture de tes posts précédents, si tu me permets une remarque, c'est que tu vas réaliser par le principe décrit un compteur de Coulomb mais pas un Ah-mètre pour batterie.
La différence est liée essentiellement au fait qu'une batterie est non linéaire, pour trouver sa capacité réelle il faut faire appel aux équations de Peukert ou utiliser par exemple la méthode du modèle, bref nécessairement associer un correcteur récursif de calcul.
Une batterie vieillie, est sensible à la température, sa capacité dépend du courant injecté, etc..

C'est pour ça que la problématique n'est pas la même que de compter simplement du courant.
Et c'est aussi pour ça que je te demande si tu as un plan de cadrage pour ce projet.
Cordialement.

PS: quelque soit la méthode choisie, je pourrai te tuyauter et te fournir des infos, j'ai pondu plusieurs produits pour l'automobile notamment.
@+

[chatelot16]

je n'aime pas le systeme avec decharge d'un condensateur par impulsion : c'est difficile a optimiser : si l'impulsion est trop longue le compteur compte moins que prevu , si l'impulsion est trop courte la decharge n'est pas complete et ca compte plus que prevu

je prefere un integrateur commandé par le courant mesuré transmis par un ampli a gain +1 ou -1 pour le faire monter et descendre entre 2 seuil : il n'y a plus ce compromis a faire pour choisir un temps de decharge

il ne faut pas mettre a 99 le compteur quand la tension est de 14 v : ca n'est pas une preuve de fin de charge

quand la tension de 14v est ateinte il faut reduire le courant et continuer a charger avec un courant de plus en plus faible : c'est quand la batterie ne voudra plus de courant du tout que tu poura la considerer comme pleine

il est en plus conseillé en fin de charge remettre un courant plus fort quelque soit la tension pendant un certain temps : charge d'egalisation : ca fait de l'oxygene et de l'hydrogen qui brasse l'electrolyte et disperse la trop forte concentration d'acide produite par la charge a la surface des plaques

autre remarque

quand on veut mesurer le courant avec un oscillateur et compter ensuitre il n'y a pas besoin de max462 : on peut cabler l'oscillateur autour du + avec des aop ordinaire et transmettre le signal a compter par une liaison capacitive

[yvan30]

Salut Yvan30,

as-tu un descriptif des caractéristiques réclamées pour le projet de ton neveu?
Parce que le soucis à la lecture de tes posts précédents, si tu me permets une remarque, c'est que tu vas réaliser par le principe décrit un compteur de Coulomb mais pas un Ah-mètre pour batterie.
La différence est liée essentiellement au fait qu'une batterie est non linéaire, pour trouver sa capacité réelle il faut faire appel aux équations de Peukert ou utiliser par exemple la méthode du modèle, bref nécessairement associer un correcteur récursif de calcul.
Une batterie vieillie, est sensible à la température, sa capacité dépend du courant injecté, etc..

C'est pour ça que la problématique n'est pas la même que de compter simplement du courant.
Et c'est aussi pour ça que je te demande si tu as un plan de cadrage pour ce projet.
Cordialement.

PS: quelque soit la méthode choisie, je pourrai te tuyauter et te fournir des infos, j'ai pondu plusieurs produits pour l'automobile notamment.
@+

Bonsoir
Mon neveu est en 1 année de BTS maintenance pas d'électronique.
Ses courts sur les batteries se limitent à du descriptif des différents types et de quelques vagues notion de chimie. On est loin, et ce n'est pas son ambition, du niveau ingénieur. Je ne suis même pas sur que la notion de rendement de charge, ne soit à prendre en compte. C'est moi qui me suis emporté, mais on ne se refait pas.
Pour l'utilisation du MAX472 c'est DAUDET78 qui ma mis sur la piste, je ne suis pas sur que le prof n'impose pas du 741 ou de l'EL34....
Pour Chatelot j'ai essayer de pondre un circuit convertisseur double rampe, mais je rame un max, je vous rappelle que je bidouille l'électronique, faire un petit ampli, un comparateur avec de Ao, je m'en sort à peine en courant continu alors n'envisagez même pas de me conduire sur les sentiers de l'alternatif.

[chatelot16]

Pour Chatelot j'ai essayer de pondre un circuit convertisseur double rampe, mais je rame un max, je vous rappelle que je bidouille l'électronique, faire un petit ampli, un comparateur avec de Ao, je m'en sort à peine en courant continu alors n'envisagez même pas de me conduire sur les sentiers de l'alternatif.

ne t'inquiete pas je vais te faire un schema a ampli op et interupteur cmos 4016 pour faire les commutations

je ne suis pas sur que le prof n'impose pas du 741 ou de l'EL34....

j'ai un chargeur de batterie de chariot elevateur dont le courant et commandé par une self saturable comandé par un regulateur a lampe : mais je n'ai meme pas regardé si c'etais une EL34

le compteur d'ampere heure est monté sur le chariot : ca ressemble a un compteur edf mais c'est un espece de moteur a courant continu a faible frotement qui est dans le compteur

il y a un schunt a 2 prise pour tenir compte du rendement de la batterie : la prise de charge du chariot et le depart vers les moteurs arrivent a des point different du schunt

[yvan30]

Bonsoir
La fin de de charge de la batterie est acquise à 13,8V, la montée à 14,4V permet le brassage de l'électrolyte, c'est la raison du passage à 99 % (nota 100% avec une led pour afficher le 1 via la sortie carry est possible) lorsque la tension atteint 14V (c'est surtout la disparition du seuil qui permet le déblocage du compteur decompteur).
La charge d'égalisation n'est à réaliser qu'une fois par mois.
La décharge de C1 semble être le point sensible, la resistance d'entrée de A1 va décharger C1, pour éviter un ampli suiveur en amont de A1 et comme le Max 472 marche également en sortie tension, si je commande un VCO par la sortie du MAX est ce préférable?
Je joint la dernière version avec le courant en sortie du MAX différent suivant la charge ou la décharge (pour prendre en compte le rendement de la charge).
Les valeurs de Rg sont donc différente.
A plus

[chatelot16]

circuit integré VCO est une solution tout a fait utilisable

mais le max472 donne une tension de sortie tres faible il faudra un ampli op pour augmenter la tension et commander un vco

[yvan30]

Bonjour

Le générateur d'impulsion est remplacé par un oscillateur piloté en tension (VCO), le schéma est donné sur "302 circuits" d'Elektor.

Principe
Une tension, image du courant batterie, pilote un VCO les impulsions de sortie sont envoyées aux compteur-décompteurs.

Mesure du courant
Le Data du MAX472 donne pour calcul du courant de sortie iout = (I . Rs) / Rg
Rs valeur du shunt et Rg résistance en entrée
De plus si iout < 3,7 µA le sens du courant donné par le circuit n’est pas sûr.
Avec Rs = 0,001 ohms pour mesurer un courant mini de 0,1 A il faut Rg = 0,1 x 0,001 / 3,7 µA = 27 ohms.
Avec Rg = 22 ohms Imin devient 0,08A.
Les résistances d'entrées sont différentes pour avoir une minoration de 20% du courant de charge de la batterie (rendement de charge de 80%).
Rg décharge 22 ohms (iout = 45, 455 µA pour I = 1A) et
Rg charge 26,4 ohms (iout = 45, 455 µA pour I = 1,2A)
En sortie le courant iout dans Rout produit une tension Vout proportionnelle au courant.
C’est Vout qui pilote le VCO.

Intégrateur
L’ensemble MAX 472 et VCO produit un fréquence proportionnelle au courant de la batterie. C’est le comptage des impulsions qui joue le rôle d’intégrateur.
Il faut 100 impulsions pour 100% de charge.
Pour éviter une fréquence trop basse en sortie du VCO un diviseur précède le compteur.
C’est le MAX472 qui donne le sens du courrant au compteur-décompteur

Diviseur
Par simplicité c’est un 4020 ou un 4060 qui assure la division par 2 ^14 soit 16384.

Fin de charge
Un comparateur A2 fait la Remise à 99 (entrée P0 à P3 et Enable) des compteur-écompteurs lorsque la tension batterie atteint 14 V. Cela bloque le comptage en fin de charge.
Il est tout aussi simple de prévoir un affichage à 100 en fin de charge (ajout de un digit).

Calculs
La charge à 100% d’une batterie de capacité Ca sous un courant I dure T(h) = Ca / I.
La durée entre 2 impulsions est t(h) = Ca / (100.I). en heures
En amont du 4060 la durée est
t(s) = k1 . Ca / I en secondes, avec k1 = 3600/(100.16384) = 36/16384 et
F(Hz) = k2 . (I/Ca) avec k2 = 1/k1 = 16384/36.
En sortie du VCO F = 135.(Uin/Ualim)
Uin = Vout = Rout . iout = Rout . I . (Rs/Rg)
F = k2 . (I/Ca) = 135 . (Rout . I . Rs) / (Rg . Ualim)
Rout = k / Ca avec k = (k2 . Rg . Ualim) / (135 . Rs) = (16384x22x9) / (36x135x0,001) = 667496 soit 670 e3 à 0,4% prés.
Rout = 670 / Ca avec Rout en kohms.

Le réglage de Rout permet de calibrer la jauge à la capacité de la batterie.

Défauts
La Remise à 99 en fin de charge met l’affichage à 99 pour une batterie chargé.

La loi du VCO F=135 Uin/Ualim est tiré d'une interpolation sur la photocopie d'un graphe.

[chatelot16]

ton vco est tres bien !

il ont reussi a faire monter et descendre un integrateur a une vitesse proportionnelle a l'entrée , avec un seul transistor pour commuter

c'est bien plus simple que ce que je voulais faire avec des 4016

[yvan30]

Bonjour
En furetant j'ai trouvé un schéma de VCO donné par DAUDET78 (réponse n°20).
http://www.abcelectronique.com/forum...&highlight=vco
Le LM324 converti la tension d'entrée en courant , le courant charge un condensateur qui est déchargé par un 555, (principe comparable à ma première version).
En supprimant l'AO qui transforme la tension en courant (la sortie du MAX est en courant, j'ai dessiné une nouvelle version.
Vous semble t elle viable, car a part le MAX les composants sont hyper facile à trouver.