Πώς να σχεδιάσετε έναν μετρητή μπαταρίας (δείκτη καυσίμου μπαταρίας);

Όλα τα είδη επαναφορτιζόμενων μπαταριών γίνονται όλο και πιο δημοφιλή στη ζωή μας. Κάθε κινητή ηλεκτρονική συσκευή και ηλεκτρικός εξοπλισμός έχει τη δική της μπαταρία. Η παρακολούθηση της κατάστασης της μπαταρίας είναι απαραίτητη και χρήσιμη για τον τελικό χρήστη.
Πώς να παρακολουθείτε την υπολειπόμενη χωρητικότητα της μπαταρίας σας, με άλλα λόγια, για πόσο καιρό λειτουργεί κανονικά η μπαταρία μου; Υπάρχουν τρεις αλγόριθμοι για τη μέτρηση της υπολειπόμενης χωρητικότητας της μπαταρίας σας: η μέθοδος "Αναζήτηση καμπύλης τάσης-χωρητικότητας", η μέθοδος "Συσσώρευση ρεύματος" και η μέθοδος "Παρακολούθηση σύνθετης αντίστασης".
Firstly, we discuss "Voltage-Capacity-Curve Lookup" method, hereby we name it as VCL. This algorithms is the simple technology in all three ways. VCL is mornitoring the battery terminal voltage and comparing measured value with build-in fixed voltage-capacity table then give a result of relative remain capacity status. For different chemical battery type, the voltage-capacity curve is different. Further, even for a same battery pack, this curve will be different at higher or lower discharging current. So it is easy to understand why this method only get a gross or rough result. Generally, VCL battery monitor products have 10%~20% relative remain capacity tolerance.
As an example, BG1-XXXX is cited here. You can double click the blue topic words to get more details data of this battery meter or indicator.

HBG1-XXX Series Battery Meter (Battery Fuel Gauge)
Μετρητής μπαταρίας σειράς BG1-XXX (Δείκτης καυσίμου μπαταρίας)  Feature
 Designed for 3.6V~48V Li-ion/polymer, or NiMH, or Lead-Acid battery packs.
 5 segments LED indicator, 10% capacity resolution.
 Build-in MCU chip, accurate measure battery capacity.
 Very slim size: 42x22x5 mm, Fixed easily: self-sticky bottom sheet.
 Reverse polarity protection.
HBG1-LX (X=1~10) for 1~10series Li-ion/polymer battery-pack
HBG1-NXX (XX=3~40) for 3.6V~48V NIMH battery-pack
HBG1-AXX (XX=6~48) for 6V~48V lead-acid battery.

The advantage of this type battery monitor indicator is simple but low cost. If 10%~20% accuracy level can meet your requirements, VCL is the best recommended.

Secondly, we introduce "Current-Accumulating" algorithms ( hereby called CA), this method also named "Coulomb Calculator" or "current integration" . Battery monitor with CA function tracks the remaining capacity of a battery using the Current Accumulator. CA method maintains a net accumulated total of current flowing into and out of the battery. Generally, there are two registers used in these devices , one register for accumulating only charging current, and the other one for accumulating discharging current. Use CA function, a battery monitor not only calculates relative remaining capacity , but also measures absolute capacity (how many Ah or mAh). Comparing with “Voltage-Capacity-Curve Lookup”method, CA algorithm has a higher accuracy level (generally can reach +-5% ), but needs an extra current sensor, and this will lead a more complex wiring installation.
BG2-XXXX battery meter and BG3-XXXX battery monitor from Green Digital Power-Tech are all using this method. Following tables give a brief introduction.

HBG2-XXX-X Digital Battery Monitor Meter
Ψηφιακός μετρητής παρακολούθησης μπαταρίας BG2-XXX-X  Feature
 Designed for 6.4V~48V Li-ion/polymer, LiFePo4, NiMH, NiCd or Lead-Acid battery.
Digital display,  monitor  voltage / current and capacity easily.
 Build-in AVR chip, accurate measuring battery parameters.
 Εύκολη τοποθέτηση: Παρέχονται 4 τρύπες M3.
 Προστασία αντίστροφης πολικότητας εισόδου.
Μέγιστο επιτρεπόμενο ρεύμα: 5A, 10A, 18A ή 28A (επιλέγεται από τον τελευταίο αριθμό κατάληξης)
Με υποδοχή ελέγχου ON/OFF στην πλακέτα.
Μέγεθος: ΜxΠxΥ=98x35x25mm

Ένδειξη μετρητή μπαταρίας σειράς HBG-3-XXX (οθόνη LCD)
Δείκτης μετρητή μπαταρίας σειράς BG-3-XXX Δείκτης μετρητή (οθόνη LCD)  Χαρακτηριστικό
Σχεδιασμένο για μπαταρίες ιόντων λιθίου/πολυμερούς 6V~48V, ή NiMH, ή μολύβδου-οξέος.
Οθόνη LCD χαμηλού κόστους, εύκολη ανάγνωση όλων των παραμέτρων της μπαταρίας
 Ενσωματωμένο τσιπ AVR MCU, μετρά με ακρίβεια την τάση της μπαταρίας, το ρεύμα και τον μετρητή χωρητικότητας καυσίμου.
 Τυποποιημένη θήκη μετρητή βιομηχανίας, εύκολη τοποθέτηση και στερέωση.
 Προστασία αντίστροφης πολικότητας.
Παρέχονται αισθητήρας ρεύματος και αισθητήρας θερμοκρασίας.



Ο τρίτος αλγόριθμος ονομάζεται τεχνολογία Impedance Track™ (IT). Αυτή η μέθοδος είναι εμπορικό σήμα της εταιρείας Texas Instruments (TI). Η TI ισχυρίστηκε ότι αυτός ο αλγόριθμος έχει μεγαλύτερη ακρίβεια από τις μεθόδους αναζήτησης τάσης-χωρητικότητας-καμπύλης και συσσώρευσης ρεύματος. Εάν ενδιαφέρεστε, μπορείτε να επισκεφθείτε την ιστοσελίδα της TI για να μάθετε περισσότερες λεπτομέρειες σχετικά με αυτήν την τεχνολογία.

Υπάρχουν τρεις τρόποι για να εμφανίσετε την υπολειπόμενη χωρητικότητα μιας μπαταρίας. Ο απλός τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε μια συστοιχία LED, όπως η ένδειξη μπαταρίας BG1-XXXX. Ένας πιο όμορφος και ελαφρώς ακριβός τρόπος είναι να χρησιμοποιήσετε μια οθόνη LCD, όπως η οθόνη μπαταρίας BG2-XXXX (ή η λεγόμενη μετρητής μπαταρίας). Εάν η συσκευή σας διαθέτει θύρα επικοινωνίας SMBus, το BMS-Lxx μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτό το πρωτόκολλο για να μεταφέρει όλους τους μετρητές μπαταρίας στη συσκευή του χρήστη.