Il progetto è di realizzare un analizzatore dello stato di carica del pacco batterie di servizio fornendo una lettura della tensione, della corrente di carica e scarica e della capacità residua delle batterie stesse. Alla corrente in uscita dalle batterie è stata applicata la legge di Peukert.

Il progetto

Per la lettura della tensione della batteria è stato utilizzato un partitore di tensione mentre per la lettura della corrente è stato utilizzato uno shunt amperometrico e la shield INA219 pilotato da un Arduino UNO che rileva la piccola caduta di tensione ai capi di quest'ultimo. Nella figura sottostante è mostrato lo schema di principio del circuito di lettura della corrente.

Nella figura sottostante sono mostrate le grandezze misurate:

•

La tensione in Volt,

•

la corrente che attraversa lo shunt (quindi tutta quella che circola nel pacco batterie),

•

la capacità residua del pacco batterie in Ah e in percentuale,

le ore di funzionamento.

Componenti

I componenti utilizzati sono stati:

•Arduino Unoù

•Alimentatore

•Shunt amperometrico

•Shield INA219

•Partitore di tensione

•Display LCD 20x4

•Interruttori di accensione e di accensione retroilluminazione LCD

•Pulsanti

Appendice La legge di Peukert

La legge di Peukert è una semplice relazione che mette lega la capacità di una batteria al Piombo in funzione dell'intensità della corrente prelevata. Come quest'ultima cresce e più decresce la capacità della batteria.Normalmente la capacità riportata dai costruttori come dato di targa è quella ottenibile con una corrente di scarica pari ad un ventesimo (C20) della sua capacità, ad esempio per una batteria da 100 Ah significa che la stessa è in grado di fornire una corrente di 5 A per 20 ore.Per correnti superiori la capacità della batteria si riduce secondo la legge di Peukert: 

ItC K P =⋅ 

dove 

P C è la capacità espressa in Ah, 

I è l'intensità della corrente di scarica, 

t è il tempo in ore della scarica.

Si ottiene ad esempio che per una batteria 100 Ah sottoposta a una corrente di scarica di 10 A la sua durata non sarà pari a 10 h ma circa a 8,7 A, in pratica è come se la capacità della batteria si fosse ridotta a circa 87 A.

La legge di Peukert può anche essere scritta come: 

Il software

Nelle righe di codice è riportato un estratto delle parti rilevanti del software realizzato per la gestione dell'analizzatore.

/*

Battery Monitor

by Antonio Viggiani (2013) versione alfa

*/

#define AVG_NUM 32 // numbero di iterazioni per la lettura media

#define BS_VOLT_CHAN 2 // adc pin di lettura analogica

float CAPACITA = 200.0; // capacita nominale batteria (C20)

float amper_ora = CAPACITA; // capacità residua batteria

float k = 1.4; // esponente di Peukert

float rendimentoRicarica = 0.95; // efficienza in ricarica

/* funzione per la lettura della tensione */

int read_adc(int channel){

int sum = 0;

int temp = 0;

int i;

for (i=0; i

temp = analogRead(channel);

sum += temp;

}

return(sum / AVG_NUM);

}

/* funzione per la lettura della corrente */

float read_current(){

float sum = 0.0;

float temp;

int i;

for (i=0; i

temp = monitor.shuntCurrent() * BS_AMPER_SCALE + amper_offset; // read the input INA219

sum += temp; // store sum for averaging

}

return(sum / AVG_NUM); // divide sum by AVG_NUM to get average and return it

}

/* funzione per la lettura della tensione di riferimento dell'Arduino */

long readVcc() {

long result;

// Read 1.1V reference against AVcc

ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1);

attendi(2); // Wait for Vref to settle

ADCSRA |= _BV(ADSC); // Convert

while (bit_is_set(ADCSRA,ADSC));

result = ADCL;

result |= ADCH<<8;

result = 1126400L / result; // Back-calculate AVcc in mV

return result;

}

/* funzione per il caloclo della corrente di Peukert*/

float CurrentPeukert(float c){

float temp = 0.0;

float temp1=0.0;

temp = -1.0*c;

temp1 = (pow(temp, k)/pow(CAPACITA/20.0, k-1.0)) * -1.0;

if (temp1 * -1.0 < temp)

{

temp1 = temp * -1.0;

}

return temp1;

}

void setup() {

// iniliziazione

}

void loop() {

float temp;

temp = read_adc(BS_VOLT_CHAN);

voltBS = temp/1023.0*readVcc()/1000*5.0;

Current = read_current();

time = millis();

intervallo_tempo = (time - old_time)/1000.0/3600.0;

old_time = time;

if (Current >= 0.0 && (amper_ora < CAPACITA))

{

amper_ora = (intervallo_tempo * Current) * rendimentoRicarica + old_amper_ora;

}

else

{

if (Current < 0.0)

{

amper_ora = (intervallo_tempo * CurrentPeukert(Current)) + old_amper_ora;

}

}

old_amper_ora = amper_ora;

}

 By Antonio Viggiani (2013)

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