Misurare voltaggio di una batteria inferiore ai 5V

Ciao a tutti, sto costruendo un'arredi di piccole stazioni di rilevamento dati in alta quota, alimentate da un pannello solare.
Devo ancora arrivare a dimensionare l'impianto, e mi accingo a fare qualche test.
Domanda che mi fa impallidire pensando alle mie lacune: per misurare il voltaggio della bateria (nominalmente 3.7 V) non dovrei aver bisogno di un partitore di tensione giusto?
Che io sappia il rischio è solo quando il valore misurato è superiore al Vref, quindi cercando un po' ho trovato la descrizione di esempi del genere, con una resistenza di protezione:

Ho quindi tre domande:
Lo "schema" è giusto?
Su cosa devo basarmi per decidere il valore della resistenza?
Esiste un sistema per misurare sia il voltaggio cui è arrivata la batteria che quello che sta producendo il pannello solare?

Vi ringrazio

Se il tuo Arduino è alimentato a 5 Volt, puoi misurare direttamente la tensione della batteria a 3,7 Volt. La resistenza come messa nello schema può essere utile in casi di cc sui pin di Arduino.
Se Arduino è alimentato a tensione più bassa devi utilizzare un partitore di tensione.

Per la misura della tensione del pannello, devi crearti un partitore di resistenze per abbassare la tensione di ingresso. In questo caso è meglio utilizzare un trimmer multi giri per la regolazione.

Se il negativo del pannello è lo stesso di Arduino, puoi utilizzare un secondo pin ingresso e misurare contemporaneamente le due tensioni.

Saverio.

Il fatto che la tensione nominale della batteria sia 3.7V, induce a pensare che stai usando una batteria LiPO.

Quando è completamente carica, la sua tensione è circa 4.2V, quindi siamo ancora all'interno dei 5V di Arduino.

In teoria questa tensione potresti misurarla direttamente su un ingresso analogico di Arduino, tuttavia è meglio inserire un resistore di limitazione corrente per sicurezza, come ti hanno indicato.

Infatti, in caso di corto sul circuito di ingresso di Arduino, tutta la corrente disponibile dalla batteria (possono essere molti ampere) si scaricherebbe nel circuito provocandone la fusione.

Con un resistore da 1k la corrente massima che potrebbe scorrere nel circuito (corto circuito) è 4.2mA considerando i 4.2V della batteria completamente carica.

Sono incerto sulle batterie da usare, vorrei evitare le lipo per la complessità dei cicli di carica e scarica, del resto il peso non è un grande limite.
Penserei a 3 eneloop in serie, dovrebbero avere delle buone prestazioni in condizioni di freddo, o ad un paio di 16850 in parallelo.
Il pannello solare non dovrebbe poter produrre una corrente superiore ai 5v, ma posso comunque fare un partitore per sicurezza e ricalcolare i valori via software.
Mi chiedevo però: il positivo del pannello non va direttamente sul catodo della batteria? Come posso in quel caso leggere due tensioni diverse?

In ogni caso, si tratterebbe di uno schema di questo genere? (la dimensione del pannello non è indicativa, era l'unico nella libreria di fritzing)

Le NiMH sono più semplici da ricaricare: basta ricaricare a corrente costante.

Le 16850 18650, invece, sono delle LiIon con tensione nominale di 3.6V e ricarica simile a quella delle LiPO.

Attenzione: molte 18650 in commercio sono finte, cioè non rispettano la capacità indicate sul contenitore, perciò bisogna acquistare quelle di marca, ovviamente più costose.

Dipende tutto da come alimenti Arduino. Se lo alimenti direttamente dalla batteria non puoi misurarla cosí semplicemente perché usata la tensione di riferimento la tensione di riferimento, la batteria stessa avrá sempre 1023 ADC.

Come alimenti Arduino?

La cosa piú semplice é un accumulatore al piombo. Basta limitare la tensione, non serve un circuito di carica particolare.

Ciao Uwe

cyberhs:
Le NiMH sono più semplici da ricaricare: basta ricaricare a corrente costante.

Le 16850, invece, sono delle LiIon con tensione nominale di 3.6V e ricarica simile a quella delle LiPO.

Per le 16850 pensavo a questo modulo:
http://www.electroschematics.com/10551/tp4056-lipo-battery-charger-rc-toys/

Mentre le NiMH quindi basta connetterle al pannello o ci vuole anche in quel caso qualcosa di mezzo (ovviamente con di mezzo un diodo)?

Pensavo comunque di alimentare l’AVR dalle batterie con di mezzo un regolatore del genere:

Oppure a col corrispondente modulo da 3.3v di output e un clock da 8Mhz, ovviamente prevedendo partitori di tensione per la lettura delle tensioni.

In più, quando la tensione prodotta non fosse sufficiente a ricaricare le batterie oppure se la loro temperatura fosse inferiore allo zero, vorrei deviare la tensione l’energia prodotta dal pannello su un pad termico che avvolga le batterie, il tutto molto bene isolato.

cyberhs:
Le NiMH sono più semplici da ricaricare: basta ricaricare a corrente costante.

Le 16850, invece, sono delle LiIon con tensione nominale di 3.6V e ricarica simile a quella delle LiPO.

Attenzione: molte 16850 in commercio sono finte, cioè non rispettano la capacità indicate sul contenitore, perciò bisogna acquistare quelle di marca, ovviamente più costose.

18650 cioè 18mm per 65mm non 16850

Hai ragione Icio, intendevo le 18650

Come ho detto le NiMH vanno ricaricate con un regolatore a corrente costante (1/10 oppure 1/20 della capacità della batteria).

Tuttavia proprio questa caratteristica le rende non indicate per il fotovoltaico, in quanto è richiesto un sistema di carica veloce per sfruttare meglio il pannello solare.

Perché hai scartato le classiche batterie al Pb?

Ci sono modelli per basse temperature.

Sapresti indicarmene uno?
La ragione principale è che a parità di capacità sono molto più grandi e pesanti, il che vuol dire maggiori difficoltà di trasporto e una massa molto più grande da isolare e riscaldare in caso usiamo un pad termico.
Ho fatto delle ricerche ma non ne avevo trovati in grado di venire ricaricate al di sotto dello zero.

In una batteria al Pb la bassa temperatura determina un abbassamento della capacità nominale: ad esempio, a -10°C una batteria da 10Ah @ 25°C dimezza la sua capacità nominale.

Tuttavia la sua temperatura interna in fase di carica/scarica sale, quindi parzialmente il fenomeno viene compensato.

L'accortezza è quella di prevedere una capacità maggiore di almeno il 30-40% di quella necessaria.

Se le batterie al Pb non potessero essere caricate al di sotto di 0°C, come farebbero le automobili in montagna d'inverno?

La batteria che userei dovrebbe essere di tipo AGM (Absorbent Glass Mat) per scariche profonde e non GEL che invece è più adatta ad un uso tampone.

cyberhs:
Se le batterie al Pb non potessero essere caricate al di sotto di 0°C, come farebbero le automobili in montagna d’inverno?

La batteria si trova nel comparto motore dove la temperatura va ben oltre gli 0° in pochi minuti dall’accensione dello stesso anche se fuori ci sono -20° :slight_smile:

La batteria si trova nel comparto motore...

Hai ragione per le auto, ma nel caso delle imbarcazioni in cui il vano batterie è separato dal motore?

cyberhs:
Hai ragione per le auto, ma nel caso delle imbarcazioni in cui il vano batterie è separato dal motore?

Si trovano comunque in un comparto riscaldato, anche in questo caso poco tempo dopo l'accensione del motore la temperatura ve ben oltre 0°.
Il vero problema è se le batterie al piombo rimangono per molto tempo esposte a temperature molto basse, col rischio reale di non riuscire ad avviare il motore perché sia il livello di carica che la massima corrente erogabile sono fortemente ridotte.
In casi estremi, p.e. mezzi pensati per regioni dove fa freddo sul serio e la temperatura rimane molto sotto lo zero per buona parte dell'anno, il comparto batteria oltre ad essere ben coibentato contiene un elemento riscaldante per minimizzare i problemi dovuti alle temperatura.