Идея и реализация простого средства контроля расхода энергии аккумуляторов

Наверное первое, о чем задумывается владелец после покупки троллингового мотора к лодке, или, скажем, установки электрокита на велосипед — это то, насколько далеко можно безопасно уплыть/уехать без необходимости возвращаться обратно на веслах или педалях. Подобная же участь не обошла и меня, поэтому когда несколько лет назад у меня появился электрический лодочный мотор, сразу же возникла идея реализовать контроль расхода ампер-часов из питающей мотор батареи простым, но при этом более-менее точным способом.

Отмечу сразу, что разговор пойдет о методе контроля расхода ампер-часов путем интегрирования по времени мгновенного тока разряда, а методы контроля, связанные с измерением ЭДС или напряжения батареи под нагрузкой, вместе со всеми их достоинствами и недостатками, оставим за скобками.

Еще однин момент — идея была реализована несколько лет назад, когда еще не было простой возможности заказать на ebay приборы контроля состояния силовой установки (например, для электромобилей). Сейчас они существуют и могут быть заказаны на ebay или aliexpress, но пока еще достаточно дороги. В то время выбора у меня не было, поэтому решил сделать устройство сам.

Мгновенный ток решил измерять по классическому принципу — по велечине падения напряжения на измерительном шунте (куске питающего провода) с известным сопротивлением. Учет по времени (интегрирование) и индикацию изначально рассчитывал сделать микроконтроллерными средствами, однако необходимость городить индикаторы, кнопки, все это корпусировать меня останавливала — игра казалась не стоящей свеч.

И тут меня осенило — существует готовый прибор, способный сильно упростить задачу — велокомпьютер! Действительно, стоит лишь преобразовать ток в частоту импульсов (в воспринимаемом велокомпьютером диапазоне), как вместо мгновенной скорости (км / ч) мы получаем текущий ток потребления (А), а вместо пройденного пути (км) — как раз расход в А * ч — то есть, то, что нам нужно! Остальные функции большинства велокомпьютеров нам не сильно нужны, но, например, время в поездке может пригодится и в лодке, а максимальная скорость соответствует пиковому потреблению тока (так, для любопытства). В итоге — подключаем полностью заряженный аккумулятор к лодочному мотору, сбрасываем на велокомпьютере путь за поездку — и вперед! Смотрим на пробег в км — когда он начинаем приближаться к половине заявленной емкости батареи — значит, пора назад.

Возможность использовать готовые средства интегрирования и индикации меня настолько воодушевили, что я немедленно наваял преобразователь напряжение-частота на тогда еще популярном ATTiny15. В качестве измерительного шунта выступал отрезок провода с сопротивлением 1 миллиом. С учетом разрешающей способности встроенного в tiny АЦП (включая подключаемый программно дифференциальный предусилитель) устройство получило возможность измерять токи с дискретностью в 0.5А в диапазоне 0-50 Ампер, причем без всяких внешних схем (кроме стабилизатора питания 5V). Устройство быстро собрал в подвернувшемся корпусе и плате от датчика удара какой-то сигнализации:

Коэффициент преобразования устройства был запрограммирован как 1Гц/А. Для того, чтобы велокомпьютер учитывал ампер-час, как пройденный километр, его нужно было запрограммировать на такую длину окружности колеса, чтобы 3600 его оборотов (то есть импульсов с преобразователя) давали путь в 1000 метров. То есть, на 278 мм.

Грубая калибровка устройства производилась изменением точки подпайки измерительного вывода к шунту, а точная — изменением расчетной длины окружности колеса в велокомпьютере. Идея была проверена при катании на лодке на озере, оказалась полностью работоспособной, но со временем электрические прогулки (я не рыбак) с необходимостью тащить мотор и аккумулятор, уступили место простым весельным, и устройство было заброшено. Вспомнил же я о нем по просьбе друга, недавно купившего прекрасный полнораздядный Li-Fe-Po аккумулятор к своему лодочному электромотору.