Konstruktion av intern batteribackup med inbyggd laddare och indikering av batteristatus

Konstruktion av intern batteribackup

med inbyggd laddare och indikering

av batteristatus

Construction of Internal Battery Backup with Integrated Charger and Indication

of Battery Status

Robert Svalmark

Elektroteknik

Elektroingenjörsprogrammet G1E 22,5 HP

Lars-Ove Larsson Karlstads universitet, Torbjörn Andersson Westerstrand Urfabrik AB Magnus Mossberg

2017-05-09

Sammanfattning

Batteribackup och batteridrivna produkter har blivit ett måste för konsumenter idag. Vi vill att allting ska fungera jämt, man har inte tid att vänta på att ett strömavbrott är över. Westerstrand Urfabrik AB, företaget som detta examensarbete är utfört på, har idag ingen bra lösning på batteribackup som motsvarar konsumenternas önskningar. Tanken är att skapa en modul som ska ha två olika

användningsområden, som att möjliggöra batteridrift till bärbara produkter och som batteribackup till produkter som alltid behöver ström. Modulen ska förutom att leverera ström även kunna ladda batteriet internt. Den ska även kunna ge användaren information om återstående batterikapacitet, laddstatus och återstående batteritid.

Abstract

Battery backup and battery-powered products has become a necessity for consumers today. We want everything to work all the time, we do not have time to wait for the power outage is over.

Westerstrand Urfabrik AB, the company where this degree project has been done, do not have any good solution to the battery backup that meet consumer desires. The idea is to create a module that will have two different applications, one that allow battery supply for portable devices and battery backup to products that’s always need power. In addition to supplying power, the module should also be able to charge the battery internally. It should also be able to provide the user with information about the remaining battery capacity, charging status and remaining battery time.

1.1 Bakgrund ... 2

1.2 Syfte och mål ... 2

1.3 Kravspecifikation ... 3

2. Val av lösningar ... 4

2.1 Fysiska krav ... 4

2.2 Batterival ... 5

2.3 Komponentval ... 7

2.3.1 Mätning ... 7

2.3.2 Laddning ... 7

2.3.3 Övriga komponenter ... 8

3. Funktionsbeskrivning och problemlösning ... 9

3.1 Laddningen ... 9

3.2 Mätningen ... 12

3.3 Kommunikationslösningar ... 13

3.4 Övrigt ... 14

4. Tillverkning av kretskortet ... 15

4.1 Mönsterkortet ... 15

4.2 Produktion ... 16

5. Provning och korrigeringar ... 17

5.1 Justeringar ... 17

5.2 Batteritest ... 18

5.3 Tillägg ... 19

6. Slutsats ... 19

7. Referenser ... 20

Bilaga 1. K40539-00

1. Inledning

Beskrivning av företaget enligt Westerstrand.

”Westerstrand Urfabrik AB startades 1906 tillverkningen av ur för svenska marknaden.

Idag utvecklar, marknadsför och tillverkar vi tidsystem och informationstavlor för användning inom offentlig kommunikation, industri, handel och sport. Mer än 60% av våra leveranser sker till utländska kunder. En betydande del av affärerna sker genom våra försäljningsbolag, N.V. Westerstrand Europe, Belgien och Lambert-Westerstrand SA, Frankrike.

Produktion och huvudkontor är belägna i Töreboda. Personalstyrkan omfattar 75 personer.

Westerstrand har kunnandet och produkterna för projekt över hela världen.”

Beskrivning av nuvarande lösning enligt Westerstrand (Joakim Jonsson, Teknisk chef).

”Westerstrand Urfabrik AB har idag ett flertal lösningar för batteridrift och batteribackup.

Dessa är idag ofta baserade på Ni-mh celler eller Lithium R20 (D-cell). Olika kundönskemål samt transportrestriktioner gör att dessa enheter idag har en förbättringspotential. T.ex. har vi idag svårt att visa kvarvarande kapacitet i en Ni-mh cell, något som kunderna har blivit bortskämda med i produkter som mobiltelefoner och bärbara datorer. Lithium batterier (speciellt större celler) har fått en större omfattning av restriktioner inom transport. Dessa får idag inte levereras monterande utan ska emballeras speciellt och följas med utförlig

transportdokumentation. Detta gör att vi ser ny teknik med t.ex. Li-Ion batterier som en generell ersättare för flertalet äldre applikationer inom Westerstrand Urfabrik AB.”

1.2 Syfte och mål

Syftet med detta examensarbete är att hitta en ny och bättre lösning på batteribackup än vad Westerstrand använder sig av idag. Målet är att konstruera ett prototypkretskort som sköter laddning, övervakning och statusindikering av batteripacket. Kretskortet ska vara en tilläggsmodul till andra enheter som ska fungera både med och utan backupmodulen.

1.3 Kravspecifikation

Som nämnts tidigare ska detta kretskort vara en tilläggsmodul till andra enheter. En kund ska först kunna köpa en enhet för att senare kunna köpa till denna backupmodul. Det får då inte vara speciellt svårt för kunden att kunna installera det själv.

Backupmodulen ska fungera till åtminstone 2 olika enheter, analoga ur och manöverapparater till sporttavlor. De analoga uren kräver inte så mycket intelligens, de behöver bara ström vid ett strömavbrott men de behöver dock en batterikapacitet på minst 988mAh*.

Manöverapparaten behöver en batterikapacitet på minst 3Ah**. P.g.a. att beroende på vilken enhet som backupmodulen ska kopplas till så behövs minst 2 olika versioner av kretskort och batteri. De grundläggande kraven finns i Tabell 1.1.

Tabell 1.1 Kravspecifikation för slutprodukten

* Enligt uträkning för att uppfylla kravet på batterikapacitet Funktion 2 i Tabell 1.1

** Enligt uträkning för att uppfylla kravet på batterikapacitet Funktion 1 i Tabell 1.1

Arbetstemperatur -20 – +55°C

Relativ fuktighet 5 – 95% (icke kondenserande)

Lagringstemperatur -20 – +85°C

Utström vid batteridrift 0 – 0,5A

Rippel DC ut < 250mVp-p

DC ut 3,15 – 3,45V alt. 5V ± 3%

Battericell Li-Ion

Batteriskydd Kortslutning/överlast

Kommunikation Seriell TTL alt. I²C

Information Kvarvarande batterikapacitet (mAh), Laddstatus (%) och Tid till slut (min)

Automatiskt påslag Ja, vid belastning Automatisk avstängning Ja, vid urkopplad enhet

eller batteri lågt

Batterikapacitet Funktion 1: kontinuerligt 300mA belastning, min 10h drifttid (fullt laddat batteri). Funktion 2: kontinuerligt 80mA belastning + 720x400ms puls@350mA i 12h med min 30% kvarvarande kapacitet (fullt laddat batteri)

Laddfunktion Laddning/underhållsladdning

Godkännande CE

EMC standard EN 61000-6-3:2005,

EN 61000-6-2:2005,

EN 61000-4-2, -3, -4, -5, -11

Livslängd Min 10år (laddning 150–200 ggr/år), byte av internt batteri för att uppnå detta är acceptabelt.

Fraktsätt från Westerstrand Bil/båt/flyg. Produkt levereras monterad och klar för användning av kund.

2. Val av lösningar

Kretskortet som ska konstrueras måste ha in- och utportar för ström och kommunikation med andra enheter. Kortet ska även lätt kunna installeras på en annan enhet, så att använda in- och utportarna för att montera kortet med någon slags kontakt är en god idé.

Mini PCI Express är en kontakt som Westerstrand använt sig av förut. Kontakten är väldigt smidig, då man lätt klickar fast kortet. Dock är den relativt dyr, med tanke på låga

inköpskvantiteter så är Westerstrands inköpspris ca 26 kr/st. En jämförelse gjordes med en vanlig stiftlist och hylslist, de kostar tillsammans ca 9kr. Eftersom Mini PCI Express kontakten eller hylslisten måste monteras på alla kort som ska ha möjlighet till att ha batteribackup så är priset väldigt betydande. Därför valdes att använda hylslist och stiftlist.

Stiftlisten bör man dock ha på vardera änden av kortet för att få stabilitet, men det kan ses som en fördel då man har möjlighet att bestämma på vilken ände man vill lägga olika portar.

Batteripacket måste även kopplas till kortet. Det kan kopplas in via en kontakt direkt på kortet alternativt kan det kopplas in på moderkortet, som backupkretskortet ska sitta på, och sedan gå via de andra in- och utportarna. Med tanke på funktion och kostnad spelar det ingen större roll vilket av alternativen som väljs. Om batterikontakten skulle sitta på moderkortet måste den kontakten sitta på alla moderkort som ska ha möjlighet till batteribackup. Om det är kunden som ska installera backupmodulen måste han eller hon även titta i manualen till moderkortet för att se var man ska koppla in batteripacket. Det blir därför mycket enklare att kontakten sitter direkt på backupkretskortet. Figur 2.1 visar hur kontakten MTA-100 ser ut.

Den kontakten valdes att använda för att koppla in batteriet, då det är en kontakt som Westerstrand använder sig av i flera produkter.

Kretskortet bör även bli så litet som möjligt för att det inte ska ta för stor plats på

moderkortet. Det behöver dock inte ha någon speciell form för att passa in, vanlig rektangulär design passar bra.

Figur 2.1 MTA-100 kontakt används för att koppla in batteriet på kretskortet

2.2 Batterival

Battericellen som ska sitta i batteripacket ska vara av typen Li-Ion (Lithum-jon). Det är den sorts batteri som numera oftast sitter i mobiltelefoner, bärbara datorer och andra bärbara apparater p.g.a. sin höga energitäthet. [1] Enligt specifikationen så behövs 2 olika batterier för 2 olika tillämpningar.

Den ena är för de analoga uren. Då behövs en batterikapacitet på 988mAh. Eftersom batteriet löpande förlorar lite av sin kapacitet med minst 4 % per år, beroende på temperatur och hur mycket laddat batteriet är, så behövs en högre batterikapacitet. [2] Många av de analoga uren kommer att sitta utomhus och för att se till att de fungerar så bra som möjligt behövs ett batteri som klarar av att laddas även vid minusgrader. Standard brukar vara att de klarar att laddas mellan 0 och 45ºC. Den andra tillämpningen är till manöverapparater till sporttavlor.

Där behövs det en batterikapacitet på 3000mAh, men den bör också väljas högre av samma anledning. Manöverapparaterna kommer i huvudsak att laddas inomhus, därför är det inte viktigt att batteriet måste klara att kunna laddas i minusgrader.

Efter en diskussion med Abatel AB, som är en av de batterileverantörer som Westerstrand använder sig av, har 2 olika batteripack valts ut. Båda batteripacken innehåller samma sorts battericell, en cell på 1700mAh som klarar att laddas mellan -20 och 45ºC. Det ena

batteripacket innehåller bara en cell och det andra innehåller två celler som sitter

parallellkopplade vilket medför att batterikapaciteten dubblas. Figur 2.2 visar hur de 2 olika batteripacken ser ut. Ett alternativ hade varit att använda en battericell med högre kapacitet istället för att använda 2st battericeller parallellt. Priset hade då blivit högre eftersom man då behövt använda sig av 2 olika sorters battericeller.

Figur 2.2 Batteripack från Abatel AB, 1700mAh respektive 3200mAh

Det är 2 st NTC-motstånd inbyggda i batteripacket för att det ska bli nöjligt att läsa av batteriets temperatur. Figur 2.3 visar hur NTC-motstånden är kopplade. Anledningen till att det sitter 2st NTC-motstånd i batteripacket är att laddningsdelen och mätdelen på kretskortet, som läser av temperaturen, läser av temperaturen på olika sätt. NTC-motståndet som

användes heter Semitec 103AT och figur 2.4 visar hur det ser ut inuti batteripacken.

Figur 2.3 Batteripackets kopplingsschema

Figur 2.4 Inuti batteripacken

2.3 Komponentval 2.3.1 Mätning

För att mäta batteriets kapacitet och annan information från batteriet behövs en fuelgauge- krets. Den kretsen läser av batteriets spänning, temperatur och vilken ström som går till eller från batteriet. Med hjälp av den informationen kan den räkna ut olika saker som t.ex.

återstående batterikapacitet och återstående batteritid.

Det finns många olika tillverkare av dessa kretsar, de som undersöktes närmare var Texas Instruments, Maxim, Linear Technology och Microchip. Microchips kretsar valdes bort väldigt snabbt då de själva inte rekommenderade att man använde dem till nya produkter.

Maxims kretsar använder sig av Dallas 1-wire kommunikation men endast I²C eller seriell TTL är acceptabelt enligt kravspecifikationen. Det skulle bli omständigt att bygga in en översättare och det är enklare att använda sig av en krets som pratar de språk man vill ha.

Linear Technology valdes bort p.g.a. att de var dyra jämfört med Texas instruments. De var även mycket mindre intelligenta.

De senare utgåvorna av fuelgauge-kretsar från Texas Instruments har paddar i en matrisform på undersidan istället för ben. Det blir då omöjligt att se om det blir ordentligt lött samt omöjligt att efterlöda för hand. Komponenten BQ27510-G2 av Texas Instruments blev den krets som valdes. Den var relativt ny och den hade en kapseltyp som Westerstrand använt tidigare.

2.3.2 Laddning

Laddningen av batteripacket ska ske automatiskt. Batteriet ska laddas upp efter strömavbrott och ska sedan underhållsladdas. Batteriet får dock inte laddas om temperaturen inte är i det område som batteriet klarar av att bli laddat i. Det finns en mängd olika sätt att lösa dessa problem. Ett sätt är att styra laddningen med en mikroprocessor som känner av

spänningsnivån i batteriet så att den kan avbryta laddningen när batteriet är fullt och starta laddningen när nivån har sjunkit. Då behövs en temperaturgivare som kan stänga av laddningen om det blir för varmt eller för kallt. Det alternativet är dock ganska onödigt eftersom det finns en mängd färdiga IC-kretsar som gör allt detta och lite till.

Ingen större undersökning gjordes för att hitta den perfekta laddkretsen. Eftersom en krets från Texas Instruments valdes till mätningen valdes en laddkrets från samma tillverkare.

Kretsen som valdes heter BQ24060.

2.3.3 Övriga komponenter

De flesta övriga komponenter är standardkomponenter såsom motstånd och kondensatorer.

Ett väldigt litet specialmotstånd behövs till fuelgauge-kretsen, som mäter strömmen som går genom systemet. Enligt databladet till fuelgauge-kretsen skall detta motstånd ha värdet mellan 5 och 20mΩ [3]. Ett Kelvin-kopplat motstånd på 10mΩ valdes för att eliminera

ledningresistansen och temperaturkoefficienten och på så vis få en mer noggrann strömmätning. [4]

Tantalkondensatorer valdes istället för elektrolytkondensatorer i en del fall för att minimera kretskortets storlek. Storleken på de vanliga motstånden och de små kondensatorerna valdes så liten som möjligt. Kapseltypen 1206 eller 0805 är de som Westerstrand använder sig mest av i andra produkter och det blir då billigast att använda de sorterna för att få ner priset.

Westerstrand har dock långsiktiga planer på att gå över till mindre komponenter, men det är inget som är nödvändigt eller aktuellt just nu.

En diod mellan batteriet och utspänningsporten behövs för att hindra att batteriet kan laddas direkt från matningsspänningen istället för via laddkretsen. Dioden måste klara relativt hög ström eftersom all ström som hela systemet drar när det är strömavbrott kommer att gå genom den dioden. Den bör även ha så lågt spänningsfall som möjligt. En Schottky-diod som klarar 2A valdes och den har bara ett spänningsfall på 390mV vid 1A belastning [5].

3. Funktionsbeskrivning och problemlösning

Detta kapitel visar bara små delar av kretskortet. För fullständigt kopplingsschema, layout och komponentlista se bilaga 1.

3.1 Laddningen

Laddningsdelen består av laddkretsen BQ24060, 2 st lysdioder och lite kringkomponenter.

Figur 3.1 visar kopplingsschemat runt laddkretsen. Laddkretsen gör att laddningen av batteriet sköts automatiskt. Kretsen känner av batteriets spänning och laddar batteriet tills det är fullt.

När spänningen i batteriet sjunker till en viss nivå startas laddningen igen. En inbyggd timer finns också som används för att ställa in hur länge batteriet ska fortsätta laddas efter att det är fulladdat. Tiden bestäms med potentiometern R10 som kan ställas från 0 till 50kΩ, vilket motsvarar 0 – 5h [6].

Figur 3.1 Laddningsdelen

Lysdioderna D1 (röd) och D2 (grön) är statusindikatorer. De är inte inkopplade exakt som Figur 3.1 visar, mer information om det kommer senare. Lysdioderna lyser olika beroende på vilket tillstånd laddningen har. Tabell 3.1visar hur lysdioderna lyser vid olika

laddningstillstånd.

Tabell 3.1 Tillståndstabell

Med hjälp av motstånden R12, R16 och potentiometer R11 ställs laddströmmen in. Man kan då ställa in strömmen mellan 91 – 920 mA enligt uträkningen nedanför. Ekvationen för att räkna ut strömmen är hämtad ifrån databladet för laddkretsen. [6]

I =V_SET´ K_SET R

V_SET = 2.5V, K_SET = 335 R₁₂ = 910W, R₁₆ =10kW R₁₁= 0 - 50kW(vrid) R = R₁₂+ R¹⁶´ R₁₁

R₁₆+ R₁₁ R_MAX = 910 + 10k ´ 50k

10k + 50k» 9200W R_MIN = 910 + 10k´ 0

10k + 0= 910W I_MAX= V^SET´ K_SET

R_MIN = 837.5

910 » 920mA I_MIN= V^SET´ K_SET

R_MAX = 837.5

9200 » 91mA

Laddningstillstånd Röd lysdiod Grön lysdiod

Förladdning pågår På På

Snabbladdning pågår På Av

Färdigladdat Av På

Laddning avbruten p.g.a. temperatur

Av Av

Timerfel

Laddaren avstängd Överspänning på inspänningen detekterad

Batteriet bortkopplat Batteriet kortslutet

I batteripacket sitter ett NTC-motstånd som är kopplat mellan (T) och jord. Med hjälp av det och motstånden R1, R2, R3, R6, R7 och R8 kan man bestämma gränserna för vid vilka temperaturer laddaren ska avbryta laddningen.

Den battericell som sitter i batteripacket som ska användas klarar att laddas mellan -20 – +45ºC. Uträkningen nedan visar hur motståndens värde räknades ut [6].

 

2 7

2 1

1 8

6 3

2 2 1

2

16460 8828 3 8825

7

45 . 5 16

. 3 5 . 2

* 911 . 4

* 77 . 67

T T T

TH T TH T

TH TC

TH TC T

TH TC

R R

R R

R R

R R

R R

R R R

R k R

R R R

k R

k R























 



 



 



 









* R och TC RTH är det värdet som NTC-motståndet ger vid gränstemperaturerna. [7]

3.2 Mätningen

Mätdelen på kretskortet består av en Fuelgauge-krets (BQ27510-G2) och lite kringkomponeneter. Figur 3.2 visar kopplingsschemat kring fuelgauge-kretsen.

Kretsen mäter, räknar ut och sparar all information som kan vara nödvändig [3]. Spänningen över motståndet R19 används för att beräkna strömmen som går genom systemet. Denna mätning sker 1 gång per sekund och sparas i ett register i kretsen [3]. Temperaturen mäts via ett NTC-motstånd som sitter i batteriet (ej samma som till laddaren med ett likadant).

Batteriets spänning mäts också och den spänningen är även inspänning till en inbyggd spänningsregulator som ger 2,5V ut. Spänningen driver kretsen så att den alltid har en konstant spänningsmatning även när spänningsnivån i batteriet sjunker. Kretsen kan räkna ut allt man kan tänka sig ha nytta av plus lite till. Några av de sakerna är temperatur,

kvarvarande batterikapacitet, medelström, kvarvarande batteritid, återstående tid tills batteriet är fullt, medeleffektförbrukning och hur många procent av batteriets kapacitet som är kvar.

För fullständig information se datablad för BQ27510-G2 [3].

Figur 3.2 Schema för mätdelen

3.3 Kommunikationslösningar

För att man ska kunna prata med kortet behövs någon form kommunikation. Fuelgauge- kretsen, som sparar all information om vad som händer med batteriet, använder sig utav I²C för att kommunicera [3]. Det behövs därför ingen yttre lösning för att lösa kommunikationen.

Laddkretsen använder sig däremot inte av I²C kommunikation, utan den har endast de 2 lysdioderna som nämndes tidigare och en ”Power good”-pinne. Power good-pinnen visar endast om inspänningen är okej och den används framförallt till att indikera om det är strömavbrott eller inte.

Lysdioderna är kopplade så att de alltid får spänning från inspänningen och styrs via

laddkretsen genom att katoden dras till jord då dioden ska vara aktiv. Problemet med det är att det blir omständligare att få ut information om vilket tillstånd dioderna har till en annan enhet.

Problemet löstes med 2st optokopplare som se figur 3.3 visar. Strömmen som går till lysdioderna går också igenom diodsidan på optokopplarna, och då öppnas transistorn i optokopplaren och punkterna J1-9 och J1-10 blir låga.

Figur 3.3 Kommunikationslösning

3.4 Övrigt

Det finns 3st lödbyglar på kortet, 2st ovanför optokopplarna i Figur 3.3 (P3 och P4) och en direkt under sense-motståndet R19 i figur 3.2 (P5).

De lödbyglarna ska byglas ifall man vill göra en enklare version av laddkortet, då tas även optokopplarna och alla komponenter som tillhör mätdelen bort. Byglarna P3 och P4 ser till att lysdioderna får ström då det annars blir ett avbrott där optokopplarna satt. Bygeln P5 kopplar batteripackets minuspol direkt till jord. Ett alternativ är att behålla sense-resistorn men eftersom den är relativt dyr är detta ett billigare alternativ.

Den enklare versionen av kretskortet kommer inte ha några kommunikationsmöjligheter. Den kommer då endast fungera som batteribackup men lysdioderna sitter kvar på kortet så det går att se vilket tillstånd laddaren har. Det är meningen att denna version av kretskort kommer att användas till en del av de analoga uren som ofta inte använder sig av någon kommunikation med andra enheter. De behöver bara ström och i en del fall få information om när visarna ska flytta ett snäpp.

4. Tillverkning av kretskortet

För att tillverka detta kretskort så behövs kretskortets layout ritas. Programmet som användes för det heter CADint.

Först så ritades kopplingsschemat upp som kan ses i figur B1.1 i bilaga 1. Inspiration till kopplingsschemat kommer ifrån de exempelscheman som finns i respektive datablad för laddkretsen [6] och fuelgauge-kretsen [3].

När schemat var klart kunde informationen överföras till PCB-programmet (också CADint).

Alla placeringar av komponenter och ledningsbanor gjordes manuellt. Det kan vara svårt att upptäcka eventuella fel om allt sköts automatiskt. För de flesta av komponenterna fanns redan färdiga footprints men för laddkretsen och fuelgauge-kretsen fick helt nya footprints göras.

Eftersom kretskortet är ganska litet (60x40mm) så lades 10st ihop till en panel. Detta gjordes för att minimera kostnaderna. Det kostar in princip lika mycket att köpa ett mönsterkort som för 10 mönsterkort i en panel [8]. Dessutom minskar arbetstiden när kretskorten ska monteras, då man kan montera 10 kort åt gången. Mönsterkort och pastamask beställdes från Cobra Pro AB. Figur 4.1 visar hur mönsterkortet ser ut.

Figur 4.1 Mönsterkort

4.2 Produktion

Montering och lödning skötte Westerstrands produktionsavdelning. De ytmonterade

komponenterna monterades med en ytmonteringsmaskin och de hålmonterade komponenterna monterades för hand. Figur 4.2 visar hur kretskortet ser ut när det är klart.

Figur 4.2 Färdigt kretskort

5. Provning och korrigeringar

Provutrustning till kretskortet tillverkades för att enkelt kunna prova alla olika funktioner på ett enkelt sätt. Figur 5.1 visar hur utrustningen ser ut när allt är inkopplat. Provutrustningen innehåller bl.a. en kondensator på 1F som ska simulera ett batteri. Med kondensatorn kan den automatiska laddningen provas, då den laddas upp och ur mycket fortare än ett vanligt batteri.

Den automatiska laddningen fungerade som det var tänkt.

Figur 5.1 Provningsutrustning

5.1 Justeringar

Laddningen ska avbrytas då temperaturen kommer utanför intervallet -20 – 45ºC. Det fungerade dock inte som det var tänkt. Efter felsökning upptäcktes att motstånden som bestämmer temperaturgränserna hade blivit felplacerade.

Trots att motstånden flyttades till rätt position så fungerade det fortfarande inte som planerat.

Laddningen stängdes inte av fören temperaturen gick ner till -26 ºC och startade sen vid -22 ºC när man höjde temperaturen igen. Det visade sig bero på att hysteresen i temperaturgivaren blev mycket högre ju lägre temperatur man hade. Nya värden på motstånden räknades ut som resulterade i att gränsen för att laddningen avbryts hamnade på -19 ºC och att den sen startar vid -15 ºC. Gränsen vid höga temperaturer hamnade på 43 ºC och den hade ingen märkbar hysteres. Gränserna valdes medvetet lite snävare för att ha marginal för motståndens onoggrannhet.

En USB till I²C konverterare skaffades för att kunna prova I²C-kommunikationen.

Till en början så fungerade det inte att kommunicera med fuelgaugekretsen. Felet var svårt att hitta då det var svårt att förstå hur man skulle kommunicera med kretsen. Efter felsökning så upptäcktes att en ledningsbana saknades, så fuelgaugekresten fick ingen matningspänning.

5.2 Batteritest

För att se hur spänningen förändrades i batteriet när det är strömavbrott genomfördes ett test.

Vid testet belastades utgången med en resistor på 6,5Ω vilket gav en begynnelseström på ca 600mA. Figur 5.2 visar resultatet.

Spänningen sjönk långsamt med tiden. Efter 3h 35min började den sjunka snabbare och efter 3h 40 min så tappade batteriet spänningen helt.

Figur 5.2 belastningstest

5.3 Tillägg

De två stiftlisterna som sitter parallellt på var sida av kortet används för att montera fast kretskortet på moderkortet. På något vis så måste de justeras så att man inte kan koppla in kretskortet fel genom att vänta det på fel håll. Om man skulle sätta det på fel håll skulle troligtvis kretskortet gå sönder, det har inte provats av just den anledningen. T.ex. skulle inspänningen då hamna på jordplanet och vice versa.

6. Slutsats

Ett prototypkretskort till en batteribackupmodul har skapats. Även fast det bara är en prototyp så kan man med enkla justeringar använda det och kanske till och med sälja det.

Mönsterkortet är designat så att det kan bestyckas till 2 olika kretskortsversioner, en enkel version och en avancerad version. Den enkla varianten ska vara anpassad till klockor som endast behöver strömbackup. Den avancerade version är bättre till t.ex. manöverapparater till sporttavlor då de har display som kan indikera batteristatus.

Kretskortet är designat så att det enkelt ska kunna monteras på en befintlig enhet. Kretskortet kan ladda ett Li-Ion batteri som ska kunna förse enheten med ström då det blir strömavbrott och kunna indikera vilket tillstånd laddaren har. Kortet fungerar även till manöverapparaterna så att de kan gå på batteri istället för att ha en sladd inkopplad i vägguttaget. Kretskortet kan även ge manöverapparaten information om batteriets status så att användaren kan bli varnad om att batteriet håller på att ta slut.

Kretskortet är en prototyp, många korrigeringar och förbättringar behöver göras.

7. Referenser

[1] https://na.industrial.panasonic.com/products/batteries/rechargeable-batteries/lithium-ion [2] http://www.batteriexperten.com/cgi-bin/ibutik/AIR_ibutik.pl?funk=Webbsida&ID=122 [3] http://www.ti.com/lit/ds/slus948/slus948.pdf

[4] http://www.ohmite.com/cat/res_lvk.pdf

[5] https://www1.iodparts.com/datasheets/stmicroelectronics-diodes-rectifiers-single-en- cd00002299.pdf

[6] http://www.ti.com/lit/ds/slus689a/slus689a.pdf

[7] http://www.semitec-usa.com/downloads/atthermistor.pdf [8] http://www.cogra.se/prisforfragan/

Referensernas länkar har kontrollerats den 24 april 2017.

Denna bilaga innehåller kretskortslayout, kopplingsschema och komponentlista till kretskortet K40539-00, dvs. det kretskortet som har tillverkats i examensarbetet.

Figur B1.1 kopplingsschema

Tabell B1.1 Komponentlista

Objekt Värde Artikelnummer multipel

R1 68 20700-11

R2-R3 560 20700-22 2x

R4-R5 1.5k 20700-27 2x

R6 3.9k 20700-32

R7 8.2k 20700-36

R8 12k 20700-38

R9 1.8M 20700-64

R10-R11 50k Vrid 20704-28 2x

R12 910 20702-85

R13 18k 20700-40

R14 220 20700-17

R15 1k 20702-04

R16-18 10k 20702-20 3x

R19 10m Sense 20703-16

R20-R21 100 20713-13 2x

C1 47nF 20705-60

C2-C3 100nF 20706-64 2x

C4 470nF tantal 20707-26

C5 1µF tantal 20707-08

C6-C8 100nF 20706-64 3x

C9 4.7µF ekond 20707-21

C10 1µF 20705-76

IC1 Laddkrets 20732-64

IC2 Fuelgauge 20732-65

IC3-IC4 Optokopplare 20732-00 2x

D1 Röd LED 20710-34

D2 Grön LED 20710-31

D3 Schottky 20710-48

J1-J2 Stiftlist 1x10 38883-10 2x

J3 Kontakt 39779-04

Figur B1.2 Kretskortslayout

Figur B1.3 färdigt kretskort