Rudimentäre Batteriestandsanzeige für div. Batterien

[Nico (Gast)]

Guten Abend,

Ich wende mich an dieses Forum weil ich ein kleines elektronisches 
Problem habe, für welche ich keine Lösung kenne:


Ein Gerät soll mittels Batterien im Formfaktor "AA /14500" mit Energie 
versorgt werden. Nach einem Verpolungsschutz mit einem N-Ch-Mosfet wird 
ein Sepic-Converter versorgt welcher eine Eingansspannung von 2.1 - 16V 
in die Zielspannung von 3.3V/250mA umwandelt. Des weiteren wird ein 1.8V 
LDO mit Spannung versorgt welcher ein GPS-Modul mit "Backup"-Spannung 
versorgt (1.8V, 50uA)

Nun können folgende Kombinatoriken möglich sein:

2x Alkaline  Nimh  nicd Batterie,     Uin= 3V (2x1.5)
2x Alkaline  Nimh  nicd Akku          Uin= 2.4V (2x1.2V)
1x Lithium-Akku mit 1xDummy             Uin= 4.2-2.7V
2x Lithium-Akku in Serie                Uin= 8.4-5.4V

Beim Verbau von 1x 1.2V Akku funktionier der Wandler schon garnicht, 
somit ist dieser Fall irrelevant.

Mein Anliegen ist nun, eine Rudimentäre Batteriestandsanzeige zu 
verbauen welche für alle Kombinatoriken funktioniert. Es braucht keine 
Anzeige in % sein, eine Anzeige für "100-75-50-25-0" oder "1/3 - 3/3" 
reichen vollkommen aus. Im "Worst-Case" reicht auch eine "Low-Bat" 
Anzeige, also eine einzelne Meldung wenn die Batterie nahezu leer ist.

Falls möglich sollten keine Bauteile verwendet werden welche nicht von 
Hand verlötet werden können (BGA, DFN-EP, QFN-EP, generell Bauteile mit 
EP)

Für die Auswertung steht ein Mikrocontroller aus dem Gerät zu verfügung. 
Es gibt genügend freie Eingägen für Digital (6x)und Analog (2) (10bit) 
(Spannung) zur Verfügung, ebenfalls kann ein I2C Bus bereitgestellt oder 
ein SPI Bus mitverwendet werden.

Könnt ihr mir allenfalls hiermit weiterhelfen und mir eine Schaltung 
oder Literatur zum Thema mitteilen?

Vielen Dank,
Nicolas

[Michael B. (laberkopp)]

Nico schrieb:
> 2x Alkaline  Nimh  nicd Batterie,     Uin= 3V (2x1.5)
> 2x Alkaline  Nimh  nicd Akku          Uin= 2.4V (2x1.2V)
> 1x Lithium-Akku mit 1xDummy             Uin= 4.2-2.7V
> 2x Lithium-Akku in Serie                Uin= 8.4-5.4V

Es gibt keine NiMH / NiCd Batterie Primärzellen, und die hätten auch 
nicht 1.5V,

und es gibt keine Alkaline-Akkus mit 2x1.2V, wenn überhaupt hebn die 
1.5V.

Während Alkaline und Lithium in der Spannung fällt wenn sie entladen 
werden, haben NIMH/NiCd nach einiger Beruhigungszeit eigentlich immer 
die chemische Spannung von 1.2V, egal wie viel Restladung noch drin ist 
und eher schwankend mit der Temperatur als mit der Restladung, es sei 
denn die liegt unter 10%, dann geht auch mal die Spannung zurück durch 
die Belastung mit dem Selbtentladestrom.

Daher wird bei Geräten mit diesen Akkus (alte Handys und 
Schnurlostelefone, ganz alte Laptops) eigentlich immer eine fuel gauge 
eingesetzt, also der Strom gemessen oder einfach bloss rechnerisch auf 
Grund des Betriebszustandes des Geräts und der Zeit geschätzt, bei 
erreichen der Entladeschlussspannung von 0.9V auf 0 gesetzt und nach dem 
Aufladen wieder auf "voll" gesetzt, wobei die Kapazität aus der LETZTEN 
vollständigen Entladung gemerkt wurde.

Sprich: Es gibt keine ordentliche Lösung. Kapazitätsbaschätzung beim 
einlegen einer neuen Batterie und dann rechnerisch je nach Betriebszeit 
abziehen kann man mit jeder Batteri machen. Das Gerät sollte selbst wenn 
ausgeschaltet zumindest die zeit wissen die es ausgeschaltet war, um 
Selbstentladung zu korrigieren, womöglich noch periodisch die Temperatur 
messen weil Selbstentladung stark abhängig von der Temperatur ist.

[Ronny (Gast)]

Da wird dir nicht viel anderes übrig bleiben als das per Schalter (vlt. 
Mäuseklavier) festzulegen. was da eingelegt ist. Digitaleingänge hast du 
ja noch dafür.
Zur Anzeige: Wenn die nicht dauerhaft sein sollte:
Taster einbauen. Mit dem einen Lastwiderstand auf die Quelle eine genau 
bestimmte Zeit schalten lassen. Aufgrund des Spannungsfalls und des 
Stromes der da zum tragen kommt lässt sich der Innenwiderstand der 
Zelle(n) recht einfach berechnen. Und der ist beim entladen doch recht 
unterschiedlich je nach Ladezustand.
Auch wenn mein Vorredner recht hat, was die unterschiedliche 
Spannungssteifigkeit angeht: Für eine "in etwa" Voll, halb leer, fast 
leer tut es da trotzdem eine banale Spannungsanzeige. Und ja-das ist 
Temperaturabhängig. Macht aber nichts, denn bei -20 Grad hat jede Zelle 
auch eine andere Kapazität als bei +20 und ist entsprechend schneller 
leer. Also passt das als schon als Schätzeisen. Ich denke, es soll mit 
möglichst wenig Aufwand realisiert werden. Vielleicht LED-Balkenanzeige. 
Dafür gibt es auch einen speziellen IC dafür (lm3914 zB.)