docs/Battery.md

   1 # Battery Monitoring
   2
   3 Betaflight has a battery monitoring feature.  The voltage of the main battery can be measured by the system and used to trigger a low-battery warning [buzzer](Buzzer.md), on-board status LED flashing and LED strip patterns.
   4
   5 Low battery warnings can:
   6
   7 * Help ensure you have time to safely land the aircraft
   8 * Help maintain the life and safety of your LiPo/LiFe batteries, which should not be discharged below manufacturer recommendations
   9
  10 Minimum and maximum cell voltages can be set, and these voltages are used to auto-detect the number of cells in the battery when it is first connected.
  11
  12 Per-cell monitoring is not supported, as we only use one ADC to read the battery voltage.
  13
  14 ## Supported targets
  15
  16 All targets support battery voltage monitoring unless status.
  17
  18 ## Connections
  19
  20 When dealing with batteries **ALWAYS CHECK POLARITY!**
  21
  22 Measure expected voltages **first** and then connect to the flight controller.  Powering the flight controller with
  23 incorrect voltage or reversed polarity will likely fry your flight controller. Ensure your flight controller
  24 has a voltage divider capable of measuring your particular battery voltage.
  25
  26 ### Naze32
  27
  28 The Naze32 has an on-board battery divider circuit; just connect your main battery to the VBAT connector.
  29
  30 **CAUTION:**  When installing the connection from main battery to the VBAT connector, be sure to first disconnect the main battery from the frame/power distribution board.  Check the wiring very carefully before connecting battery again.  Incorrect connections can immediately and completely destroy the flight controller and connected peripherals (ESC, GPS, Receiver etc.).
  31
  32 ### CC3D
  33
  34 The CC3D has no battery divider.  To use voltage monitoring, you must create a divider that gives a 3.3v
  35 MAXIMUM output when the main battery is fully charged.  Connect the divider output to S5_IN/PA0/RC5.
  36
  37 Notes:
  38
  39 * S5_IN/PA0/RC5 is Pin 7 on the 8 pin connector, second to last pin, on the opposite end from the
  40   GND/+5/PPM signal input.
  41
  42 * When battery monitoring is enabled on the CC3D, RC5 can no-longer be used for PWM input.
  43
  44 ### Sparky
  45
  46 See the [Sparky board chapter](boards/Board%20-%20Sparky.md).
  47
  48 ## Configuration
  49
  50 Enable the `VBAT` feature.
  51
  52 Configure min/max cell voltages using the following CLI setting:
  53
  54 `vbat_scale` - Adjust this to match actual measured battery voltage to reported value (which may be displayed via the `status` command)
  55
  56 `vbat_max_cell_voltage` - Maximum voltage per cell, used for auto-detecting battery voltage in 0.1V units, i.e. 43 = 4.3V
  57
  58 `vbat_min_cell_voltage` - Minimum voltage per cell; this triggers battery-critical alarms, in 0.1V units, i.e. 33 = 3.3V
  59
  60 `vbat_warning_cell_voltage` - Warning voltage per cell; this triggers battery-warning alarms, in 0.1V units, i.e. 34 = 3.4V
  61
  62 `vbat_hysteresis` - Sets the hysteresis value for low-battery alarms, in 0.1V units, i.e. 1 = 0.1V
  63
  64 e.g.
  65
  66 ```
  67 set vbat_scale = 110
  68 set vbat_max_cell_voltage = 43
  69 set vbat_min_cell_voltage = 33
  70 set vbat_warning_cell_voltage = 34
  71 set vbat_hysteresis = 1
  72 ```
  73
  74 # Current Monitoring
  75
  76 Current monitoring (amperage) is supported by connecting a current meter to the appropriate current meter ADC input (see the documentation for your particular board).
  77
  78 When enabled, the following values calculated and used by the telemetry and OLED display subsystems:
  79 * Amps
  80 * mAh used
  81 * Capacity remaining
  82
  83 ## Configuration
  84
  85 Enable current monitoring using the CLI command:
  86
  87 ```
  88 feature CURRENT_METER
  89 ```
  90
  91 Configure the current meter type using the `amperage_meter_type` settings here:
  92
  93 | Value   | Sensor Type            |
  94 | ------- | ---------------------- |
  95 | NONE    | None                   |
  96 | ADC     | ADC/hardware sensor    |
  97 | VIRTUAL | Virtual sensor         |
  98
  99 Configure capacity using the `battery_capacity` setting, in mAh units.
 100
 101 If you're using an OSD that expects the multiwii current meter output value, then set `multiwii_amperage_meter_output` to `ON` (this multiplies amperage sent to MSP by 10 and truncates negative values)).
 102
 103 ### ADC Sensor
 104
 105 The current meter needs to be configured so the value read at the Analog to Digital Converter (ADC) input matches actual current draw.  Just like you need a voltmeter to correctly calibrate your voltage reading you also need an ammeter to calibrate the current sensor.
 106 Unlike voltage sensing which is usually quite good from the factory, current sensing varies significantly from board to board and should be calibrated.
 107
 108 It is recommended to set `multiwii_amperage_meter_output` to `OFF` when calibrating ADC current sensor.
 109
 110 To measure the current a linear response device is used that converts the current traveling through it to a voltage to be read by the ADC on your flight controller.
 111 The maximum voltage that the flight controller can read is 3.3V (3300 mV), this is usually the limiting factor on the maximum measurable current.
 112 Most sensors use a shunt resistor to measure current however there are a few that use hall effect sensors.
 113
 114 The flight controller uses the following equation to convert the measured ADC voltage to a current.
 115 ```
 116 Current(Amps) = ADC (mV) / amperage_meter_scale * 10 + amperage_meter_offset / 1000
 117 ```
 118 Where the calibrations are:
 119
 120 | Setting                       | Description                                              |
 121 | ----------------------------- | -------------------------------------------------------- |
 122 | `amperage_meter_scale`     | The scaling factor in mV/10A  |
 123 | `amperage_meter_offset`    | The offset in mA |
 124
 125 This is in the mathematical form of y = x/m + b and with a few measurements along this line you can calibrate any combination of sensor and flight controller to a high accuracy.
 126
 127 #### Calibrate using an ammeter
 128
 129 **!!Important: Always take off your props before doing any testing!!**
 130
 131 To calibrate your flight controller with a current meter follow these steps.
 132
 133 1. Make a copy of [this google sheet](https://docs.google.com/spreadsheets/d/1lkL-X_FT9x2oqrwQEctDsEUhgdY19upNGc78M6FfJXY/). It will do all of the maths for you.
 134 2. Hook your ammeter up in series with your drone and a charged battery. I suggest an XT60 extender with one lead cut. Now your ammeter will be displaying the true current draw of your system.
 135 3. Connect to your flight controller through the configurator and check your current calibrations. Change them in the google sheet if needed.
 136 4. Use the motor tab to increase the throttle and change the current draw of the drone to around 1 A on the ammeter (it does not matter if it is not exact).
 137 5. Switch back to the power and battery tab and record current from the ammeter in the measured current column and the current reported by Betaflight in the flight controller current column (both in amps, to 2 decimal places).
 138 6. Repeat this measurement (steps 4 and 5) 3 or more times at various currents from 0 to 5 Amps (make sure not to go over your ammeter rated current).
 139 7. Once this is done make sure the results are linear on the graph and that the regression value is green. You can now update to the new calibration values and enjoy accurate battery usage information.
 140
 141 The same method can be applied to both hall effect sensors and shunt resistors. Shunt resistors will usually have an offset of less than +/- 1000 mA however hall effect sensors offsets will be much higher.
 142 Note that while your calibration may be correct there is still a maximum current measure that you may exceed at maximum throttle, this will cause the current recorded by the flight controller to ceiling at this value even if the actual current is higher.
 143 As a result the reported mAh used may be less than is actually used, always keep an eye on the battery voltage as well.
 144
 145 If you do not want to use google sheets then simply use some other tool that preforms a linear regression on the dataset. Multiply `amperage_meter_scale` used in testing by the slope and subtract the intercept in mA from  `amperage_meter_offset` to get the corrected calibration values.
 146
 147 ### Virtual Sensor
 148
 149 The virtual sensor uses the throttle position to calculate an estimated current value. This is useful when a real sensor is not available. The following settings adjust the virtual sensor calibration:
 150
 151 | Setting                       | Description                                              |
 152 | ----------------------------- | -------------------------------------------------------- |
 153 | `amperage_meter_scale`     | The throttle scaling factor [centiamps, i.e. 1/100th A]  |
 154 | `amperage_meter_offset`    | The current at zero throttle (while disarmed) [centiamps, i.e. 1/100th A] |
 155
 156 There are two simple methods to tune these parameters:  one uses a battery charger and another depends on actual current measurements.
 157
 158 #### Tuning Using Actual Current Measurements
 159 If you know your craft's current draw (in Amperes) while disarmed (Imin) and at maximum throttle while armed (Imax), calculate the scaling factors as follows:
 160 ```
 161 amperage_meter_scale = (Imax - Imin) * 100000 / (Tmax + (Tmax * Tmax / 50))
 162 amperage_meter_offset = Imin * 100
 163 ```
 164 Note: Tmax is maximum throttle offset (i.e. for `max_throttle` = 1850, Tmax = 1850 - 1000 = 850)
 165
 166 For example, assuming a maximum current of 34.2A, a minimum current of 2.8A, and a Tmax `max_throttle` = 1850:
 167 ```
 168 amperage_meter_scale = (Imax - Imin) * 100000 / (Tmax + (Tmax * Tmax / 50))
 169                     = (34.2 - 2.8) * 100000 / (850 + (850 * 850 / 50))
 170                     = 205
 171 amperage_meter_offset = Imin * 100 = 280
 172 ```
 173 #### Tuning Using Battery Charger Measurement
 174 If you cannot measure current draw directly, you can approximate it indirectly using your battery charger.
 175 However, note it may be difficult to adjust `amperage_meter_offset` using this method unless you can
 176 measure the actual current draw with the craft disarmed.
 177
 178 Note:
 179 + This method depends on the accuracy of your battery charger; results may vary.
 180 + If you add or replace equipment that changes the in-flight current draw (e.g. video transmitter,
 181   camera, gimbal, motors, prop pitch/sizes, ESCs, etc.), you should recalibrate.
 182
 183 The general method is:
 184
 185 1. Fully charge your flight battery
 186 2. Fly your craft, using >50% of your battery pack capacity (estimated)
 187 3. Note Cleanflight's reported mAh drawn
 188 4. Fully charge your flight battery again, noting the amount of mAh recharged
 189 5. Adjust `amperage_meter_scale` to according to the formula given below
 190 6. Repeat and test
 191
 192 Given (a) the mAh recharged and (b) the cleanflight reported mAh drawn, calculate a new `amperage_meter_scale` value as follows:
 193 ```
 194 amperage_meter_scale = old_amperage_meter_scale * (mAh_recharged / cleanflight_reported_mAh_drawn)
 195 ```
 196 For example, assuming:
 197 + An amount recharged of 1500 mAh
 198 + A Cleanflight reported current drawn of 2000 mAh
 199 + An existing `amperage_meter_scale` value of 400 (the default)
 200
 201 Then the updated `amperage_meter_scale` is:
 202 ```
 203 amperage_meter_scale = old_amperage_meter_scale * (mAh_recharged / cleanflight_reported_mAh_drawn)
 204                      = 400 * (1500 / 2000)
 205                      = 300
 206 ```
 207
 208
 209
 210
 211