ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ ЛИТИЕВЫХ АКБ
Предлагаемое устройство предназначено для измерения емкости Li-ion аккумуляторов и его заряда. Собрана схеме на Atmega8, дисплее WH1602 (без кириллицы), типового зарядного с Алиэкспресс и нагрузочного резистора. Сразу замечу, что схема не имеет защиты от переполюсовки!
Принципиальная схема тестера литиевых аккумуляторов
При включении выводится надпись о подключении аккумулятора к устройству, после подключения аккумулятора начинается его заряд, на ЖКИ выводится знак зарядки, напряжение на аккумуляторе и ток заряда.
После полного заряда заряд отключается и начинается разряд, ток разряда зависит от сопротивления резистора R1 (у меня 10 Ом, но вы можете ставить любой, какой считаете нужным). Каждую секунду происходит измерение напряжения на аккумуляторе, производится расчет тока через него и отобранная емкость, при достижении конечного напряжения разряда разряд отключается и включается заряд.
Выводится измеренная емкость аккумулятора, текущее напряжение на аккумуляторе и ток заряда.
В устройстве 3 кнопки: «режим», «минус» и «плюс». В рабочем режиме кнопка «режим» позволяет переключаться на режим дальше, кнопка «минус» и «плюс» выключают и включают подсветку дисплея.
Все устройство питается от обычной зарядки сотового телефона, необходимо подобрать чтобы напряжение не превышало 5,5 вольт на холостом ходу и способно было выдать ток равный выбранному току заряда при напряжении не менее 4,5 вольт, у меня прекрасно справляется зарядное от Алкатель на 5 В /520 мА).
Модуль зарядки требует доработки — нужно выпаять микросхему в корпусе SOT-23-6 (DW01-контроллер литий-ионного аккумулятора), замкнуть дорожки, которые шли к выводам 1,2,3 DW01 и уменьшить номинал резистора R3 — там стоит 1,2 кОм, то есть ток заряда 1 ампер будет слишком много для «малоемких» аккумуляторов, у меня 5,1 ком (ток заряда около 250 мА).
Установки тестера
Все предустановки через кнопки, необходим испытательный аккумулятор и мультиметр. Нажимаем одновременно все 3 кнопки, как экран очистится — отпускаем, на дисплее напряжение Vop — это напряжение на выводе 21 Atmega8, необходимо измерить это напряжение мультиметром (в режиме вольтметра) и выставить его кнопками «минус»/»плюс».
- Нажимаем кнопку «режим» — следующий пункт установка номинала R3 на плате зарядки, подключаем к устройству мультиметр в режиме амперметра и аккумулятор, кнопками «минус»/»плюс» подгоняем показания амперметра и тока на дисплее (также на дисплее будет отображаться значение R3, но чуть меньше установленного, скорее всего накладывается внутреннее сопротивление TP4056).
- Ток заряда подогнали, снова нажимаем кнопку «режим», попадаем в режим установки разряда, все так же — подгоняем ток на амперметре и ЖКИ, но стоит немного подождать пока разогреется нагрузочный резистор, полминуты хватит.
- Нажимаем «режим» — пункт установки конечного напряжения разряда, по умолчанию 3,3 вольта, ставим какое нам требуется и снова нажимаем кнопку «режим» — все установки сохранятся в EEPROM.
На данный момент тактирование от кварца 32768 не задействовано, зуммер тоже — это поправимо, если надо. Вот фузы на 8 МГц, включен контроль питания 4 вольта (чтоб не сбивалось EEPROM при скачках питания).
Конечное напряжение задается через меню с шагом 0,05 вольт, по умолчанию стоит 3,3 вольта. Заряд TP4056 по алгоритму, который оптимален при заряде Li-ion, считаю просто заряжать ограничивая ток, а потом напряжение — не очень хорошо, была у меня зарядка на LM317, там сильный нагрев при больших токах требует применение радиатора, да и обвязка LM317 занимает много места.
Насчет возможности «шаг назад» — делайте на современных микроконтроллерах, можно ставить Атмега88/168/328.
Сам ток разряда не измеряется, а высчитывается. Измеряется падение напряжения на нагрузочном резисторе + сопротивление открытого транзистора, зная их сопротивление считаем ток:
Rнагр+Rds задается через меню — там идет обратное измерение, то есть Rнагр+Rds=U/I, причем ток контролируем мультиметром в режиме амперметра. Rds в моем случае по даташиту 0,025 Ом и им можно пренебречь. В общем архиве есть Протеус, принципиальная схема, нех файл. Автор проекта — булат.
Источник
Измеритель ёмкости аккумуляторных батарей
Это устройство предназначено для измерения ёмкости аккумуляторов и их батарей напряжением в заряженном состоянии 1…25 В при разрядном токе 0,1… 10 А. Оно отличается от разработанных автором ранее [1,2] более точным измерением ёмкости за счёт того, что в процессе разрядки контролируется и учитывается текущее значение разрядного тока. Измеряемая ёмкость может находиться в пределах от 0,001 до 65,536 А·ч.
Схема измерителя показана на рисунке. К нему подключают заряженный аккумулятор (батарею), ёмкость которого предстоит определить. Напряжение и разрядный ток аккумулятора измеряет АЦП микроконтроллера DD1. Значения этих величин отображаются в разрядах 8—10 (крайних правых) ЖКИ HG1 и сопровождаются буквами U для напряжения или I для тока в разряде 7 индикатора. Переключение отображаемой величины выполняют нажатием и удержанием кнопки SB1.
Схема измерителя ёмкости аккумуляторных батарей
Процесс измерения ёмкости аккумулятора запускают нажатием на кнопку SB2 длительностью не менее 0,5 с. Если в этот момент напряжение аккумулятора больше 0,8 В, программа микроконтроллера устанавливает на его выводе 11 (РА7) высокий логический уровень напряжения. Это открывает ключ на полевом транзисторе VT1, подключающий к проверяемому аккумулятору нагрузочный резистор R1. Резистор R6 — датчик разрядного тока.
При начальном напряжении аккумулятора менее 0,8 В на выводе РА7 будет установлен низкий логический уровень и транзистор VT1 не откроется. Сигнализируя об этом, светодиод HL1 станет мигать с частотой 2 Гц. В разрядах 7—10 индикатора будет выведена надпись «Еrr2».
В случае, если напряжение более 0,8 В, но измеренный ток разрядки превышает 10 А, транзистор VT1 будет закрыт.
Светодиод начнёт мигать с частотой 8 Гц, а на индикаторе появится надпись «Еrr1». Как при слишком низком напряжении аккумулятора, так и при слишком большом разрядном токе измерение ёмкости аккумулятора выполняться не станет.
О нормально идущем процессе измерения ёмкости свидетельствует мигание светодиода HL1 с частотой 0,5 Гц. При этом текущее количество электричества, отданное аккумулятором в нагрузку, отображается в разрядах 1—5 индикатора (крайних левых) в ампер-часах с тремя десятичными знаками после запятой. Незначащий ноль в разряде десятков ампер-часов программно гасится.
Сигналом завершения процесса измерения служит непрерывное свечение светодиода. По его окончании транзистор VT1 закрывается, а выведенное на индикатор отданное аккумулятором количество электричества (его ёмкость) сохранится на нём до выключения питания.
Алгоритм измерения следующий. При нажатии на кнопку SB2 к аккумулятору подключается нагрузка, измеряется напряжение на ней, вычисляется напряжение, до которого нужно разрядить аккумулятор (оно меньше начального на 25 %), и измеряется ток разрядки по падению напряжения на резисторе R6. Если ток не превышает 10 А, то каждые 36 с (0,01 часа) выведенное на индикатор значение отданного количества электричества увеличивается на 1/100 текущего значения разрядного тока.
Разрядный ток зависит от сопротивления нагрузочного резистора R1. Номинал и мощность этого резистора выбирают в зависимости от типа проверяемого аккумулятора или их батареи. Для плавной регулировки тока здесь можно применить реостат. Максимальное падение напряжения на датчике тока не превышает 100 мВ.
Налаживание устройства сводится к калибровке его измерителей тока и напряжения по образцовым приборам. Сначала подборкой резистора R2 устанавливают на индикаторе HG1 значение, равное показанию образцового вольтметра. Затем, замкнув контакты кнопки SB1, подборкой резистора R6 устанавливают измеренное значение тока по образцовому амперметру.
Программа микроконтроллера написана на языке ассемблера в среде разработки AVR Studio 4.19. Младший байт конфигурации микроконтроллера должен быть запрограммирован равным 0хЕЕ, старший байт — 0x17.
Скачать архив к проекту (прошивка, исходник).
ЛИТЕРАТУРА
- Озолин М. Измеритель ёмкости аккумуляторов на микроконтроллере. — Радио, 2009, №3, с. 28,29.
- Озолин М. Цифровой измеритель ёмкости и внутреннего сопротивления аккумулятора. — Радио, 2012, № 3, с. 20.
Автор: М. ОЗОЛИН, с. Красный Яр Томской обл.
Источник: Радио №7, 2015
Источник
Измеритель ёмкости аккумуляторов (С линейным стабилизатором)
В этой статье мы поговорим об одном из способов практического применения электромеханических часов в радиолюбительской практике. В одной из статей мы собирали схему питания и управления для таких часов, а в другой мы мотали электромагнитную катушку для этой схемы. Здесь же мы рассмотрим как можно очень просто и точно измерить емкость литий-ионного аккумулятора с применением электромеханических часов. Ранние статьи Вы можете посмотреть по ссылкам:
Преимущество электромеханических часов в том, что после пропадания питания стрелки часов показывают время, когда это произошло. На самом деле в устройстве можно применить любые электромеханические часы, которые после остановки показывают время, которое было при пропадании напряжения питания. Основой устройства является линейная электронная нагрузка, задающая постоянный стабильный ток потребления. В данном случае выбран ток нагрузки 500 мА, что бы можно было измерять емкость небольших аккумуляторов. Если планируется измерять емкость только мощных источников, то нужно будет увеличить ток нагрузки, так как в противном случае придется очень долго ждать и шкалы устройства может быть недостаточной для измерения. Для точного же измерения емкости аккумуляторов до 1000 мА*час не следует превышать указанное значение тока нагрузки. В перспективе можно сделать переключатель, но он будет вносить некоторую погрешность, и поэтому я отказался от него.
Данное устройство обладает следующими параметрами:
Технические характеристики устройства:
|
|
Предел измерения с меньшей стороны обуславливается погрешностью, а с высшей стороны шкалой, размером в 12 часов. Погрешность зависит от разрешения шкалы и от стабильности нагрузочного тока. А за 12 часов с током нагрузки 500 мА можно измерить емкость аккумулятора до 6000 мА*час.
Рассмотрим блок-схему и принцип работы устройства:
Напряжение полностью заряженного аккумулятора через контроллер разряда подается на электронную нагрузку и на схему питания и управления электромеханических часов. После запуска механизма часов они начинают отсчет времени и происходит разряд аккумулятора заданным стабильным током. Все это время светится светодиод, сигнализирующий о работе устройства и о процессе разрядки аккумулятора. При достижении напряжения на аккумуляторе своего нижнего предельного значения, контроллер разряда обесточивает всю схему, светодиод гаснет напоминая о конце процесса измерения, часы останавливаются и показывают емкость данного аккумулятора. Так как емкость определяется по формуле
Е [А * час] = I [А] х T [час]
а потребляемый стабильный ток в нашем случае равен 500 мА или что то же самое 0,5 А, то аккумулятор емкостью в 1 А*час полностью разрядится за 2 часа и двенадцатичасовой шкалы часов хватит максимум на аккумулятор с емкостью 6 А*час.
Контроллер разряда отключает нагрузку при снижении напряжения аккумулятора ниже определённого значения. Он взят из аккумулятора мобильного телефона Samsung с напряжением 3,7 В и представляет из себя плату защиты с порогами отключения цепи 2,4-4,2 В..
Обязательно нужно измерить напряжение отсечки, при котором он будет отключать нагрузку. Оно должно быть в районе 2,4 — 3,0 Вольта. Как правило у таких контроллеров общим является плюс питания, а цепь минуса управляется переходом полевого транзистора.
В качестве электронной нагрузки взят линейный стабилизатор тока, у которого в отличие от импульсного и входной и выходной ток одинаков и стабилизирован в широком пределе напряжений. Нагрузкой стабилизатора тока является низкоомный резистор, хотя при надлежащем отводе тепла от силового управляющего транзистора можно и вообще отказаться от резистора и просто замкнуть выход.
Часы можно использовать любые электромеханические скорректировав питающее напряжение и доведя его до нужного значения. Так как большинству часов необходимо напряжение 1,5 В, а напряжение исследуемого аккумулятора будет меняться от 2,4 до 4,2 В то понадобиться простой стабилизатор напряжения для питания часов. Я использовал доработанные часы «Янтарь» со встроенным стабилизатором, которые мы ремонтировали в предыдущей статье.
Принципиальная схема получившегося измерителя емкости представлена на рисунке.
Напряжение с исследуемого полностью заряженного аккумулятора через предохранитель подается на контроллер разряда, который при подключении аккумулятора закрыт и не пропускает ток. Параллельно его входу подключен обратно смещённый диод, который защищает устройство от переполюсовки, во время которой он проводит ток в прямом направлении и сжигая предохранитель обесточивает цепь. Кратковременным нажатием кнопки «пуск» контроллер разряда запускается и подает напряжение на часы и электронную нагрузку. Предварительно обнуленные часы начинают отсчет времени, а электронная нагрузка разряжает аккумулятор заданным стабильным током. В зависимости от устройства часов может понадобится одновременный запуск их механизма. В моем случае необходимо предварительно установить стрелки на нулевую отметку и затем запустить маятник часов.
Так же в моих часах установлен светодиод подсветки шкалы одновременно сигнализирующий о работе устройства.
Электронная нагрузка представляет из себя линейный стабилизатор тока на германиевых транзисторах прямой проводимости. Транзистор Q1 стабилизирует напряжение на базе составного транзистора из элементов Q2 и Q3. В цепь эмиттера управляющего транзистора Q3 включен резистор R2, с которого напряжение отрицательной обратной связи подается на базу транзистора Q1. Подбором этого резистора осуществляется установка нужного тока стабилизации измеряя его в разрыве КТ1. Конденсатор C1 блокирует питание по высокой частоте шунтируя возможные помехи и наводки предотвращая некорректную работу устройства.
Рисунок платы с навесным монтажом представлен ниже:
Между выводами «-bat» и «-clock» подключена кнопка пуска. На выводы «+bat» и «-bat» подается напряжение с исследуемого аккумулятора. С выводов же «-clock» и «+clock» подается питание на электромеханические часы для измерения. Плата контроллера разряда приклеивается на двусторонний скотч. Управляющий транзистор Q3 ставится на радиатор площадью 10-12 см 2 который винтами крепится к основной плате.
Под это устройство так же разработана печатная плата, вид которой сверху и снизу показан на рисунках:
Я начертил шкалу для замены стандартного циферблата часов. Привожу вид этой шкалы, а ниже прилагаю вариант для печати в формате PDF.
Внутренняя шкала для часовой стрелки разбита на шесть основных делений по 1000 мА*час с промежуточными делениями по 500 мА*час и делениями между ними по 100 мА*час. Внешняя шкала для минутной стрелки и каждое большое деление показывает 100 мА*час с промежуточными маленькими делениями по 10 мА*час. Так же прилагаю исходный файл шкалы для тех, кому нужно будет подогнать размеры или внести изменения.
Вот так выглядит напечатанная шкала:
Далее я приклеил ее поверх циферблата часов с помощью тонкого двойного скотча:
Вот так это выглядит в собранном виде:
Сама плата устройства из за размеров радиатора не поместилась в корпус часов. Ее я установил в перерезанную пластиковую бутылку и вывел провода через горлышко подключив по назначению:
В качестве предохранителя я использовал отрезок медного провода диаметра 0,1 мм в эмалевой изоляции. Настройка устройства заключается в установке потребляемого тока в контрольной точке КТ1 подбором сопротивления резистора R2. Этот резистор я сделал из нихромовой проволоки и подбором ее длины добился нужного показания амперметра. Вы же можете поставить резистор немного большего сопротивления, например 0,33 Ом, и подключая параллельно другие резисторы с сопротивлением 1-10 Ом установить нужный ток потребления.
Схема показала довольно хорошую стабильность при изменении температуры и напряжения питания. С помощью данного устройства также можно измерять ёмкость «power bank»-ов с напряжением 5 Вольт.
Видео:
Источник
