Держатель батареи cr2032 своими руками

Про мой LIR2032 и CR2032 тестер, сами батарейки и накопленный опыт

В этой статье я публикую в свободный доступ мой тестер и измеритель 8шт часовых аккумуляторов-таблеток форм-фактора CR2032. Надеюсь, он пригодится тем, кто делает портативную электронику и различный IoT. В статье я опишу схему моего тестера и расскажу как он работает. Приведу результаты измерения аккумуляторов LIR2032. И проверю восемь CR2032 от разных производителей. Также поделюсь богатым опытом: какие аккумуляторы лучше не брать, а какие — хорошие. Бонусом распишу опасные моменты: и как самому не пострадать и не сжечь дом, как это любит делать Креосан.

Оглавление:

Для чего?

В целях самозанятости и в качестве хобби мы c другом-схемотехником делаем наручные устройства, которые работают в двух режимах: активном и режиме ожидания. В активном режиме требуется красивый, плавный и отзывчивый интерфейс, поэтому потребление в пределах 10-15 мА. В режиме ожидания работают только часики, потребление — единицы микроампер. В устройстве есть синхронизация данных по USB, следовательно, оно должно уметь заряжаться. Поэтому мы применяем перезаряжаемые батарейки таблетки в форм-факторе CR2032, они называются LIR2032.

Устройства продаются в Европу. Эти заказчики более требовательны к качеству, чем отечественные потребители, и поэтому важно чтобы все устройства работали долго и примерно одинаковое время. И самая большая проблема — это контроль качества аккумуляторов. Быстро их не проверить, а объём вырос настолько, что пришлось сделать этот тестер. О чём я и расскажу далее.

Основные параметры

10мА).

Зарядный ток: 30мА

Время цикла проверки: 4-6 часов.

Алгоритм проверки

Разница между LIR2032 и CR2032 в том, что CR2032 батарейки, а LIR перезаряжаемые аккумуляторы. И они имеют более высокий рабочий диапазон напряжений, но почти в 10 раз меньшую ёмкость.

CR2032: диапазон напряжений 2000-3300 мВ, ёмкость 200+ мА/ч.
LIR2032: диапазон напряжений 3300-4200 мВ, ёмкость 35 — 45 мА/ч.

1. Первичная дозазрядка, окончание — сигнал #STAT зарядника в Z. Максимум 3 часа.
2. Разряд, до 3300 мВ, время: минимум 2 часа, максимум 5 часов.
3. Финальная полная зарядка, окончание — сигнал #STAT зарядника в Z. Максимум 3 часа.

Аккумулятор считается годным, если все эти лимиты по времени соблюдаются.
Напряжение не должно проседать ниже 3000 мВ или превышать 4300 мВ — т.е. те лимиты, при которых аккумуляторы быстро портятся или считаются негодными.

Индикация

Индивидуально у каждого держателя батареи:

• часто мигает зелёным — Первичная дозазрядка
• часто мигает красным — Разряд
• медленно мигает зелёным — Финальная зарядка
• постоянно горит зелёный — Тест окончен, батарея годная
• постоянно горит красный — Тест окончен, батарея не годная

Общий у USB порта:

• Светится — проверка в процессе работы, как минимум один тестируется.
• Погас — проверка окончена, все 8 аккумуляторов проверены.

Лог работы

Выводится в UART. Если впаять CP2103, то его можно считывать, иначе придётся подключать сторонний преобразователь UART в USB.
Устройство запоминает в свободной флеш памяти (около 50кб) параметры всех ранее измеренных аккумуляторов и выдаёт их при каждой перезагрузке.

После перезагрузки и инициализации начинает выдаваться каждую секунду:

1. Время в секундах
2. Отладочные статусы зарядника и тд, три группы символов по 8 шт.
3. Напряжения на аккумуляторах в милливольтах, точность 30мВ, 8шт
4. Прошло времени в тиках (

8 миллионов)

Напряжение аналогового питания (удобно для проверки и отладки питания)

Скорость изменения питания в микровольтах в сек, 8 шт. точность 5 мкВ/сек.

После того как все аккумуляторы проверены выдаётся измеренные значения по всем аккумуляторам.

1. Ёмкость в мкА/ч (норма от 25 и выше)
2. Время в сек., напряжение в мВ начала и напряжение в мВ окончания периода.
3. Периодов три: первичный заряд, разряд, финальный заряд.

Микроконтроллер и как его прошивать

Для тестера батареек я выбрал микроконтроллер STM32F100R8 это ARM Cortex M3.
Выбран большой 64-х выводной корпус, т.к. на все 8 каналов не хватало выводов, а делать костыли с расширяемыми GPIO и регистрами не хотелось. МК работает от внутреннего генератора без использования PLL и делителей, т.е. на 8Мгц.

Прошивка сделана в gcc и makefile в среде Eclipse Kepler и плагине CDT.
Настройка не требуется. Достаточно прошить и уже можно использовать.

Можно прошивать внешним UART программатором, для этого на отдельную PLS’ку выведены сигналы RX TX BOOT0 RST и земля.
Можно прошивать моим встроенным USB-UART программатором о котором я рассказывал ранее, но для этого на каждый экземпляр придётся ставить CP2103.

Схема целиком

электрическая схема (увеличение по клику):

Схема питания

Две ветки питания на двух линейных стабилизаторах LM1117 с 5 до 3.3В.
Отдельное питание для цифровой и аналоговой части.
С защитой от взаимных помех катушечками — индуктивностями на входе каждого стабилизатора.

ВНИМАНИЕ в плате есть ошибка: забыли установить и развести общий электролит по питанию USB, впаяйте параллельно USB хотя-бы 4000мкФ х 6В. Иначе при включении одного зарядника, сбрасываются остальные из за сильной просадки по питанию.

Схема одного из восьми каналов LIR2032/CR2032

функциональный уровень:

электрическая схема:

• Ключ включения питания контроллера заряда (цепь ON1)
• Контроллер заряда (микросхема MCP73831T)
• Вывод статуса зарядки: в процессе заряда=GND или закончен=Z (цепь STAT1)
• Вертикальный держатель батарейки
• Делитель напряжения на 2 и датчик напряжения на ОУ (цепь ADC1)
• Нагрузка 250 Ом, которая включается полевым транзистором (LOAD1)

Про зарядку и контроллер заряда

Заряжать Li-ion аккумуляторы необходимо в двух режимах:

1. быстрый заряд в режиме константного тока;
2. далее дозаряд в режиме константного напряжения.
   Для этого использован готовый контроллер заряда который умеет всё это делать — MCP73831T. Он используется как в тестере питания так и в целевом устройстве.

Его характеристика заряда по времени:

Также имеется два дополнительных вывода:

1. Вывод #STAT — индикация что заряд в процессе, во время зарядки там GND, по окончанию он переходит в высокий импеданс. Обычно к нему подключают катод светодиода.
2. Вывод #Prog — задаёт ограничение тока, для универсальности и зависит от простой формулы:

Плата

Четырёхслойная, средние слои: земля и питание, внешние верх и низ — сигнальные.
Зазоры и толщина дорожек по 0.2мм. Все резисторы 0805 рекомендую ставить с 1% точностью.
Увеличение по клику

Результаты аккумуляторов LIR2032

Вот график заряда и разряда, построен по логам тестера

В течении 64 циклов разряжал и заряжал 8 шт аккумуляторов и построил график того, как меняется средняя ёмкость у 8 аккумуляторов по мере накопления циклов и «износа».

Далее, стало интересно, есть ли зависимость между измеренной ёмкостью и временем заряда или временем разряда. Для этого я взял накопленную статистику с 500+ рабочих и годных аккумуляторов:

Оказалось что да, зависимость есть, но только по времени разряда на нагрузку.
По времени заряда слишком косвенно. А при малых ёмкостях в пределах 25-30мА видно наступает таймаут минимального времени заряда у микросхемы зарядника — образовалась гор. полочка.

Так же заметны две группы батареек: одна — новые фирменные EEMB с ёмкостью 34-40мА/ч, другие — тоже EEMB, но 13-ого года выпуска с ёмкостью 25-30 мА/ч. Вторую группу я случайно нашёл среди своих запасов пока делал статью и решил тоже прогнать и отдать на сборку годные.

Сделал анимацию первых 65 измерений разных аккумуляторов:

верхний график — напряжение в мВ, горизонтальная шкала времени шириной 16000 сек
нижний график — скорость изменения верхнего графика в мкВ/сек.

Результаты проверки 8 разных батареек CR2032

Сразу предупреждаю, что тестер батареек не предназначен для CR2032. Они рассчитаны под разряд микроамперами и единицами миллиампер, притом и нагрузку менееьше 1 кОма не рекомендуют подключать. Но у меня есть дешевые китайские изделия где это нарушается, например, игрушки для детей и кошек с светодиодами. И я на помню, что именно в таком случае хуже всего себя показали фирменные батарейки, а дешевые ширпотребные хорошо.

При желании, можно выпаять три из четырёх однокилоомных резисторов — для этого в плате нагрузка так и сделана. Или впаять другой вообще резистор побольше, например 10к. Если сообществу интересно, то могу заняться, но результаты будут Очень не скоро.

Результаты сделал в виде таблицы по пороговым срезам, начиная с 2000 мВ до 2900 мВ с шагом в 100 мВ.
Т.е. ёмкость в миллиамер-часах измерена так, если бы они разряжались до 2000 мВ, или 2100 мВ и тд до 2.9 В. Чем выше порог, тем меньше ёмкость.
Единица измерения мА/ч.

Зелёно-красный градиент индивидуален по каждому столбцу и независим от соседних столбцов.

Да, действительно, простые и дешёвые батарейки типа ЭРА, megamag и Трофи, лучше в этой ситуации. Что и подтвердило мой прежний опыт их использования.
Но ещё раз повторю — батарейки не обязаны выдавать такой ток!

Часто батарейки CR2032 крепятся при помощи миниатюрных магнитов, например, в фитнес браслете misfit shine, и поэтому должны уметь хорошо магнитится. И да, действительно все 8 батареек притягиваются магнитом отлично.

Итоги и про качество аккумуляторов

Мне лично тестер понравился, очень удобно пользоваться. А цикл в 4 часа хорошо сочетается с личной жизнью — с утра поставил — в обед сменил следующий, после работы ещё раз все 8 шт поменял, и на ночь ещё 8 шт. Много времени не требуют, особенно если по терминалу не подключаться и лог не вести.

Проблема с аккумуляторами была решена.
Мы ранее покупали китайские «ноунейм» аккумуляторы, но они оказались почти 100% браком.
На голову лучше себя повели фирменные от EEMB — у них стабильные параметры и брака 2-3%. А в некоторых палеттах из 50-40 шт ни одной бракованной. Также они отлично переживают долгое хранение в течении 3-4 лет, но процент брака повышается до 10%.

Для сравнения скриншот первых 100 шт, где EEMB а где заказанные на алиэкспрессе думаю наглядно виден будет сразу.

тут три партии: первые 40шт — новые EEMB, вторая — свежий «ноунейм» китай, последние 15 шт — EEMB три года лежали без использования. Заметно что даже немного деградировавшие 15 шт EEMB лучше китайских.

Про технику безопасности

Заключение и ссылка на мой проект на гитхабе

Я не хотел статью писать, т.к. думал, что раз тема IoT популярна на Хабре, то и про такие батарейки точно есть обзоры, но не нашел.

Кстати, я ищу работу и на данный момент также принимаю разовые заказы на разработку или производство.

Источник

Как сделать отсек для батареек

Допустим из бумаги, по выкройкам, пластиковые корпуса, пружинки и т.д., вариантов много. Но иногда нет пружинок и контактов. Обратил внимание на упругость пластика из пластиковой бутылки. И данное свойство будем использовать для подключения батареек.

Много различных вариантов, и для начала покажем простейшую самоделку. Простой фонарик – светодиод и источник питания. Как подключить таблетку? Делается это просто. Вырезается кусочек пластика из бутылки, складывается пополам и скрепляется степлером. Осталось сделать прижимы для контактов, вырезаются ножницами. Можно сразу на прижимы прикрутить провода, но сейчас достаточно одних прижимов, чтобы подключить светодиод. Вставляем батарейку, светодиод и выключателем служить полоска пластика от той же бутылки. Простейшая конструкция. За минуту можно сделать маленькую поделку.

Сейчас подключим аккумулятор 18650, используя пластик от бутылки. Если согнуть ПЭТ ленту один раз, то она уже пружинит неплохо, а если согнуть два раза, то пружинит и прижимает намного сильнее. Согнул ПЭТ ленту и получился прижим для контактов. Вставить провода, примотать скотчем и подключить. Тут осталось подключить провода и замотать скотчем. Сделать два отверстия в ПЭТ ленте и пропустить провод и скрутить и получится контакт. Делаем отверстия при помощи зажигалки и скрепки. Паяльником быстрее. Есть и недостаток пластика из бутылок – его трудно клеить, только пайка, что порой неудобно, так как пластик под температурой ещё усаживается (термоусадка).

Делаем упрощёно, просто через отверстие пропускаем провод и загибаем. Обматываем скотчем. Хорошо прижимает. Можно было просто воткнуть провода. Проблемы с выдёргиванием проводов и отхода контактов тут минимальны. Иногда в качестве корпусов используем готовые пластиковые боксы, вставив такие прижимы.

Для корпуса можно использовать блистерную упаковку от батареек. Добавить туда прижимы или уплотнить бумагой. Прижимы легко сделать из ПЭТ ленты. Остается подключить провода, перемычки можно сделать фольгой. Таким образом из упаковки получится простой повербанк на 4хаа. Относительно изготовления отсеков по выкройкам.

Получались отсеки на одну батарейку или аккумулятор. Удобно ими пользоваться, но не удобно делать из пластика от бутылки. На каждый отсек уходило по 15 минут. По выкройке для аккумулятора 18650. Контакты, прижимы, и через прорези стянут корпус ПЭТ лентой. Получается неплохо, но тяжело делать. Покажем такую выкройку. Пластик сильно пружинит и по этому тяжело делать Из бумаги или лучше картона сделать гораздо быстрее и удобнее. Такие корпуса стараюсь не делать. Делаем попроще, закрытые.

Как просто сделать отсек для нескольких батареек из пластика от бутылки? Вырезается полоска шириной чуть меньше длины. Берем две и просто заворачиваем. Минимум два полных оборота. Лишнее просто обрезать. Получается не сильно плотно, но как раз потом и уплотним. Скрепляем скотчем. Заделывается полоска в соответствии с шириной будущего отсека. И просто вставляется между витками скрутки. Уже получается плотнее. Делаются пружинки с обеих сторон, свернув полоску по три раза. С одной стороны надо сделать перемычку. Перемычку сделаем степлером, а можно просто полоску фольги. Чтобы всё скрепить используем ПЭТ ленту. Если нужно быстро, то доделать контакты, вставить батарейки, если надо уплотнить и обмотать скотчем.

Пропускаем ленту между витками и загибаем внутрь. На второй пружинке нужно было сделать контакты. Пропустил ленту между витками и загнул внутрь. Ленту через витки скрутки с другой стороны. Вставляем батарейки. Затягиваем с одной стороны. Протягиваем ленту с первой стороны. Затягиваем ленту и прижимаем поджимы, фиксируем, загибая ленту наружу. Отсек готов.

Подключаем светодиод. Устанавливаем выключатель – полоску. Принцип довольно простой и его можно масштабировать. На три – пирамидкой. На четыре лучше делать кубиком. Усилить стороны полосками и или уплотнить батарейки. Так удастся располагать не только параллельно, последовательно. Так подключать одну. Или фонарик на двух таблетках. Держатель или отсек сделать легко своими руками, используя подручные средства. Пластик из бутылки в качестве пружин или прижимов. В зависимости от задачи и наличия материалов можно либо сделать отсеки самостоятельно, либо лучше купить. Надеюсь данная информация была полезна, возможно пригодится.

Источник