Измеритель емкости автомобильного аккумулятора своими руками

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

1. Озолин М. Измеритель ёмкости акку­муляторов на микроконтроллере. — Радио, 2009, №3, с. 28,29.
2. 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

Простой тестер ёмкости аккумуляторов на Arduino

В последнее время я начал замечать, что мой смартфон стал разряжаться быстрее. Поиски программного «пожирателя» энергии плодов не принесли, поэтому стал задумываться, не пришло ли время заменить АКБ. Но абсолютной уверенности в том, что причина в батарее не было. Поэтому прежде чем заказывать новый аккумулятор решил попробовать измерить реальную емкость старого. Для этого было решено собрать простой измеритель емкости АКБ, тем более что идея эта вынашивалась уже давно – уж очень много батареек и аккумуляторов окружает нас в повседневной жизни, и было бы неплохо иметь возможность время от времени тестировать их.

Сама идея, лежащая в основе работы устройства, крайне проста: есть заряженный аккумулятор и нагрузка в виде резистора, нужно лишь измерять ток, напряжение и время в ходе разряда АКБ, и по полученным данным рассчитать его емкость. В принципе, можно обойтись вольтметром и амперметром, но сидеть за приборами несколько часов удовольствие сомнительное, поэтому намного проще и точнее можно сделать это используя регистратор данных. Я в качестве такого регистратора использовал платформу Arduino Uno.

С измерением напряжения и времени в Arduino проблем нет – есть АЦП, но чтобы измерить ток нужен шунт. У меня появилась идея использовать сам нагрузочный резистор в качестве шунта. То есть, зная на нем напряжение и предварительно измерив сопротивление, мы всегда можем рассчитать ток. Поэтому простейший вариант схемы будет состоять лишь из нагрузки и АКБ, с подключением к аналоговому входу Arduino. Но было бы неплохо предусмотреть отключение нагрузки по достижению порогового напряжение на батарее (для Li-Ion это обычно 2,5-3В). Поэтому я предусмотрел в схеме реле, управляемое цифровым пином 7 через транзистор. Конечный вариант схемы на рисунке ниже.

Все элементы схемы я разместил на кусочке макетной платы, которая устанавливается прямо на Uno. В качестве нагрузки использовал спираль из нихромовой проволоки толщиной 0,5мм, имеющей сопротивление около 3 Ом. Это дает расчетное значение тока разряда 0,9-1,2А.

2. Измерение тока

Как было сказано выше ток рассчитывается исходя из напряжения на спирали и её сопротивления. Но стоит учесть, что спираль нагревается, а сопротивление нихрома довольно сильно зависит от температуры. Чтобы компенсировать ошибку я просто снял вольт-амперную характеристику спирали, используя лабораторный блок питания и давая ей прогреться перед каждым измерением. Далее вывел в Excel уравнение линии тренда (график ниже), которое дает довольно точную зависимость i(u) с учетом нагрева. Видно, что линия не прямая.

3. Измерение напряжения

Поскольку точность данного тестера напрямую зависит от точности измерения напряжения, я решил уделить этому особое внимание. В других статьях уже неоднократно упоминали метод, позволяющих наиболее точно измерять напряжение контроллерами Atmega. Повторю лишь вкратце – суть состоит в определении внутреннего опорного напряжения средствами самого контроллера. Я пользовался материалами данной статьи.

Код не представляет из себя ничего сложного:

Каждые 5 секунд данные о времени, напряжении батареи, токе разряда, текущей емкости в мАч и ВтЧ, а также напряжении питания передаются в последовательный порт. Ток рассчитывается по полученной в п. 2 функции. По достижении порогового напряжения Voff тест прекращается.
Единственным, на мой взгляд, интересным моментом в коде я бы выделил использование цифрового фильтра. Дело в том, что при считывании напряжения значения неизбежно «пляшут» вверх-вниз. Сначала я пытался уменьшить этот эффект просто сделав 100 измерений за 5 секунд и взяв среднее. Но результат по-прежнему меня не удовлетворил. В ходе поисков я наткнулся на такой программный фильтр. Работает он похожим образом, но вместо усреднения он сортирует все 100 значений измерений по возрастанию, выбирает центральные 10 и высчитывает среднее из них. Результат меня впечатлил – флуктуации измерений полностью прекратились. Я решил использовать его и для измерения внутреннего опорного напряжения (функция readVcc в коде).

Данные из монитора последовательного порта в несколько кликов импортируются в Excel и выглядят следующим образом:

Далее легко построить график разряда АКБ:

В случае с моим Nexus 5 заявленная ёмкость аккумулятора BL-T9 – 2300 мАч. Измеренная мной – 2040 мАч при разряде до 2,5 В. В реальности контроллер вряд ли позволяет сесть батарее до такого низкого напряжения, скорее всего пороговое значение 3В. Ёмкость в этом случае 1960 мАч. Полтора года службы телефона привели к просадке емкости примерно на 15%. С покупкой новой АКБ было решено повременить.
С помощью данного тестера было разряжено уже несколько других Li-Ion аккумуляторов. Результаты выглядят очень реалистично. Измеренная емкость новых АКБ совпадает с заявленной с отклонением менее 2%.
Данный тестер подойдет и для металл-гидридных пальчиковых аккумуляторов. Ток разряда в этом случае составит около 400 мА.

Источник

Измеритель емкости аккумуляторной батареи

В стать приводится схема измерителя емкости автомобильных аккумуляторов. Основой схемы является микроконтроллер PIC16F873A. Вся информация выводится на светодиодный индикатор с общим катодом.

MT30361 Datasheet Pdf

Вообще я эту схему и программу сочинял по настоятельной просьбе одного из посетителей сайта уже давно, но этот настоятельный посетитель скоропостижно куда-то пропал. Поэтому выкладываю все и для всех.

В принципе схема состоит из уже проверенных рабочих фрагментов из разных устройств, поэтому данное устройство я в «железо» не воплощал. Работа измерителя была симулирована в PROTEUS 7.7 SP2.

Работа схемы

На транзисторе VT1 и ОУ DA1.1 – LM358N собран электронный эквивалент нагрузки со стабилизацией втекающего тока разряда испытуемого аккумулятора.

LM358N Datasheet Pdf

Уровень тока разряда устанавливают подстроечным резистором R5. Низкоомный резистор R7 является датчиком тока для усилителя DA1.1, с него же снимается сигнал для АЦП микроконтроллера – цифровой амперметр. На ОУ DA1.2 собран компаратор ограничения напряжения разряда аккумулятора. Контролируемое напряжение с разряжаемого аккумулятора через делитель напряжения R8 и R9 подается на инвертирующий вход ОУ DA1.2. Коэффициент деления этого делителя составляет 1:10, это же напряжение через переключатель SA1, контакты 1-3 подается на оцифровку на вход RA1 микроконтроллера DD1. Это цифровой вольтметр. На не инвертирующий вход ОУ DA1.2 подается опорное напряжение с делителя R2 и R3. Резистором R9 производится подстройка показаний цифрового вольтметра. Резистором R3 производится установка напряжения ограничения разрядки аккумулятора. Величину этого напряжения можно посмотреть, переведя переключатель SA1 в нижнее по схеме положение. Транзистор VT2 – это импульсный усилитель звукового сигнала окончания разрядки аккумулятора. Изменяя величину резистора R13, можно изменять громкость звучания громкоговорителя ВА1. Микросхема DA2 – стабилизатор напряжения питания микроконтроллера, а так, как в качестве опорного напряжения при оцифровке сигналов в программе выбрано напряжение питания контроллера, то величина этого напряжения должна быть отрегулирована резистором R11 на уровне 5,12В. Светодиод HL1 это индикатор окончания процесса измерения.

Настройка прибора

Не вставляя запрограммированный микроконтроллер, подаем питание на правильно собранное устройство. Резистором R11 устанавливаем на выходе стабилизатора напряжение 5,12 вольт. Снимаем напряжение питания с платы и вставляем микроконтроллер. Переводим переключатель SA1 в верхнее положение, отключает коллектор транзистора VT1, подаем на разъем подключения аккумулятора контрольное напряжение 12 вольт. Такого же показания добиваемся на индикаторе вольтметра с помощью резистора R9. Переводим переключатель SA1 в нижнее положение, и выставляем напряжение ограничения разрядки, например, 10,5 вольт. При этом напряжение на выходе ОУ DA1.2 должно быть равно нулю. Начинаем плавно уменьшать контрольное напряжение и в районе 10,5 вольт должен сработать компаратор, при этом на его выходе напряжение должно возрасти до, примерно, пяти вольт (логическая единица). Эту единичку зафиксирует контроллер и подаст прерывистый звуковой сигнал, сигнализирующий о конце измерения емкости аккумулятора. Одновременно засветится светодиод HL1.

Далее восстанавливаем цепь коллектора транзистора VT1.

КТ827 Datasheet Pdf

В цепь разряда аккумулятора включаем контрольный амперметр, устанавливаем нужный ток (ток разряда автомобильных аккумуляторов выбирают в соответствии с формулой С/10, где С – емкость аккумулятора)разряда резистором R5 и сверяем наши показания с контрольными. Точность нашего амперметра в основном зависит от точности величины резистора датчика тока R7. Если показания будут завышенными, то величину резистора R7 надо будет уменьшить.

Работа с прибором.

Берем полностью заряженный аккумулятор и подключаем к устройству. Отсчет времени разряда начинается сразу же. На левом по схеме индикаторе мы увидим значение тока разряда, на среднем — напряжение на разряжаемом аккумуляторе, при условии, что SA1 в верхнем положении. На правом индикаторе со временем будет отображаться текущие значения емкости. Емкость определяется с точностью до десятых долей. Из этого следует, что показания емкости будут меняться каждые 6 минут. После того, как напряжение на аккумуляторе уменьшится до выбранного вами предела, засветится светодиод, прозвучит сигал. Контроллер зафиксирует измеренную емкость, но процесс разряда не прекратится, имейте это ввиду.

На этом все, Успехов, К.В.Ю.

Скачать полный проект можно здесь ↓.

Источник

Автомат для разрядки и измерения реальной ёмкости аккумуляторов

Небольшая прелюдия…
Под моим покровительством находится парк из 70 компов, разных годов выпуска и состояния. Естественно на подавляющем количестве имеются источники бесперебойного питания (по тексту – ИБП). Организация бюджетная, денег конечно не дают, типа — делай, что хочешь, но должно всё работать. После коротких тестов с нагрузкой в виде лампочки на 150 Ватт выявил что 70% ИБП не держат нагрузку больше 1 минуты, ИБП фирмы АРС грешат контактами реле переключения (он переходит на АКБ, гудит-пищит, а на выходе полный ноль). Конечно никто мне не давал все ИБП проверить разом. Выход оказался прост: раз в пол года – год забирал компы на чистку, смазку, заодно и ИБП на тест и осмотр потрохов.

Конечно ИБП разных марок и мощностей (есть старичек на 600 Ватт 1992 года выпуска, АКБ родная сдохла этой осенью, до этого делал реанимацию 4 года назад). Если кто не в курсе в бытово-оффисных ИБП применяются АКБ разных типов, корпусов, напряжений и ёмкостей. Типовой представитель — это GP1272F2 (12 Вольт , 7 А/ч). Но попадаются и на 6В — 4,5 А/ч.

Цены на аккумуляторы часто превышаю половину цены нового ИБП. Да ещё в конторке (в которой подрабатываю) тоже скапливаются дохлые батарейки. Возник вопрос, а какова реальная ёмкость до и после поднятия из мусорной корзины, сколько минут работы можно ожидать от ИБП. И тут попалась на глаза статейка И. Нечаева в журнале «Радио» 2/2009 о подобном измерителе.
Конечно, некоторые моменты мне не понравились, такая вот я сволочь .
И так начнём-с…

Содержание / Contents

↑ Это оригинальная схема из статьи

ТТХ: ток разряда 50, 250, 500 ма, напряжение отсечки 2,5-27,5 Вольт .
Перечислю, что не понравилось: ток разряда максимальный всего 0,5а (да и ждать когда разрядится 7 ач не интересно), диапазон отсечки слишком широк и его легко сбить, на пуск через кнопку идёт весь ток, стабилизатор тока на полевике для светодиода это перебор, диод в управляющем выводе LM317 увеличивает требуемое падение на токовых резисторах до 1,8В и в случае пробоя 317 ходикам каюк.

Про ток разряда: у аккумов бывает что активная масса как бы запечатывается в намазке (не путать с сульфатацией), при этом подвижность электролита снижается и если разряжать его малым током, то он может отдать ёмкость полностью, а при установке в ИБП тест не пройдёт. Ну тогда надо разряжать его малым током и заряжать, т.е. лечить.
Модульность того, что у меня получилось, хороша тем что можно изготовить 2 и больше разрядных модуля (можно 1 и переключать токовые резисторы) разной мощности или даже типа и 2 отсекателя для 6-ти и 12-вольтовых батарей или 1 с переключателем.

↑ Фотки моего измерителя:

Это на 2 ампера. Так как R1 оказался больше 0,75 ом пришлось добавить 2 сопротивления (это R3, два в одном на фото) что бы ток был 2 ампера. Если кто то не заметил, прокладок между микрой с транзистором на радиатор нету. Можно конечно использовать и другую схему, типа как в радио 3/2007 стр. 34, только добавьте опорное напряжение.
Токовая и термозащита в 317 (настоящей) есть.

Ну и самая страшная часть, это отсекатель.

Супер 3D-монтаж, зато всего 3см кубических, на печатке будет гораздо крупнее. Полевик, если на 6В АКБ, то очень желательно с логическим управленим.
Данная часть почти не отличается от первоначальной, кнопка пуск перенесена с сток-исток на коллектор-эммитер, переменник заменён на фиксированный делитель, китайский сверхяркий светодиод через резистор.

Возможные вариации: верхнее плечо (по исходной схеме это R4) заменить на сопротивление + переменник, ограничив таким образом диапазон настройки (требуется когда ток разряда соизмерим с ёмкостью АКБ); возможны иные идеи.

Для формул Uref=2.5v для обычных 431, а для 431L оно равно 1.25v.

Отсекатель с фиксированным напряжением:

Формула для расчета: Uотс= Uref(1+R4/R5)
или R5=( Uотс- Uref)/( Uref*R4)

Отсекатель с регулируемым напряжением:

Формула для расчета: Uотс = Uref(1+(R4+R6)/R5)
или R5 = (Uотс- Uref) / (Uref*(R4+R6))

Но тут надо считать от переменника, на нём при разряде 0,1с должно падать (Uдельта) 1,15v для 6в акб и 2,30v для 12v акб.
Поэтому формулы преобразуются и расчет несколько иной.
Uмин смотрим в таблице ниже.
R5 = Uref * R6 / Uдельта
R4 = ((Uмин -Uref) * R5) / Uмин

Есть ещё схема отсекателя с регулируемым напряжением на 6 и 12 вольтовые батареи, но там расчет мудренее, можно просто поставить два делителя и переключатель с двумя группами которые будут коммутировать раздельные R4, R5.
Можно запихнуть в корпус ходиков, а под кнопкой блокировки будильника поставить кнопку старта.

Минусы: греется токовая нагрузка, часы надо самому в 00-00 ставить.
Плюсы: включил и ушел, пришел увидел и понял.

Напоследок маленькая табличка…

Видно плохо, но вроде понятно. А если не понятна табличка, то спрашивайте.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

Источник