0

Измеритель емкости аккумуляторов

Большинство современных портативных электронных устройств потребляют энергию от аккумуляторных батарей, которые имеют ограниченный срок службы. Каждый цикл разрядки и зарядки небольшими шагами способствует сносу батареи и «аккумулятор держит меньше». Представленное устройство позволяет измерять энергоэффективность такого аккумулятора и определять его расход. С помощью данного прибора можно измерить емкость новой батареи и сравнить результат с параметрами, заявленными производителем.

Измеритель емкости аккумуляторов

Измеритель емкости аккумуляторов

В последнее время аккумуляторные батареи соблазняют нас большой емкостью в тысячи миллиампер часов. Возникает желание проверить, действительно ли эти небольшие аккумуляторы могут выделять столько энергии. С помощью представленного устройства также можно измерить «энергетический аппетит» любого потребителя.

Характеристики

  • расчет емкости источника питания на основе измерения параметров при его разряде,
  • измерения напряжения постоянного тока в диапазоне 0 … 25 В, с разрешением 25 мВ,
  • измерения постоянного тока в диапазоне 0 … 5 А, с разрешением 10 мА,
  • измерения емкости в диапазоне до 100 Ач с разрешением 1 мАч,
  • измерение потребляемой энергии в диапазоне до 100 Втч с разрешением 1 мВтч,
  • измерение времени в диапазоне до 100 часов,
  • подходит практически для любого типа аккумулятора,
  • передача всех параметров в режиме реального времени через интерфейс USB,
  • автоматический запуск измерения после подключения тестируемого источника питания,
  • завершение ручного или автоматического измерения после превышения установленного значения тока, напряжения, времени или емкости,
  • автоматическое отключение тестируемого источника питания после измерения,
  • питание 8 … 15 В постоянного тока от батареи или USB.

Описание схемы

Емкость аккумулятора определяет, сколько заряда аккумулятор может отдать в течении определенного времени. Чтобы определить этот параметр, измеряется, как долго аккумулятор способен обеспечивать конкретные параметры вольт-амперного потребления. Таким образом, тестирование требует одного жизненного цикла батареи. Недостаточно «прикоснуться измерителем», чтобы сразу показать результат. Результат проверки производительности зависит от многих параметров.

Если тест предназначен для проверки номинальной емкости батареи, предназначенной для конкретного устройства, то должны быть обеспечены условия разряда, например вызванные устройством. Если тест касается универсальной аккумуляторной батареи, результат следует рассматривать как значение для указанных условий эксплуатации. Емкость аккумулятора зависит в первую очередь от тока разряда — на практике при меньшем разряде ток батареи будет показывать большую емкость, чем при интенсивном разряде с высоким током. Поэтому испытание следует проводить при токе разряда, близком к значению, при котором батарея в конечном итоге будет работать.

Представленная схема не оснащена модулем с регулируемой нагрузкой. Она должна быть подключена к выходу схемы. Наилучшим решением будет подключение устройства, которое в конечном итоге будет работать от акумулятора. Однако следует помнить, что выходное напряжение уменьшается из-за падения напряжения на измерительном резисторе. При малых токах падение будет незначительным, пренебрежимо малым, но при максимальном токе 5 А падение напряжения будет составлять до 0,5 ВА, что может привести к неисправности целевого устройства. В простейшем случае к выходу следует подключить правильно выбранный мощный резистор или лампочку. Испытание на полную мощность требует полного цикла. Поэтому перед началом теста аккумуляторная батарея должна быть полностью заряжена — здесь нет никаких сомнений, что специальное зарядное устройство обеспечит выполнение этого условия. Тем не менее, как определить конец исследования? Обычно используемый метод заключается в определении конечного напряжения, для Ni-xx аккумуляторов около 0,9 В / элемент, для Li-xx аккумуляторов около 3 В / элемент и т. д., Внимательно проверьте характеристики данной батареи. Представленная схема имеет функцию автоматического завершения теста, одним из 5 вариантов которой является определение минимального напряжения. Когда напряжение аккумулятора упадет до этого уровня, проверка будет завершена, и батарея отсоединится от нагрузки. Другой вариант — указать минимальный ток — полезно, если устройство подключено к выходу. Когда батарея разряжается до такой степени, что устройство не сможет работать и выключается, это приведет к уменьшению текущего значения, что будет сигналом для завершения теста.

Принципиальная схема измерителя емкости аккумуляторов показана на рисунке 1, ее можно разбить на несколько блоков.

Измеритель емкости аккумуляторов

Рис. 1

Микроконтроллер ATmega8 является основой блока управления. Тактичный генератор на кварцевом резонаторе 32768 Гц управляет одной из схем времени микроконтроллера — TIMER2. Он используется для точного измерения времени. Дисплей и кнопки — это пользовательский интерфейс, микросхема FT232R работает как интерфейс USB и реле K1. Другие элементы являются аналоговой частью. микросхема IC3 с несколькими пассивными элементами образует относительно сложный блок питания. Напряжение тщательно фильтруется, а цифровые и аналоговые массы разделяются для обеспечения максимальной точности измерений. В этом также было применено к исходной точности опорного напряжения MCP1525. Аналоговые значения преобразуются в цифровую форму 10-разрядного преобразователя, содержащегося в периферийных устройствах микроконтроллера. Измерение напряжения осуществляется через делители напряжения с потенциометрами R18 и R21. Один для входного напряжения, другой для выходного. Ток измеряется путем измерения падения напряжения на резисторе R9.

Из-за очень низкого сопротивления напряжения невелики, не более 0,5 В, поэтому преобразователь питается от двух усилителей напряжения микросхемы TLC272 с коэффициентом усиления 5 и 50. Следовательно, ток измеряется в двух диапазонах 0 … 0,5A и 0, 5 … 5А, программа соответствующим образом управляет процессом, используя соответствующий гистерезис при изменении диапазонов.

Сборка и настройка

Авторская печатная плата была разработана в основном с использованием SMD-компонентов. Сборка устройства должна выполняться в соответствии с общими принципами. Не устанавливайте дисплей на печатную плату, потому что он будет занимать значительную часть. Расположение элементов показано на рисунке 2.

Измеритель емкости аккумуляторов

Рис. 2

После сборки включите устройство и отрегулируйте контрастность дисплея с помощью соответствующего потенциометра (рисунок 3).

Измеритель емкости аккумуляторов

Рис. 3

Питание устройства от батареи от 8 … 15В, 0,2А или через разъем USB. После первоначального запуска подготовьте регулируемый источник питания, мультиметр и нагрузку, например автомобильную лампу мощностью около 20 Вт, и откалибруйте ее, как описано ниже. После этой настройки устройство готово к работе.

Эксплуатация и обслуживание

После подключения источника питания появится «приветствие» на экране , а затем главное меню (рисунок 4). Это окно отображает основные параметры: измеренное напряжение, ток, время и расчетное значение емкости на постоянной основе.

Измеритель емкости аккумуляторов

Рис. 4

Значения обновляются каждую секунду, но реальные измерения выполняются в несколько десятков раз чаще. Программа выполняет измерения аналоговых параметров примерно 30 раз в секунду, а затем вычисляет среднее значение и передает его для дальнейших расчетов и отображает на дисплее. Обозначение «Vi» на значении напряжения означает, что напряжение со входа схемы измеряется, отображается и передается для расчетов. Если появляется значение «Vo», то учитывается напряжение с выхода системы, то есть с учетом падения напряжения на измерительном резисторе. Аналогичным образом это относится к критерию завершения проверки напряжения. Индикатор времени определяет, на каком этапе работает схема. Если время увеличивается, это означает, что схема находится в процессе тестирования, если значение времени не изменяется и указывает постоянное значение, это означает, что тест завершен. Если время показывает ноль, схема готова начать тест. Проверка может быть начата нажатием кнопки «плюс», когда отображается главное окно, или же тест будет запущен автоматически, когда на входном разъеме появится минимальное напряжение 0,5 В. Запуск теста активирует реле и соединяет вход и выход схемы. Конец теста можно принудительно удерживать, удерживая кнопку «меню» в течение 3 секунд, или он может произойти автоматически, если такая функция была установлена.

После автоматического завершения подсветка дисплея начнет мигать, сигнализируя о готовности системы, нажатие любой кнопки прекратит этот эффект. На этом этапе в главном окне отображается результат теста — значение емкости, чтобы подготовить схему к следующему тесту, удерживайте кнопку «меню» около 3 с — результаты будут обнулены. Структура меню содержит четыре окна — четыре параметра и главное окно, переключаясь на следующее. После нажатия кнопки «меню» появляется окно, значение параметра изменяется с помощью кнопок «плюс» и «минус», как показано на рисунке 5.

Измеритель емкости аккумуляторов

Рис. 5

В первом окне меню выбирается способ завершения теста «Режим остановка», в порядке, как на рисунке 5, вы можете выбрать: 1- ручной, 2- минимальное значение тока, 3- минимальное напряжение, 4- максимальное напряжение, 5- определенное время, 6- удельная емкость.

В случае варианта 1 тест будет остановлен только после удержания кнопки «меню».

Вариант 2 можно использовать, когда устройство подключено к схеме, а после разрядки батареи устройство отключается — ток падает ниже установленного значения, и схема завершает проверку.

Вариант 3 будет наилучшим при разрядке с использованием лампочки или резистора, аккумулятор будет разряжен до установленного напряжения, а затем тест будет завершен, и батарея отсоединится от нагрузки.

Вариант 4 будет полезен при тестировании процесса зарядки, схема отключит аккумулятор, когда он достигнет установленного максимального напряжения.

Вариант 5 позволяет исследовать энергию потребления. Если попытаетесь оценить потребность в энергии простого приемника, например электрической лампочки, достаточно измерить потребление тока и легко рассчитать остальное. Дело усложняется, когда нужно исследовать более сложное электронное устройство. Потребляемая мощность не является постоянной величиной, обычно она неактивна, время от времени меняется и потребляет энергию в зависимости от выполняемой задачи. Установив опцию 5, можно проверить, сколько мАч будет использовать такое устройство, например, за один час. Эта информация позволит подсчитать, какая батарея должна использоваться для работы устройства, например, для работы на 24 часа.

Аналогичным образом применяется опция 6 — она ​​позволяет вам указать, как долго устройство будет работать, когда оно получит конкретную емкость, например, 500 мАч, во втором окне. Значение «Авто». PARAM «. выбрано в предыдущем окне. Кнопки «плюс» и «минус» могут использоваться для изменения значения параметра, текущее значение изменяется с шагом 10 мА, значение напряжения с шагом 100 мВ, время с шагом 10 минут и емкость с шагом 100 мАч. В случае опции ручного управления отображается значение «Auto stop dis», что означает, что функция автоматического завершения теста отключена.

Третье окно позволяет установить, какое напряжение должно измеряться и передаваться для расчетов. Настройка «Input» выбирает измерение на входных клеммах, настройка «Output» на выходных клеммах. Выходное напряжение схемы уменьшается по сравнению с входным напряжением на падение через измерительный резистор. Схема сконструирована таким образом, что микроконтроллер измеряет выходное напряжение относительно основной массы, то есть массы на входе, а затем вычитает падение напряжения на измерительном резисторе, рассчитанное на основе тока и сопротивления. При тестировании емкости батареи следует установить измерение входного напряжения, а при тестировании процесса зарядки или измерения мощности приемника следует установить выходное напряжение. В четвертом окне меню «Период USB» можно установить период времени для отправки данных через интерфейс USB. Возможный диапазон составляет 1 … 255 секунд с шагом 1 с. Значение следует выбирать с осторожностью, потому что обычно проверка занимает несколько часов, и слишком много данных будет сложно обработать. Кроме того, схема отправит сводку — последний кадр, когда тест завершится автоматически, независимо от установленного времени отправки. Схема, подключенная к компьютеру, будет установлена ​​как виртуальный последовательный порт, и можно читать данные, используя любую терминальную программу, например, BrayTerminal. Параметры связи: 19200, 8, нет, 1. Каждый кадр начинается с новой строки, а затем со звездочкой «*», затем записывается в следующем порядке: время [чч: мм: сс], емкость [Ач], энергия [Вт], Мощность [Вт], напряжение [В] и ток [А], каждое значение заканчивается точкой с запятой. Такой кадр имеет следующую форму:

* 0:00:01; 0.000Ah; 0.000Wh; 0.000W ; 0.00Vo; 0.00A;

Программа BrayTerminal также имеет функцию записи в файл «Log to file». Сохраненные данные можно легко импортировать в электронную таблицу и построить характеристики параметров. На рисунке 6 показан  график теста совершенно нового аккумулятора 2000 мАч.

Измеритель емкости аккумуляторов

Рис. 6

На рисунке 5 показано другое окно с параметрами, помеченными «Калибровка». Это окно используется для калибровки схемы и недоступно из меню. Чтобы начать процесс калибровки, перед подключением питания к системе нажмите кнопку меню, а затем, удерживая нажатой, подключите источник питания. Через несколько секунд появится это окно, затем вы можете отпустить кнопку меню. Первым этапом калибровки является установка нулевых коэффициентов компенсации, то есть запоминание уровней напряжения (результатов преобразования АЦП) на входах без подключенного напряжения. Для этого оставьте входные и выходные клеммы неподключенными и кратковременно нажмите кнопку «плюс», появится окно с названием «Zero comp.». Четыре значения определяют уровни компенсации для четырех аналоговых каналов, которые использует система — верхний диапазон измерения диапазона тока, нижний диапазон измерения тока, входное напряжение и выходное напряжение. Первое, третье и четвертое значения не должны превышать 3 балла, второе значение не должно превышать 40 … 50 баллов. После нажатия кнопки «плюс» схема запомнит и применит новые настройки. Следующее окно, которое появится, облегчит настройку аналогового оборудования. Сначала подключите регулируемый источник питания и настроенный мультиметр для измерения напряжения постоянного тока на входе схемы. Установите напряжение между 10 … 15 В и соответствующими потенциометрами (Рисунок 3), чтобы установить правильные индикации входного и выходного напряжения. Затем подключите нагрузку и мультиметр для измерения постоянного тока к выходу. При регулировке напряжения источника питания установите ток около 1 … 1,5 А и установите правильное значение тока на дисплее с помощью потенциометра верхнего диапазона. Затем установите ток около 0,25 А и установите правильную индикацию текущего значения на дисплее с помощью потенциометра нижнего диапазона. После нажатия кнопки «плюс» калибровка вернется к первому этапу, после нажатия «меню» калибровка будет завершена и настройки будут сохранены.

Детали

Файлы к проекту



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

wp-puzzle.com logo