Прибор для измерения емкости аккумулятора. Основные способы

Предлагаемое устройство предназначено для измерения ёмкости и внутреннего сопротивления Ni-Cd и Ni-MH аккумуляторов. Предусмотрена звуковая индикация чрезмерно низкого напряжения аккумулятора, а также момента окончания его разряда.

Измерение ёмкости аккумулятора основано на его разрядке стабильным током, измерением времени разрядки и перемножением этих значений. При измерении внутреннего сопротивления прибор измеряет напряжение аккумулятора без нагрузки, затем под нагрузкой током 1 А и на основе этих данных вычисляет внутреннее сопротивление аккумулятора.

Схема прибора показана на рис. 1. Его основа - микроконтроллер АТмедав (DD1). Клавиатура с однопроводным интерфейсом состоит из шести кнопок SB1-SB6. Информация об измеренных параметрах аккумулятора выводится на девятиразрядный светодиодный индикатор HG1. Для разрядки подключаемого аккумулятора использован источник тока, управляемый напряжением (ИТУН) на ОУ DA2, транзисторе VT1, резисторах R9, R10, R19-R21, R23 и конденсаторах С7, С9.

Если напряжение подключённого аккумулятора ниже 1 В, клавиатура прибора заблокирована, а капсюль BF1 излучает три прерывистых звуковых импульса на частоте 600 Гц. Если напряжение аккумулятора выше 1 В, капсюль BF1 излучает два прерывистых звуковых импульса на частоте 3000 Гц при подключении аккумулятора, а также по окончании его разрядки до установленного напряжения

После подключения аккумулятора устанавливают напряжение, до которого его нужно разрядить нажатием на кнопки SB3 и SB4. Шаг установки при кратковременном нажатии - 0,1 В. При удержании кнопки первые десять значений шага - 0,1 В, затем - 1 В. Далее нажатием на кнопки SB1 и SB2 устанавливают ток разрядки. Если эти кнопки удерживать менее пяти секунд, значение тока не изменяется и отображается его текущее значение, как показано на фото рис. 2 (символ і в нижней позиции). Если же кнопки SB1 и SB2 удерживать более пяти секунд, значение тока будет изменяться с переменным шагом: вначале 50 мА, затем 150 мА. При этом символ і будет отображаться в верхней позиции, как показано на фото рис. 3.

Максимальное значение разрядного тока - 2,55 А Как только ток разряда примет значение больше нуля (при напряжении аккумулятора больше установленного порога или равном ему), звуковой сигнал исчезнет а светодиод HL1 начнёт мигать с частотой 0,25 Гц. При нажатии на кнопку SB5 измеряется и запоминается напряжение без нагрузки, затем под нагрузкой, вычисляется внутреннее сопротивление в омах, которое выводится в младшие разряды индикатора с символом г, как показано на фото рис. 4.

При нажатии на кнопку SB6 в старших разрядах индикатора HG1 отображается текущее напряжение аккумулятора. Когда ни одна кнопка не нажата, в старших разрядах индикатора HG1 показано напряжение, до которого необходимо разрядить аккумулятор, а в младших - ёмкость в формате XX,XX ампер-часов. Незначащие нули десятков вольт и ампер-часов погашены программно.

Большая часть деталей смонтирована на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертёж которой показан на рис. 5 Тонкими прямоугольниками показаны компоненты поверхностного монтажа R7, R8 и С5, установленные со стороны печатных проводников.

Для обеспечения линейности тока ИТУН во всём интервале необходимо применять ОУ DA2 с возможно меньшим напряжением смещения нуля и транзистор VT1 с небольшим пороговым напряжением. В экземпляре автора напряжение смещения нуля ОУ DA2 около 4 мВ и транзистор VT1 с напряжением порога 1,85 В при токе стока 1 А, нелинейность тока ИТУН не превышала 10 %. Минимальное значение тока ИТУН - не более 2 мА. Транзистор VT1 установлен без теплоотвода. Для его охлаждения применён вентилятор от компьютерного процессора. Вентилятор и прибор получают питание от нестабили-зированного сетевого адаптера с выходным напряжением 9.. 12 В и током нагрузки не менее 0,5 А.

Налаживание заключается в подборе резисторов R6 и R9. Подбором резистора R6 устанавливают по образцовому вольтметру показания старших разрядов индикатора HG1. Далее нажатием на кнопки SB1 и SB2 выводят на индикаторе HG1 требуемое значение тока разрядки, измеряют ток ИТУН образцовым амперметром и подбором резистора R9 устанавливают измеренный ток равным показаниям индикатора HG1.

P.S. В случае отсутствия самовозбуждения тактового генератора микроконтроллера его выводы 9 и 10 следует соединить с общим проводом через конденсаторы одинаковой ёмкости 12...22 пФ.

Программы микроконтроллера можно скачать .

Дата публикации: 07.06.2012

Мнения читателей

• [email protected] / 18.07.2019 - 21:40
  Уважаемый Озолин М.А. Построил макет вашей схемы Радио №7, 2015 на ATtiny26 В схеме я так понял ошибка с кварцем. На схеме указан часовой резонатор 32768Hz. А фьюзы (H-17, L-EE) У меня начал работать с кварцем 4 MHz. Может фьюзы неверно указаны? Подскажите пож.. Где опечатка? Чтобы светодиод мигал с частотой 0,5Hz как в описании. Может кварц нужно меньше? Типа 3,2MHz/3,579575/3,68640/ Резонатор пьезокерамический ZTA 3.58 MHz? Схемка простая и класная. Лишнего нет ничево. Работает пока на 4MHz. Вам благодарность. Если подскажите с кварцем то будет вообще супер. С уважением Роман.
• Озолин М. А / 11.05.2015 - 10:26
  Сопротивление R8 должно быть 1, а не 10 кОм! ОШИБКА РЕДАКТОРОВ ЖУРНАЛА РАДИО И ТОГО, КТО НЕ ГЛЯДЯ ВЫЛОЖИЛ СТАТЬЮ СЮДА. Я им на эту ошибку указывал, сразу после выхода статьи и исправление было опубликовано в разделе "наша консультация". Ссылка на рабочую схему http://maxoz.ru/newAk/newAk.gif
• Озолин М. А / 11.05.2015 - 10:13
  Господа Борис и Александр К.Г, проверяйте исправность деталей, либо ищите ошибки в монтаже! Прошивка рабочая и многократно проверена!
• Александр Г.К. / 23.04.2015 - 10:02
  Согласен с Борисом - схема НЕ работает! После "танцев с бубном", так и не запустилась. Единственно,что определяется - это напряжение выше-ниже 1 в. (три или два "бипа").Господин М. Озолин не отзывайтесь(!) - *.HEX просить не буду. Плохой бизнес....
• Сергей / 18.09.2013 - 07:36
  Как выставить фьюзы для прошивки контроллера?
• Борис / 28.05.2013 - 06:59
  Схема не работает, при нажатии все кнопки отображает одни и те же цифры в двух младших разрядах. Господин М. Озолин отзовитесь?
• Виталий / 16.11.2012 - 03:55
  В (ИТУН)- для получения хорошей линейности, ОУ LM357N лучше заменить на MCP601.
• Александр / 22.10.2012 - 17:10
  А аккумуляторы Li-ion и Li-pol этим измерителем можно проверять?

Устройство, с помощью которого можно проверить емкость литий-ионных пальчиковых аккумуляторов. Довольно часто батареи от ноутбуков приходят в негодность из-за того, что один или несколько аккумуляторов теряют свою емкость. В итоге приходится покупать новую батарею, когда можно обойтись малой кровью и заменить эти негодные аккумуляторы.

Что понадобится для устройства:
Arduino Uno или любой другой совместимый.
16Х2 ЖК-дисплей, в котором используется драйвер Hitachi HD44780
Твердотельное реле OPTO 22
Резистор 10 МОм на 0.25 Вт
Держатель для аккумуляторов 18650
Резистор 4 Ом 6Вт
Одна кнопка и блок питания от 6 до 10В на 600 мА

Теория и эксплуатация

Напряжение,на полностью заряженной, Li-Ion батарее при отсутствии нагрузки равно 4.2В. При подключении нагрузки, напряжение быстро снижается до 3.9В, и далее медленно снижается по мере работы батареи. Ячейка считается разряженной при падении напряжения на ней ниже 3В.

В данном устройстве аккумулятор подсоединяется к одному из аналоговых выводов Arduino. Измеряется напряжение на аккумуляторе без нагрузки и контроллер ожидает нажатие кнопки “Пуск”. Если напряжение на аккумуляторе выше 3В. , при нажатии кнопки начнется тест. Для этого через твердотельное реле к аккумулятору, подключается резистор 4Ом, который будет исполнять роль нагрузки. Напряжение считывается контроллером каждые пол секунды. Используя закон Ома можно узнать ток, отдаваемый в нагрузку. I=U/R, U-считывается аналоговым входом контроллера, R=4 Ом. Так как измерения проводятся каждые пол секунды, в каждом часе получается 7200 измерений. Автор просто умножает 1/7200 часа на значение тока, и складывает получившиеся числа, пока аккумулятор не разрядится ниже 3В. В этот момент реле переключается и на дисплей выводится результат измерений в мА\ч

Распиновка ЖК-дисплея

ПИН Назначение
1 GND
2 +5V
3 GND
4 Digital PIN 2
5 Digital PIN 3
6,7,8,9,10 No connected
11 Digital PIN 5
12 Digital PIN 6
13 Digital PIN 7
14 Digital PIN 8
15 +5V
16 GND

Автор не использовал потенциометр для регулировки яркости дисплея, вместо этого он подсоединил вывод 3 к земле. Держатель аккумулятора подсоединяется минусом на землю, а плюсом к аналоговому входу 0. Между плюсом держателя и аналоговым входом включен резистор 10 МОм, выполняющий функцию подтягивающего. Твердотельное реле включается минусом к земле, а плюсом к цифровому выходу 1. Один из контактных выводов реле соединяется с плюсом держателя, между вторым выводом и землей ставится резистор 4 Ом, выполняющий роль нагрузки при разряде аккумулятора. Имейте в виду, что он будет довольно сильно греться. Кнопка и включатель подключаются согласно схеме на фото.

Так как в схеме задействуются PIN 0 и PIN 1, надо отключить их перед загрузкой программы в контроллер.
После того, как вы все соедините, зальете прошивку, прикрепленную ниже, можно попробовать протестировать аккумулятор.

Это устройство предназначено для измерения ёмкости аккумуляторов Li-ion и Ni-Mh , а также для заряда Li-ion аккумуляторов с выбором начального тока заряда.

Управление

Подключаем устройство к стабилизированному блоку питания 5в и током 1А (например от сотового телефона). На индикаторе в течении 2 сек отображается результат предыдущего измерения емкости "ххххmA/c" а на второй строке значение регистра OCR1A "S.xxx". Вставляем аккумулятор. Если нужно зарядить аккумулятор то кратко жмём кнопку ЗАРЯД, если нужно измерить ёмкость то кратко жмём кнопку ТЕСТ. Если нужно изменить ток заряда (значение регистра OCR1A) то долго(2 сек) жмем кнопку ЗАРЯД. Заходим в окно регулировки регистра. Отпускаем кнопку. Кратко нажимая на кнопку ЗАРЯД меняем по кругу значения (50-75-100-125-150-175-200-225) регистра, в первой строке показывается ток заряда пустого аккумулятора при выбранном значении (при условии что у вас в схеме стоит резистор 0,22 Ом). Кратко жмём кнопку ТЕСТ значение регистра OCR1A запоминаются в энергонезависимой памяти.
Если вы проделывали разные манипуляции с устройством и вам надо сбросить показания часов, измеренной ёмкости то долго жмём кнопку ТЕСТ (значение регистра OCR1A не сбрасываются). Как только заряд окончен подсветка дисплея отключается, для включения подсветки кратко нажмите кнопку ТЕСТ или ЗАРЯД.

Логика работы устройства следующая:

При подаче питания, на индикаторе отображается результат предыдущего измерения ёмкости аккумулятора и значение регистра OCR1A, хранящееся в энергонезависимой памяти. Через 2 секунды устройство переходит в режим определения типа аккумулятора по величине напряжения на клемах.

Если напряжение более 2В то это Li-ion аккумулятор и напряжение полного разряда составит 2,9В, иначе это Ni-MH аккумулятор и напряжение полного разряда составит 1В. Только после подключения аккумулятора доступны кнопки управления. Далее устройство ожидает нажатия кнопок Тест или Заряд. На дисплее отображается "_STOP". При нажатии кратко кнопки Тест подключается нагрузка через MOSFET.

Величина тока разряда определяется по напряжению на резисторе 5,1Ом и, каждую минуту суммируется с предыдущим значением. В устройстве используется кварц 32768Гц для работы часов.

На дисплее отображается текущая величина емкости аккумулятора "ххххmA/c" и тора разряда "А.ххх", а также время "хх:хх:хх"с момента нажатия кнопки. Показывается также анимированный значок разряда аккумулятора. По окончании теста для Ni-MH аккумулятора появляется надпись "_STOP", результат измерения отображается на дисплее "ххххmA/c" и запоминается.

Если аккумулятор Li-ion, то также результат измерения отображается на дисплее "ххххmA/c" и запоминается, но сразу включается режим заряда. На дисплее отображается содержимое регистра OCR1A "S.xxx". Показывается также анимированный значок заряда аккумулятора.

Регулировка тока заряда осуществляется с помощью ШИМ и ограничивается резистором 0,22Ом. Апаратно ток заряда можно уменьшить увеличив сопротивление 0,22Ом до 0,5-1Ом. В начале заряда ток плавно нарастает до значения регистра OCR1A или до достижения напряжения на клемах аккумулятора 4,22В (если аккумулятор был заряжен).

Величина тока заряда зависит от значения регистра OCR1A - больше значение - больше ток заряда. При превышении напряжения на клемах аккумулятора 4,22В значение регистра OCR1A уменьшается. Процесс дозаряда продолжается до величины регистра OCR1A равного 33, что соответствует току около 40 mA. На этом заряд заканчивается. Подсветка дисплея отключается.

Настройка

1. Подключаем питание.
2. Подключаем аккумулятор.
3. Подключаем вольтметр к аккумулятору.
4. Временными кнопками + и - (PB4 и PB5)добиваемся совпадения показания вольтметра на дисплее и на эталонном вольтметре.
5. Длительно нажимаем на кнопку ТЕСТ (2 сек), происходит запоминание.
6. Извлекаем аккумулятор.
7. Подключаем вольтметр к резистору 5,1Ом (по схеме около транзистора 09N03LA).
8. Подключаем регулируемый БП к клемам аккумулятора, выставляем на БП 4В.
9. Нажимаем кратко кнопку ТЕСТ.
10. Измеряем напряжение на резисторе 5,1Ом - U.
11. Высчитываем ток разряда I=U/5,1
12. Временными кнопками + и - (PB4 и PB5) устанавливаем на индикаторе"А.ххх" рассчитанный ток разряда I.
13. Длительно нажимаем на кнопку ТЕСТ (2 сек), происходит запоминание.

Устройство питается от стабилизированного источника напряжением 5 Вольт и током 1А. Кварц на 32768Гц предназначен для точного отсчета времени. Контроллер ATmega8 тактируется от внутреннего генератора частотой 8 МГц, также необходимо установить защиту от стирания EEPROM соответствующими битами конфигурации. При написании управляющей программы были использованы обучающие статьи с данного сайта.

Текущие значения коэффициентов напряжения и тока (Ukof . Ikof) можно увидеть если подключить дисплей 16х4 (16х4 предпочтительно для отладки) на третьей строке. Или в Ponyprog если открыть файл прошивки EEPROM (считать с контроллера EEPROM).
1 байт - OCR1A , 2 байт - I_kof, 3 байт - U_kof, 4 и 5 байт результат предыдущего измерения емкости.

Видео работы прибора:

Приветствую, граждане Датагории! Позвольте представить вам очередное моё творение - тестер емкости аккумуляторной батареи. Устройство, конечно, не на каждый день, но иногда без него швах!

Понадобилось мне измерить оставшуюся ёмкость кислотного аккумулятора, зимой ведь каждый Ампер на счету, может пора и заменить батарею? Простые тесты с нагрузочной вилкой и измерением плотности меня не устраивали, они не давали мне информации о том, хватит ли мне энергии прогреть автомобиль 40 минут на ПЖД (примерно 8 А/ч) и потом запустить автомобиль стартером.

Схема тестера ёмкости АКБ

Исключён фрагмент. Наш журнал существует на пожертвования читателей. Полный вариант этой статьи доступен только

Контроллер управляемого разряда

Расстановка фьюзов при программировании МК ATmega8A

--
Спасибо за внимание!
Игорь Котов, главный редактор журнала «Датагор»

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!

Для того, что бы измерить ёмкость какого-нибудь аккумулятора, обычно поступают так: подключают к этому аккумулятору резистор определённого номинала, который разряжает этот аккумулятор, и записывая величины тока, протекающего через резистор и напряжение на нём, дожидаются полной разрядки аккумулятора. По полученным данным строится график разряда, из которого и выясняют ёмкость. Проблема только в том, что по мере снижения напряжения на аккумуляторе ток через резистор так же будет уменьшаться, так что данные придётся интегрировать во времени, поэтому точность такого способа измерения ёмкости аккумулятора оставляет желать лучшего.

Если же разряжать аккумулятор не через резистор, а через источник стабильного тока, то это позволит определить ёмкость аккумулятора с очень большой точностью. Но здесь есть одна проблема - напряжение на аккумуляторе (1,2..3,7 В) недостаточно для работы источника стабильного тока. Но эту проблему можно обойти, добавив в схему измерения дополнительный источник напряжения.

Рис. 1. Схема для измерения ёмкости аккумулятора
V1 - исследуемый аккумулятор; V2 - вспомогательный источник напряжения; PV1 - вольтметр;
LM7805 и R1 - источник стабильного тока; VD1 - защитный диод.

На рисунке 1 изображена принципиальная схема установки для измерения ёмкости аккумулятора. Здесь видно, что измеряемый аккумулятор V1 включён последовательно с источником тока (его образуют интегральный стабилизатор LM7805 и резистор R1) и вспомогательным источником питания V2. Поскольку V1 и V2 соединены последовательно, то сумма их напряжений оказывается достаточной для работы источника тока. Так как минимальное напряжение, необходимое для работы источника тока составляет 7 В (из них 5 В - это напряжение на выходе микросхемы LM7805, т.е. в данном случае это падение напряжения на резисторе R1, и 2 В - это минимально допустимое падение напряжения между входом и выходом LM7805), то для работы источника тока суммы напряжений V1 и V2 хватает с некоторым запасом.

Вместо стабилизатора LM7805 можно использовать другой интегральный стабилизатор, например, LM317 с выходным напряжением 1,25 В и минимальным падением напряжения 3 В. Так как минимальное рабочее напряжение источника тока будет равно 4,25 В, то напряжение второго источника напряжения V2 можно снизить до 5 В. В случае использования стабилизатор LM317 величина тока стабилизации будет определяться по формуле I = 1,25/R1

Тогда для разрядного тока 100 мА величина сопротивления R1 должна быть примерно 12,5 Ом.

Как производить измерение ёмкости аккумулятора

Вначале подбором резистора R1 нужно установить разрядный ток - обычно величину разрядного тока выбирают равной рабочему току разряда аккумулятора. Следует так же иметь в виду, что некоторые модели интегральных стабилизаторов напряжения 7805 могут потреблять небольшой управляющий ток порядка 2...8 мА, так что величину тока в схеме рекомендуется проверять амперметром. Далее полностью заряженный аккумулятор V1 устанавливают в схему, и замкнув выключатель SA1 начинают отсчёт времени до того момента, когда напряжение на аккумуляторе снизится до минимальной величины - для разных типов аккумуляторных батарей эта величина различна, например, для никель-кадмиевых (NiCd) - 1,0 В, для никель-металлогидридных (NiMH) - 1,1 В, для литий-ионных (Li-ion) - 2,5...3 В, для каждой конкретной модели аккумулятора эти данные нужно смотреть в соответствующей документации.

После достижения минимального напряжения на аккумуляторе выключатель SA1 размыкают. Следует помнить, что разряд аккумулятора ниже минимального напряжения может вывести его из строя. Перемножив величину разрядного тока (в Амперах) на время разряда (в часах) получаем ёмкость аккумулятора (А*ч):

C = I * t

Рассмотрим практическое применение этого способа измерения ёмкости аккумулятора на конкретном примере.

Измерение ёмкости аккумулятора NB-11L

Аккумулятор NB-11L (рис. 2.) был приобретён в интернет-магазине DealeXtreme за 3,7 доллара (SKU: 169532). На корпусе аккумулятора указана его ёмкость - 750 мА*ч. На сайте его ёмкость указана уже скромнее - 650 мА*ч. Какая же реальная ёмкость этого аккумулятора?

Рис. 2. Li-ion аккумулятор NB-11L ёмкостью якобы 750 мА*ч
Fits CAN.NB-11L 3.7V 750mAh
Use specified charger only

Что бы подключить проводники к контактам аккумулятора потребуются две скрепки, которые следует изогнуть так, как показано на рисунке 3, и подключить их к "+" и "-" выводам аккумулятора (рис. 4.). Необходимо избегать замыкания контактов, лучше их заизолировать.

Для измерения ёмкости аккумулятора NB-11L его разрядный ток был принят равным 100 мА. Для этого величина резистора R1 была выбрана чуть больше 50 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе R1 определяется по формуле P = V 2 /R1 , где V - напряжение на резисторе R1. В данном случае P=5 2 /50=0,5 Вт. Стабилизатор LM7805 следует установить на радиатор, если же под рукой нет подходящего радиатора, то микросхему можно частично погрузить в стакан с холодной водой, но так, что бы выводы остались сухими (в случае корпуса TO-220).

После установки полностью заряженного аккумулятора NB-11L в схему и замыкания выключателя SA1 начался отсчёт времени с периодическим контролем напряжения по вольтметру PV1. Данные заносились в таблицу, по которой был построен график разряда аккумулятора NB-11L (рис. 5).

Рис. 5. График напряжения на аккумуляторе NB-11L в процессе его разряда током 100 мА

Отсюда видно, что за 5 часов разряда током 0,1 А напряжение на аккумуляторе снизилось до 3 вольт и стало быстро падать дальше.

C = I * t = 0,1 * 5 = 0,5 А = 500 мА*ч.

Так что реальная же ёмкость аккумулятора NB-11L оказалась в 1,5 раза ниже указанной на нём.