Автомат для разрядки и измерения реальной ёмкости аккумуляторов. Зарядное устройство-тестер аккумуляторов на Atmega8 Определение емкости с помощью зарядного устройства

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.

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?

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!

Сайт находится в тестовом режиме. Приносим извинения за сбои и неточности.
Просим Вас писать нам о неточностях и проблемах через форму обратной связи.

Измеритель емкости аккумуляторов на микроконтроллере.

Разработанное автором устройство предназначено для измерения в автоматическом режиме емкости большинства типов аккумуляторов ― от малогабаритных до автомобильных батарей. Принцип измерения основан на разрядке аккумулятора стабильным током с автоматическим подсчетом времени разрядки и дальнейшим перемножением этих величин, результат получается в привычной размерности — ампер-часах. Основа устройства — микроконтроллер (МК) Atmega8, работающий по программе, коды которой приведены в статье. Кроме МК измеритель содержит три микросхемы (К155ИД3, КР142ЕН5В, LM358N) и транзистор IRL2505. Для индикации результатов применены два светодиодных цифровых индикатора: трехразрядный TOT3361 (он показывает значение тока разрядки в формате X.XX) и девятиразрядный E90361-L-F (показывает значение емкости в ампер-часах в формате XX. XXX и напряжение, до которого можно разряжать аккумулятор, в пределах от 1 до 25,5 В). Предусмотрен контроль текущего напряжения аккумулятора. Даны коды программы МК и чертеж печатной платы. Программа МК будет также размещена на нашем FTP-сервере по адресу < ftp:// ftp . radio . ru / pub /2009/03/ izm . zip >.

Модульный вариант наглядного и точного измерителя Ампер-часов аккумуляторов, собранный с минимальными затратами из компьютерного мусора.
Это мой отклик на статью .

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…

Это оригинальная схема из статьи

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:

Ну и самая страшная часть, это отсекатель.

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:

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