Знакомая картина? У многих электронщиков наверняка есть залежи подобного добра - старые и не очень аккумуляторы от портативной техники, преимущественно Li-ion на напряжение 3,7В. Описываемая конструкция предназначена для оценки состояния аккумулятора с целью определить его дельнейшую судьбу - в утиль или в очередную самоделку. Оценка производится по 2 параметрам: остаточной емкости и внутреннему омическому сопротивлению. Определение емкости происходит на основании замеров тока и напряжения в процессе разряда аккумулятора до заданного значения напряжения. Определение внутреннего сопротивления происходит на основании расчета по результатам замера токов и напряжений для двух последовательно подключаемых нагрузок.
Схема приведена на рисунке ниже.
Основа схемы распространенный дешевый микроконтроллер PIC16F676. Тестируемый аккумулятор подключается с соблюдением полярности на вход BATTERY. Через делитель R1-R3 измеряется напряжение батареи. Ток разряда измеряется с токового шунта SENS1, подключенного к преобразователю ток-напряжение выполненном на ОУ LMV711. В качестве нагрузки использованы резисторы постоянного сопротивления на 10 и 47 Ом и мощностью 5 и 0,125Вт соответственно. Этими резисторами можно задавать требуемый ток разряда, в данном случае это примерно 0,37 и 0,08А соответственно. Включение выключение нагрузок в нужный момент выполняется транзисторными ключами на биполярном и МОП-транзисторе. На резисторах R9-R11 формируется опорное напряжение для АЦП микроконтроллера. Из органов управления имеются кнопка для установки минимального напряжения, до которого будет осуществляться разряд и переключателя, который задает режим работы. Питание схемы осуществляется от источника +5В, через стабилизатор с низким падением. Для отображения результатов применен распространенный дисплей от Nokia.
Для начала тестирования аккумулятор подключают к входным клеммам, устанавливают переключателем режим работы и подают питание на устройство. В режиме измерения емкости на дисплее сразу появятся значения текущих напряжения и тока, измеренное на текущий момент значение емкости, напряжение отключения и прошедшее с начала теста время. Если есть необходимость можно в любой момент задать пороговое напряжение - нажав и удерживая кнопку. Напряжение будет изменяться циклически от 3,5 до 2,5 с шагом 0,05В. По достижению порогового напряжения нагрузка отключиться и дисплее будет отображено результирующее значение измеренной емкости.
В режиме измерения внутреннего сопротивления при включении дисплей некоторое время(15-20с)будет чист, затем будет отображено результирующее значение.
На основании замера сопротивления можно быстро оценить состояние аккумулятора, для чего используется таблица из документации производителя:
Печатную плату не привожу в виду того, что устройство претерпело несколько модификаций и выполнено в виде макета. Да и каждый под свой корпус/детали сможет развести сам.
Описываемая конструкция делалась из того, что было под рукой, в основном - детали из плат старых мобильников.
ОУ в преобразователе можно заменить любым другим, с Rail-to-Rail входами, например, МСР6022.
Биполярный транзистор MMBT3904 можно заменить любым, с максимальным током не менее 200мА, вместо ВС856 - любой маломощный npn.
В качестве МОП-ключа применим любой МОП транзистор с максимальным током в несколько Ампер и минимальным сопротивлением в открытом состоянии, например IRLML2502.
Дисплей от Nokia 5120, 5110, 3310, 3210.
Стабилизатор питающего напряжения - LDO, на напряжение 2,8-3,6В.
При сборке сначала запаивают все, кроме контроллера и дисплея. Проверяется питание. Вместо аккумулятора подключается внешний БП на напряжение 4-5В. Делитель R1-R3 настраивается на отношение 5:1. Подавая на входы управления ключей напряжение от линии питания проверяют их работу, а также работу преобразователя ток-напряжение, для которого величина тока через шунт SENS1 (А) должна быть равна напряжению на R8 (В). Затем впаивается дисплей и прошитый контроллер. Подключается БП или аккумулятор, выбирается режим измерения емкости и включается питание. Настройкой делителя R9-R11 добиваются соответствия между током и напряжением аккумулятора на дисплее с реальными. Идеального совпадения добиваться не стоит, разница в 5-10мВ практически не отразиться на результатах. После чего можно приступать к тестированию всех имеющихся в доме аккумуляторов, попутно думая над корпусом для нового прибора.
На последок несколько слов о тестировании аккумуляторов.
Прежде всего, нужно понимать, что как емкость так и сопротивление аккумулятора не имеют единственного абсолютно верного значения. Они зависят как от состояния самого аккумулятора так и внешний условий. При разряде током 1А и 0,01А емкость будет значительно отличаться. На величину внутреннего сопротивления может оказывать влияние плата защиты, которая обладает собственным сопротивлением в среднем около 50 мОм (у современных может быть значительно меньше). Так же нужно иметь ввиду, данный прибор замеряет омическое сопротивление, а не полный импеданс, который всегда больше.
В прикрепленном архиве находятся исходные файлы для разработки печатной платы и модификаций под себя.
Файлы:
Схема, прошивка, исходник
Все вопросы в
Форум.
