Тестер для li ion аккумуляторов своими руками

ИЗМЕРИТЕЛЬ ЕМКОСТИ ЛИТИЕВЫХ АКБ

Предлагаемое устройство предназначено для измерения емкости Li-ion аккумуляторов и его заряда. Собрана схеме на Atmega8, дисплее WH1602 (без кириллицы), типового зарядного с Алиэкспресс и нагрузочного резистора. Сразу замечу, что схема не имеет защиты от переполюсовки!

Принципиальная схема тестера литиевых аккумуляторов

При включении выводится надпись о подключении аккумулятора к устройству, после подключения аккумулятора начинается его заряд, на ЖКИ выводится знак зарядки, напряжение на аккумуляторе и ток заряда.

После полного заряда заряд отключается и начинается разряд, ток разряда зависит от сопротивления резистора R1 (у меня 10 Ом, но вы можете ставить любой, какой считаете нужным). Каждую секунду происходит измерение напряжения на аккумуляторе, производится расчет тока через него и отобранная емкость, при достижении конечного напряжения разряда разряд отключается и включается заряд.

Выводится измеренная емкость аккумулятора, текущее напряжение на аккумуляторе и ток заряда.

В устройстве 3 кнопки: «режим», «минус» и «плюс». В рабочем режиме кнопка «режим» позволяет переключаться на режим дальше, кнопка «минус» и «плюс» выключают и включают подсветку дисплея.

Все устройство питается от обычной зарядки сотового телефона, необходимо подобрать чтобы напряжение не превышало 5,5 вольт на холостом ходу и способно было выдать ток равный выбранному току заряда при напряжении не менее 4,5 вольт, у меня прекрасно справляется зарядное от Алкатель на 5 В /520 мА).

Модуль зарядки требует доработки — нужно выпаять микросхему в корпусе SOT-23-6 (DW01-контроллер литий-ионного аккумулятора), замкнуть дорожки, которые шли к выводам 1,2,3 DW01 и уменьшить номинал резистора R3 — там стоит 1,2 кОм, то есть ток заряда 1 ампер будет слишком много для «малоемких» аккумуляторов, у меня 5,1 ком (ток заряда около 250 мА).

Установки тестера

Все предустановки через кнопки, необходим испытательный аккумулятор и мультиметр. Нажимаем одновременно все 3 кнопки, как экран очистится — отпускаем, на дисплее напряжение Vop — это напряжение на выводе 21 Atmega8, необходимо измерить это напряжение мультиметром (в режиме вольтметра) и выставить его кнопками «минус»/»плюс».

• Нажимаем кнопку «режим» — следующий пункт установка номинала R3 на плате зарядки, подключаем к устройству мультиметр в режиме амперметра и аккумулятор, кнопками «минус»/»плюс» подгоняем показания амперметра и тока на дисплее (также на дисплее будет отображаться значение R3, но чуть меньше установленного, скорее всего накладывается внутреннее сопротивление TP4056).
• Ток заряда подогнали, снова нажимаем кнопку «режим», попадаем в режим установки разряда, все так же — подгоняем ток на амперметре и ЖКИ, но стоит немного подождать пока разогреется нагрузочный резистор, полминуты хватит.
• Нажимаем «режим» — пункт установки конечного напряжения разряда, по умолчанию 3,3 вольта, ставим какое нам требуется и снова нажимаем кнопку «режим» — все установки сохранятся в EEPROM.

На данный момент тактирование от кварца 32768 не задействовано, зуммер тоже — это поправимо, если надо. Вот фузы на 8 МГц, включен контроль питания 4 вольта (чтоб не сбивалось EEPROM при скачках питания).

Конечное напряжение задается через меню с шагом 0,05 вольт, по умолчанию стоит 3,3 вольта. Заряд TP4056 по алгоритму, который оптимален при заряде Li-ion, считаю просто заряжать ограничивая ток, а потом напряжение — не очень хорошо, была у меня зарядка на LM317, там сильный нагрев при больших токах требует применение радиатора, да и обвязка LM317 занимает много места.

Насчет возможности «шаг назад» — делайте на современных микроконтроллерах, можно ставить Атмега88/168/328.

Сам ток разряда не измеряется, а высчитывается. Измеряется падение напряжения на нагрузочном резисторе + сопротивление открытого транзистора, зная их сопротивление считаем ток:

Rнагр+Rds задается через меню — там идет обратное измерение, то есть Rнагр+Rds=U/I, причем ток контролируем мультиметром в режиме амперметра. Rds в моем случае по даташиту 0,025 Ом и им можно пренебречь. В общем архиве есть Протеус, принципиальная схема, нех файл. Автор проекта — булат.

Источник

Делаем тестер литий-ионных батарей c помощью Ардуино

Когда речь заходит о создании аккумуляторных батарей, литий-ионные элементы являются, без сомнения, одними из самых лучших. Но если вы используете старые батареи, например, от старого ноутбука, то, возможно, захотите провести тест емкости перед сборкой батарейного блока.

Поэтому сегодня мы покажем вам, как сделать Li-ion измеритель емкости, используя микроконтроллер Ардуино.

Шаг 1. Всё, что нам нужно

Ниже перечислим комплектующие для проекта:

1. PCB (печатная плата);
2. Силовой резистор;
3. Резистор 10К;
4. OLED (светодиодный дисплей)
5. Ардуино
6. Зуммер
7. Разъемы для подключения винтовых клемм
8. 40-контактный разъем/коннектор (или меньше)
9. Транзистор IRFZ44N

Шаг 2. Что такое емкость?

Прежде чем делать наш Ардуино тестер, мы должны немного разобраться в том, что такое емкость. Единица для емкости — мАч или Ач.

Если вы посмотрите на любую литий-ионную емкость (см. фото выше), то на неё будет упомянута ее емкость — на рисунке 2600 мАч.

В основном, это означает, что если мы подключим нагрузку на нее, которая составит 2.6A, эта батарея будет работать в течение часа. Точно так же, если у меня есть аккумулятор емкостью 1000 мАч и нагрузка 2A, то он длительность составит 30 минут. Примерно это означают мАч или Ач.

Шаг 3. Практически невозможно

Но вычисление таким образом практически невозможно, потому что все мы знаем V = IR. Первоначально, напряжение батареи будет 4,2 В, если мы будем поддерживать постоянное сопротивление, будет протекать некоторый ток, протекающий через нагрузку. Но с течением времени напряжение батареи будет уменьшаться, а также наш ток. Это сделает наши вычисления намного сложнее, чем ожидалось, потому что нам нужно будет измерить ток и время для каждого раза.

В таком случае выполнения всех расчетов практически невозможно, поэтому здесь мы будем использовать Ардуино, которая будет измерять текущее время и напряжение, обрабатывать информацию и, в конце концов, давать нам пропускную способность.

Шаг 4. Наша схема

У нас был SPI OLED, который валялся без дела, поэтому мы преобразовали его в I2C и использовали. Если вы хотите узнать, как преобразовать SPI в OLED, то мы обязательно это разберем в ближайших уроках.

Схему проекта смотрите выше. И вот как работает эта схема. Сначала Arduino измеряет падение напряжения, создаваемое резистором 10 Ом, если выше 4,3 В, тогда она отключит высокое напряжение дисплея MOSFET, если оно меньше 2,9 В, оно отображает низкое напряжение и выключает MOSFET, а если находится между 4,3 В и 2,9 В, то она включит MOSFET. Батарея начнет разряжаться через резистор, начнется измерение тока, используя закон Ома. Ардуино также использует функцию Миллиса для измерения времени, а произведение тока и времени дает нам пропускную способность.

Шаг 5. Скетч для Ардуино

Вы можете взять код или скачать его ниже:

Шаг 6. Финальный результат

В итоге после тестирования вы можете начать процесс пайки на печатной плате. Рекомендуем использовать коннекторы, так как позже вам может понадобятся дисплей OLED или Arduino для другого проекта.

После пайки, когда вы подключаете мощность, всё может работать не так, как ожидалось. Возможно, потому что мы забыли добавить, так называемые, Pull Up резисторы на интерфейсе шины I2C, поэтому мы вернулись к коду и использовали встроенные резисторы Ардуино.

Теперь Ардуино тестер литий-ионных батарей работает отлично.

Источник

Простой тестер емкости Li-ion аккумуляторов

Данный тестер очень прост и для его изготовления вам понадобится всего один резистор (ну и конечно же плата Arduino). Принцип работы также прост: через аналоговый вход, измеряется падение напряжения на нагрузочном резисторе.
Согласно закону Ома I=U/R. Каждую секунду, полученное значение делится на 3600 и суммируется для получения емкости аккумулятора в Ампер/часах.

Я использовал два параллельно соединенных резистора, т.о. сопротивление получилось 6.9 Ом. Необходимо обратить внимание на достаточную мощность резисторов, если вы не хотите, чтобы у вас пошел дымок от резисторов.
В моем случае расчет мощности резистора будет такой: т.к. напряжение аккумулятора составляет 3.7В, а сопротивление резистора 6.9 Ом, то ток будет 3.7/6.9=0.54А. Следовательно мощность: 3.7*0.54=1.998 Ватт

Разряд аккумулятора в данном устройстве — полностью ручной процесс, поэтому следите, чтобы аккумулятор не перегревался.

Информация о данных аккумулятора передается через последовательный порт (вирт. порт Arduino) и выглядит примерно так:

Напряжение у Li-ion аккумуляторов снижается приблизительно до 2 Вольт, после чего срабатывает внутренняя схема защиты от их полного разряда.

После того, как напряжение упало до 0, можно отсоединять аккумулятор от тестера.

Во время процесса измерения, не отсоединяйте Arduino от порта компьютера, иначе контроллер Arduino сбросится.

В принципе, данный метод измерения подойдет и для NiMh аккумуляторов, однако данный тип не имеет встроенной защиты от глубокого разряда, поэтому при напряжении менее 1В, необходимо остановить процесс тестирования.

Программа очень проста и понятна, единственное — 1 секундная выдержка задаётся при помощи функции аппаратного таймера ISR(TIMER1_OVF_vect).

При помощи данного тестера я протестировал несколько аккумуляторов:
Nokia BL-4C 860 мАч: измеренная емкость составила 680 мАч, напряжение откл. 2.25В
Nokia BL-5J 1320 мАч: измеренная емкость составила 1100 мАч, напряжение откл. 2.23В
Panasonic DMW-BCG10E 895 мАч: измеренная емкость составила 880 мАч, напряжение откл. 2.02В
TrustFire 18650 Lithium Battery 2500 мАч с Dealextreme: измеренная емкость составила 2030 mAh, напряжение откл. 1.10В

Источник

Измеритель емкости Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов

Вокруг нас становится все больше и больше мобильной электроники. Как правило, в качестве источников питания в ней применяются Li-Ion аккумуляторы. Аккумуляторы имеют срок эксплуатации, как правило, гораздо меньше, чем срок эксплуатации непосредственно электроники и их иногда приходится менять. Поэтому, проблема оценки реальной емкости аккумулятора очень актуальна. Это нужно и для проверки новых, так как имеются производители аккумуляторов с очень низким качеством. И для оценки остаточной емкости бывших в употреблении аккумуляторов, например для применения в любительских устройствах собственного изготовления. Оценка емкости при заряде или по внутреннему сопротивлению часто не дает реального результата. Правильно можно оценить емкость только в цикле разряда, причем с разрядным током, близким по значению к току, на котором предполагается использовать данный аккумулятор. Имеются китайские устройства подобного назначения, но они либо не умеют отключать нагрузку по снижению напряжения, либо достаточно дороги, да и вообще покупать такое не спортивно если можно собрать самому.

В статье описано устройство позволяющее решить данную проблему. Оно измеряет емкость методом подсчета энергии, выданной аккумулятором в нагрузку. Устройство собиралось на скорую руку из компонентов, которые нашлись в загашнике. Дисплей, который хорошо вписался в давно валяющийся пластиковый корпус. Микроконтроллер распаянный на подходящем куске текстолита. Китайский модуль заряда LiIon аккумулятора. Ну и несколько дискретных компонентов. В общем типичная конструкция выходного дня.

Логика работы устройства:
— подключаем аккумулятор.
— подаем питание +5В.
— устройство подключает нагрузку к аккумулятору и измеряет на нем напряжение.
— происходит отсчет времени и подсчитывается энергия отданная аккумулятором.
— при снижении напряжения на аккумуляторе до 2.7В устройство отключает нагрузку, останавливает подсчет энергии и отсчет времени разряда. Показания остаются на дисплее.
— устройство переходит в режим заряда и начинает отсчет времени его продолжительности, который останавливается при достижении напряжения на аккумуляторе 4.2В.

Время отображается в формате сутки/часы:минуты:секунды.
Емкость отображается в мА*ч и мВт*ч. Мощность рассеиваемая на нагрузке рассчитывается из измеряемого напряжения и известного сопротивления нагрузки. От измерения тока, для упрощения конструкции, было решено отказаться.

Алгоритм расчета энергии следующий: с частотой 5кГц АЦП производит непрерывную оцифровку с накоплением сигнала на выходе делителя напряжения на аккумуляторе. Каждые 100мс с учетом уровня со встроенного источника опорного напряжения из накопленного значения вычисляется напряжение на аккумуляторе и ток через нагрузку. Вычисляется энергия в мА*ч и мВт*ч за 100мс, которая прибавляется к своему счетчику.

Устройство имеет кнопку, нажатием на которую можно переключать режимы — разряд/заряд. Двойным нажатием в режиме разряда можно выбирать подключаемую нагрузку — малая, средняя, большая. Сопротивление 20 Ом, 10 Ом или одновременно оба соответственно. Удержание кнопки вызывает сброс времени текущего режима.

Светодиод отображает режим работы:
— разряд, часто мигает.
— заряд, редко мигает.
— заряд окончен, светится.

Подробнее о компонентах. Дисплей — ЖК, графический 128х32, TIC32 с управлением по I 2 C на контроллере PCF8531. Стабилизатор питания — LM1117-3.0. МК — STM32F051K6 (используется внутренний тактовый генератор). Ключи нагрузки — IRLML2502. Ключ включения цепи заряда — IRLML6402. Модуль заряда на чипе TC4056A с током 330мА (резистор программирующий ток 3.6к).

Для удобства подключения применен держатель для аккумулятора 18650 и провода с крокодилами. Монтаж внутри не показан, так как не очень приличен. Устройство в процессе рождения:

Прошивка написана в Keil uVision 5. При применении другого дисплея или другого микроконтроллера, потребуется изменение прилагаемых исходников и пересборка проекта. При применении нагрузок другого сопротивления, будет необходимо исправить их значения в исходнике и так же пересобрать проект.

Источник