Тестер акумуляторних батарей своїми руками

Тестер літій-іонних акумуляторів

Створено за допомогою КотоРед.

Хоча ремонт мобільних телефонів мій не основний вид заробітку, за роки плідної діяльності у мене накопичилася певна кількість (піввідра) літієвих акумуляторів різної справності і ємності. І я давно мріяв спорудити деякий девайс, який би дозволив хоча б разбракованних ті, які безжально треба відразу на смітник, які на щось ще згодяться, і ті якими ще можна укомплектувати мобільник або продати / подарувати хорошій людині.

Для себе я поставив завдання - прилад повинен бути:

- якомога простішим і дешевшим;

- складатися з більш-менш стандартних вузлів і схемотехнічних рішень;

- більш-менш універсальним в плані роботи з батареями інших типів;

- мати можливість визначення ємності акумуляторної батареї і (по можливості) її внутрішнього опору.

Контролер я вибрав Тіні26 через наявність в ньому диференціальних входів і підсилювача на 20, що дозволяє без застосування зовнішніх підсилювачів вимірювати напругу з токового шунта. Але в ньому є недолік - маленька пам`ять програм (всього 1024 команди). Тому програмне забезпечення розбите на дві частини.

Перша - це калібрувальна процедура, що дозволяє встановити коефіцієнти корекції вимірювачів струму та напруги і нижнє граничне напруги відключення в режимі розряду. Результатами роботи цієї процедури є розміщення в незалежній пам`яті необхідних констант.

Друга - це робоча програма, що дозволяє розряджати і заряджати батареї з метою визначення ємності в мілліамперчасах, з точність до однієї десятої міліампера. Визначення внутрішнього опору - чисто оціночна, тому як для точного вимірювання цієї величини потрібна окрема схема тестування, якої в даній конструкції не передбачено (і чи треба?).

У індикаторної частини приладу я вирішив використовувати дисплейний модуль від SONYERICSSON T230 (T290), тому що я його просто люблю.

І на це є причини:

- дешевий і є в продажу

- квадратна шина управління (I2C)

- не вимагає окремого перетворювача на підсвічування

- його білий світлодіод в підсвічуванні-прекрасний стабілітрон для харчування самого контролера в дисплеї (близько 3V).

До недоліків його можна віднести относітльно невеликий роз`єм. Втім на шлейфі дисплея є точки побільше, де можна з успіхом припаювати дроти. Треба лише сошкрябать лак.

Зі схемою заряду я довго не думав і поставив добре себе зарекомендувала LT4054 від зарядної секції мобільників X100, С100, E700 та інших. З розрядної - ще простіше - резистор.

Втім, самі зарядні і розрядні частини схеми працюють незалежно від контролера, він тільки їх вмикає і вимикає, тому ніхто не заважає застосувати щось солідніше і серйозніше.

У першій версії приладу було встановлено 3 кнопки для меню і навігації, від яких я надалі відмовився, залишивши одну. Її цілком достатньо для перемикання по кільцю режимів роботи:

Виключено (OFF) ->Розряд (Discharge) ->Заряд (Charge) ->Виключено (OFF) ->.

У момент переходу з режиму Charge в режим OFF відбувається обнуління лічильників амперчасах.

У режимі вимкнено нічого не відбувається крім індикації ЕРС на клемах акумулятора, ємності повідомленої в час заряду (W) і під час розряду (Q) (ще є годинник - але вони просто так)

У режимі Розряд (Discharge) відбувається:

- підключення розрядної частини схеми на транзисторних ключі і еквіваленті навантаження до акумулятора;

- вимір струму розряду I;

- вимір напруги під час розряду (під струмом) U;

- вимір ЕРС батареї (E), методом періодичного відключення розрядної схеми і вимірювання напруги;

- обчислення різниці між ЕРС і напруги під навантаженням D, D = E-U;

- обчислення внутрішнього опору R, R = D / I;

- підрахунок ємності в режимі розряду Q;

- порівняння виміряної ЕРС (Е) і уставки нижнього порогового напруги. Якщо досягло - перехід в режим заряд (Charge).

У режимі заряд (Charge) відбувається:

- підключення зарядної частини схеми за допомогою транзисторного ключа;

- вимір струму заряду I;

- вимір напруги під час заряду (під струмом) U;

- вимір ЕРС акумулятора Е, методом періодичного відключення зарядної схеми і вимірювання напруги на батареї без струму;

- обчислення різниці між ЕРС і напругою під струмом заряду D, D = U-E;

- обчислення внутрішнього опору R, R = D / I

- підрахунок ємності в режимі заряду W;

З цього режиму прилад нікуди автоматічаскі не переходить, тому як зарядом займається спецмікросхема.

В прикріплених файлах є прошивка для калібрування. До неї є шляховий файл (.bat) для програмування за допомогою avreal32. У ньому прописано зміна потрібних фузов. Якщо МК буде програмуватися іншим програматором, потрібно подбати про встановлення фузов CKSEL для роботи від внутрішнього генератора 8МГц і запрограмувати фуз EESAV (CKSEL3 = 0-CKSEL2 = 1-CKSEL1 = 0-CKSEL0 = 0-EESAV = 0).

Після зашивання плавно переходимо до калібрування.

Тимчасово підключаємо ще одну кнопку від 18 виведення мікроконтролера до землі. Назвемо поки її `ЗАПИС`

Запрограмований калібрувальної процедурою контролер при включенні покаже вітальне повідомлення і з`явиться напис

CONNECT 500 mA

THEN PIN18 TO GND

I = ххххх мА

ADC = xxxxx

K_I = xxxxx

K_I1 = xxxxx

ДЕ:

I вимірюється струм при використанні поточного коефіцієнта K_I (спочатку може бути неправильним)

ADC-значення з АЦП

K_I - використовуваний коефіцієнт калібрування

К_I1-знову розраховується коефіцієнт, показує правильний коефіцієнт, якщо струм через шунт буде 500мА

Встановлюємо точніше ток 500мА і натискаємо кнопку `ЗАПИС`. Відбувається запис нового розрахованого коефіцієнта калібрування в еепрому і токоізмерітель в рядку I = повинен вже показувати 500мА.

Натискаємо кнопку перемикання режимів роботи і переходимо в калібрування по напрузі

CONNECT 4.00V

THEN PIN18 TO GND

U = ххххх V

ADC = xxxxx

K_U1 = xxxxx

ДЕ:

U ізмереннoe напруга при використанні поточного коефіцієнта K_U (спочатку може бути неправильним)

Встановлюємо точніше 4.00V і натискаємо `ЗАПИС`. Тут же в рядку U = повинно з`явиться 4.00V.

Чи не розбираючи схему калібрування, натискаємо кнопку перемикання режимів і потрапляємо в режим установки нижнього порога напруги, при якому буде відбуватися автоматичне перемикання з режиму `розряд` в режим `заряд`

CONNECT U_LOW

THEN PIN18 TO GND

U = ххххх V

U_LOW = xxxxx V

ДЕ:

U ізмереннoe напруга

U_LOW = існуюча уставка

Встановлюємо бажане напруга. Його вже можна достовірно контролювати в рядку U = .По різним рекомендаціям воно може бути в межах 3.4 - 3.6 В. Для себе я встановив 3.55 В. Натискаємо кнопку `Запис`.

Усе. Калібрування завершена. Не забуваємо отпаять технологічну кнопку `ЗАПИС`

Шиємо робочу прошивку. Якщо прошиває іншим програматором, то стежте, фузи ті ж самі. (CKSEL3 = 0-CKSEL2 = 1-CKSEL1 = 0-CKSEL0 = 0-EESAV = 0)

Працювати з приладом дуже просто. Є два варіанта.

1. Заряджаємо акумулятор десь (наприклад в телефоні) .Подключаем акумулятор в режимі OFF. Дивимося, щоб з`явилося напояженіе в рядку Е =. Кнопкою переводимо прилад в режим `розряд` (Discharge) і насолоджуємося збільшенням показань в рядку розрядної ємності Q. Коли акумулятор розрядиться до U_LOW, прилад його автоматично зарядить, переключившись в режим `заряд`Charge.

Після цієї процедури ми можемо бачити скільки мілліамперчасов було вилучено (Q) і скільки засунути назад (W). Контроль завершення зарядки приладом не відбувається, цим займається схема заряду на LT4054, але це прекрасно видно по що знизився току (десь 2,5 мА).

2. В іншому випадку, після підключення акумулятора в режимі OFF потрібно двічі натиснути на кнопку, перевівши прилад в режим заряду, а після його завершення - запустити розряд. Прилад, як і в попередньому випадку, розрядить акумулятор до нижньої межі по напрузі а потім зарядить.

У висновку можна відзначити, що приладом не обов`язково тестувати тільки літієві акумулятори. Застосувавши інші схеми зарядної частини можна тестувати інші типи акумуляторів, напимер AA і ААА.

Ще пара слів про результати разбраковки. Напевно залежить від застосовуваної технології виготовлення літієвих акумуляторів те, що деякі з них здуваються, практично не втративши ємність, а тільки збільшивши внутрішній опір з 0,45-0,47 му у нового, до 0,57-0,67 здувся (Нокії - зокрема). А дехто, не помінявши зовнішній вигляд, різко втрачають ємність. У мене є оргинальний батарея від мотороли, яка на вигляд нова і блискуча з внутрішнім опором близько 0.5 ом, але з ємністю 112.5 мА.ч

Сподіваюся, що кому-то моя праця стане в нагоді.