English version

Analyzátor (měřič kapacity) baterií a akumulátorů

     Úvod:
Toto jednoduché zařízení umožňuje měřit kapacitu baterie či akumulátoru (mAh, Ah) a odebranou energii (Wh). Vhodný je pro akumulátory NiCd a NiMH (1 - 12 článkové), olověné a gelové (VRLA, SLA) baterie do 12V, Li-Ion a Li-Pol (1 - 4 článkové), ale i pro další typy jako LiFePO4, NiZn, alkalické apod. s celkovým napětím do 20V. Vybíjecí proud lze volit 0,01 - 2,56A. Umožní např. ověřit stav opotřebení akumulátoru, efektivitu nabíjecí metody či odhalit padělky akumulátorů, se kterými se v poslední době roztrhl pytel. Umožňuje také údržbu akumulátorů vybitím na požadované napětí před jejichu nabíjením.
     Popis:
Základem analyzátoru (měřiče kapacity) baterií a akumulátorů je mikroprocesor IO1 - Atmel AVR ATmega8A, ATmega8 či ATmega8L. Program ke stažení a nastavení bitů je níže. Princip činnosti je jednoduchý: K měřiči kapacity se připojí nabitý akumulátor, ten je pomocí měřiče vybit a tím se určí jeho kapacita a energie. Vybíjecí proud lze digitálně zvolit v rozmezí 0,01 - 2,56A s krokem 0,01A. Vybíjení je ukončeno při dosažení koncového napětí, které je též digitálně volitelné. IO1 je taktován vnitřním RC oscilátorem 8MHz. Protože přesnost měření závisí na čase, je použit časovací krystal 32768Hz. Napětí baterie (maximální hodnota je 20V) je snímáno pomocí děliče R9, R11, P1. Trimr P1 nastavte tak, aby hodnota na displeji v módu zobrazení aktuálního napětí odpovídala skutečnosti. Baterie je vybíjena pomocí tranzistoru T1 (IRLB8743). Vybíjecí proud je snímán bočníkem R16 (0,24 ohm). Vybíjecí proud je stabilizován pomocí operačního zesilovače IO2. Referenční napětí je získáváno pomocí pulzně šířkové modulace (PWM) z vývodu OC1A obvodu IO1. PWM signál prochází děličem a filtrem R10, R12, P2, C7 a tím vznikne stejnosměrné referenční napětí úměrné požadovanému vybíjecímu proudu. Napětí na gejtu T1 je pak pomocí IO2 řízeno tak, aby napětí na bočníku R16 odpovídalo tomuto referenčnímu napětí. P3 nastavte na střed. Zvolte požadovaný výstupní proud 2,56A a trimr P2 nastavte tak, aby skutečný vybíjecí proud odpovídal tomu zvolenému. Pomocí P3 vynulujte nesymetrii (ofset) vstupů IO2 (zvolte proud 0,01A a nastavte P3 tak, aby skutečný proud tomu odpovídal). Tranzistor T1 je třeba umístit na chladič odpovídající maximálnímu využívanému ztrátovému výkonu při vybíjení (P = U . I). T1 je logic-mosfet, kterému k otevření stačí napětí 5V. Pokud by byl použit standardní typ, lze teoreticky napájet IO2 z vyššího napětí (před obvodem 7805). IO3 nemusí mít chladič, pokud není napájecí napětí příliš vysoké (cca do 15V). LED1 indikuje probíhající vybíjení a měření. Diody D1 a D2 Zajišťují úplné zavření T1, když vybíjení není aktivní. K ovládání slouží tlačítka TL1...TL3. K zobrazování slouží 4-místný LED displej se společnou anodou. Katody displeje jsou připojeny na port D, anody na bity 2 až 5 portu B. Čtyřmístný displej může být sestaven např. ze dvou dvojmístných LD-D036UPG-C, LD-D028UR-C, LD-D036UR-C, LD-D056UR-C (typy s velmi vysokou svítivostí). Vysocesvítivý displej umožňuje vynechat obvyklé tranzistory pro zesílení proudu. Displej je řízen multiplexně (maticově), frekvence multiplexu je cca 100 Hz. Odpory R1 až R8 určují proud displeje a tím i jeho jas. Jsou zvoleny tak, aby nebyl překročen maximální proud výstupu (40mA). Měřič kapacity baterií se napájí ze zdroje cca 8 - 30V. Odběr je cca 15-45mA v závislosti od počtu svítících segmentů a hodnoty R1...R8 (většina odebíraného proudu připadá na LED displej). Kondenzátory C4 až C6 umístěte co nejblíže IO1. Do série s testovanou baterií zapojte vhodnou pojistku, jinak při poruše měřiče kapacity (zejména chyba regulace proudu či průraz T1) nebo při přepólování hrozí požár! Vhodné je přidat pojistku i na vstup napájecího napětí.
     Ovládání:
Měřič kapacity akumulátorů se ovládá tlačítky Mód, + a -. Tlačítko Mód postupně přepíná 6 obrazovek:
• 1) Zobrazení aktuálního napětí (0,00V - 20,4V).
• 2) Změřená energie ve Wh (Watthodinách). Zobrazí "En" a pak hodnotu. Během vybíjení nabíhá, po skončení měření je zde výsledná hodnota.
• 3) Změřená kapacita v Ah (Ampérhodinách). Zobrazí "Ah" a pak hodnotu. Během vybíjení nabíhá, po skončení měření je zde výsledná hodnota.
• 4) Změřený čas vybíjení v hodinách (0,00h - 655h).
• 5) Zvolený vybíjecí proud. Tlačítky + a - lze volit 0,01A až 2,56A.
• 6) Zvolené koncové napětí. Tlačítky + a - lze volit napětí, při kterém je vybíjení a měření ukončeno, v rozmezí 0,80V - 20,0V.
Tlačítkem "-" lze v krocích 2, 3 a 4 vynulovat energii, kapacitu a čas (funguje jen pokud není aktivní vybíjení a měření). Dlouhým stiskem tlačítka Mód zapnete či přerušíte vybíjení a měření. Probíhající vybíjení a měření je signalizováno LED1. Po skončení LED1 zhasne a lze přečíst naměřené údaje (energie, kapacita, čas). Před novým měřením údaje vynulujte (údaje se na začátku měření samy nenulují, aby bylo možno v případě potřeby pokračovat v přerušeném měření). Koncové napětí se obvykle volí cca 0,9 - 1V pro NiCd a NiMH, 3 - 3,4V pro Li-ion a Li-pol, 9-10V pro olověné akumulátory.

Celý program ke stažení:
zdrojový kód v assembleru (ASM)
přeložený v HEX souboru (2150 Bajtů)
Zapisování programu do AVR se podrobněji věnuji zde.

Případným zájemcům mohu naprogramovaný mikroprocesor poslat. Více info zde.


Schéma analyzátoru (měřiče kapacity) baterií a akumulátorů.


Nastavení konfiguračních bitů (v PonyProgu).


První testy měřiče kapacity baterií.











Zabudovávání měřiče kapacity baterií a akumulátorů do krabičky.











Hotový měřič kapacity baterií (akumulátorů) testuje 4 NiMH.


Probíhá analýza dvou NiCd článků.


Video - předvádění měřiče kapacity akumulátorů.



Přidáno: 28. 4. 2014
zpět na úvodní stránku