Úvod:
Toto zařízení je mírně vylepšenou verzí předchozího
analyzátoru baterií.
Umožňuje měřit kapacitu baterie či akumulátoru (mAh, Ah) a energii (Wh).
Vhodné 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, zinko-ulhíkové apod. s celkovým napětím do 20V. Vybíjecí proud lze volit 0,01 - 2,56A
(případně 0,02 - 5,12A ve verzi s dvojnásobným proudovým rozsahem).
Analyzátor možní např. ověřit stav opotřebení akumulátoru, efektivitu nabíjecí metody či odhalit padělky akumulátorů, kterých je na trhu hodně.
Umožňuje také údržbu akumulátorů vybitím na požadované napětí před jejichu nabíjením nebo vybití akumulátorů na úroveň vhodnou pro dlouhodobé skladování.
Je možné měřit i kapacitu jednorázových baterií, ale ty už jsou pochopitelně po měření nepoužitelné.
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. Pro variantu s dvojnásobným proudovým rozsahem je to 0,02 - 5,12A s krokem 0,02A.
V této variantě se spojí vývod 14 (PB0) s 0V a bočník R16 se upraví z 0,22 ohmu na 0,1 či 0,11 ohmu.
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 (PSMN2R0-30PL nebo AOT240L). Vybíjecí proud je snímán bočníkem R16 (0,22 ohm).
Vybíjecí proud je stabilizován pomocí operačního zesilovače IO2. Referenční napětí je získáváno pomocí pulzně šířkové modulace (PWM) z vývodu
15 (PB1 - 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. Kalibrace proudu: P3 nastavte na střed.
Zvolte požadovaný výstupní proud 2,56A (5,12A pro verzi x2). Připojte baterii schopnou dodat 2,56A (5,12A) a ampérmetr v sérii s ní.
Baterii je možné během kalibrace nahradit laboratorním či jiným napájecím zdrojem.
Spusťte vybíjení dlouhým stiskem TL1. Trimr P2 nastavte tak, aby skutečný vybíjecí proud odpovídal zvolenému 2,56A (5,12A).
Poté zvolte proud 0,01A (0,02A) a nastavte P3 tak, aby skutečný proud tomu odpovídal.
Trimr P3 nulujte nesymetrii (ofset) vstupů IO2.
Pro přesnější kalibraci je vhodné se ještě alespoň jednou vrátit na maximální nastavený proud a případně znovu doladit P2, a pak opět na minimální proud
a případně znovu doladit P3.
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 pár voltů. 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 18V). LED1 indikuje probíhající vybíjení a měření. Dioda D1 a odpor R17
Zajišťují úplné zavření T1, když vybíjení není aktivní (zvýšením napětí invertujícího vstupu nad úroveň neinvertujícího vstupu zajistí nízké napětí na výstupu
operačního zesilovače a gejtu T1).
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 či LD-D056UR-C,
či použijte jeden čtyčmístný KW4-361AVA (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 AVR (40mA). Lze použít cca hodnoty cca 680R - 2k2. 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 C5, C6, C9 a C10 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 - 999h).
• 5) Zvolený vybíjecí proud. Tlačítky + a - lze volit 0,01A až 2,56A (ve verzi x2 lze volit 0,02A až 5,12A).
• 6) Zvolené koncové napětí. Tlačítky + a - lze volit napětí, při kterém je vybíjení a měření ukončeno, v rozmezí 0,75V - 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 nového měření samy nenulují, aby bylo možno v případě potřeby pokračovat v přerušeném měření).
Koncové napětí se obvykle volí cca 0,8 - 1 V pro NiCd a NiMH, 2,5 - 3 V pro Li-ion a Li-pol, 2,5V pro LiFePO, 8 - 10 V pro olověné akumulátory a 0,75 - 0,9V pro alkalické články.
Celý program ke stažení:
zdrojový kód v assembleru (ASM)
přeložený v HEX souboru (2358 Bajtů)
Zapisování programu do AVR se podrobněji věnuji zde.
