Тестер литий-ионных аккумуляторов

Автор: eufs

Опубликовано 15.08.2012.

Создано при помощи КотоРед .

Хотя ремонт мобильных телефонов мой не основной вид заработка, за годы плодотворной деятельности у меня накопилось определенное количество (полведра) литиевых аккумуляторов разной исправности и емкости. И я давно мечтал соорудить некоторый девайс, который бы позволил хотя бы разбраковать те, которые бесжалостно надо сразу на мусорник, которые на что-то еще сгодятся, и те которыми еще можно укомплектовать мобильник или продать/подарить хорошему человеку.

Для себя я поставил задачу - прибор должен быть:

- как можно более простым и дешевым;

- состоять из более-менее стандартных узлов и схемотехнических решений;


- более-менее универсальным в плане работы с батареями других типов;

- иметь возможность определения емкости аккумуляторной батареи и (по возможности) ее внутреннего сопротивления.

Контроллер я выбрал Тини26 по причине наличия в нем дифференциальных входов и усилителя на 20, что позволяет без применения внешних усилителей измерять напряжение с токового шунта. Но в нем есть недостаток - маленькая память программ (всего 1024 команды). Поэтому программное обеспечение разбито на две части.

Первая - это калибровочная процедура, позволяющая установить коэффициенты коррекции измерителей тока и напряжения и нижнее пороговое напряжения отключения в режиме разряда. Результатами работы этой процедуры является размещение в энергонезависимой памяти требуемых констант.

Вторая - это рабочая программа, позволяющая разряжать и заряжать батареи с целью определения емкости в миллиамперчасах, с точность до одной десятой миллиампера. Определения внутреннего сопротивления - чисто оценочная, потому как для точного измерения этой величины требуется отдельная схема тестирования, которой в данной конструкции не предусмотрено (и надо ли?).

В индикаторной части прибора я решил использовать дисплейный модуль от SONYERICSSON T230(T290), потому что я его просто люблю.

И на это есть причины:

- дешевый и есть в продаже

- квадратная шина управления(I2C)

- не требует отдельного преобразователя на подсветку

- его белый светодиод в подсветке-прекрасный стабилитрон для питания самого контроллера в дисплее (около 3V).

К недостаткам его можно отнести относитльно мелкий разъем. Впрочем на шлейфе дисплея есть точки покрупнее, где можно с успехом припаивать провода. Надо лишь сошкрябать лак.

Со схемой заряда я долго не думал и поставил хорошо себя зарекомендовавшую LT4054 от зарядной секции мобильников X100,С100,E700 и прочих. С разрядной - еще проще - резистор.

Впрочем, сами зарядные и разрядные части схемы работают независимо от контроллера, он только их включает и выключает, поэтому никто не мешает применить что-то посолиднее и посерьезнее.

В первой версии прибора было установлено 3 кнопки для меню и навигации, от которых я в последствии отказался, оставив одну. Ее вполне достаточно для переключения по кольцу режимов работы:

Выключено (OFF)->Разряд (Discharge)->Заряд(Charge)->Выключено(OFF)->.

В момент перехода из режима Charge в режим OFF происходит обнуление счетчиков амперчасов.

В режиме выключено ничего не происходит кроме индикации ЭДС на клеммах аккумулятора, емкости сообщенной в время заряда (W) и во время разряда (Q) (еще есть часы - но они просто так)

В режиме Разряд(Discharge) происходит:

- подключение разрядной части схемы на транзисторном ключе и эквиваленте нагрузки к аккумулятору;

- измерение тока разряда I;

- измерение напряжения во время разряда (под током) U;

- измерение ЭДС батареи (E), методом периодического отключения разрядной схемы и измерения напряжения;

- вычисления разницы между ЭДС и напряжения под нагрузкой D, D=E-U;

- вычисление внутреннего сопротивления R, R=D/I;

- подсчет емкости в режиме разряда Q;

- сравнение измеренной ЭДС (Е) и уставки нижнего порогового напряжения. Если достигло - переход в режим заряд(Charge).

В режиме заряд(Charge) происходит:

- подключение зарядной части схемы посредством транзисторного ключа;

- измерение тока заряда I;

- измерение напряжения во время заряда(под током) U;

- измерение ЭДС аккумулятора Е, методом периодического отключения зарядной схемы и измерения напряжения на батарее без тока;

- вычисление разницы между ЭДС и напряжением под током заряда D, D=U-E;

- вычисление внутренного сопротивления R, R=D/I

- подсчет емкости в режиме заряда W;

С этого режима прибор никуда автоматичаски не переходит, потому как зарядом занимается спецмикросхема.

В прикрепленных файлах имеется прошивка для калибровки. К ней есть путевой файл (.bat) для программирования при помощи avreal32. В нем прописано изменение нужных фузов. Если МК будет программироваться другим программатором, нужно позаботиться об установке фузов CKSEL для работы от внутреннего генератора 8МГЦ и запрограмировать фуз EESAV (CKSEL3=0;CKSEL2=1;CKSEL1=0;CKSEL0=0;EESAV=0).

После зашивки плавно переходим к калибровке.

Временно подключаем еще одну кнопку от 18 вывода микроконтроллера к земле. Назовем пока ее 'ЗАПИСЬ'

Запрограммированный калибровочной процедурой контроллер при включении покажет приветственое сообщение и появится надпись

CONNECT 500 mA

THEN PIN18 TO GND

I=ххххх мА

ADC=xxxxx

K_I=xxxxx

K_I1=xxxxx

ГДЕ:

I измерянный ток при использовании текущего коэффициента K_I (первоначально может быть неправильным)

ADC -значение из АЦП

K_I - используемый коэффициент калибровки

К_I1-вновь рассчитываемый коэффициент, показывает правильный коэффициент, если ток через шунт будет 500мА

Устанавливаем поточнее ток 500мА и нажимаем кнопку 'ЗАПИСЬ'. Происходит запись нового рассчитанного коэффициента калибровки в ЕЕПРОМ и токоизмеритель в строке I= должен уже показывать 500мА.

Нажимаем кнопку переключения режимов работы и переходим в калибровку по напряжению

CONNECT 4.00V

THEN PIN18 TO GND

U=ххххх V

ADC=xxxxx

K_U1=xxxxx

ГДЕ:

U измереннoe напряжение при использовании текущего коэффициента K_U (первоначально может быть неправильным)

Устанавливаем поточнее 4.00V и нажимаем 'ЗАПИСЬ'. Тут же в строчке U= должно появится 4.00V.

Не разбирая схему калибровки, нажимаем кнопку переключения режимов и попадаем в режим установки нижнего порога напряжения, при котором будет происходить автоматическое переключение из режима 'разряд' в режим 'заряд'

CONNECT U_LOW

THEN PIN18 TO GND

U=ххххх V

U_LOW= xxxxx V

ГДЕ:

U измереннoe напряжение

U_LOW= существующая уставка

Устанавливаем желаемое напряжение. Его уже можно достоверно контроллировать в строчке U= .По разным рекомендациям оно может быть в пределах 3.4 - 3.6 В. Для себя я установил 3.55 В. Нажимаем кнопку 'Запись'.

Все. Калибровка завершена. Не забываем отпаять технологическую кнопку 'ЗАПИСЬ'

Шьем рабочую прошивку. Если прошиваете другим программатором, то следите, фузы те же самые. (CKSEL3=0;CKSEL2=1;CKSEL1=0;CKSEL0=0;EESAV=0)

Работать с прибором очень просто. Есть два варианта.

1. Заряжаем аккумулятор где-то (например в телефоне).Подключаем аккумулятор в режиме OFF. Смотрим, чтобы появилось напояжение в строчке Е=. Кнопкой переводим прибор в режим 'разряд'(Discharge) и наслаждаемся увеличением показаний в строчке разрядной емкости Q. Когда аккумулятор разрядится до U_LOW, прибор его автоматически зарядит, переключившись в режим 'заряд'Charge.

После этой процедуры мы можем видеть сколько миллиамперчасов было извлечено (Q) и сколько засунуто обратно (W). Контроль завершения зарядки прибором не происходит, этим занимается схема заряда на LT4054, но это прекрасно видно по снизившемуся току (где-то 2,5 мА).

2. В другом случае, после подключения аккумулятора в режиме OFF нужно дважды нажать на кнопку, переведя прибор в режим заряда, а после его завершения - запустить разряд. Прибор, как и в предыдущем случае,разрядит аккумулятор до нижней границы по напряжению а затем зарядит.

В заключении можно отметить, что прибором не обязательно тестировать только литиевые аккумуляторы. Применив другие схемы зарядной части можно тестировать аккумуляторы других типов, напимер AA и ААА.

Еще пара слов про результаты разбраковки. Наверное зависит от применяемой технологии изготовления литиевых аккумуляторов то, что некоторые из них вздуваются, практически не потеряв емкость, а только увеличив внутреннее сопротивление с 0,45-0,47 ом у нового, до 0,57-0,67 вздувшегося (Нокии - в частности). А некоторые, не поменяв внешний вид, резко теряют емкость. У меня есть оргинальная батарея от моторолы, которая на вид новая и блестящая с внутренним сопротивлением около 0.5 ом, но с емкостью 112.5 мА.ч

Надеюсь, что кому-то мой труд пригодится.

По материалам сайта: http://radiokot.ru