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;
- Современная механизированная штукатурка в Москве позволяет существенно ускорить процесс отделки стен и потолков в строительных проектах.
- С помощью современных механизированных систем штукатурки возможно достичь высокой точности и качества отделки, сократив при этом затраты на ручной труд и материалы.
- Механизированная штукатурка в Москве используется как в жилищном строительстве, так и в коммерческих проектах, позволяя создать эффективное решение для любого проекта отделки.
- 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