Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Megger
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

Stiepanowna 03 Sty 2013 22:16 16947 0
  • Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

    Podobnie jak zapewne część użytkowników zgromadziłem całkiem pokaźny zapas akumulatorów z laptopów, telefonów komórkowych, aparatów fotograficznych etc. Kiedy projektuje się nowe urządzenie nie zawsze chcemy kupować nowy akumulator, tylko wykorzystać stary. I tu pojawia się problem - jak zmierzyć jego pojemność?

    Znajomy mi polecił zaprojektowanie testera na podstawie stabilizatora prądu na tranzystorze MOSFET i wzmacniaczu operacyjnym.

    W Internecie jest sporo takich konstrukcji, ale mi się nie udało znaleźć takiej opartej na zwykłym stabilizatorze prądu. A właśnie od stabilności prądu rozładowania zależy wynik.

    Tak powstał schemat testera-ładowarki.

    Co potrafi takie urządzenie:
    - ładowanie akumulatorów Li-Ion i Li-po;
    - testowanie akumulatorów Li-Ion i Li-po prądem o natężeniu 40, 166 i 500mA;
    - testowanie akumulatorów Ni-MH i Ni-Cd prądem o natężeniu 40 i 166mA;
    - podanie wyniku pomiaru w mAh.

    Starałem się, aby urządzenie miało prostą konstrukcję i było zrobione z ogólnie dostępnych elementów, które w razie potrzeby łatwo zastąpić odpowiednikami.

    Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

    Z elementów OP1, R18, R20, T5, R23 zmontowano stabilizator napięcia.
    Działa on mniej więcej tak: OP1 steruje tranzystorem T5, aby wyrównać wartość spadku napięcia na rezystorze R23 z napięciem na wejściu „+”. A spadek napięcia na nim jest dokładnie proporcjonalny do prądu rozładowania akumulatora. W tym celu stabilizator steruje napięciem na bramce T5, otwierając ją na tyle, żeby wyrównać spadek napięcia na R23.

    R18 pełni funkcję ogranicznika prądu na wyjściu stabilizatora w momencie przełączenia tranzystora.
    R23 to połączenie równoległe dwóch rezystorów 10R 2W.

    Teoretycznie istnieje mała szansa, że w momencie przegrzania rezystorów R23 jest możliwe ich zwarcie lub zmniejszenie rezystancji bądź deformacja płytki z tym samym rezultatem. W takim przypadku stabilizator zwiększyłby prąd powyżej ustawionego. Jakkolwiek jest to mało prawdopodobne, na wszelki wypadek na schemacie przewidziano bezpiecznik F1.

    Wszystkie testy sprawdzające przegrzewanie się tych rezystorów w rezultacie zwiększały ich rezystancję, ale mimo to postanowiłem się zabezpieczyć.

    Napięcie zasilania stabilizatora powinno być możliwie najbardziej stabilne; w tym celu zamontowano filtr L1, C2, C4.

    Napięcie podane na wejściu „+” OP1 również powinno być w miarę możliwości najbardziej stabilne.





    Żeby to osiągnąć postanowiłem zmontować „sterowany dzielnik rezystancyjny” na elementach R5, R6, R7, R15. Mikrokontroler łączy te rezystory do +5V i w efekcie otrzymujemy wymagane napięcie.

    Przykładowo przy przełączeniu rezystora R5 na +5V otrzymujemy dzielnik 20k - 20k, w którego środku napięcie wynosi 2,5V. Tymczasem stabilizator wyreguluje spadek napięcia na rezystorze R23 do wartości 2,5V; zgodnie z prawem Ohma trzymamy wartość prądu rozładowania - I rozładowania = U spadku/ R bocznika, czyli 2,5V/5Ω=0,5A prąd rozładowania.

    Kondensator C8 pełni funkcję filtra szumu z portów mikrokontrolera.
    Miejsca na płytce są tak przewidziane, żeby można było korygować wartość rezystorów za pomocą ich szeregowego lub równoległego połączenia.

    W rezultacie otrzymamy stabilizator z bardzo małymi odchyleniami od zadanego prądu rozładowania.

    Wyświetlacz jest sterowany bezpośrednio z portów mikrokontrolera i multipleksowany. Wybrałem go spośród tych tańszych i łatwo dostępnych.

    Stwierdziłem, że przed testowaniem akumulatora Li-ion/po dobrze go podładować i zrobiłem ładowarkę na MCP73812.

    Również po zakończeniu testów należy rozładowany akumulator ponownie podłączyć do ładowarki. Za pomocą rezystora R19 dobieramy prąd ładowania akumulatora według wzoru I=1000/(R17+R19), gdzie wartość rezystancji zapisujemy w kΩ, a wynik w mA. Jeśli napięcie akumulatora ustali się inne niż typowe napięcie Li-Ion/po, obwód ładowania się nie włączy.

    W czasie rozładowania akumulatora może dojść do przegrzania układu aktywnego obciążenia. Aby tego uniknąć, zastosowałem wentylator, który się włącza w momencie gdy wartość ciepła wydzielanego przez obwód wyniesie więcej niż 0,5W. Jest on również zawsze włączony w czasie ładowania akumulatora, żeby uniknąć przegrzania się układu ładowarki.

    Zamiana elementów:

    T5 - można zastosować dowolny tranzystor polowy z kanałem typu N i Rds(on) mniejszym niż 0,1Ω przy napięciu +5V na bramce. Obudowa tranzystora typu D-PAK lub D2-PAK. Bardzo dobrze się nadają tranzystory polowe z płyty głównej do zasilania procesora.

    OP1
    - można zastosować dowolny wzmacniacz operacyjny, który może pracować przy niesymetrycznym napięciu zasilania +5V. Będzie to jednak wymagało nieznacznych zmian w układzie ścieżek na płytce drukowanej.

    MCP73812 - można go nie lutować, ale wtedy ładowarka do akumulatora nie będzie działać. Można też zastosować LTC4054, ale wtedy sterowanie ładowaniem trzeba będzie przerobić w sposób następujący: pomiędzy +5V i zasilanie LTC4054 należy zamontować dowolny tranzystor polowy z kanałem typu N, a jego bramkę podłączyć do R13.

    T1 - dowolny tranzystor polowy z kanałem typu P. Zasadniczo można tu też zastosować tranzystor bipolarny, dodając rezystor.

    L1, L2 - dławik, ale dopuszcza się zamianę na rezystor 10R. Jednakże przy zamianie L1 na rezystor należy zwrócić uwagę na wartość prądu pobieranego przez stabilizator. Jeśli jest ona wyższa niż 10mA, lepiej L1 zastąpić zworką 0R.

    MK - ATMEGA8-AU lub ATMEGA8А-AU.

    Wyświetlacz - dowolny w kwestii wymiarów i rozkładu pinów ze wspólną anodą.

    VR1 - 7805 w obudowach D-PAK, D2-PAK.

    Radiator – dowolny, o odpowiedniej powierzchni.

    R23 - najlepiej użyć 2 rezystory równolegle 10R 2W.

    FAN1 – trzeba dopasować do obudowy.

    Kalibracja:

    Od napięcia wyjściowego stabilizatora 7805 i dokładności wartości rezystorów zależy prąd rozładowania. Nawet dzisiaj istnieją sklepy, w których trudno znaleźć 1%-owe rezystory, nie mówiąc już o „prawie precyzyjnych” 0,5%-owych stabilizatorach.

    Dlatego wybieramy prostsze rozwiązanie – bierzemy to, co mamy, nawet używane, lutujemy do urządzenia i włączamy tryb kalibracji.

    Przed włączeniem wciskamy przycisk i trzymamy, włączamy urządzenie i czekamy aż na wyświetlaczu pojawi się napis CAL.

    Puszczamy przycisk i podłączamy do zworki BAT źródło +5V i amperomierz.
    Otrzymany wynik w mA ustawiamy na wyświetlaczu wciskając przycisk.
    Następnie włączamy i wyłączamy urządzenie bez jakiegokolwiek przytrzymywania przycisków.
    Znów mierzymy natężenie, ustawiamy i tak kilka razy.

    W rezultacie skonfigurowaliśmy 3 wartości prądu rozładowania.
    Wyłączamy urządzenie.

    Podłączamy do wejścia BAT napięcie stabilizowane +5V (najlepiej z dokładnością do 10mV). Włączamy urządzenie, następnie jednorazowo wciskamy przycisk i wyłączamy urządzenie.

    Kalibracja gotowa.

    Algorytm pracy urządzenia:

    Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

    Komentarz do schematu: Jeśli napisano (na wyświetlaczu Chg „napięcie akumulatora”) to znaczy, że napisy „Chg” i „3,80” zmieniają się z częstotliwością 1s.

    Praca z urządzeniem ogranicza się do następujących etapów:
    1. Włączyć zasilanie.
    2. Wybrać prąd rozładowania.
    (Wartość 000 oznacza samo ładowanie bez testu pojemności).
    3. Podłączyć akumulator.
    4. Jeśli niepotrzebnie rozpoczęło się ładowanie akumulatora, należy je przerwać.
    5. Odczekać aż test zostanie zakończony.

    Wszystkie wartości domyślnie wyświetlają się w mAh i mV.
    Przykładowo "diS" "725" oznacza rozładowanie akumulatora o wartości 725mAh.
    Jeśli są wyświetlane części ułamkowe to już w Ah i V. Przykładowo "CPL" "2.21" oznacza, że test został zakończony, a pojemność akumulatora wynosi 2,21Ah.

    Uwagi:

    Jeśli będziecie chcieli testować akumulator Li-ion z napięciem pełnego rozładowania 4,1V, zrezygnujcie z ładowania, ponieważ kontroler ładowania zastosowany w układzie jest zaprojektowany pod akumulator 4,2V.
    Również akumulatorów Ni-MH i Ni-Cd nie należy testować prądem o natężeniu ponad 170mA, bo wyświetli się komunikat błędu.

    Nie należy też podłączać do obwodu rozładowania akumulatora o napięciu ponad 5V, ponieważ uszkodzi to układ ładowarki.

    Realizacja:

    Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

    Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

    Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

    Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

    Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

    Tester akumulatorów Li-ion, Li-po, Ni-MH, Ni-Cd

    Załączniki:

    Płytka i oznakowanie obudowy
    Schemat, płytka, oznakowanie obudowy, algorytm pracy
    Wsad

    Link do tłumaczonego projektu: http://radiokot.ru/circuit/power/charger/20/


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Megger