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

Miernik pojemności akumulatorów AA

Kubald 03 Sty 2013 22:50 25425 7
  • Miernik pojemności akumulatorów AA

    Jeśli w Twojej szufladzie znajdzie się nawet kilka akumulatorków AA, pewnie część z nich okaże się stara, część całkiem nowa, i nie tak łatwo będzie stwierdzić, które podołają zasilaniu na przykład twojego aparatu fotograficznego w czasie wycieczki, a które nie nadadzą się już do użycia. Użycie akumulatorów jest bardzo powszechne, ale niestety nie wszystkie mają dokładnie taką pojemność, jak podano na etykiecie.

    Więc jak łatwo sprawdzić przydatność takiego akumulatora? Proste testery mierzą jedynie napięcie, ale potrzebna jest jeszcze znajomość dokładnej pojemności akumulatora – wiedzy, ile czasu będzie mogło pracować zasilane nim urządzenie, od stanu pełnego naładowania do momentu sygnalizowania niskiego stanu baterii.

    Określenie pojemności to właśnie robota dla mikroprocesora – najprostszym rozwiązaniem wydaje się być podłączenie obciążenia rezystancyjnego do w pełni naładowanego akumulatora i mierzenie czasu, zanim napięcie spadnie do użytecznego poziomu. Z wartości prądu i czasu można wyliczyć pojemność akumulatora, lecz takie rozwiązanie zajmuje dużo czasu. Wykorzystanie popularnego mikroprocesora z serii AVR pozwala stworzyć w pełni automatyczny tester pojemności akumulatorów, który całą pracę wykona za nas – stworzony przez autora tester rozładowuje akumulatory do określonego poziomu i wyświetla zmierzone wartości pojemności w miliamperogodzinach (mAh).

    Stworzony tester może określać pojemność każdego z ogniw niezależnie i wyświetlać wartość pojemności na wyświetlaczu LCD. Proces rozładowywania prowadzony jest do osiągnięcia zadanej wartości napięcia, następnie akumulator odłączany jest od obciążenia, a zakończenie testowania wszystkich akumulatorów sygnalizowane jest dźwiękiem. Tester rozpoznaje rodzaj przyłączonego akumulatora i pozwala na testowanie akumulatorów NiCd i NiMH.

    Sercem urządzenia jest procesor ATMega168, wyposażony w 6 przetworników A/D, które zostały wykorzystywane do określenia prądu płynącego przez obciążenie i napięcia akumulatora. Jako że każdy akumulator do testu wymaga użycia dwu przetworników, maksymalna liczba badanych ogniw wynosi jednorazowo trzy. Autor przetestował działanie miernika pojemności z wykorzystaniem Arduino a następnie wykonał osobne urządzenie.

    Miernik pojemności akumulatorów AA





    Układ rozładowywania akumulatora, jak można zobaczyć na rysunku, jest wyjątkowo prosty: każda bateria połączona jest szeregowo z rezystorem, przez który płynie prąd, kiedy tranzystor FET jest w stanie przewodzenia. Przełączanie tranzystora sterowane jest przez procesor. Pierwszy z przetworników A/D mierzy napięcie na akumulatorze, a drugi – na tranzystorze FET. Z ich różnicy wyliczany jest spadek napięcia na oporze. Po podzieleniu tej wartości przez opór obciążenia otrzymuje się wartość płynącego prądu, a po pomnożeniu przez czas rozładowywania otrzymuje się wartość pojemności ogniwa. Dla lepszej orientacji sposobu wyliczania można przyjrzeć się też kodowi programu dla procesora.

    Jeśli chodzi o samo obciążenie, zastosowany rezystor nie musi być dobrany do rozpraszania ogromnych mocy, więc jego rozmiar nie jest cechą kluczową – w przypadku ogniw NiCd czy NiMH (1,2V) rozpraszana moc wynosi poniżej 1W. Należy jednak pamiętać o używaniu do przyłączania relatywnie grubych przewodów, gdyż płynące prądy nie są małe. Autor również sugeruje możliwość dodania kolejnego rezystora sterowanego odrębnym tranzystorem, aby umożliwić testy ogniw litowo-jonowych.

    W mierniku pracują tranzystory FET typu IRL3103S, wymontowane ze starego komputera. Można użyć praktycznie każdego tranzystora o niskiej rezystancji dren-źródło w stanie całkowitego otwarcia (RDSon). Dodatkowy rezystor 2MΩ w obwodzie pomiarowym zapewnia, że napięcie odczytywane przez przetwornik A/D w przypadku braku badanego ogniwa wynosi 0V.
    Jako wyświetlacz został wykorzystany LCD z telefonu Nokia 5510. Do obniżenia napięcia z 5V na 3,3V na linii danych wyświetlacza wykorzystano dzielnik rezystorowy 1,8/3,3 kΩ. Poniżej można zobaczyć schemat miernika.

    Miernik pojemności akumulatorów AA

    Niestety, zaprojektowany miernik posiada też kilka wad: dokładność pomiaru nie jest bardzo duża (ale wciąż pozwala porównywać poszczególne ogniwa między sobą), w obliczeniach pomijany jest też spadek napięcia na tranzystorze; także po zakończeniu pomiaru, mimo całkowitego wyładowania akumulatora, wyświetlana wartość napięcia (bez obciążenia) może być równa wartości dla naładowanego ogniwa.

    Całe urządzenie zostało zmontowane na płytce uniwersalnej i zamontowane w praktycznej, drewnianej obudowie.

    Miernik pojemności akumulatorów AA

    Po zakończeniu prac autor dodał niezależne od koszyka na akumulatory złącze, które umożliwia dokonywanie pomiaru nietypowych ogniw, przyłączając je choćby za pomocą przewodów zakończonych krokodylkami.

    Przebieg pomiaru można obejrzeć na poniższych fotografiach oraz na wideo dostępnym na stronie projektu.

    Miernik pojemności akumulatorów AA
    Miernik pojemności akumulatorów AA

    Autor także udostępnia program dla mikroprocesora.

    Źródło


    Fajne! Ranking DIY
    Potrafisz napisać podobny artykuł? Wyślij do mnie a otrzymasz kartę SD 64GB.
  • Megger
  • #2 04 Sty 2013 12:08
    androot
    VIP Zasłużony dla elektroda

    Poza fajnym bajerem w postaci graficznego LCD, urządzenie jest niedopracowane. Prąd rozładowania zmienia się wraz z napięciem ogniwa, a przecież od tego prądu zależy zmierzona pojemność. Inna jest przy prądzie 0,1C a inna przy 0,5C.
    Lepiej byłoby zastosować sterowane, aktywne obciążenia z zadawaną, stałą wartością prądu, ale do tego oprócz napisania kodu, trzeba choć trochę znać się na elektronice...

  • #3 04 Sty 2013 12:30
    snnaap
    Poziom 25  

    androot napisał:
    Poza fajnym bajerem w postaci graficznego LCD, urządzenie jest niedopracowane. Prąd rozładowania zmienia się wraz z napięciem ogniwa, a przecież od tego prądu zależy zmierzona pojemność. Inna jest przy prądzie 0,1C a inna przy 0,5C.
    Lepiej byłoby zastosować sterowane, aktywne obciążenia z zadawaną, stałą wartością prądu, ale do tego oprócz napisania kodu, trzeba choć trochę znać się na elektronice...


    Z tym że przy pewnym stopniu rozładowania akumulatorów nie będziemy mieli możliwości rozładowywania ich dalej tym samym - stałym - prądem.
    Maksymalny prąd ustalamy tutaj rezystorem.
    Znając prąd rozładowywania w danych jednostkach czasu mamy możliwość określenia pojemności.
    Nie mowie że jest to rozwiązanie profesjonalne ale jednak bardzo często używane i dla rozwiązań amatorskich wystarczające.

    Przydałaby się rejestracja mierzonych wartości funkcji czasu i późniejsze zobrazowanie tego na wykresie, byłoby widoczne wtedy jak długo i do jakiego napięcia możemy rozładowywać akumulatory maksymalnym prądem - pomocne przy projektowaniu.

  • Megger
  • #5 04 Sty 2013 13:17
    snnaap
    Poziom 25  

    androot napisał:
    Dlaczego nie mamy takiej możliwości? Rozładowujemy stałym prądem do umownej granicy np. 0,8-1V i przerywamy. Poniżej się nie rozładowuje bo jest to szkodliwe dla ogniw.
    Nie jest to dużo bardziej skomplikowane, a ile praktyczniejsze.


    Oczywiście tak, ja wychodziłem z załażenie ze chcę rozładować ogniwo do "zera".
    Ponadto w przypadku rozładowywania stałym prądem znacznie uproszczają nam się obliczenia.

  • #6 17 Sty 2013 22:49
    tomeeh
    Poziom 23  

    Kubald napisał:

    ...nie tak łatwo będzie stwierdzić, które podołają zasilaniu na przykład twojego aparatu fotograficznego w czasie wycieczki, a które nie nadadzą się już do użycia.


    Tak a propos użycia akumulatorów w urządzeniach o chwilowo dużym poborze prądu jak aparat fotograficzny - prezentowane urządzenie mierzące jedynie pojemność NIE JEST w stanie zbadać przydatności akumulatora. Kluczowa jest tutaj rezystancja wewnętrzna akumulatora. Tak więc koniecznie trzeba dorobić opcję do pomiaru rezystancji.

    Przykład: dostałem od taty akumulatorki energizer, które nie nadawały się już do pracy w jego aparacie. Typowa pojemność: 2500 mAh - głosi nadruk. Akumulatorki testowałem urządzeniem ALC 8500 (Link). Mimo, że zmierzona pojemność to aż 2100 mAh (czyli nie jest tak źle, spadek pierwotnej pojemności o ok. 15%), to dopiero pomiar rezystancji wewnętrznej ogniw przez urządzenie ALC dał odpowiedź, dlaczego akumulatorki się nie nadają - wynik: 300 mΩ.