Witam wszystkich forumowiczów
Dziś chciałbym Wam zaprezentować ciekawy przyrząd do pomiaru pojemności akumulatorów litowo jonowych, jest to ładowarka z pomiarem pojemności dla pojedynczego ogniwa o napięciu 3.7V.
Urządzenie jest bardzo proste zbudowane na chińskich modułach które są ogólnie dostępne w necie na znanym portalu aukcyjnym lub w kraju producenta. Konstruując urządzenie brałem pod uwagę koszty oraz szybkość wykonania, stąd rozwiązanie na gotowych modułach.
Ładowarka z pomiarem pojemności bo to chyba najlepsze określenie dla tego sprzętu, jest przydatna szczególnie dla osób chcących odzyskiwać ogniwa z starych baterii od kamer, aparatów foto, telefonów i laptopów. Ja w swoich konstrukcjach wykorzystuje dużo ogniw Li-ion i taka ładowarka bardzo mi ułatwiła życie - a właściwie dobór akumulatorów według zużycia do moich projektów.
Schemat blokowy
Na schemacie blokowym mamy wyszczególnione bloki funkcjonalne, tak jak pisałem wyżej są to gotowe moduły takie jak:
- Przetwornica STEP DOWN LM2596
- Ładowarka Li-ion TP4056 z zabezpieczeniem
- Panelowy multimetr OLED
- Obciążenie w postaci rezystorów mocy
Blok pierwszy jest stabilizatorem napięcia dla modułu miernika oraz dla ładowarki TP4056, przetwornica zbudowana jest na układzie LM2596 dzięki czemu nasze urządzenie może być zasilanie napięciem z przedziału od 8V do 30V (nota katalogowa układu LM2596 podaje aż 45V napięcia zasilania). Zależało mi na tym aby urządzenie było zasilane z zasilacza lub akumulatora 12V czy systemu solarnego stąd pomysł zainstalowania przetwornicy. Przetwornica ma na wyjściu ustawione napięcie 5V. Całe urządzenie można by było zasilić również np z USB trzeba by było przerobić nieco połączenie oraz zrezygnować z przetwornicy.
Kolejnym blokiem jest właśnie układ ładowarki automatycznej na układzie TP4056 jest to układ kontrolujący ładowanie ogniwa, maksymalny prąd ładowania ogniwa to 1A (można zmniejszyć prąd ładowania wymieniając odpowiedni rezystor na płytce ładowarki) jednak należy pamiętać że ogniwo praktycznie nigdy nie jest ładowane takim prądem gdyż ładowarka zmniejsza go w zależności od stopnia naładowania ogniwa. Moduł ładowarki posiadał na płytce dwie diody zieloną informującą o naładowaniu ogniwa oraz czerwoną informującą o ładowaniu ogniwa - w mojej konstrukcji te dwie diody zostały podłączone na przewodach i zainstalowane na obudowie.
Główny blok urządzenia - panelowy miernik OLED jest bardzo ciekawym elementem stosunkowo tanim o dobrych parametrach (porównywałem ze skalibrowanym miernikiem wskazania prądu i napięcia). Ten miernik mierzy aż siedem wielkości (niekoniecznie elektrycznych) ale przydatnych do pomiarów naszych ogniw:
- Napięcie [V]
- Prąd [A]
- Pomiar [Ah]
- Pomiar [Wh]
- Moc [W]
- Czas
- Temperaturę
Ostatnim blokiem jest obciążenie rezystorami mocy, są to po prostu rezystory rozładowujące nasze ogniwo w czasie pomiaru pojemności. Rezystory są dobrane według prawa Ohma.
Teraz kilka fotek urządzenia oraz krótki opis działania ładowarki
W pierwszej kolejności podłączamy badane ogniwo li-ion do gniazd bananowych (dorobiłem dodatkowy przewód z żabkami i drugi z koszykiem na 18650), następnie zasilamy ładowarkę z zasilacza powiedzmy 12V może być nawet o prądzie 500mA ponieważ wewnątrz jest omawiana już wcześniej przetwornica LM2596 sprawność tej przetwornicy jest dość wysoka i zapewni ona na wyjściu 5V 1A przy wejściowym 12V 500mA. Po podłączeniu zasilania wyłącznik W1 (lewy) jest skierowany ku dołowi wtedy ogniwo jest ładowane (świeci się wówczas czerwona dioda) na wyświetlaczu jest widoczny tylko pomiar napięcia na ogniwie co pozwoli określić w jakim stopniu naładowane jest ogniwo. Jest to pierwsza faza testowania ogniwa aby zmierzyć jego pojemność musimy naładować ogniwo do pełna. Tutaj jeszcze mała uwaga co do przetwornicy LM2596, są też dostępne przetwornice STEP UP/DOWN na układzie LM2577 zastosowanie takiej przetwornicy (stabilizującej) pozwala zasilać ładowarkę napięciem w przedziale 3.5-35V więc można zarówno z zasilaczy wtyczkowych lub bezpośrednio z gniazda USB, przy zasilaniu z gniazda USB należy pamiętać że ładowarka w czasie ładowania ogniwa może pobierać nawet 1A prądu. Teraz czekamy aż zapali się zielona dioda co oznacza że ogniwo zostało naładowane do pełna. Po zapaleniu się zielonej diody ładowarka automatycznie przechodzi w stan podtrzymania ogniwa - zostawienie ogniwa podłączonego pod ładowarkę nawet na całą noc nie spowoduje uszkodzenia ogniwa.
Jak widać na zasilaczu warsztatowym prąd pobierany przez ładowarkę przy 12V nie pobiera więcej niż 500mA.
Jeśli ktoś jest zainteresowany tym zasilaczem polecam przeczytać temat - jest to też zasilacz DIY.
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2813888.html
Kolejnym krokiem jest zresetowanie miernika panelowego (na panelu miernika jest switch który służy właśnie do resetowania miernika), po zresetowaniu miernika przełączamy przełącznik W1 (lewy) do góry i w tym momencie odłącza się ładowarka TP4056 a pod ogniwo przez układ zabezpieczenia podłącza się obciążenie rezystancyjne które włączone jest szeregowo z amperomierzem. Włącznikiem W2 (prawy) ustawiamy prąd rozładowania. Jest to włącznik z zerem więc trójpozycyjny, co daje możliwość ustawienia prądu rozładowania na poziomie 100mA 250mA i 500mA, oczywiście prąd rozładowania nie jest stały i zależy od napięcia ogniwa, wiadomo jeśli napięcie na ogniwie jest wysokie około 4V to prąd rozładowania jest wyższy, jak napięcie spada do 3V to prąd również spada proporcjonalnie do napięcia (prawo Ohma). Oczywiście prąd ładowania można zmienić wymieniając rezystory jeśli prąd ma być większy np 1A to rezystancja powinna być około 3.9 ohma - należy też pamiętać o mocy wydzielanej w postaci ciepła na rezystorze więc jeśli mamy prąd 1A i napięcie 4V to mamy moc 4W dla więc należy dać rezystor minimum 5W lub lepiej 10W tak aby nie grzał się za bardzo. Ja przy moich prądach użyłem 5W oporników i zamontowałem je wewnątrz obudowy, jeśli moc tracona będzie większa to warto takie rezystory umieścić poza obudową.
Na zdjęciach widzimy proces rozładowywania ogniwa prądem 500mA (przy 4V) i niecałe 400mA (przy 3V)
A tutaj mamy trzy zdjęcia z różnym prądem rozładowania dla większych oraz tych mniejszych ogniw.
Po ustawieniu prądu rozładowania na mierniku mamy napięcie ogniwa, prąd rozładowania, pomiar mocy traconej na opornikach oraz pojemność ogniwa w Ah i Wh. Oczywiście to nie koniec mamy też mierzony czas od momentu włączenia ładowarki oraz temperaturę (w moim przypadku wnętrza ładowarki co pozwala określić czy temperatura nie jest za wysoka bo wewnątrz zabudowałem rezystory mocy). Jak narazie temperatura środka nie przekroczyła 40 stopni. Jeśli wierzyć producentowi miernika (bo to najdroższy moduł) to maksymalna temperatura pracy to 60 stopni.
Jedynie mam wątpliwości i mam nadzieję że wypowiedzą się tutaj też fachowcy od ogniw - ładowarka TP4056 wyposażona jest w układ odcinający zasilanie gdy napięcie na ogniwie jest zbyt niskie, w tej ładowarce przypilnowałem moment kiedy następuje odcięcie obciążenia i jest to wartość 2.30V po czym szybko napięcie wzrasta do 3V nawet i 3.4V czyli bezpiecznej wartości dla ogniwa lecz jest to bez obciążenia. Czy taka niska granica rozładowywania ogniwa nie uszkadza go (oczywiście pomiar wykonywany jest jednorazowo w celu poznania parametrów ogniwa lecz parametry ogniwa - pojemność w tym wypadku jest przekłamana bo liczona dłużej). Proszę o info oraz o ewentualne rozwiązanie tego problemu aby takie zabezpieczenie działało np. przy napięciu 2.80V.
Jak już ogniwo odłączy się od obciążenia odczytujemy wartość Ah i Wh z wyświetlacza i mamy zmierzone ogniwo. Po czym pozostaje jeszcze przestawić włącznik W1 w pozycje ładowanie i poczekać aż ogniwo się naładuje (będzie się świecić zielona dioda) i cały test gotowy.
Z tego co patrzyłem w notach katalogowych różnych ogniw progi tzw cutt off były 2.5V, 2.6V i 2.75V zależy jakich producentów są ogniwa - mam pytanie co zrobić, jakie zabezpieczenie zastosować aby napięcie odcięcia było powiedzmy 2.80V, czy takie nadmierne rozładowywanie nie uszkadza w jakimś stopniu mierzone ogniwo (test wykonywany jednorazowo).
Na koniec pozostało pokazać wnętrze urządzenia
Moja konstrukcja miała na celu pokazać jak można w miarę prosty sposób za pomocą dostępnych tanich chińskich modułów zrobić całkiem przydatny przyrząd który z pewnością się przyda w domowym warsztacie konstruktora.
W razie pytań służę pomocą. Czekam na komentarze, jest to mój dziewiętnasty opublikowany projekt - proszę o wyrozumiałość, czytałem regulamin i myślę, że wszystko zrobiłem zgodnie z nim.
Cool? Ranking DIY
