Сантехника
Электрические схемы измерения емкости автомобильных аккумуляторов. Приборы для измерения емкости аккумулятора. Измерения посредством специальных приборов

Электрические схемы измерения емкости автомобильных аккумуляторов. Приборы для измерения емкости аккумулятора. Измерения посредством специальных приборов

Представляем проект самодельной активной электронной нагрузки. Сама по себе активная нагрузка не является чем-то особенным, но здесь расширение базы представляет собой микроконтроллер, используемый для измерения тока, напряжения и мощности и тестирования емкости любых аккумуляторов от 100 мА/ч до 99 А/ч с функцией автоматического отключения нагрузки от источника после достижения установленного напряжения разряда. Дополнительным действием микроконтроллера является управление скоростью вентилятора в зависимости от температуры радиатора.

Схема измерителя ёмкости АКБ с электронной нагрузкой

Работа базовой схемы активной нагрузки довольно проста — силовой транзистор последовательно соединен с резистором измерения мощности источника с источником питания (например, блоком питания, аккумулятором). Транзистор управляется сигналом ошибки, генерируемым в измерительном усилителе на основе сигнала напряжения, получаемого с измерительного резистора, и сигнала напряжения, подаваемого с потенциометра управления. Разница этих сигналов заставляет транзистор открываться или закрываться через измерительный усилитель для их выравнивания. Это влияет на величину тока, протекающего через транзистор, и, следовательно на ток, поступающий от проверяемого источника. Напряжение, пропорциональное току протекающему через него в соответствии с законом Ома, подается на измерительный резистор.

Конечно, эта базовая схема имеет много различных модификаций, например более одного силового транзистора, дополнительные управляющие транзисторы, MOSFET-транзистор вместо биполярных, улучшенные версии операционных усилителей и так далее.

В данном проекте использован самый простой вариант с одним полевым транзистором STW20NB50 в корпусе TO-247. Транзистор напрямую управляется сдвоенным операционным усилителем LM358, питаемым от одного напряжения 9 В. Измеряемое напряжение от силового резистора (2 параллельных резистора 0R1 5 Вт) подается через простой RC-фильтр на инвертирующий вход первого усилителя, а на неинвертирующий вход другого операционного усилителя для усиления напряжения перед передачей в микроконтроллер — измерение тока.

Напряжение двух последовательно соединенных потенциометров управления также подается на вход неинвертирующего первого усилителя, создание системы грубой и точной регулировки, поглощенной текущей нагрузкой. В первом ОУ генерируется сигнал ошибки, управляющий силовым транзистором. Транзистор работает линейно, что несколько необычно для MOSFET, но совершенно нормально в данном случае.

Внимание: эта схема активной нагрузки может не выдержать обратного подключения проверяемого источника питания!

Проект основан на микроконтроллере ATtiny26. Он управляется внутренним генератором с частотой 8 МГц, который при первых нескольких срабатываниях калибруется «вручную» методом проб и ошибок, изменяя параметр, введенный в регистр генератора OSCCAL в начале программы (несколько раз корректируя, компилируя и программируя). Хотя в схеме есть функция измерения емкости батареи, которая заключается в подсчете принятой нагрузки как функции времени, не считаем необходимым стабилизировать время с помощью кварца, поскольку это не лабораторное оборудование, и небольшие отклонения отсчитываемого времени (после калибровки генератора) мало влияет на результат измерения АКБ. Если кто-то хочет стабилизировать таймер кварцем — можете сделать и так.

Программа была написана полностью на ассемблере и занимает доступную память процессора, всего 2 КБ.

АЦП подаются через блокирующий конденсатор в конце AVCC и в качестве источника использования эталонного напряжения внутреннее напряжение 2,56 В. Измерения проводятся циклически каждые 200 мсек в основном цикле программы.

Чтобы просмотреть ток и напряжение с точностью до 0,01, точность обработки АЦП была программно увеличена с 10 до 12 бит. Без этой процедуры точность индикации напряжения в предполагаемом диапазоне 30 В составляла 30 В / 1023 (АЦП) = ~ 0,03 В, что не очень.
Благодаря передискретизации до 12 бит точность показаний напряжения составила 30 В / 4095 (АЦП) <0,01 В. Для тока с предполагаемым диапазоном 10 А избыточная дискретизация была по существу ненужной, потому что 10 А / 1023 (АЦП) = ~ 0,01 А, что достаточно.

При каждом измерении делается много «быстрых» показаний с АЦП, из которых извлекается среднее значение, который затем попадает в «свободный» круговой буфер, который циклически заполняется при каждом измерении. Среднее значение этого буфера берется только для дальнейших правильных расчетов тока или напряжения. В результате показания достаточно стабильны и достаточно быстро реагируют на изменения измеряемых величин.

Температура радиатора измеряется схемой на датчике Dallas (это может быть 18B20 или 18S20 — программа распознает и настраивает) с точностью до ближайших градусов, и на этой основе определяется, как быстро крутить вентилятор радиатора — чем он горячее, тем быстрее вращение. При включении питания вентилятор запускается с высокой скоростью и через некоторое время достигает минимальной скорости согласно температуре.

Измерение емкости аккумулятора состоит в основном из суммирования текущих показаний через заданные временные интервалы (здесь 1 с) и последующего интегрирования этой суммы для интервалов определенного времени (здесь 1 ч = 3600 с). Например, пусть это будет текущее измерение 1 А; если мы суммируем его в течение часа каждую секунду, то получаем сумму показаний = 1 A х 3600 с = 3600 Ас; если разделим его на постоянный период интеграции, равный 3600 с (1 час), то получим 3600 Ас / 3600 с = 1 А в час.

Давайте проверим, будет ли ток = 4 А в течение 10 часов, тогда что получится? 4 A х 36000 с = 144000 Ас -> 144000/3600 = 40 Ач.

Чтобы измерить емкость аккумулятора он должен быть подключен к нагрузке с минимальными грубыми и точными потенциометрами (отключение нагрузки) и с максимальным потенциометром регулировки напряжения отсечки. На дисплее должно отображаться напряжение на аккумуляторе, например, 12,15 В и ток без нагрузки. Единица напряжения должна быть записана как «V» (с заглавной буквой), если это маленькая буква «v», следует кратковременно нажать кнопку, чтобы активировать функцию отключения нагрузки, чтобы вернуться к большому «V».

Теперь отрегулируем напряжение отсечки для потенциометра, например, для 12-вольтовой кислотной батареи это будет полное напряжение разряда 10,20 В (1,7 В / элемент, разные источники могут давать немного разные размеры, особенно в зависимости от его производителя). Нажимаем долго (более 3 секунд) функциональную кнопку отключения нагрузки, пока буква «V» не изменится на маленькую «v». Поверните потенциометр напряжение до максимального значения и оставить уже — с изолирующей нагрузкой вернутся в режим ожидания.

Теперь достаточно установить желаемый ток нагрузки, желательно на 20 часов (обычно в соответствии с рекомендациями для кислотных АКБ), например, 2,5 А для аккумулятора 50 А/ч, и ждать сигнала завершения — пикание. В зависимости от состояния АКБ, это может занять несколько часов. Благодаря функции отключения нагрузки не нужно беспокоиться о том, чтобы пропустить момент полной разрядки и повредить аккумулятор — нагрузка отключится автоматически. На дисплее можем прочитать значение емкости и времени измерения, которое прошло.

Измерение емкости активируется автоматически после обнаружения тока не менее 50 мА без какой-либо операции нажатием кнопки и регулировкой напряжения отключения, описанных выше — они служат только для активации режима контроля напряжения и отключения нагрузки.

На одном из выходов процессора имеется передача от программного обеспечения USART со скоростью 9600 8N1 в односекундном цикле, в которую включена информация, идентичная показанной на дисплее в виде кодов ASCII. Вы можете отправить передачу данных, например, на компьютер через любой адаптер RS232-TTL / USB и прочитать информацию непосредственно на любом терминале, указав соответствующий COM-порт адаптера. Переданные данные включают в себя коды ASCII, управляющие терминалом, а именно коды CR + LF на концах линии и код CLRSCR для очистки экрана в начале каждой передачи, благодаря чему данные отображаются в окне терминала в фиксированном месте (прокрутка окна при получении данных не производится).

Микроконтроллер напрямую управляет буквенно-цифровым ЖК-дисплеем 2×16 в 4-битном режиме. Дисплей отображает 6 параметров,

в верхней строке: напряжение, ток, температура радиатора;
в нижней строке: мощность, мощность, время измерения.

В схеме есть несколько потенциометров. Они используются для коррекции измерений напряжения и тока, а также контрастности дисплея и для регулировки уровня тока нагрузки (грубой и точной), а также для установки напряжения отсечки для измерений А/ч.

Источник питания служит силовой трансформатор мощностью 3 Вт и напряжением 12 В. Стандартный встроенный стабилизатор в версии SMD обеспечивает напряжение 5 В для питания всей схемы, в то время как стабилизатор 9 В в корпусе TO-92 для операционного усилителя припаян со стороны дорожек, напряжение отфильтровано несколькими электролитическими конденсаторами и керамикой.

Электронная схема была разделена на две печатные платы: плату процессора с взаимодействующими цепями и плату нагрузки с транзистором и резисторами. Они разработаны так, что их можно разделить на две части или оставить как одну большую плату. В случае разделения платы соединяются с помощью коротких отрезков проводов, предпочтительно кабелей, и размещаются в корпусе так, чтобы они были как можно ближе друг к другу (как можно короче соединительные провода). Силовой транзистор присоединен к достаточно большому радиатору с вентилятором.

Вся схема была размещена в типичном металлическом корпусе от блока питания компьютера АТХ. На одной из стенок прикреплена лицевая панель с отверстием для дисплея. В дополнение к дисплею имеются также бананы-разъемы для подключения проверяемого источника и потенциометров регулировки. Благодаря тому, что это корпус от БП компьютера, тут уже есть разъем для сетевого 220 В шнура питания.

Свинцово-кислотные аккумуляторы, на первый взгляд, очень просты по конструкции. Но оборотной стороной такой простоты является необходимость точно выдерживать определенные правила по эксплуатации аккумулятора. Только тогда он реализует заявленное производителем количество циклов заряд-разряд, а иногда и покажет лучший результат. Для этого потребуется дополнительное оборудование, о котором и пойдет речь в статье.

Сульфатация пластин аккумулятора

Основная опасность, которая существует для свинцово-кислотного аккумулятора — хранение устройства в разряженном состоянии. При этом происходит процесс так называемой сульфатации — осаждения на пластинах сульфата свинца (PbSO4), являющегося диэлектриком. Минимально допустимое напряжение на клеммах аккумулятора обычно приводится в его документации. Например, для большинства свинцово-кислотных аккумуляторов с номинальным напряжением 12,6 В минимальное напряжение, после которого начинается процесс интенсивной сульфатации пластин аккумулятора, составляет 10,8 В.

Измерение напряжения и внутреннего сопротивления аккумуляторных батарей

Простейшим видом контроля аккумулятора является измерение ЭДС на его клеммах. При ЭДС меньше минимально допустимого уровня аккумулятор подзаряжают до номинального напряжения на клеммах. Но такой метод пригоден только для заведомо исправных аккумуляторов. Если пластины уже покрыты толстым слоем сульфата свинца, то у аккумулятора будет высокое внутреннее сопротивление. При этом ЭДС на клеммах может быть на номинальном уровне, но аккумулятор будет быстро разряжаться или вообще не сможет обеспечить требуемый ток в нагрузке. Вольтметр этого обнаружить не сможет. Тем не менее, при своевременном обнаружении сульфатации на пластинах, аккумулятор еще можно спасти, о чем пойдет речь чуть ниже.

Для контроля аккумулятора с возможностью оперативного обнаружения неисправности требуется специальный прибор. Помимо напряжения на клеммах, он должен измерять внутреннее сопротивление (или проводимость) аккумулятора. Сравнив измеренные значения с приведенными в документации на аккумулятор, можно сделать вывод о пригодности батареи для дальнейшей эксплуатации. Примером такого прибора является PITE 3915 . Его важным преимуществами являются наличие большого цветного ЖК-дисплея и удобной клавиатуры.

Зачастую для ускорения работы требуются не только сами данные, но и оценка, выходят ли они за допустимые пределы. В этом случае удачным выбором будут измерительные приборы Fluke серии BT500 .

Пользователь может установить пороговые значения для 10 параметров, при прохождении каждого из которых прибор выдает предупреждение. Другой особенностью серии приборов Fluke BT500 является функция измерения пульсаций зарядного устройства. Возможно измерение циклов заряда-разряда сразу для нескольких аккумуляторов. При этом для каждого аккумулятора в памяти прибора заводится свой профиль, в котором накапливаются данные последовательно сделанных измерений. Помимо базовой модели Fluke BT510, в серию входят Fluke BT520 для измерения параметров аккумуляторов, установленных в шкафах и других труднодоступных местах, а также Fluke BT-521 с расширенными функциями. В комплект поставки Fluke BT520 и BT521 входят интерактивный зонд (BTL20 и BTL21 соответственно), а также сумка для переноски. Особенностью Fluke BT521 являются функции измерения температуры, а также беспроводной связи с мобильным устройством.

Зависимость силы тока, протекающего через аккумулятор, от разности потенциалов на его выводах, является нелинейной величиной. Поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора, измеренное по постоянному току, носит скорее оценочный характер, так как зависит от многих факторов. Для многих практических применений такой точности достаточно — принимается решение исправен/неисправен аккумулятор. Но, если вы хотите понять, стоит ли возиться с восстановлением аккумулятора, требуется более точно измерить внутреннее сопротивление. Повысить точность измерения внутреннего сопротивления батареи можно, если производить это на переменном токе. Именно такой способ реализован в приборе PITE BT-301 . Другой важной особенностью прибора является наличие в нем дополнительной функции проверки никель-кадмиевых аккумуляторов.

Приборы для измерения ёмкости аккумулятора

Перечисленные выше приборы требуют для принятия решения определенным образом трактовать их показания. Для этого, во-первых, нужен персонал высокой квалификации, а, во-вторых, документация на аккумулятор, чтобы было с чем сравнить измеренные параметры. Но существуют и простые в использовании тестеры аккумуляторов, измеряющих напряжение и емкость аккумулятора. При этом достаточно приложить тестер к клеммам аккумулятора на несколько секунд. Далее емкость и напряжение сравниваются с указанными на корпусе аккумулятора.

Недостатком такого способа проверки аккумуляторов является то, что для него используется способ измерения емкости, характеризующийся невысокой точностью и работающий в ограниченных границах диапазона емкостей. Тем не менее, для практического применения возможностей такого тестера вполне достаточно.

Примером компактных и простых в использовании измерителей емкости аккумуляторов является серия приборов «Кулон» отечественного производства. Время измерения составляет 4 с. В процессе измерения на аккумулятор подается сигнал особой формы. По отклику определяется активная площадь пластин, на основании чего вычисляется емкость.

Следует отметить, что для критически важных применений измерение емкости аккумулятора следует проводить с помощью специально предназначенной для этого нагрузки, например PITE-3980 . Данный прибор способен передавать данные о разряде аккумулятора беспроводным способом.

«Умные» решения для проверки аккумуляторных батарей

В том случае, если аккумуляторы задействованы в критически важных системах, лучше всего постоянно осуществлять их мониторинг. Для этого на помощь приходят современные технологии:

В последнее время я начал замечать, что мой смартфон стал разряжаться быстрее. Поиски программного «пожирателя» энергии плодов не принесли, поэтому стал задумываться, не пришло ли время заменить АКБ. Но абсолютной уверенности в том, что причина в батарее не было. Поэтому прежде чем заказывать новый аккумулятор решил попробовать измерить реальную емкость старого. Для этого было решено собрать простой измеритель емкости АКБ, тем более что идея эта вынашивалась уже давно – уж очень много батареек и аккумуляторов окружает нас в повседневной жизни, и было бы неплохо иметь возможность время от времени тестировать их.

Сама идея, лежащая в основе работы устройства, крайне проста: есть заряженный аккумулятор и нагрузка в виде резистора, нужно лишь измерять ток, напряжение и время в ходе разряда АКБ, и по полученным данным рассчитать его емкость. В принципе, можно обойтись вольтметром и амперметром, но сидеть за приборами несколько часов удовольствие сомнительное, поэтому намного проще и точнее можно сделать это используя регистратор данных. Я в качестве такого регистратора использовал платформу Arduino Uno.

1. Схема

С измерением напряжения и времени в Arduino проблем нет – есть АЦП, но чтобы измерить ток нужен шунт. У меня появилась идея использовать сам нагрузочный резистор в качестве шунта. То есть, зная на нем напряжение и предварительно измерив сопротивление, мы всегда можем рассчитать ток. Поэтому простейший вариант схемы будет состоять лишь из нагрузки и АКБ, с подключением к аналоговому входу Arduino. Но было бы неплохо предусмотреть отключение нагрузки по достижению порогового напряжение на батарее (для Li-Ion это обычно 2,5-3В). Поэтому я предусмотрел в схеме реле, управляемое цифровым пином 7 через транзистор. Конечный вариант схемы на рисунке ниже.

Все элементы схемы я разместил на кусочке макетной платы, которая устанавливается прямо на Uno. В качестве нагрузки использовал спираль из нихромовой проволоки толщиной 0,5мм, имеющей сопротивление около 3 Ом. Это дает расчетное значение тока разряда 0,9-1,2А.

2. Измерение тока

Как было сказано выше ток рассчитывается исходя из напряжения на спирали и её сопротивления. Но стоит учесть, что спираль нагревается, а сопротивление нихрома довольно сильно зависит от температуры. Чтобы компенсировать ошибку я просто снял вольт-амперную характеристику спирали, используя лабораторный блок питания и давая ей прогреться перед каждым измерением. Далее вывел в Excel уравнение линии тренда (график ниже), которое дает довольно точную зависимость i(u) с учетом нагрева. Видно, что линия не прямая.

3. Измерение напряжения

Поскольку точность данного тестера напрямую зависит от точности измерения напряжения, я решил уделить этому особое внимание. В других статьях уже неоднократно упоминали метод, позволяющих наиболее точно измерять напряжение контроллерами Atmega. Повторю лишь вкратце – суть состоит в определении внутреннего опорного напряжения средствами самого контроллера. Я пользовался материалами данной статьи.

4. Программа

Код не представляет из себя ничего сложного:

Текст программы

#define A_PIN 1 #define NUM_READS 100 #define pinRelay 7 const float typVbg = 1.095; // 1.0 -- 1.2 float Voff = 2.5; // напряжение выключения float I; float cap = 0; float V; float Vcc; float Wh = 0; unsigned long prevMillis; unsigned long testStart; void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(pinRelay, OUTPUT); Serial.println("Press any key to start the test..."); while (Serial.available() == 0) { } Serial.println("Test is launched..."); Serial.print("s"); Serial.print(" "); Serial.print("V"); Serial.print(" "); Serial.print("mA"); Serial.print(" "); Serial.print("mAh"); Serial.print(" "); Serial.print("Wh"); Serial.print(" "); Serial.println("Vcc"); digitalWrite(pinRelay, HIGH); testStart = millis(); prevMillis = millis(); } void loop() { Vcc = readVcc(); //считывание опорного напряжения V = (readAnalog(A_PIN) * Vcc) / 1023.000; //считывание напряжения АКБ if (V > 0.01) I = -13.1 * V * V + 344.3 * V + 23.2; //расчет тока по ВАХ спирали else I=0; cap += (I * (millis() - prevMillis) / 3600000); //расчет емкости АКБ в мАч Wh += I * V * (millis() - prevMillis) / 3600000000; //расчет емкости АКБ в ВтЧ prevMillis = millis(); sendData(); // отправка данных в последовательный порт if (V < Voff) { //выключение нагрузки при достижении порогового напряжения digitalWrite(pinRelay, LOW); Serial.println("Test is done"); while (2 > 1) { } } } void sendData() { Serial.print((millis() - testStart) / 1000); Serial.print(" "); Serial.print(V, 3); Serial.print(" "); Serial.print(I, 1); Serial.print(" "); Serial.print(cap, 0); Serial.print(" "); Serial.print(Wh, 2); Serial.print(" "); Serial.println(Vcc, 3); } float readAnalog(int pin) { // read multiple values and sort them to take the mode int sortedValues; for (int i = 0; i < NUM_READS; i++) { delay(25); int value = analogRead(pin); int j; if (value < sortedValues || i == 0) { j = 0; //insert at first position } else { for (j = 1; j < i; j++) { if (sortedValues <= value && sortedValues[j] >= value) { // j is insert position break; } } } for (int k = i; k > < (NUM_READS / 2 + 5); i++) { returnval += sortedValues[i]; } return returnval / 10; } float readVcc() { // read multiple values and sort them to take the mode float sortedValues; for (int i = 0; i < NUM_READS; i++) { float tmp = 0.0; ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1); ADCSRA |= _BV(ADSC); // Start conversion delay(25); while (bit_is_set(ADCSRA, ADSC)); // measuring uint8_t low = ADCL; // must read ADCL first - it then locks ADCH uint8_t high = ADCH; // unlocks both tmp = (high << 8) | low; float value = (typVbg * 1023.0) / tmp; int j; if (value < sortedValues || i == 0) { j = 0; //insert at first position } else { for (j = 1; j < i; j++) { if (sortedValues <= value && sortedValues[j] >= value) { // j is insert position break; } } } for (int k = i; k > j; k--) { // move all values higher than current reading up one position sortedValues[k] = sortedValues; } sortedValues[j] = value; //insert current reading } //return scaled mode of 10 values float returnval = 0; for (int i = NUM_READS / 2 - 5; i < (NUM_READS / 2 + 5); i++) { returnval += sortedValues[i]; } return returnval / 10; }

Каждые 5 секунд данные о времени, напряжении батареи, токе разряда, текущей емкости в мАч и ВтЧ, а также напряжении питания передаются в последовательный порт. Ток рассчитывается по полученной в п. 2 функции. По достижении порогового напряжения Voff тест прекращается.
Единственным, на мой взгляд, интересным моментом в коде я бы выделил использование цифрового фильтра. Дело в том, что при считывании напряжения значения неизбежно «пляшут» вверх-вниз. Сначала я пытался уменьшить этот эффект просто сделав 100 измерений за 5 секунд и взяв среднее. Но результат по-прежнему меня не удовлетворил. В ходе поисков я наткнулся на такой программный фильтр. Работает он похожим образом, но вместо усреднения он сортирует все 100 значений измерений по возрастанию, выбирает центральные 10 и высчитывает среднее из них. Результат меня впечатлил – флуктуации измерений полностью прекратились. Я решил использовать его и для измерения внутреннего опорного напряжения (функция readVcc в коде).

5. Результаты

Данные из монитора последовательного порта в несколько кликов импортируются в Excel и выглядят следующим образом:

В случае с моим Nexus 5 заявленная ёмкость аккумулятора BL-T9 – 2300 мАч. Измеренная мной – 2040 мАч при разряде до 2,5 В. В реальности контроллер вряд ли позволяет сесть батарее до такого низкого напряжения, скорее всего пороговое значение 3В. Ёмкость в этом случае 1960 мАч. Полтора года службы телефона привели к просадке емкости примерно на 15%. С покупкой новой АКБ было решено повременить.
С помощью данного тестера было разряжено уже несколько других Li-Ion аккумуляторов. Результаты выглядят очень реалистично. Измеренная емкость новых АКБ совпадает с заявленной с отклонением менее 2%.
Данный тестер подойдет и для металл-гидридных пальчиковых аккумуляторов. Ток разряда в этом случае составит около 400 мА.

Как пользоваться тестером аккумуляторов?

О чень просто. Вы подключаете зажимы Кулона к аккумулятору, - и через секунду прибор показывает показывает и его напряжение.

Зачем мне Кулон? Я давно работаю с аккумуляторами и могу оценить исправность аккумулятора, измерив напряжение под нагрузкой или даже просто по свечению подключенной к аккумулятору лампочки.

К онечно вы сможете получить качественное представление об аккумуляторе. Но это, примерно как проверять напряжение батарейки языком - даже опытный человек не сможет назвать число - напряжение в вольтах (или, в нашем случае, в ампер-часах). Кроме того, представьте себе, сколько батареек понадобится, чтобы передать ваш опыт сотруднику. А Кулон работает даже в неопытных руках. Поэтому, так же, как для измерения напряжения батарейки вы пользуетесь мультиметром, для вы будете пользоваться Кулоном.

Можно ли использовать Кулон для проверки никель-кадмиевых или литиевых аккумуляторов?

Н ет. Индикатор Кулон предназначен только для проверки свинцовых кислотных аккумуляторов.

Какова погрешность измерения Кулоном?

К улон не является прецизионным измерительным прибором. Он не измеряет , а оценивает ее по отклику аккумулятора на тестовый сигнал. Это индикатор, который служит для того, чтобы отличить хорошие аккумуляторы от аккумуляторов, утративших часть в результате . Погрешность измерения не указана в перечне его технических характеристик и не нормируется. Кулон отрабатывался на традиционных нескольких разных фирм с жидким (впитанным в пластины и сепаратор) электролитом - технология AGM. Для этих аккумуляторов погрешность оценки не превышала 10-15 %. Но в последние годы, некоторые производители аккумуляторов начали выпускать с заметно отличающимися электрическими характеристиками. Таковы, например, аккумуляторы для коротких разрядов (часто позиционируются, как ) или многочисленные "noname" аккумуляторы, которые часто устанавливают в системы сигнализации за их дешевизну (в андежде, что пожар не случится). Поэтому в наши дни на неизвестных аккумуляторах, даже если они сделаны по технологии AGM, погрешность может быть больше. Чтобы уменьшить эту погрешность, пользователь может настроить тестер на проверку определенного типа, фактически заменив заводскую калибровку прибора своей, полученной с его аккумуляторами и в его условиях.

В се измерения и оценки производятся относительно некоторого эталона. Например, вольтметр сравнивает напряжение аккумулятора с напряжением эталонного первичного элемента. А Кулон сравнивает проверяемого аккумулятора с тех свинцовых аккумуляторов, на которых он отрабатывался. Заменив заводскую калибровку своей, вы можете сделать эталонным свой аккумулятор, и все оценки емкости станут более точными. В инструкциях по эксплуатации , предлагаются несколько способов калибровки прибора. Вы должны лишь выбрать и использовать способ, который вам лучше подходит

Как пользоваться , если нет возможности самостоятельно провести калибровку?

Д ля большей части погрешность мала и Кулон может быть использован без всякой подготовки. Если в вашем случае это не так, и нет возможности провести калибровку, вы можете использовать КУЛОН, как прибор для относительных измерений. Например, у вас есть десяток одинаковых аккумуляторов с номинальной 10 А*час. На девяти из них КУЛОН показывает 9 А*час, а на десятом - 3 А*час. Вывод - десятый аккумулятор неисправен и его нужно заменить немедленно.

Д аже если есть только один аккумулятор данного типа, вы можете проверить его Кулоном перед вводом в эксплуатацию. В процессе дальнейшего обслуживания, вы можете с определенной периодичностью (например раз в квартал) записывать показания . Когда Кулон покажет, что стала меньше 70% начальной емкости (этот предел вы может выбрать сами), аккумулятор нужно заменить.

Для того, что бы измерить ёмкость какого-нибудь аккумулятора, обычно поступают так: подключают к этому аккумулятору резистор определённого номинала, который разряжает этот аккумулятор, и записывая величины тока, протекающего через резистор и напряжение на нём, дожидаются полной разрядки аккумулятора. По полученным данным строится график разряда, из которого и выясняют ёмкость. Проблема только в том, что по мере снижения напряжения на аккумуляторе ток через резистор так же будет уменьшаться, так что данные придётся интегрировать во времени, поэтому точность такого способа измерения ёмкости аккумулятора оставляет желать лучшего.

Если же разряжать аккумулятор не через резистор, а через источник стабильного тока, то это позволит определить ёмкость аккумулятора с очень большой точностью. Но здесь есть одна проблема - напряжение на аккумуляторе (1,2..3,7 В) недостаточно для работы источника стабильного тока. Но эту проблему можно обойти, добавив в схему измерения дополнительный источник напряжения.

Рис. 1. Схема для измерения ёмкости аккумулятора
V1 - исследуемый аккумулятор; V2 - вспомогательный источник напряжения; PV1 - вольтметр;
LM7805 и R1 - источник стабильного тока; VD1 - защитный диод.

На рисунке 1 изображена принципиальная схема установки для измерения ёмкости аккумулятора. Здесь видно, что измеряемый аккумулятор V1 включён последовательно с источником тока (его образуют интегральный стабилизатор LM7805 и резистор R1) и вспомогательным источником питания V2. Поскольку V1 и V2 соединены последовательно, то сумма их напряжений оказывается достаточной для работы источника тока. Так как минимальное напряжение, необходимое для работы источника тока составляет 7 В (из них 5 В - это напряжение на выходе микросхемы LM7805, т.е. в данном случае это падение напряжения на резисторе R1, и 2 В - это минимально допустимое падение напряжения между входом и выходом LM7805), то для работы источника тока суммы напряжений V1 и V2 хватает с некоторым запасом.

Вместо стабилизатора LM7805 можно использовать другой интегральный стабилизатор, например, LM317 с выходным напряжением 1,25 В и минимальным падением напряжения 3 В. Так как минимальное рабочее напряжение источника тока будет равно 4,25 В, то напряжение второго источника напряжения V2 можно снизить до 5 В. В случае использования стабилизатор LM317 величина тока стабилизации будет определяться по формуле I = 1,25/R1

Тогда для разрядного тока 100 мА величина сопротивления R1 должна быть примерно 12,5 Ом.

Как производить измерение ёмкости аккумулятора

Вначале подбором резистора R1 нужно установить разрядный ток - обычно величину разрядного тока выбирают равной рабочему току разряда аккумулятора. Следует так же иметь в виду, что некоторые модели интегральных стабилизаторов напряжения 7805 могут потреблять небольшой управляющий ток порядка 2...8 мА, так что величину тока в схеме рекомендуется проверять амперметром. Далее полностью заряженный аккумулятор V1 устанавливают в схему, и замкнув выключатель SA1 начинают отсчёт времени до того момента, когда напряжение на аккумуляторе снизится до минимальной величины - для разных типов аккумуляторных батарей эта величина различна, например, для никель-кадмиевых (NiCd) - 1,0 В, для никель-металлогидридных (NiMH) - 1,1 В, для литий-ионных (Li-ion) - 2,5...3 В, для каждой конкретной модели аккумулятора эти данные нужно смотреть в соответствующей документации.

После достижения минимального напряжения на аккумуляторе выключатель SA1 размыкают. Следует помнить, что разряд аккумулятора ниже минимального напряжения может вывести его из строя. Перемножив величину разрядного тока (в Амперах) на время разряда (в часах) получаем ёмкость аккумулятора (А*ч):

C = I * t

Рассмотрим практическое применение этого способа измерения ёмкости аккумулятора на конкретном примере.

Измерение ёмкости аккумулятора NB-11L

Аккумулятор NB-11L (рис. 2.) был приобретён в интернет-магазине DealeXtreme за 3,7 доллара (SKU: 169532). На корпусе аккумулятора указана его ёмкость - 750 мА*ч. На сайте его ёмкость указана уже скромнее - 650 мА*ч. Какая же реальная ёмкость этого аккумулятора?

Рис. 2. Li-ion аккумулятор NB-11L ёмкостью якобы 750 мА*ч
Fits CAN.NB-11L 3.7V 750mAh
Use specified charger only

Что бы подключить проводники к контактам аккумулятора потребуются две скрепки, которые следует изогнуть так, как показано на рисунке 3, и подключить их к "+" и "-" выводам аккумулятора (рис. 4.). Необходимо избегать замыкания контактов, лучше их заизолировать.

Для измерения ёмкости аккумулятора NB-11L его разрядный ток был принят равным 100 мА. Для этого величина резистора R1 была выбрана чуть больше 50 Ом. Мощность, рассеиваемая на резисторе R1 определяется по формуле P = V 2 /R1 , где V - напряжение на резисторе R1. В данном случае P=5 2 /50=0,5 Вт. Стабилизатор LM7805 следует установить на радиатор, если же под рукой нет подходящего радиатора, то микросхему можно частично погрузить в стакан с холодной водой, но так, что бы выводы остались сухими (в случае корпуса TO-220).

После установки полностью заряженного аккумулятора NB-11L в схему и замыкания выключателя SA1 начался отсчёт времени с периодическим контролем напряжения по вольтметру PV1. Данные заносились в таблицу, по которой был построен график разряда аккумулятора NB-11L (рис. 5).

Рис. 5. График напряжения на аккумуляторе NB-11L в процессе его разряда током 100 мА

Отсюда видно, что за 5 часов разряда током 0,1 А напряжение на аккумуляторе снизилось до 3 вольт и стало быстро падать дальше.

C = I * t = 0,1 * 5 = 0,5 А = 500 мА*ч.

Так что реальная же ёмкость аккумулятора NB-11L оказалась в 1,5 раза ниже указанной на нём.