Прибор для контроля заряда-разряда аккумулятора

Автор: Soir. Опубликовано в Измерения

View 21. Измерение тока заряда и разряда аккумулятора.
2. Измерение напряжения на аккумуляторе.
3. Измерение времени заряда/разряда.
4. Измерение емкости аккумулятора в mA*h .
5. Ведение журнал процесса заряда/разряда.
6. Построение графиков (для варианта с дисплеем от Nokia1100).
Данный прибор не является зарядным устройством и не управляет никакими процессами. Его назначение - отслеживать процесс заряда (разряда) для определения емкости аккумулятора и параметров при которых идет заряд и разряд.
Прибор также можно применять для отслеживания других медленно меняющихся процессов.

По ходу разработки появилась еще одна идея - собрать такое же устройство на дисплее от мобильного телефона Nokia1100. В этом варианте есть возможность выводить больше информации на дисплей, в т.ч и тренды изменения параметров во время заряда/разряда.

История прибора простая - одноразово понадобилось проверить аккумулятор. Смысла сооружать что-то серьезное (оформление, корпус...) не было, поэтому всё собрано на макете, даже печатная плата не разрабатывалась. И сам макет уже разобран под другие нужды. Но возможно кому-то тоже пригодится.

Схема прибора на LCD1602 в Proteus.

Schema 1

Некоторые пояснения к схеме.

На схеме не показаны выводы питания микроконтроллера и ОУ.
ОУ желательно ставить Rail-to-Rail. Но для малых токов можно обойтись и без ОУ - просто увеличить сопротивление шунта R1.
Шунт R1 в паре с ОУ (или сам) подбирается таким, чтобы при токе 5А напряжение  на выводе CURRENT составляло 2,5V.
К точности шунта R1, резисторов R4, R5, R2 и R3 особых требований нет. Точная подгонка производится программным способом. На схеме показаны точные номиналы, но это лишь для удобства симуляции в Proteus. При желании можно R3 и R5 заменить на подстроечные.
Пунктиром обведено место подключения аккумулятора в режиме заряда. Детали внутри прямоугольника только для симуляции. +25V и RV2 также только для симуляции - так условно показано зарядное устройство.

Схема в Proteus на дисплее Nokia1100.

Schema 1100

Главное отличие этой схемы - питание прибора от источника +3,3V. Также добавлена еще одна кнопка для удобства навигации по меню. (Для наглядности на дисплей выведен сигнал синусоиды.)

Описание работы для прибора на индикаторе LCD1602.
1. Характеристики прибора.
1.1. Прибор предназначен для контроля за зарядом-разрядом аккумуляторных батарей.
1.2. Пределы измерения:
Максимальная емкость аккумулятора - 65 000 мА*ч.
Входное напряжение - не более 20,00 В.
Максимальный ток - не более 5 000 мА.
1.3. Прибор позволяет запомнить 100 точек в процессе заряда (разряда). Записываются в журнал: напряжение, ток, полученный (отданный) заряд. Период записи данных в журнал задается в настройках. Внимание – при отключении питания микроконтроллера журнал не сохраняется.
Примечания:
1. Следует учитывать, что напряжение измеряется на клеммах аккумулятора без прерывания процесса заряда (разряда).
2. В режиме работы «заряд» программа вычитает из измеренного напряжения падение напряжения на шунте. Сопротивление шунта необходимо указать в настройках, п.2.7.

2. Описание настройки прибора.
2.1. В основном режиме на индикатор выводится:
В верхней строке: слева – ток, справа – напряжение.
В нижней строке: слева – емкость заряда (разряда), справа – время (часы:минуты).
2.2. Вход в режим настроек и перелистывание меню производится кнопкой MENU. Выбор параметра в пределах одного меню кнопкой SET. Изменение параметров производится кнопками PLUS/MINUS. При удержании кнопок происходит ускоренная установка. Устанавливаемый параметр мигает.
2.3. В первом окне отображение записей в журнале. Справа в нижней строке мигающий номер записи в журнале. Выбор номер записи кнопками PLUS/MINUS.
2.4. Во втором окне выбирается режим работы – заряд или разряд. Если выбран режим заряд (Charge), то программа будет рассчитывать падение напряжения на шунте и вычитать его из измеренного.
2.5. В третьем окне кнопками PLUS/MINUS можно сбросить накопленные данные и начать новый цикл отсчета.
2.6. В четвертом окне задается периодичность записи данных в журнал. Диапазон установки 1÷60 минут. Справа внизу расчетное время ведения журнала. Периодичность следует устанавливать такой, чтобы расчетное время было больше предполагаемого времени заряда (разряда).
2.7. Пятое окно – Установка сопротивления шунта. Диапазон установки 0,01÷2,00 Ом.
2.8. Шестое окно – коррекция показаний тока. Для настройки необходимо в зарядную (разрядную) цепь включить контрольный амперметр и кнопками PLUS/MINUS добиться правильных показаний тока. Контрольный амперметр должен быть подключен так, чтобы он не влиял на измерительную цепь прибора.
2.9. Седьмое окно – коррекция входного делителя измерителя напряжения. Для настройки необходимо подключить к клеммам аккумулятора контрольный вольтметр и кнопками PLUS/MINUS добиться правильных показаний напряжения.
2.10. Через 10 сек после последнего нажатия на кнопки все изменения в на-стройках записываются в энергонезависимую память микроконтроллера.

Прибор на Nokia1100 работает, настраивается аналогично. Отличия в выводе информации на дисплей.
В основном окне (см. скрин выше) выводятся текущие измеренные параметры: напряжение, ток, емкость и время. На графике - напряжение по точкам измерения. Кнопкой SET можно вывести график тока или график емкости.
Нажатие на кнопку MENU переключает дисплей на просмотр истории. Выбор точки кнопками PLUS/MINUS. Положение точки обозначено курсором (вертикальная линия внизу графика). Вместо времени отображается номер просматриваемой точки. Ниже графика записанные значения напряжения, тока и емкости для этой точки. Кнопкой SET - выбор графика. Фиксируется 90 точек.
Следующее нажатие на MENU - переход к настройкам. Выбор параметра кнопкой SET, установка кнопками PLUS/MINUS. Возврат в основное меню - нажатие на кнопку MENU.
Более подробное описание в архиве к статье.
 
В архивах все материалы для изготовления обоих вариантов прибора: прошивки, FUSE, проекты в Proteus для симуляции и описания. Печатных плат и полных схем у меня нет.
 
Комментарии к статьям я обычно не читаю. Поэтому, если у кого-то возникли вопросы, замечания, предложения или пожелания - на форуме есть тема, отписывайтесь там.