Главная » Измерения
Призовой фонд
на июль 2019 г.
1. 1000 руб
Паяльник
2. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
3. 100 руб.
От пользователей

Многофункциональный измеритель параметров заряда/разряда аккумуляторов

При эксплуатации любых типов аккумуляторов, для сохранения их долговечности и работоспособности на всём протяжении установленного срока службы, важно знать, а ещё важнее соблюдать необходимые для этого режимы и параметры заряда/разряда. Для этих целей создано и существует множество инструментов мониторинга, контроля, защиты и балансировки. Все они помогают в необслуживаемом и автоматическом безопасном использовании различных типов аккумуляторов и аккумуляторных батарей.

В данной статье рассматривается одно из таких решений, позволяющих производить мониторинг и наблюдение за работой аккумуляторных батарей в широком диапазоне напряжений и протекающих токов. В различных модификациях прибор имеет повышенную нагрузочную способность и функцию защиты по заданным вручную параметрам. Существует беспроводной вариант и со связью по USB.

Данный прибор заказывался в Китае на международной торговой площадке AliExpress (ссылка на товар). Он имеет цветной ЖК-дисплей с диагональю 1,8 дюйма с подсветкой и может измерять подаваемое напряжение, силу протекающего тока, потребляемую мощность, запасаемую  или отдаваемую ёмкость, энергию и прошедшее время. Далее представлены фотографии товара со страницы продавца:

SIN9020S

SIN9020S

SIN9020S

Измерения поочерёдно могут производится в одном из двух направлений, как во время зарядки, так и во время разрядки, и имеет прибор следующие заявленные технические характеристики:

 Электрические параметры   Значение
 Напряжение питания  DC 10 ~ 90 В 
 Измеряемое напряжение  DC 0 ~ 90 В
 Сила измеряемого тока  DC 0 ~ 20 A

 

 Разрешение дисплея   Значение 
 Напряжение  0,01 В
 Ток  0.01 A
 Ёмкость  0.01 AH
 Время  1 мин.

 

 Точность измерения   Значение 
 Напряжения  ± 1% + 2 цифры 
 Силы тока  ± 2% + 5 цифр
 Частота измерений  5 раз/сек.

 

 Функции защиты  Диапазон установки 
 OVP (повышенное напряжение)   0,01 В ~ 90 В
 OPP (повышенная мощность)  0,01 Вт ~ 9,99 кВт
 OCP (перегрузка по току)  0,1 ~ 100 A
 OFT (установка таймера)  0,01 H ~ 99,9 H
 OAH (перезаряд/переразряд)  0.01 AH ~ 9999 AH
 LOP (пониженное напряжение)  0,01 В ~ 90 В

Габариты: 79 × 43 × 52 (мм);

Размер окна для установки: 76,5*39,2 (мм)

Технические характеристики

Сразу следует отметить, что в приобретённом образце воспользоваться функциями защиты не представляется возможным. Они присутствуют на программном уровне, но нет их аппаратной реализации - отсутствует модуль расширения с установленным электромагнитным реле для замыкания/размыкания цепи. Придётся всего лишь довольствоваться мониторингом и, наблюдая за отображаемыми параметрами, в нужный момент вручную отключать нагрузку или зарядное устройство от аккумулятора. Эта тема будет затронута при дальнейшем тестировании и настройке устройства.

Описание органов управления и информационных ячеек

С лицевой стороны прибора слева находится экран для отображения информации, а справа расположены органы управления в виде трёх кнопок:

Передняя панель

 

 Номер   Элемент
 1  Напряжение
 2  Сила тока
 3  Уровень заряда
 4  Ёмкость и мощность
 5  Энергия и время
 6  Кнопки управления
 7  Меню функций защиты 

На странице продавца и в технической документации рекомендуется производить подключение измерительного устройства по следующей схеме:

Неверная схема подключения

Но с данным присланным образцом значения параметров при включении по приведённой схеме оказались неверными, и в дальнейшем будет рассмотрена правильная схема подключения для корректного отображения информации.

Стоит уделить внимание упаковке и отдать должное продавцу и отправителю. Заказ прибыл в место назначения до завершения срока доставки в большом полиэтиленовом пакете:

Пакет с товаром Пакет с товаром

Внутри основного пакета находилась объёмная коробка из толстого картона:

Картонная коробка Картонная коробка

А вот уже внутри картонной коробки лежал сам прибор, аккуратно завёрнутый в полиэтиленовый рулон с воздушными пупырышками:

Завёрнутый прибор

При таких условиях упаковывания и доставки товар никак не мог повредиться и устройство прибыло целым и невредимым:

Вид прибора спереди Вид прибора сзади

Вид прибора сверху Вид прибора снизу

На лицевой стороне была наклеена одноразовая тонкая защитная плёнка по всей поверхности как экрана, так и кнопок:

Лицевая сторона

С задней стороны находится клеммная колодка для подключения аккумулятора и нагрузки/зарядного устройства, и имеется информационная наклейка с маркировкой о предназначении каждого из выводов:

Задняя сторона

Для проверки работоспособности на прибор, согласно указанной полярности, было подано напряжение с двенадцати-вольтовой свинцово-кислотной аккумуляторной батареи:

Подача питания

Подача питания Подача питания

Параллельно был подключен мультиметр в режиме вольтметра, и разница в показаниях приборов оказалась незначительной, и в пределах допустимой погрешности:

Показания измерителя Показания тестера

Показания обоих приборов

Потребляемый ток измерительного прибора при этом составил 31 мА. Без подключённой нагрузки само устройство должно показывать нулевой протекающий ток, а вместе с ним и нулевую потребляемую мощность.

Калибровка измерителя силы тока

Если это не так и показания амперметра не нулевые, то следует откалибровать его, нажав при отключённой нагрузке на несколько секунд кнопку "OK" после отпускания которой должно появиться значение 00.00A:

Ток потребления прибора

Ток потребления прибора

Если не нажимать кнопки, то через некоторое время отсутствия протекающего тока, измерительный прибор переходит в энергосберегающий режим, отключая дисплей, и потребление тика падает до 15 мА:

Потребление тока в режиме сна

Потребление тока в режиме сна

Подключение нагрузки

Далее была подключена нагрузка по ранее упомянутой схеме из документации, в качестве которой использовалась галогенная лампа накаливания на напряжение 12 В и с мощностью потребления 50 Вт:

Галогенная лампа накаливания

Подключение нагрузки

Для проверки показаний измерителя силы тока прибора последовательно с лампой был включён тестер в режиме амперметра. Разница в показаниях приборов, так же как и в случае с напряжением, оказалась незначительной и в пределах допустимой погрешности:

Разница в показаниях

Показания устройства Показания мильтиметра

Далее будут рассмотрены функции защиты и предназначение каждой из них. Напомним, что в данном варианте прибора нет дополнительной платы расширения, и описанные функции реализованы только программно, и нет возможности их практического применения. Здесь и далее, если не указано иначе, то значение задаётся установкой жёлтого курсора кнопками со стрелками на соответствующее положение и долговременным нажатием кнопки "OK" включается режим редактирования функции, в котором теми же кнопками можно уменьшать или увеличивать значение устанавливаемого параметра, а затем подтвердить его кратковременным нажатием кнопки выбора. После установки значения кратковременными нажатиями кнопки "OK" можно включать или отключать необходимую функцию. Зелёный кружочек возле названия показывает, что функция активирована, и после совпадения заданного и реального значения параметра цепь будет разомкнута.

OVP - защита от перенапряжения - размыкание цепи при достижении напряжением установленного значения:

OVP

OPP - защита от перегрузки - размыкание цепи при достижении потребляемой или отдаваемой мощности заданного значения:

OPP

OCP - защита по току - размыкание цепи при достижении силы протекающего тока указанной:

OCP

OFT - установка таймера - размыкание цепи по истечении заданного времени:

OFT

OAH - установка ёмкости аккумуляторной батареи - задаётся значение ёмкости, после расхода которой цепь будет разомкнута.

Важный момент - даже если функция не активирована, но имеется значение, отличное от нуля, то процентное показание на экране будет зависеть от этого значения. Так при запасённой заданной ёмкости будет отображаться значение 100%, а при расходе отображаемое значение будет постепенно уменьшаться до 0%. В зависимости от этого так же будет меняться цвет закраски прямоугольника с зелёного на красный:

OAH

LOP - защита от глубокого разряда - цепь будет разомкнута при снижении напряжения до установленного значения:

LOP

Сброс - если жёлтый курсор перевести вниз за область видимости, то при нажатии на кнопку выбора произойдёт сброс отсчитанного интервала времени и рассчитанной за это время ёмкости. При этом последовательным нажатием можно выбрать одно из двух возможных последующих отображений процентного уровня заряда - отображаться будет или 100% заряда, или нулевое значение, и дальнейшие показания будут отсчитываться от этого значения:

Reset

И вот тут было замечено, что при сбросе и дальнейшем разряде аккумулятора значения показаний наоборот, увеличивались. Следовательно ток протекал в обратном направлении и прибор определял не разряд, а заряд батареи, и нужно было поменять отрицательные выводы аккумулятора и нагрузки друг с другом местами. Дальнейший разряд батареи производился по следующей схеме:

Схема подключения нагрузки

Схема подключения нагрузки Схема подключения нагрузки

Правильный разряд

Во время установки жёлтого курсора в позицию "OUT" нажатием кнопки выбора можно включать/отключать нагрузку/зарядку (при наличии платы расширения). При этом стрелка будет закрашенной или контурной, а цвет её закраски зависит от направления протекающего тока: при зарядке аккумулятора - красный, при разрядке - зелёный. 

Так же можно видеть что при снижении уровня заряда батареи, закрашенный прямоугольник, показывающий процентное соотношение, уменьшает площадь закрашенного участка и меняет цвет закраски с зелёного на красный при менее чем 25% заряда:

Разрядка батареи Разрядка батареи

Разрядка батареи

Во время всех этих манипуляций было замечено, что срабатывание кнопок происходит не чётко, иногда требуется два нажатия, а иногда за одно нажатие значение перескакивает сразу на два пункта. Особенно это заметно при нажатии на кнопку " ^ ".

После уменьшения напряжения аккумулятора ниже 10,5 В и полной его разрядки, нагрузку следует отключить вручную, и важно не пропустить этот момент и не допустить глубокой разрядки батареи, что приведёт к преждевременной сульфатации и пагубно скажется на срок её службы. Далее желательно не оставлять батарею долгое время в разряженном состоянии и зарядить её.

Подключение зарядного устройства

Для зарядки было использовано буферное зарядное устройство, рассмотренное в предыдущей статье. Устройство было подключено вместо нагрузки по следующей схеме:

Схема подключения зарядки

Схема подключения зарядки

Схема подключения зарядки Схема подключения зарядки

На зарядном устройстве светится только красный светодиод, ток зарядки начинается примерно с 1,2 А, а стрелка на приборе направлена в сторону процентного прямоугольника и закрашена в красный цвет:

Подключение зарядного устройства

Подключение зарядного устройства

Подключение зарядного устройства

По происшествии времени и по мере накопления заряда аккумуляторной батареей, растёт напряжение на ней, падает зарядный ток и потребляемая от зарядного устройства мощность, увеличивается процентное соотношение с постепенным закрашиванием прямоугольника и отображается накопленная ёмкость и количество энергии. При произведении сброса обнуляется отсчитанное время вместе с отображаемой ёмкостью и энергией и измерение начинается сначала:

Отображение процесса заряда Отображение процесса заряда

Отображение процесса заряда Отображение процесса заряда

В следствии тестирования и экспериментов был создан чертёж полной схемы подключения как нагрузки, так и зарядного устройства. Внутри измерительного прибора находится перемычка между выводами "Vcc" и "Vext", которую следует удалить при использовании устройства с батареей напряжением ниже 10 В, и подать отдельное питание на вывод "Vext" в районе от 10 до 90 В. В случае же с питанием от контролируемой батареи выводы "Vcc" и "Vext" равносильны и для подачи положительного потенциала можно использовать любой из них:

Полная схема подключения

Полная схема подключения с дополнительным питанием

Подключение нагрузки и зарядки

При таком включении во время потребления тока нагрузкой происходит вычитание из оставшейся ёмкости, а при зарядке её восполнение с запомненного значения:

Процесс зарядки

После превышения заданного значения ёмкости отображается 100% заряда, но так как для полной зарядки аккумулятора требуется запасти больше энергии чем он может отдать и зарядка ещё продолжается, то отображаемое значение ёмкости и энергии продолжает расти и прибавляться к установленному значению. Отображаемый в данном случае промежуток времени в 19 часов включает в себя полное время работы прибора как при зарядке, так и при разрядке с момента сброса:

Конец зарядки батареи

После полной зарядки батареи таймер можно сбросить и отсчёт времени начнётся с нуля. Таким образом можно измерить ёмкость аккумулятора, разряжая его, и количество энергии, необходимое для его полной зарядки.

Дополнительные измерения

В процессе испытаний устройства выяснилось, что в конце разрядки свинцового аккумулятора, когда напряжение падает ниже 10,5 В показания напряжения не корректны. Для определения погрешности прибора он был подключен к регулируемому источнику питания вместе с тестером в режиме измерения напряжения:

Подключение к пониженному напряжению

На блоке питания было выставлено напряжение 10 В, и хотя в документации была заявлена возможность работы устройства от такого напряжения, показания при этом сильно отличались от реальных и были завышены, а при дальнейшем снижении напряжения прибор сразу отключался:

Показания при пониженном напряжении

Далее мультиметр был подключён в цепь последовательно для определения потребляемого тока при различных значениях питающего напряжения:

Последовательное подключение мультиметра

Оказалось, что при уменьшении подаваемого напряжения питания, потребляемый ток наоборот, увеличивался:

12,4 - 33 11,3 - 37

Из этого можно сделать вывод, что устройство имеет внутренний импульсный стабилизатор напряжения. Так же можно заметить, что имеется энергонезависимая память - после пропадания питания не теряются настройки функций защиты и значения ёмкости и энергии, а после восстановления питающего напряжения, если заранее были заданы значения параметров, сразу активируются функции защиты по превышению/снижению напряжения и защита по истощению установленной ёмкости. В некоторых случая во время работы устройства наблюдался самопроизвольный сброс отсчёта времени, хотя остальные значения сохранялись прежними.

Углы обзора

В отношении углов обзора экрана следует отметить, что они довольно большие, особенно в вертикальной плоскости. Все элементы хорошо видны даже при рассмотрении под почти прямым углом и полностью сохраняется их цвет:

Вертикальный угол обзора Вертикальный угол обзора

Большой вертикальный угол обзора

В горизонтальной плоскости углы обзора немного меньше, и при особо большом угле экран сильно отдаёт синевой и пиксели начинают сливаться друг с другом, но отображаемые значения всё же можно разобрать:

Горизонтальный угол обзора Горизонтальный угол обзора

Большой горизонтальный угол обзора

Замер габаритов

Прежде чем перейти к разборке прибора и рассмотрения внутреннего устройства, были проведены простые измерения линейкой для уточнения физических размеров корпуса.

Ширина передней части 78 мм:

Ширина передней части

Высота передней части 41 мм:

Высота передней части

Глубина установки вместе с клеммной колодкой 30 мм:

Глубина установки

Корпус прибора имеет защёлки для фиксации и его удержания при установке на панель конечного устройства и бортики для скрывания щелей:

Защёлка и бортик

Защёлка и бортик Защёлка и бортик

Для прорезания прямоугольного отверстия и установки прибора в корпус нужно знать размеры его задней части без бортиков.

Ширина задней части 71 мм:

Ширина задней части

Ширина задней части

Высота задней части 39 мм::

Высота задней части

Внутреннее устройство измерительного прибора SIN9020S

Для раскрывания корпуса прибора и его полной разборки для начала нужно открутить 4 винтика по углам и снять заднюю крышку:

Скрепляющие винты Задняя крышка

Сняв крышку можно видеть печатную плату зелёного цвета и открывается доступ к перемычке из припоя между выводами "Vcc" и "Vext" для её удаления в случае необходимости (смотрите вариант схемы подключения прибора с раздельным питанием):

Дополнительная плата

Перемычка на плате

Далее, чтобы не потерять, нужно убрать 4 уплотнительные шайбы белого цвета по углам платы. Плату больше ничего не удерживает, кроме пяти-контактного разъёма, и потянув за клеммную колодку можно вытащить её из корпуса:

Уплотнительные шайбы Дополнительная плата

На плате легко узнать импульсный преобразователь и линейный стабилизатор на 3,3 В. Так же имеется высоковольтный мощный транзистор Дарлингтона, микросхема операционного усилителя и низкоомный проволочный шунт для измерения протекающего тока:

Дополнительная плата со стороны деталей

В варианте прибора с реализованной защитой, дополнительная плата с управляющим цепью реле подключается вместо этой.

В корпусе осталась основная плата с латунными держателями-гайками, пяти-контактным разъёмом "мама" и восьми-битным микроконтроллером STM8S005K6T6C с одной стороны:

Основная плата

Эту плату удерживают 4 защёлки по бокам корпуса, и для её извлечения нужно одновременно освободить по две из них с каждой стороны:

Защёлки на корпусе

Защёлки на корпусе Защёлка на корпусе

С другой стороны основной платы установлен экран с гибким шлейфом для отображения информации и три кнопки для управления функциями измерительного прибора. На самом корпусе имеются прикрытые отверстия для этих кнопок, а экран защищён толстой прозрачной плёнкой:

Экран с кнопками Пустой корпус

Основная плата с экраном

В заключение стоит предупредить, что при покупке лучше сразу заказывать версию с платой расширения, для реализации защиты по заданным параметрам, так как без возможности в нужный момент разъединить цепь, прибор является просто показателем значений и не несёт большой практической пользы. Им просто можно будет измерять ёмкость и количество энергии аккумулятора, а при его встраивании в батарею имеется риск пропустить момент полного истощения или перезаряда и источник тока будет повреждён и сильно снизится ресурс аккумуляторной батареи. Так что лучше не поскупиться на лишнюю пару долларов и приобрести полноценное и практичное устройство, которое сильно поможет в сохранении долговечности электрохимических источников тока различного типа.

Достоинства

  • Простота подключения и использования.
  • Яркий цветной экран с хорошими углами обзора.
  • Отображение большинства параметров заряда/разряда.
  • Широкий диапазон рабочих и измеряемых напряжений и токов.
  • Функции защиты по почти всем измеряемым параметрам (кроме количества энергии).
  • Энергонезависимая память для хранения настроек и основных значений.
  • Возможность простой калибровки нажатием одной кнопки.
  • Наличие сброса без необходимости отключения питания

Недостатки

  • Отсутствие измерений и показаний температуры.
  • Довольно высокое минимальное напряжение питания.
  • Большая погрешность с приближением питающего напряжения к минимальному.
  • Нечёткое срабатывание управляющих кнопок.
  • Самопроизвольный сброс отсчёта времени.

Исходя из сформированной оценки, каждый сам для себя должен сделать вывод и заключение для конкретного случая применения измерительного прибора. В некоторых случаях указанные недостатки могут оказаться критичными, а в некоторых и приведённых достоинств будет слишком много и не обязательно. В любом из них это довольно полезное устройство и может сильно пригодиться и быть незаменимым. Заботьтесь о своих аккумуляторах пока они отдыхают, и они помогут Вам, когда будет нужен автономный источник энергии. При соблюдении правил эксплуатации они прослужат долгий срок и проявят весь свой ресурс и потенциал.

Ссылка на товар

Статьи по теме:

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 0
Я собрал 0 1
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.8 Проголосовало: 1 чел.

Комментарии (14) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
Дима #
Интересно узнать насколько хорошо работает защита с реле, почему сразу не заказывался вариант с защитой?
Ответить
0

[Автор]
andro #
Да, мне тоже интересно, но к сожалению нет возможности проверить
Ответить
0
Pauk #
А нельзя доработать прибор для возможности использования защиты?
Ответить
+1

[Автор]
andro #
Если бы знать как это работает. Нужно как нибудь поэкспериментировать.
Ответить
+1
Илья #
Да, со схемой и правда накосячили китайцы, вначале думал ошиблись с переводом, но оказалось и на китайском так же. Как они только используют это подключение...
Ответить
0
Коля #
Эти приборы не дружат с импульсными блоками питания.
Ответить
0

[Автор]
andro #
Уже слышал такое мнение, но как ни странно, у них самих внутри импульсный преобразователь.
Ответить
0
Миша #
Прибор нужно использовать с уже имеющим защиту аккумулятором, а так очень полезная штука.
Ответить
0
Володя #
А калибровку тока нужно производить при каждом включении?
Ответить
0

[Автор]
andro #
Только при ненулевом показании измерителя тока.
Ответить
+1
Настя #
Хорошо бы сделать измерения более точным мультиметром.
Ответить
0
Aram #
Корпус прибора имеет защёлки для фиксации и его удержания при установке на панель конечного устройства
На панель какого устройства можно установить этот прибор?
Ответить
0

[Автор]
andro #
На панель зарядного устройства или, ещё лучше на панель блока химического источника питания, такого как батарея кислотных или щелочных аккумуляторов.
Отредактирован 21.07.2019 12:32
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется сила тока?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Мультиметр DT9205A
Мультиметр DT9205A
Ветрогенератор Паяльник с регулировкой температуры
вверх