Измеритель емкости Li-Ion и Li-Pol аккумуляторов

Вокруг нас становится все больше и больше мобильной электроники. Как правило, в качестве источников питания в ней применяются Li-Ion аккумуляторы. Аккумуляторы имеют срок эксплуатации, как правило, гораздо меньше, чем срок эксплуатации непосредственно электроники и их иногда приходится менять. Поэтому, проблема оценки реальной емкости аккумулятора очень актуальна. Это нужно и для проверки новых, так как имеются производители аккумуляторов с очень низким качеством. И для оценки остаточной емкости бывших в употреблении аккумуляторов, например для применения в любительских устройствах собственного изготовления. Оценка емкости при заряде или по внутреннему сопротивлению часто не дает реального результата. Правильно можно оценить емкость только в цикле разряда, причем с разрядным током, близким по значению к току, на котором предполагается использовать данный аккумулятор. Имеются китайские устройства подобного назначения, но они либо не умеют отключать нагрузку по снижению напряжения, либо достаточно дороги, да и вообще покупать такое не спортивно если можно собрать самому.

В статье описано устройство позволяющее решить данную проблему. Оно измеряет емкость методом подсчета энергии, выданной аккумулятором в нагрузку. Устройство собиралось на скорую руку из компонентов, которые нашлись в загашнике. Дисплей, который хорошо вписался в давно валяющийся пластиковый корпус. Микроконтроллер распаянный на подходящем куске текстолита. Китайский модуль заряда LiIon аккумулятора. Ну и несколько дискретных компонентов. В общем типичная конструкция выходного дня.

Логика работы устройства:
- подключаем аккумулятор.
- подаем питание +5В.
- устройство подключает нагрузку к аккумулятору и измеряет на нем напряжение.
- происходит отсчет времени и подсчитывается энергия отданная аккумулятором.
- при снижении напряжения на аккумуляторе до 2.7В устройство отключает нагрузку, останавливает подсчет энергии и отсчет времени разряда. Показания остаются на дисплее.
- устройство переходит в режим заряда и начинает отсчет времени его продолжительности, который останавливается при достижении напряжения на аккумуляторе 4.2В.

Время отображается в формате сутки/часы:минуты:секунды.
Емкость отображается в мА*ч и мВт*ч. Мощность рассеиваемая на нагрузке рассчитывается из измеряемого напряжения и известного сопротивления нагрузки. От измерения тока, для упрощения конструкции, было решено отказаться.

Алгоритм расчета энергии следующий: с частотой 5кГц АЦП производит непрерывную оцифровку с накоплением сигнала на выходе делителя напряжения на аккумуляторе. Каждые 100мс с учетом уровня со встроенного источника опорного напряжения из накопленного значения вычисляется напряжение на аккумуляторе и ток через нагрузку. Вычисляется энергия в мА*ч и мВт*ч за 100мс, которая прибавляется к своему счетчику.

Устройство имеет кнопку, нажатием на которую можно переключать режимы - разряд/заряд. Двойным нажатием в режиме разряда можно выбирать подключаемую нагрузку - малая, средняя, большая. Сопротивление 20 Ом, 10 Ом или одновременно оба соответственно. Удержание кнопки вызывает сброс времени текущего режима.

Светодиод отображает режим работы:
- разряд, часто мигает.
- заряд, редко мигает.
- заряд окончен, светится.

Подробнее о компонентах. Дисплей - ЖК, графический 128х32, TIC32 с управлением по I²C на контроллере PCF8531. Стабилизатор питания - LM1117-3.0. МК - STM32F051K6 (используется внутренний тактовый генератор). Ключи нагрузки - IRLML2502. Ключ включения цепи заряда - IRLML6402. Модуль заряда на чипе TC4056A с током 330мА (резистор программирующий ток 3.6к).

Для удобства подключения применен держатель для аккумулятора 18650 и провода с крокодилами. Монтаж внутри не показан, так как не очень приличен. Устройство в процессе рождения:

Прошивка написана в Keil uVision 5. При применении другого дисплея или другого микроконтроллера, потребуется изменение прилагаемых исходников и пересборка проекта. При применении нагрузок другого сопротивления, будет необходимо исправить их значения в исходнике и так же пересобрать проект.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• STM32
• Литий-ионный аккумулятор
• LiPo аккумулятор
• Микроконтроллер