При разработке аппаратуры, питаемой от аккумуляторов, необходимо знать такие характеристики батарей как емкость и изменение напряжения при разряде. Техническая информация по батареям не всегда доступна, единственный выход – получить ее экспериментальным путем. Однако человеку сложно записать и обработать результаты измерений, поскольку цикл измерения характеристик разряда занимает несколько часов. Для измерения характеристик батареи потребуется система сбора данных. В этом проекте разработан автоматический анализатор разряда батарей.
Основы теории и требования
На рисунке внизу показана упрощенная схема системы измерения характеристик батареи. Она записывает только напряжение в течение всего цикла разряда. В измерении характеристик батареи нет ничего сложного, и их можно осуществить с помощью обычных инструментов, но собрать специальный инструмент для измерения характеристик батареи гораздо лучше.
| Надписи на рисунке | |
| Dummy load | Регулируемая нагрузка |
| Battery under test | Измеряемая батарея |
| Pen recorder | Самописец |
Ниже представлены функциональные возможности разработанного в этом проекте анализатора разряда батарей.
Режимы нагрузки
Поддерживаются три разных режима нагрузки: постоянного тока, постоянной мощности и резистивный. Это позволяет имитировать различные устройства, питаемые от батарей: линейные схемы, схемы ключевого режима и простой резистор, лампу или нагреватель. Режим постоянного тока обычно используется для измерения типовых характеристик самой батареи.
Автоматическая запись данных
Данные измерений посылаются в ПК и записываются в файл.
Измерение внутреннего сопротивления
Имеется возможность измерения внутреннего сопротивления батареи.
Сборка аппаратной части
Принципиальная схема
Выше приведена принципиальная схема анализатора разряда батарей. Устройство управляется с ПК через последовательный порт и питается от этого же порта, внешнего блока питания не требуется.
Имитатор нагрузки и схема стабилизатора тока контролируются микроконтроллером. В режиме постоянной мощности и резистивном режиме ток нагрузки регулируется динамически, чтобы имитировать соответствующий тип нагрузки для батареи. Диапазон регулировки тока разделен на три, чтобы получить максимальное разрешение по току в каждом поддиапазоне. Мощность, рассеиваемая на транзисторе Q1, может доходить до 10 Вт при максимальном токе нагрузки, поэтому для этого транзистора требуется система охлаждения в виде радиатора и вентилятора. Радиатор, используемый в данном устройстве, может рассеивать мощность до нескольких ватт без вентилятора. Если рассеиваемая мощность будет превышать этот лимит, потребуется радиатор больших размеров или вентилятор. Диапазон измеряемых напряжений составляет от 0.8 до 4.5 В, а ток нагрузки может достигать 3 А. Это позволяет измерять параметры Li-Ion, Ni-Cd, Ni-MH аккумуляторных элементов и щелочных батареек.
Для измерения напряжения батареи используется четырехпроводный метод, что позволяет исключить ошибку, вызываемую падением напряжения на проводах и контактах. Это необходимо для ячеек, дающих большой ток и низкое напряжение, таких как Ni-Cd и Ni-MH. Поскольку в своих проектах я часто использую двухпроводные разъемы типа JST EHR, на плату добавлен еще и двухконтактный разъем B2B-EH.
Окончание читайте здесь
