Bilbatterikapacitetsmåler. Apparat til måling af batterikapacitet

Hvordan bruger man en batteritester?

Meget simpelt. Du forbinder Coulomb-klemmerne til batteriet, og efter et sekund viser enheden sin spænding.

Hvorfor har jeg brug for et vedhæng? Jeg har arbejdet med batterier i lang tid og kan vurdere batteriets sundhed ved at måle spændingen under belastning eller endda bare ved lyset fra en pære, der er tilsluttet batteriet.

Du kan selvfølgelig få en god idé om batteriet. Men det er lidt som at tjekke spændingen på et batteri med tungen. - selv en erfaren person vil ikke være i stand til at navngive nummeret - spændingen i volt (eller i vores tilfælde i ampere-timer). Forestil dig også, hvor mange batterier det ville tage at formidle din oplevelse til en medarbejder. Og vedhænget virker selv i uerfarne hænder. Derfor, ligesom du bruger et multimeter til at måle spændingen på et batteri, vil du bruge en Coulomb.

Kan vedhænget bruges til at teste NiCad- eller Lithium-batterier?

Ingen. Coulomb-indikatoren er kun beregnet til at teste blysyrebatterier.

Hvad er fejlen ved en Coulomb-måling?

Kulon er ikke et præcisionsmåleinstrument. Den måler ikke, men estimerer den ud fra batteriets respons på testsignalet. Dette er en indikator, der tjener til at skelne gode batterier fra batterier, der har mistet en del som følge heraf. Målefejlen er ikke angivet i listen over dens tekniske egenskaber og er ikke standardiseret. Vedhænget blev testet på traditionelle flere forskellige virksomheder med flydende (absorberet i pladerne og separatoren) elektrolyt - AGM teknologi. For disse batterier oversteg estimeringsfejlen ikke 10-15 %. Men i de senere år er nogle batteriproducenter begyndt at producere batterier med mærkbart forskellige elektriske egenskaber. Det er for eksempel batterier til korte afladninger (ofte placeret som) eller adskillige "noname" batterier, som ofte installeres i alarmsystemer for deres lave omkostninger (i håb om, at der ikke opstår brand). Derfor kan fejlen i disse dage, på ukendte batterier, selvom de er lavet ved hjælp af AGM-teknologi, være større. For at reducere denne fejl kan brugeren konfigurere testeren til at teste en bestemt type, og i det væsentlige erstatte enhedens fabrikskalibrering med en, der er opnået med dens batterier og under dens forhold.

Alle målinger og vurderinger er foretaget i forhold til en eller anden standard. For eksempel sammenligner et voltmeter batterispændingen med spændingen i en primær referencecelle. Og Coulomb sammenligner batteriet, der testes, med de blybatterier, som det blev testet på. Ved at udskifte fabrikskalibreringen med din egen, kan du gøre dit batteri til referencen, og alle kapacitetsestimater bliver mere nøjagtige. Betjeningsvejledningen foreslår flere måder at kalibrere enheden på. Du skal blot vælge og bruge den metode, der passer dig bedst

Hvordan bruger man, hvis det ikke er muligt at kalibrere sig selv?

For det meste er fejlen lille, og vedhænget kan bruges uden forberedelse. Hvis dette ikke er tilfældet i dit tilfælde, og der ikke er nogen måde at kalibrere på, kan du bruge PULON som en enhed til relative målinger. For eksempel har du et dusin identiske batterier med en nominel kapacitet på 10 A*time. På ni af dem viser PENDANT 9 A*hour, og på den tiende - 3 A*time. Konklusion - det tiende batteri er defekt og skal udskiftes med det samme.

Selvom der kun er ét batteri af en given type, kan du tjekke det med en Coulomb, inden det tages i brug. Under yderligere vedligeholdelse kan du registrere aflæsninger med bestemte intervaller (f.eks. en gang i kvartalet). Når Coulomb viser, at den er blevet mindre end 70 % af den oprindelige kapacitet (du kan selv vælge denne grænse), skal batteriet udskiftes.

Blysyrebatterier er ved første øjekast meget enkle i designet. Men ulempen ved en sådan enkelhed er behovet for strengt at overholde visse regler for drift af batteriet. Først da vil den implementere det antal opladnings-afladningscyklusser, der er angivet af producenten, og nogle gange vil det vise det bedste resultat. Dette vil kræve yderligere udstyr, som vil blive diskuteret i artiklen.

Sulfering af batteriplader

Den største fare, der eksisterer for et bly-syrebatteri, er at opbevare enheden i en afladet tilstand. I dette tilfælde opstår processen med såkaldt sulfatering - aflejring af blysulfat (PbSO4), som er et dielektrisk, på pladerne. Den mindst tilladte spænding ved batteripolerne er normalt angivet i dokumentationen. For eksempel, for de fleste blysyrebatterier med en nominel spænding på 12,6 V, er minimumsspændingen, hvorefter processen med intensiv sulfatering af batteripladerne begynder, 10,8 V.

Måling af spænding og intern modstand af batterier

Den enkleste type batteriovervågning er at måle EMF ved dens terminaler. Når EMF er mindre end det mindst tilladte niveau, genoplades batteriet til den nominelle spænding ved terminalerne. Men denne metode er kun egnet til kendte gode batterier. Hvis pladerne allerede er belagt med et tykt lag blysulfat, vil batteriet have høj intern modstand. I dette tilfælde kan EMF ved terminalerne være på det nominelle niveau, men batteriet vil hurtigt aflades eller vil slet ikke være i stand til at levere den nødvendige strøm til belastningen. Et voltmeter vil ikke kunne registrere dette. Men hvis sulfatering på pladerne opdages rettidigt, kan batteriet stadig reddes, hvilket vil blive diskuteret nedenfor.

For at overvåge batteriet med evnen til hurtigt at opdage en funktionsfejl kræves en speciel enhed. Ud over terminalspændingen skal den måle batteriets indre modstand (eller ledningsevne). Ved at sammenligne de målte værdier med dem, der er angivet i dokumentationen for batteriet, kan vi drage en konklusion om batteriets egnethed til videre brug. Et eksempel på en sådan enhed er PITE 3915. Dens vigtige fordele er tilstedeværelsen af ​​en stor LCD-farveskærm og et komfortabelt tastatur.

Ofte kræver fremskyndelse af arbejdet ikke kun selve dataene, men også en vurdering af, om det ligger uden for acceptable grænser. I dette tilfælde er Fluke BT500-seriens målere et godt valg.

Brugeren kan indstille tærskelværdier for 10 parametre, efter hver af dem udsender enheden en advarsel. En anden egenskab ved Fluke BT500-serien er opladerens bølgemålingsfunktion. Det er muligt at måle opladnings-afladningscyklusser for flere batterier på én gang. I dette tilfælde oprettes dets egen profil for hvert batteri i enhedens hukommelse, hvor dataene for sekventielle målinger akkumuleres. Ud over den grundlæggende Fluke BT510 inkluderer serien Fluke BT520 til måling af batterier installeret i kabinetter og andre svært tilgængelige områder, samt Fluke BT-521 med avancerede funktioner. Fluke BT520 og BT521 kommer med en interaktiv sonde (henholdsvis BTL20 og BTL21) og en bæretaske. En særlig egenskab ved Fluke BT521 er dens temperaturmålingsfunktioner samt trådløs kommunikation med en mobilenhed.

Afhængigheden af ​​strømmen, der flyder gennem batteriet, af potentialforskellen ved dets terminaler er en ikke-lineær størrelse. Derfor er batteriets indre modstand, målt ved jævnstrøm, snarere et skøn, da det afhænger af mange faktorer. Til mange praktiske anvendelser er en sådan nøjagtighed tilstrækkelig - en beslutning tages, om batteriet virker eller er defekt. Men hvis du vil forstå, om det er værd at besvære med at genoprette batteriet, skal du måle den indre modstand mere nøjagtigt. Du kan øge nøjagtigheden af ​​at måle den interne modstand i et batteri, hvis du gør det på vekselstrøm. Dette er præcis den metode, der er implementeret i PITE BT-301-enheden. En anden vigtig egenskab ved enheden er tilstedeværelsen af ​​en ekstra funktion til test af nikkel-cadmium-batterier.

Instrumenter til måling af batterikapacitet

Enhederne nævnt ovenfor kræver, at deres aflæsninger fortolkes på en bestemt måde for at træffe en beslutning. Hertil har du for det første brug for højt kvalificeret personale, og for det andet dokumentation for batteriet, så du har noget at sammenligne de målte parametre med. Men der findes også letanvendelige batteritestere, der måler batterispænding og kapacitet. I dette tilfælde er det nok at fastgøre testeren til batteriterminalerne i et par sekunder. Dernæst sammenlignes kapaciteten og spændingen med dem, der er angivet på batterikassen.

Ulempen ved denne metode til at teste batterier er, at den bruger en metode til at måle kapacitet, som er karakteriseret ved lav nøjagtighed og opererer inden for et begrænset kapacitetsområde. Ikke desto mindre er mulighederne for en sådan tester ganske tilstrækkelige til praktisk brug.

Et eksempel på kompakte og brugervenlige batterikapacitetsmålere er den indenlandsk producerede "Pendant"-serie af enheder. Måletiden er 4 s. Under måleprocessen sendes et signal af en speciel form til batteriet. Baseret på svaret bestemmes det aktive areal af pladerne, baseret på hvilket kapacitansen beregnes.

Det skal bemærkes, at til missionskritiske applikationer bør batterikapacitetsmålinger udføres ved hjælp af en dedikeret belastning, såsom PITE-3980. Denne enhed er i stand til at overføre batteriafladningsdata trådløst.

Smarte løsninger til batteritest

Hvis batterier er involveret i kritiske systemer, er det bedst at konstant overvåge dem. Moderne teknologier kommer til undsætning for dette:

Vi præsenterer et projekt for en hjemmelavet aktiv elektronisk belastning. Den resistive belastning i sig selv er ikke noget særligt, men her er forlængelsen af ​​basen en mikrocontroller, der bruges til at måle strøm, spænding og effekt og teste kapaciteten af ​​ethvert batteri fra 100 mAh til 99 Ah med en automatisk belastningsafbrydelsesfunktion fra kilden efter at have nået den indstillede afladningsspænding. En yderligere handling fra mikrocontrolleren er at styre blæserhastigheden afhængigt af radiatorens temperatur.

Kredsløbsdiagram af en batterikapacitetsmåler med en elektronisk belastning

Betjeningen af ​​et grundlæggende aktivt belastningskredsløb er ret simpelt - en strømtransistor er forbundet i serie med en kildestrømsfølende modstand med en strømkilde (for eksempel en strømforsyning, et batteri). Transistoren styres af et fejlsignal genereret i instrumenteringsforstærkeren baseret på spændingssignalet modtaget fra følemodstanden og spændingssignalet leveret fra styrepotentiometeret. Forskellen mellem disse signaler får transistoren til at tænde eller slukke gennem instrumenteringsforstærkeren for at udligne dem. Dette påvirker mængden af ​​strøm, der flyder gennem transistoren, og derfor strømmen, der kommer fra kilden, der testes. En spænding, der er proportional med strømmen, der løber gennem den i overensstemmelse med Ohms lov, påføres målemodstanden.

Selvfølgelig har dette grundlæggende kredsløb mange forskellige modifikationer, såsom mere end én effekttransistor, yderligere kontroltransistorer, MOSFET'er i stedet for bipolære transistorer, forbedrede versioner af operationsforstærkere og så videre.

Dette projekt bruger den enkleste mulighed med en STW20NB50-felteffekttransistor i en TO-247-pakke. Transistoren er direkte drevet af en dobbelt LM358 op-amp drevet af en enkelt 9V spænding. Den registrerede spænding fra effektmodstanden (2 parallelle 0R1 5W modstande) påføres gennem et simpelt RC filter til den inverterende indgang på den første forstærker, og til den ikke-inverterende indgang på den anden op-amp for at forstærke spændingen før overførsel til mikrocontrolleren - strømmåling.

Spændingen fra de to serieforbundne kontrolpotentiometre påføres også indgangen på den ikke-inverterende første forstærker, hvilket skaber et groft og finjusteringssystem, der absorberes af den aktuelle belastning. Den første op-amp genererer et fejlsignal, der styrer effekttransistoren. Transistoren fungerer lineært, hvilket er noget usædvanligt for en MOSFET, men helt normalt i dette tilfælde.

Advarsel: Dette resistive belastningskredsløb kan muligvis ikke modstå den omvendte tilslutning af strømforsyningen under test!

Projektet er baseret på ATtiny26 mikrocontrolleren. Den drives af en intern 8 MHz oscillator, som på de første par ture kalibreres "manuelt" ved trial and error ved at ændre den parameter, der er indtastet i OSCCAL oscillatorregisteret i starten af ​​programmet (justering, kompilering og programmering flere gange) . Selvom kredsløbet har en funktion til måling af batterikapacitet, som består i at beregne den accepterede belastning som funktion af tiden, anser vi det ikke for nødvendigt at stabilisere tiden med kvarts, da dette ikke er laboratorieudstyr, og små afvigelser i den talte tid (efter kalibrering af generatoren) har ringe effekt på batteriets måleresultat. Hvis nogen vil stabilisere timeren med kvarts, kan du også gøre det.

Programmet blev skrevet udelukkende i assemblersprog og optager den tilgængelige processorhukommelse, kun 2 KB.

ADC'erne føres gennem en blokerende kondensator for enden af ​​AVCC'en og bruger en intern spænding på 2,56 V som referencespændingskilde Målinger foretages cyklisk hver 200 ms i hovedprogramsløjfen.

For at se strøm og spænding med en nøjagtighed på 0,01 blev ADC-behandlingsnøjagtigheden software øget fra 10 til 12 bit. Uden denne procedure var nøjagtigheden af ​​spændingsindikationen i det antagne 30V-område 30V/1023 (ADC) = ~0,03V, hvilket ikke er særlig godt.
Takket være oversampling til 12 bit var nøjagtigheden af ​​spændingsaflæsninger 30 V / 4095 (ADC)<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.

Hver måling tager mange "hurtige" aflæsninger fra ADC'en, hvorfra gennemsnittet udtrækkes, som derefter går ind i en "fri" cirkulær buffer, der cyklisk fyldes med hver måling. Gennemsnitsværdien af ​​denne buffer tages kun til yderligere korrekte beregninger af strøm eller spænding. Som følge heraf er aflæsningerne ret stabile og reagerer ret hurtigt på ændringer i de målte værdier.

Radiatortemperaturen måles af et kredsløb på Dallas-sensoren (det kan være 18B20 eller 18S20 - programmet genkender og justerer) med en nøjagtighed på de nærmeste grader, og på dette grundlag bestemmes det, hvor hurtigt radiatorventilatoren skal drejes - den varmere det er, jo hurtigere rotation. Når strømmen er tændt, starter ventilatoren med høj hastighed og når efter et stykke tid minimumshastigheden i henhold til temperaturen.

Måling af batterikapacitet består grundlæggende i at summere de aktuelle aflæsninger ved specificerede tidsintervaller (her 1 s) og derefter integrere denne sum over specificerede tidsintervaller (her 1 h = 3600 s). Lad det for eksempel være en strømmåling på 1 A; hvis vi summerer det op over en time hvert sekund, får vi summen af ​​aflæsningerne = 1 A x 3600 s = 3600 Ac; hvis vi dividerer det med en konstant integrationsperiode svarende til 3600 s (1 time), får vi 3600 Ac / 3600 s = 1 A pr. time.

Lad os tjekke om strømmen = 4 A i 10 timer, hvad vil der så ske? 4 A x 36000 s = 144000 Ac -> 144000/3600 = 40 Ah.

For at måle batterikapaciteten skal den tilsluttes en belastning med minimum grove og fine potentiometre (belastningsafbrydelse) og maksimum afskæringsspændingsjusteringspotentiometer. Displayet skal vise batterispænding, såsom 12,15 V, og strøm uden belastning. Spændingsenheden skal skrives som "V" (med stort bogstav), hvis det er et lille bogstav "v", skal der trykkes kort på knappen for at aktivere load shedding-funktionen for at vende tilbage til det store "V".

Lad os nu justere afskæringsspændingen for potentiometeret, for eksempel for et 12V syrebatteri ville det være en total afladningsspænding på 10,20V (1,7V/celle, forskellige kilder kan give lidt forskellige størrelser, især afhængigt af producenten). Tryk på knappen til belastningsafbrydelse i længere tid (mere end 3 sekunder), indtil bogstavet "V" ændres til et lille "v". Drej spændingspotentiometeret til den maksimale værdi og lad det allerede være - med den isolerende belastning vender de tilbage til standbytilstand.

Nu er det nok at indstille den ønskede belastningsstrøm, helst i 20 timer (normalt i overensstemmelse med anbefalingerne for syrebatterier), for eksempel 2,5 A for et 50 A/h batteri, og vente på slutsignalet - bip. Afhængigt af batteriets tilstand kan dette tage flere timer. Takket være belastningsafskæringsfunktionen behøver du ikke bekymre dig om at gå glip af en fuld afladning og beskadige batteriet - belastningen slukker automatisk. På displayet kan vi aflæse værdien af ​​kapacitansen og måletiden, der er gået.

Kapacitansføling aktiveres automatisk, når en strøm på mindst 50mA er detekteret, uden nogen trykknapdrift og afskæringsspændingsjusteringer beskrevet ovenfor - de tjener kun til at aktivere spændingskontroltilstand og belastningsafbrydelse.

En af processorudgangene indeholder en USART-softwaretransmission ved 9600 8N1 hastighed på et sekunds cyklus, som inkluderer information, der er identisk med den, der vises på displayet i form af ASCII-koder. Du kan sende dataoverførsel, for eksempel til en computer via en hvilken som helst RS232-TTL/USB-adapter og læse informationen direkte på en hvilken som helst terminal ved at angive den relevante COM-port på adapteren. De transmitterede data inkluderer ASCII-koderne, der styrer terminalen, nemlig CR + LF-koderne i enderne af linjen og CLRSCR-koden til at rydde skærmen i begyndelsen af ​​hver transmission, så dataene vises i terminalvinduet i en fast placering (vinduet ruller ikke, når data modtages) .

Mikrocontrolleren styrer direkte det 2x16 alfanumeriske LCD-display i 4-bit tilstand. Displayet viser 6 parametre,

• i den øverste linje: spænding, strøm, radiatortemperatur;
• på bundlinjen: effekt, effekt, måletid.

Der er flere potentiometre i kredsløbet. De bruges til at korrigere spændings- og strømmålinger, samt vise kontrast og til at justere belastningsstrømniveauet (grov og fin), samt til at indstille afskæringsspændingen for A/h-målinger.

Strømkilden er en 3W, 12V strømtransformer.Den standard indbyggede regulator i SMD-versionen giver 5V til at forsyne hele kredsløbet, mens 9V-regulatoren i TO-92 op-amp-pakken er loddet på sporsiden, den spænding er filtreret flere elektrolytiske kondensatorer og keramik.

Det elektroniske kredsløb var opdelt i to printkort: et processorkort med interagerende kredsløb og et belastningskort med en transistor og modstande. De er designet, så de kan deles i to dele eller efterlades som ét stort bræt. Ved adskillelse forbindes brædderne ved hjælp af korte stykker ledning, gerne kabel, og placeres i kabinettet, så de er så tæt på hinanden som muligt (forbindelsesledninger er så korte som muligt). Effekttransistoren er forbundet til en ret stor radiator med en ventilator.

Hele kredsløbet blev placeret i en typisk metalkasse fra en ATX-computerstrømforsyning. Et frontpanel med et hul til displayet er fastgjort til en af ​​væggene. Udover displayet er der også bananstik til tilslutning af kilden, der testes, og justeringspotentiometre. På grund af det faktum, at dette er et etui fra en computerstrømforsyning, er der allerede et stik til en 220 V strømledning.