В стать приводится схема измерителя емкости автомобильных аккумуляторов. Основой схемы является микроконтроллер PIC16F873A . Вся информация выводится на светодиодный индикатор с общим катодом.
Вообще я эту схему и программу сочинял по настоятельной просьбе одного из посетителей сайта уже давно, но этот настоятельный посетитель скоропостижно куда-то пропал. Поэтому выкладываю все и для всех.
В принципе схема состоит из уже проверенных рабочих фрагментов из разных устройств, поэтому данное устройство я в «железо» не воплощал. Работа измерителя была симулирована в PROTEUS 7.7 SP2.
Работа схемы
На транзисторе VT1 и ОУ DA1.1 – LM358N собран электронный эквивалент нагрузки со стабилизацией втекающего тока разряда испытуемого аккумулятора.
Уровень тока разряда устанавливают подстроечным резистором R5. Низкоомный резистор R7 является датчиком тока для усилителя DA1.1, с него же снимается сигнал для АЦП микроконтроллера – цифровой амперметр. На ОУ DA1.2 собран компаратор ограничения напряжения разряда аккумулятора. Контролируемое напряжение с разряжаемого аккумулятора через делитель напряжения R8 и R9 подается на инвертирующий вход ОУ DA1.2. Коэффициент деления этого делителя составляет 1:10, это же напряжение через переключатель SA1, контакты 1-3 подается на оцифровку на вход RA1 микроконтроллера DD1. Это цифровой вольтметр. На не инвертирующий вход ОУ DA1.2 подается опорное напряжение с делителя R2 и R3. Резистором R9 производится подстройка показаний цифрового вольтметра. Резистором R3 производится установка напряжения ограничения разрядки аккумулятора. Величину этого напряжения можно посмотреть, переведя переключатель SA1 в нижнее по схеме положение. Транзистор VT2 – это импульсный усилитель звукового сигнала окончания разрядки аккумулятора. Изменяя величину резистора R13, можно изменять громкость звучания громкоговорителя ВА1. Микросхема DA2 – стабилизатор напряжения питания микроконтроллера, а так, как в качестве опорного напряжения при оцифровке сигналов в программе выбрано напряжение питания контроллера, то величина этого напряжения должна быть отрегулирована резистором R11 на уровне 5,12В. Светодиод HL1 это индикатор окончания процесса измерения.
Настройка прибора
Не вставляя запрограммированный микроконтроллер, подаем питание на правильно собранное устройство. Резистором R11 устанавливаем на выходе стабилизатора напряжение 5,12 вольт. Снимаем напряжение питания с платы и вставляем микроконтроллер. Переводим переключатель SA1 в верхнее положение, отключает коллектор транзистора VT1, подаем на разъем подключения аккумулятора контрольное напряжение 12 вольт. Такого же показания добиваемся на индикаторе вольтметра с помощью резистора R9. Переводим переключатель SA1 в нижнее положение, и выставляем напряжение ограничения разрядки, например, 10,5 вольт. При этом напряжение на выходе ОУ DA1.2 должно быть равно нулю. Начинаем плавно уменьшать контрольное напряжение и в районе 10,5 вольт должен сработать компаратор, при этом на его выходе напряжение должно возрасти до, примерно, пяти вольт (логическая единица). Эту единичку зафиксирует контроллер и подаст прерывистый звуковой сигнал, сигнализирующий о конце измерения емкости аккумулятора. Одновременно засветится светодиод HL1.
В цепь разряда аккумулятора включаем контрольный амперметр, устанавливаем нужный ток (ток разряда автомобильных аккумуляторов выбирают в соответствии с формулой С/10, где С – емкость аккумулятора)разряда резистором R5 и сверяем наши показания с контрольными. Точность нашего амперметра в основном зависит от точности величины резистора датчика тока R7. Если показания будут завышенными, то величину резистора R7 надо будет уменьшить.
Работа с прибором.
Берем полностью заряженный аккумулятор и подключаем к устройству. Отсчет времени разряда начинается сразу же. На левом по схеме индикаторе мы увидим значение тока разряда, на среднем — напряжение на разряжаемом аккумуляторе, при условии, что SA1 в верхнем положении. На правом индикаторе со временем будет отображаться текущие значения емкости. Емкость определяется с точностью до десятых долей. Из этого следует, что показания емкости будут меняться каждые 6 минут. После того, как напряжение на аккумуляторе уменьшится до выбранного вами предела, засветится светодиод, прозвучит сигал. Контроллер зафиксирует измеренную емкость, но процесс разряда не прекратится, имейте это ввиду.
Если вы не знаете, как проверить батарею мультиметром своими руками, то мы предлагаем вам ознакомиться с методами проведения тестирования.
Для начала рассмотрим способ контрольного разряда, его выполнение осуществляется в несколько шагов:
- В первую очередь аккумулятор машины нужно будет до конца зарядить, а затем разрядить. В ходе выполнения важно поддерживать на одном уровне величину тока либо мощности.
- После того, как вы сможете добиться нужного параметра напряжения, процедуру разряда необходимо будет остановить, при этом надо зафиксировать и время. В конечном счете результаты контрольной разрядки надо будет сравнить с основными техническими параметрами аккумуляторной батареи. Если ранее вы также тестировали устройство, то результаты надо сравнить.
- Если батарея будет долго разряжаться при нагрузке, это будет говорить о том, что ее емкость высокая.
Данный метод тестирования подходит не всем, так как для его выполнения автовладелец должен не только правильно подойти к выполнению задачи, но и располагать свободным временем. Так что для тестирования можно применить простой тестер. При такой диагностике величина нагрузки должна быть такой, чтобы она смогла забрать 50% тока, который нужен для нормального функционирования батареи. Этот способ тестирования актуален тогда, когда АКБ полностью заряжена (видео опубликовано каналом Avto-Blogger.ru).
Чтобы разрядить устройство, можно применить обычную лампочку накаливания, к которой подключаются два провода, и которая впоследствии подсоединяется к АКБ. Если в ходе диагностики вы увидели, что освещение, которое выдает лампа, стало слишком тусклым, это говорит о том, что аккумулятор разрядился. Если в итоге тестирование показало, что показатель напряжения равен 12.4 вольтам, это свидетельствует о том, что ваша батарея имеет хорошую емкость.
Проверка напряжения АКБ?
Поскольку показатель напряжения на выводах АКБ транспортного средства составляет либо 12, либо 24 вольта, владельцу машины не обязательно соблюдать все меры безопасности. Чтобы получить наиболее точные результаты тестирования, сначала следует осуществить замер величины переменного, а также постоянного тока. Сам процесс замера выполняется с применением выводов, которые находятся на торцевой стороне девайса. Тестер подключается к выводам АКБ, а затем тестер следует настроить в режим измерения постоянного тока. 12.4-12.6 вольт — это самый оптимальный параметр напряжения на клеммах автомобильной батареи.
По факту срок службы девайса можно увеличить благодаря верному использованию. При заглушенном двигателе не следует в течение длительного времени использовать энергопотребители — оптику, аудиосистему, печку и т.д. В противном случае быстрый разряд вашему аккумулятору обеспечен. Рекомендуется отключать все потребители энергии за несколько минут до того, как заглушить силовой агрегат, это позволит немного восстановить заряд.
Ежегодно возрастает количество вспомогательного оборудования, инструментов, используемых в сервисных центрах, крупных АТП. Появляются не только новые инструменты, но и электроника, заметно облегчающая проведение диагностики. Разработанный талантливыми инженерами тестер аккумуляторных батарей позволяет за считанные секунды определить работоспособность источника питания, оставшийся ресурс. Приборы пользуются стабильным спросом, ведь с их помощью заметно ускоряется процесс проверки элементов питания.
Особенности измерительного оборудования
Отметим, что устройства компактны, не занимают много места. Производители предоставляют подробные инструкции, благодаря которым несложно разобраться в алгоритме работы изделия. Оснащенный опциями тестер емкости заслуживает более внимательного изучения, изложенные сведения наверняка вам помогут быстрее определиться с выбором:
- Начать следует с самых частых сфер применения. При поступлении товарных партий от производителя на складские площадки, в магазины появляется возможность моментально выявлять дефектные экземпляры. Регулярное снятие рабочих параметров в процессе эксплуатации АКБ позволяет своевременно выявлять отклонения от оптимальных характеристик, определять примерный оставшийся ресурс.
- Оборудование оснащено USB с помощью которого появляется возможность создания объемной базы данных. Обработка полученного сигнала занимает всего три секунды. Этого времени достаточно для снятия информации.
- Современный, продвинутый тестер емкости аккумуляторных батарей способен с минимальной погрешностью снимать показания с АКБ в разных температурных режимах. При этом оценка емкости максимально точна, независимо от температуры источника энергии.
- Конструкторы позаботились о создании надежной защиты от помех, поэтому степень погрешности в любых условиях минимальна.
Оправданные расходы
Не первый год реализуются устройства, способные быстро проверять АКБ. За это время удалось собрать данные пользователей, свидетельствующие о несомненной пользе электроники. Даже на небольшом предприятии тестер для проверки аккумуляторных батарей оправдает себя за полгода. Продукция незаменима, если в гараже есть хотя бы десяток единиц техники.
Не секрет, что со временем емкость аккумуляторных батарей становится меньше, и они уже не могут отдавать устройству то количество тока, которое могли отдавать раньше. В связи с этом у многих пользователей часто возникает вопрос о том, как измерить емкость аккумулятора, а точнее, как узнать показатель его остаточного потенциала, с помощью которого можно понять, будет ли нуждаться АКБ в ближайшей ее замене.
Если исходить из понятия, что показатель емкости - это количество энергии или тока, отдаваемое батареей в течение определенного промежутка времени, просто не получится. Если речь идет о том, как узнать реальную емкость аккумулятора в виде пальчиковых батареек, здесь придется вначале произвести замеры тока, а потом воспользоваться некоторыми нехитрыми вычислениями - для того, чтобы показатель был как можно более точным. Что же касается любого мобильника на базе Андроид, с помощью небольшого USB-тестера.
Простая проверка емкости АКБ USB-тестером с последующим уточнением
USB-тестер для измерения емкости аккумуляторов имеет очень богатый функционал - с его помощью измеряется емкость батарей планшета, смартфона, . На основании того, что показывает этот прибор, можно составить представление об изношенности аккумуляторов: стоит ли менять батарею, либо нужно приобретать новый девайс.
С помощью всего лишь одной кнопки управления можно измерить разные показатели, в том числе и емкость аккумуляторной батареи того или иного устройства. Кнопка переключает ячейки памяти тестера и режимы работы. Если в подключаемом устройстве достаточный уровень напряжения, тестер включается.
Показатель емкости АКБ измеритель отображает как правило в левом нижнем углу. Точность замеров тестером не является стопроцентной , а посему рекомендуется воспользоваться несложной математической формулой на основании следующего примера.
Допустим, у вас есть некое устройство (телефон, повербанк или планшет), которое, будучи полностью разряженным, зарядилось в промежуток времени, равный 3 часам. Если вы ради любопытства сделали замер тока с помощью тестера, и его показатель составлял, например, 1,15 А, реальная емкость аккумуляторной батареи вашего устройства вычисляется путем перемножения меж собой этих двух чисел. 1,15 ампер - это 1150 миллиампер, умножаем это число на 3 и получаем 3450 мАч. Так измеряется реальная емкость. Если на вашем устройстве «вместимость» тока указана производителем в несколько раз больше фактической, это просто стандартный рекламный ход, верить которому не стоит.
Как определить емкость батареек с помощью мультиметра
Саму емкость аккумулятора мультиметром определить не получится. Если быть точнее, этот прибор поможет в определении фактических показателей емкости.
Для того чтобы узнать емкость аккумулятора 18650, а также иных элементов питания, применяются так называемые «умные зарядные устройства». Но их стоимость довольно велика. Покупать такие ЗУ просто для определения емкости у пары-тройки аккумуляторов не стоит. Этот показатель легко определит обычный способ вычисления с предварительным использованием мультиметра. Однако при расчетах нужно соблюдать определенные тонкости.
Проверка показателя емкости аккумуляторных батарей мультиметром - это не просто измерение реального ее показателя, вычисления которого производятся с помощью элементарных математических вычислений. Необходимо обязательно измерить тот уровень тока, который отдает элемент питания (любая батарейка), и посчитать точное количество времени, в течение которого АКБ могла беспрерывно и качественно производить отдачу электрохимической энергии. Важно помнить о том, что все замеры не будут иметь уровень стопроцентной точности. Но именно они как нельзя лучше отражают истинную суть дела.
Имеют свою шкалу разрядов. Она показывает, насколько U зависит от показателя заряда. Это необходимо знать: именно от уровня напряжения зависит показатель тока, идущего через сопротивление. Для того, чтобы эта зависимость не влияла на измерения, следует собрать дополнительное устройство - линейный стабилизатор тока (2,7-3 вольта).
Использование линейного стабилизатора
Применяя данный стабилизатор, установите показатель тока, рассчитав его из U аккумуляторной батарейки 2,7 вольт. Затем, используя стабилизатор U, подсоедините любое резисторное устройство (оно может быть изготовлено самостоятельно, либо приобретено в интернет-магазине). Измерьте ток, который проходит по цепи, и поставьте секундомер. Далее периодически проверяем и проводим контроль напряжения на клеммах батареи. Когда оно достигнет цифры 2,7 вольт , секундомер нужно будет быстро выключить и зафиксировать полученное время.
Итак, как измерить емкость аккумулятора 18650 и иных химических источников тока? Реальный показатель м ы выводим, произведя умножение показателя тока, идущего по цепи путем сопротивления, на то самое время (в часах), которое было изначально потрачено . В этом и заключается наиболее точное измерение емкости. При отсутствии технических возможностей сконструировать стабилизатор напряжения, осуществить подсчеты и замеры будет труднее. Попробуйте найти выход из ситуации, используя переменный резистор.
Использование переменного резистора
Для того чтобы качественно провести тест на емкость, можно воспользоваться батарейкой меньшего формата. Например, 14500, фактическая емкость которой - 300 мАч. Возьмем переменный резистор в 100 Ом. Важный момент: если будет применяться резистор постоянного тока, процесс усложнится тем, что нужно будет часто записывать результаты его показаний и проводить расчеты потраченной емкости для определенных участков шкалы .
Есть возможность максимально усреднить показатели, ориентируясь в подсчитывании на «среднее арифметическое» число тока. Для того чтобы понять, как измерить емкость аккумулятора, рекомендуется применение переменного резистора с дозированным уменьшением показателя сопротивления в течение всего времени, пока проходит разряд аккумулятора. Важно, чтобы уровень тока был примерно одним и тем же на протяжении всего процесса.
Теперь переключите мультиметр в позицию вольтметра (измерение U) и замерьте U на клеммах вашей батарейки. Допустим, она имеет неполный уровень заряда, скажем, 4 вольта. Далее разрядите ее, подавая ток 450-500 миллиампер, время от времени сбавляя уровень сопротивления и контролируя напряжение. Когда оно снизится до цифр 2,7 вольт, отключите секундомер. Для того чтобы провести полный разряд батарейки посредством 500-миллиамперного тока , нужно около получаса, точнее, 25 минут . Теперь проведем умножение этого тока на количество времени, измеряемое в часах. Итак, реальный показатель емкости составляет 200 мАч .
Таким образом, становится ясно, как узнать емкость аккумулятора, применив наиболее точный способ - не просто путем замеров, но путем математических вычислений, которые наиболее точно могут отразить фактическое состояние АКБ и помочь пользователю сориентироваться в том, какой у нее потенциал в реальности.
Свинцово-кислотные аккумуляторы, на первый взгляд, очень просты по конструкции. Но оборотной стороной такой простоты является необходимость точно выдерживать определенные правила по эксплуатации аккумулятора. Только тогда он реализует заявленное производителем количество циклов заряд-разряд, а иногда и покажет лучший результат. Для этого потребуется дополнительное оборудование, о котором и пойдет речь в статье.
Сульфатация пластин аккумулятора
Основная опасность, которая существует для свинцово-кислотного аккумулятора — хранение устройства в разряженном состоянии. При этом происходит процесс так называемой сульфатации — осаждения на пластинах сульфата свинца (PbSO4), являющегося диэлектриком. Минимально допустимое напряжение на клеммах аккумулятора обычно приводится в его документации. Например, для большинства свинцово-кислотных аккумуляторов с номинальным напряжением 12,6 В минимальное напряжение, после которого начинается процесс интенсивной сульфатации пластин аккумулятора, составляет 10,8 В.
Измерение напряжения и внутреннего сопротивления аккумуляторных батарей
Простейшим видом контроля аккумулятора является измерение ЭДС на его клеммах. При ЭДС меньше минимально допустимого уровня аккумулятор подзаряжают до номинального напряжения на клеммах. Но такой метод пригоден только для заведомо исправных аккумуляторов. Если пластины уже покрыты толстым слоем сульфата свинца, то у аккумулятора будет высокое внутреннее сопротивление. При этом ЭДС на клеммах может быть на номинальном уровне, но аккумулятор будет быстро разряжаться или вообще не сможет обеспечить требуемый ток в нагрузке. Вольтметр этого обнаружить не сможет. Тем не менее, при своевременном обнаружении сульфатации на пластинах, аккумулятор еще можно спасти, о чем пойдет речь чуть ниже.
Для контроля аккумулятора с возможностью оперативного обнаружения неисправности требуется специальный прибор. Помимо напряжения на клеммах, он должен измерять внутреннее сопротивление (или проводимость) аккумулятора. Сравнив измеренные значения с приведенными в документации на аккумулятор, можно сделать вывод о пригодности батареи для дальнейшей эксплуатации. Примером такого прибора является PITE 3915 . Его важным преимуществами являются наличие большого цветного ЖК-дисплея и удобной клавиатуры.
Зачастую для ускорения работы требуются не только сами данные, но и оценка, выходят ли они за допустимые пределы. В этом случае удачным выбором будут измерительные приборы Fluke серии BT500 .
Пользователь может установить пороговые значения для 10 параметров, при прохождении каждого из которых прибор выдает предупреждение. Другой особенностью серии приборов Fluke BT500 является функция измерения пульсаций зарядного устройства. Возможно измерение циклов заряда-разряда сразу для нескольких аккумуляторов. При этом для каждого аккумулятора в памяти прибора заводится свой профиль, в котором накапливаются данные последовательно сделанных измерений. Помимо базовой модели Fluke BT510, в серию входят Fluke BT520 для измерения параметров аккумуляторов, установленных в шкафах и других труднодоступных местах, а также Fluke BT-521 с расширенными функциями. В комплект поставки Fluke BT520 и BT521 входят интерактивный зонд (BTL20 и BTL21 соответственно), а также сумка для переноски. Особенностью Fluke BT521 являются функции измерения температуры, а также беспроводной связи с мобильным устройством.
Зависимость силы тока, протекающего через аккумулятор, от разности потенциалов на его выводах, является нелинейной величиной. Поэтому внутреннее сопротивление аккумулятора, измеренное по постоянному току, носит скорее оценочный характер, так как зависит от многих факторов. Для многих практических применений такой точности достаточно — принимается решение исправен/неисправен аккумулятор. Но, если вы хотите понять, стоит ли возиться с восстановлением аккумулятора, требуется более точно измерить внутреннее сопротивление. Повысить точность измерения внутреннего сопротивления батареи можно, если производить это на переменном токе. Именно такой способ реализован в приборе PITE BT-301 . Другой важной особенностью прибора является наличие в нем дополнительной функции проверки никель-кадмиевых аккумуляторов.
Приборы для измерения ёмкости аккумулятора
Перечисленные выше приборы требуют для принятия решения определенным образом трактовать их показания. Для этого, во-первых, нужен персонал высокой квалификации, а, во-вторых, документация на аккумулятор, чтобы было с чем сравнить измеренные параметры. Но существуют и простые в использовании тестеры аккумуляторов, измеряющих напряжение и емкость аккумулятора. При этом достаточно приложить тестер к клеммам аккумулятора на несколько секунд. Далее емкость и напряжение сравниваются с указанными на корпусе аккумулятора.
Недостатком такого способа проверки аккумуляторов является то, что для него используется способ измерения емкости, характеризующийся невысокой точностью и работающий в ограниченных границах диапазона емкостей. Тем не менее, для практического применения возможностей такого тестера вполне достаточно.
Примером компактных и простых в использовании измерителей емкости аккумуляторов является серия приборов «Кулон» отечественного производства. Время измерения составляет 4 с. В процессе измерения на аккумулятор подается сигнал особой формы. По отклику определяется активная площадь пластин, на основании чего вычисляется емкость.
Следует отметить, что для критически важных применений измерение емкости аккумулятора следует проводить с помощью специально предназначенной для этого нагрузки, например PITE-3980 . Данный прибор способен передавать данные о разряде аккумулятора беспроводным способом.
«Умные» решения для проверки аккумуляторных батарей
В том случае, если аккумуляторы задействованы в критически важных системах, лучше всего постоянно осуществлять их мониторинг. Для этого на помощь приходят современные технологии:
