Зарядное устройство с функцией определения емкости. Прибор для измерения емкости аккумулятора

Модульный вариант наглядного и точного измерителя Ампер-часов аккумуляторов, собранный с минимальными затратами из компьютерного мусора.
Это мой отклик на статью .

Небольшая прелюдия…
Под моим покровительством находится парк из 70 компов, разных годов выпуска и состояния. Естественно на подавляющем количестве имеются источники бесперебойного питания (по тексту – ИБП). Организация бюджетная, денег конечно не дают, типа - делай, что хочешь, но должно всё работать. После коротких тестов с нагрузкой в виде лампочки на 150 Ватт выявил что 70% ИБП не держат нагрузку больше 1 минуты, ИБП фирмы АРС грешат контактами реле переключения (он переходит на АКБ, гудит-пищит, а на выходе полный ноль). Конечно никто мне не давал все ИБП проверить разом. Выход оказался прост: раз в пол года – год забирал компы на чистку, смазку, заодно и ИБП на тест и осмотр потрохов.

Конечно ИБП разных марок и мощностей (есть старичек на 600 Ватт 1992 года выпуска, АКБ родная сдохла этой осенью, до этого делал реанимацию 4 года назад). Если кто не в курсе в бытово-оффисных ИБП применяются АКБ разных типов, корпусов, напряжений и ёмкостей. Типовой представитель - это GP1272F2 (12 Вольт, 7 А/ч). Но попадаются и на 6В - 4,5 А/ч.

Цены на аккумуляторы часто превышаю половину цены нового ИБП. Да ещё в конторке (в которой подрабатываю) тоже скапливаются дохлые батарейки. Возник вопрос, а какова реальная ёмкость до и после поднятия из мусорной корзины, сколько минут работы можно ожидать от ИБП. И тут попалась на глаза статейка И. Нечаева в журнале "Радио" 2/2009 о подобном измерителе.
Конечно, некоторые моменты мне не понравились, такая вот я сволочь .
И так начнём-с…

Это оригинальная схема из статьи

ТТХ: ток разряда 50, 250, 500 ма, напряжение отсечки 2,5-27,5 Вольт.
Перечислю, что не понравилось: ток разряда максимальный всего 0,5а (да и ждать когда разрядится 7 ач не интересно), диапазон отсечки слишком широк и его легко сбить, на пуск через кнопку идёт весь ток, стабилизатор тока на полевике для светодиода это перебор, диод в управляющем выводе увеличивает требуемое падение на токовых резисторах до 1,8В и в случае пробоя 317 ходикам каюк.

Про ток разряда: у аккумов бывает что активная масса как бы запечатывается в намазке (не путать с сульфатацией), при этом подвижность электролита снижается и если разряжать его малым током, то он может отдать ёмкость полностью, а при установке в ИБП тест не пройдёт. Ну тогда надо разряжать его малым током и заряжать, т.е. лечить.
Модульность того, что у меня получилось, хороша тем что можно изготовить 2 и больше разрядных модуля (можно 1 и переключать токовые резисторы) разной мощности или даже типа и 2 отсекателя для 6-ти и 12-вольтовых батарей или 1 с переключателем.

Фотки моего измерителя:

Видим: блок отсекателя, токовая нагрузка, ходики китайские.
Повторюсь, работаю сисАДмином, починяю иногда материнские платы, поэтому имеется некоторая горка дохлого железа.
Начну в обратном порядке: ходики маленько модифицируются, что бы ходили при питании от 1,5 до 25 Вольт.
Схема модификации ходиков:

1117 дёрнул с дохлой материнской платы.
Резистор на 2 кОм это минимальная нагрузка стабилизатора.

соответственно схема:

Это на 2 ампера. Так как R1 оказался больше 0,75 ом пришлось добавить 2 сопротивления (это R3, два в одном на фото) что бы ток был 2 ампера. Если кто то не заметил, прокладок между микрой с транзистором на радиатор нету. Можно конечно использовать и другую схему, типа как в радио 3/2007 стр. 34, только добавьте опорное напряжение.
Токовая и термозащита в 317 (настоящей) есть.

Ну и самая страшная часть, это отсекатель.

Супер 3D-монтаж, зато всего 3см кубических, на печатке будет гораздо крупнее. Полевик, если на 6В АКБ, то очень желательно с логическим управленим.
Данная часть почти не отличается от первоначальной, кнопка пуск перенесена с сток-исток на коллектор-эммитер, переменник заменён на фиксированный делитель, китайский сверхяркий светодиод через резистор.

Возможные вариации: верхнее плечо (по исходной схеме это R4) заменить на сопротивление + переменник, ограничив таким образом диапазон настройки (требуется когда ток разряда соизмерим с ёмкостью АКБ); возможны иные идеи.

Для формул Uref=2.5v для обычных 431, а для 431L оно равно 1.25v.

Отсекатель с фиксированным напряжением:

Формула для расчета: Uотс= Uref(1+R4/R5)
или R5=(Uотс- Uref)/(Uref*R4)

Отсекатель с регулируемым напряжением:

Формула для расчета: Uотс = Uref(1+(R4+R6)/R5)
или R5 = (Uотс- Uref) / (Uref*(R4+R6))

Но тут надо считать от переменника, на нём при разряде 0,1с должно падать (Uдельта) 1,15v для 6в акб и 2,30v для 12v акб.
Поэтому формулы преобразуются и расчет несколько иной.
Uмин смотрим в таблице ниже.
R5 = Uref * R6 / Uдельта
R4 = ((Uмин -Uref) * R5) / Uмин

Каждый автовладелец задается вопросом, какой необходим прибор для измерения емкости аккумулятора. Измерение данной величины зачастую проводится при прохождении планового ТО, однако будет полезным научиться самому ее определять.

Прибор для измерения емкости аккумулятора

Емкость аккумулятора - это параметр, который определяет объем энергии, отдаваемый батареей при определенном напряжении за один час. Измеряется он в А/ч (Ампер в час), и зависит от которую определяют специальным устройством - ареометром. При покупке новой батареи все технические параметры производитель указывает на корпусе. Но эту величину можно определить и самому. Для этого существуют специальные приборы и методы.

Самый простой способ - это взять специальный тестер, например "Кулон". Это современный прибор для измерения емкости автомобильного аккумулятора, а также его напряжения. В этом случае вы затратите минимальное количество времени и получите достоверный результат. Для проверки необходимо подключить прибор к клеммам батареи и в течение нескольких секунд он определит не только емкость, а также напряжение аккумулятора и состояние пластин. Однако существуют и другие емкости АКБ.

Первый метод (классический)

К примеру, мультиметр можно использовать, как прибор для измерения емкости аккумулятора автомобиля, но с его помощью точных показаний вы не получите. Обязательным условием для данного метода (его называют методом контрольной разрядки) является полный заряд батареи. Для начала необходимо подключить к аккумулятору мощный потребитель (вполне подойдет обычная лампочка мощностью 60Вт).

После необходимо собрать цепь, которая состоит из мультиметра, АКБ, потребителя, и подать нагрузку. Если лампочка в течение 2 минут не меняет своей яркости (в противном случае аккумулятор восстановлению не подлежит), снимаем показания прибора в определенные интервалы времени. Как только показатель упадет ниже стандартного напряжения батареи (под нагрузкой она составляет 12В), начнется ее разряд. Теперь, зная промежуток времени, который потребовался на полное опустошение запаса энергии и ток нагрузки потребителя, необходимо перемножить эти значения. Произведение этих величин и является реальной емкостью АКБ. Если полученные значения отличаются от паспортных данных в меньшую сторону, необходима замена батареи. Этот метод дает возможность определить емкость любой АКБ. Недостатком данного метода являются большие затраты времени.

Второй метод

Также можно воспользоваться методом, при котором аккумулятор разряжают через резистор, применяя специальную схему. Используя секундомер определяем время, затраченное на разряд. Так как энергия будет теряться при напряжении в пределах 1 Вольта, мы с легкостью определим воспользовавшись формулой I=UR, где I - сила тока, U - напряжение, R - сопротивление. При этом необходимо избежать полной разрядки батареи, используя, например, специальное реле.

Как сделать прибор самостоятельно

При отсутствии возможности приобретения готового устройства, всегда можно собрать прибор для измерения емкости аккумулятора своими руками.

Для определения степени заряда и емкости АКБ можно воспользоваться В продаже имеется много моделей уже готовых вилок, однако можно собрать ее собственноручно. Далее рассматривается один из вариантов.

В данной модели используется расширенная шкала, благодаря чему достигается высокая точность измерений. Имеется встроенное нагрузочное сопротивление. Шкала разделена на два диапазона (0-10 В и 10-15 В), что дает дополнительное снижение погрешности измерений. Устройство также имеет 3-х вольтовую шкалу и другой вывод измерительного приспособления, давая возможность проверки отдельных банок АКБ. Шкала на 15В достигается благодаря снижению на диоде и стабилитроне напряжения. Величина тока устройства возрастает, если значение напряжения превышает уровень открытия стабилитрона. При подаче напряжения ошибочной полярности защитную функцию выполняет диод.

На схеме: R1- передает стабилитрону требуемый ток; R2 и R3 - резисторы, подобранные для микроамперметра М3240; R4 - определяет ширину узкого диапазона шкалы; R5 - нагрузочное сопротивление, включается тумблером SB1.

Сила тока нагрузки определяется по закону Ома. В расчет принимается нагрузочное сопротивление.

Прибор для измерения емкости аккумулятора АА

Емкость аккумуляторов типа АА измеряется в мА/ч (миллиампер в час). Для измерения таких батарей можно применять специальные зарядные устройства, которые определяют ток, напряжение и емкость батареи. Примером такого устройства является прибор для измерения емкости аккумулятора AccuPower IQ3, который имеет блок питания с диапазоном напряжения от 100 до 240 Вольт. Для измерения потребуется вставить аккумуляторы в устройство, и на дисплее появятся все необходимые параметры.

Определение емкости с помощью зарядного устройства

Также емкость можно определить и с помощью обычного зарядного устройства. Определив величину силы тока заряда (она указывается в характеристиках прибора), необходимо полностью зарядить аккумулятор и засечь затраченное на это время. После, перемножив эти два значения, получаем приблизительную емкость.

Более точные показания можно получить, воспользовавшись еще одним методом, для которого вам потребуется полностью заряженный АКБ, секундомер, мультиметр и потребитель (можно использовать, например, фонарик). Подключаем потребитель к аккумулятору, и при помощи мультиметра определяем ток потребления (чем он меньше, тем более достоверны результаты). Засекаем время, в течение которого светил фонарик, и полученный результат умножаем на ток потребления.

Если Вы собираетесь купить аккумуляторы, но у Вас ещё нет зарядного устройства, или Вы хотите купить зарядное устройство взамен старого, то неизбежно возникает вопрос – какое купить зарядное устройство, что выбрать из огромного разнообразия?

Зачем нужно качественное зарядное устройство?

Срок службы качественных NiMH аккумуляторов при правильном уходе за ними составляет в среднем 3-5 лет. Ёмкость современных аккумуляторов сопоставима с ёмкостью дорогих щелочных (Alkaline) одноразовых батареек, но в отличие от них, аккумуляторы могут быть использованы от 500 до 3000 раз. Выгода от покупки аккумуляторов очевидна!

Для того, чтобы аккумуляторы долго служили и эффективно работали, необходимо правильно выбрать зарядное устройство. Стандартная ошибка многих покупателей - это покупка дорогих высококачественных аккумуляторов и покупка дешёвого зарядного устройства или использование старого, когда-то давно купленного. В итоге даже самые дорогие аккумуляторы быстро выйдут из строя.

Есть по крайней мере 3 причины, по которым не следует экономить на покупке зарядного устройства:

1. Дешевые зарядные устройства могут заряжать аккумуляторы крайне медленно - до нескольких суток;

2. Так же дешевые зарядные устройства могут заряжать аккумуляторы очень быстро, но в тоже время они могут не иметь надлежащей защиты от перегрева и перезаряда аккумуляторов, что существенно сокращает срок их службы.

3. Дешевые зарядные устройства не позволяют контролировать процесс зарядки, могут не иметь автоматического отключения после окончания заряда аккумулятора. Приходится "на глаз" рассчитывать время заряда, это не удобно и не точно - аккумуляторы могут как недозарядиться, так и перезарядиться;

Все эти факторы негативно влияют на качество работы аккумуляторов, а также значительно сокращают срок их службы.

Проблемы могут быть предупреждены или решены с помощью качественного зарядного устройства. Производители предлагают разнообразные зарядные устройства, ориентированные на широкий круг потребителей: от продвинутых пользователей, кто хочет полностью контролировать процесс и параметры зарядки аккумуляторов, до обычных покупателей, которые ничего не хотят знать о процессе зарядки аккумуляторов.

Что нужно учесть при выборе зарядного устройства?

При выборе зарядного устройства, обратите внимание на следующие важные моменты:

1. Наличие независимых каналов для зарядки каждого аккумулятора отдельно

Многие дешёвые зарядные устройства заряжают аккумуляторы только парами. Это создаёт ряд неудобств в использовании. Во-первых, необходимо следить, чтобы не путались пары аккумуляторов, которые используются в устройствах. Во-вторых, во многих устройствах используется нечетное количество аккумуляторов, которое нельзя зарядить в таком зарядном устройстве. Приходится искать какой-нибудь дополнительный аккумулятор, чтобы дополнить пару для зарядки, что очень не удобно.

Кроме того, со временем аккумуляторы в паре начинают отличаться по ёмкости, что сказывается на продолжительности и качестве работы пары. Различие в ёмкости может достичь такой степени, что из-за одного недозаряженного аккумулятора пара практически перестаёт работать и пользоваться аккумуляторами становится невозможно.

для АА/ААА+КРОНА

для Li-ION+АА/ААА:

XTAR MC2 XTAR MC2S

TrastFire TR-001

4. Наличие функции «разряд»

Функция «разряд» - очень полезная функция, которая позволяет продлить жизнь аккумуляторов и поддерживать высокие показатели их работы. Дело в том, что аккумуляторы считаются разряженными, когда напряжение на них равно 0,9 Вольт, тогда как многие электронные устройства выключается, когда напряжение на аккумуляторе опускается только до 1,1 Вольта и выше. При заряде не полностью разряженного аккумулятора, со временем проявляется «эффект памяти», который заключается в потере ёмкости аккумулятора и снижении продолжительности его работы.

Для предотвращения проявления «эффекта памяти», рекомендуется полностью разряжать аккумулятор перед его зарядкой. Можно разрядить аккумулятор с помощью фонарика или детской игрушки с моторчиком, но в таком случае есть риск чрезмерного разряда аккумулятора. Если напряжение аккумулятора упадёт ниже 0,9В, то интеллектуальные зарядные устройства могут воспринимать его как неисправный и не заряжать его.

Поэтому, для разряда аккумуляторов рекомендуется использовать зарядные устройства с функцией «Разряд».

При использовании аккумуляторов в игрушках или фонариках, не допускайте глубокого разряда аккумуляторов. Если Вы видите, что аккумулятор уже сел (фонарик тускло светит, моторчик в игрушке слабо крутится или звук искажается) – замените аккумуляторы.

5. Наличие дополнительных функций и возможностей

В настоящее время наиболее популярными являются интеллектуальные зарядные устройства, которые позволяют самостоятельно устанавливать токи заряда и разряда аккумуляторов, разгонять ёмкость аккумуляторов, измерять и восстанавливать ёмкость аккумуляторов.

Покупка такого зарядного устройства имеет смысл в том случае, если Вы постоянно пользуетесь аккумуляторами, и Вам необходимо быть уверенными в ёмкости и работоспособности аккумуляторов или если Вам просто нравится экспериментировать и исследовать. Также, такое зарядное устройство – отличный подарок любому человеку, который использует аккумуляторы.

Интеллектуальные зарядные устройства:

Отдельно стоить отметить интеллектуальные зарядные устройства устройства, которые комплектуются различными дополнительными аксессуарами: аккумуляторами АА и ААА, дорожными сумками, переходниками. Качество комплектных аккумуляторов и аксессуаров обычно довольно высокое, а стоимость аккумуляторов в комплекте обычно ниже, чем стоимость аналогичных аккумуляторов отдельно. Поэтому покупка зарядных устройств с комплектами аксессуаров может быть очень выгодной.

Интеллектуальные зарядные устройства с комплектами аксессуаров:

Среди интеллектуальных зарядных устройство можно выделить продвинутые зарядные устройства. Данные зарядные устройства отличаются наличием дополнительных функций и возможностей: подсветка экрана, измерение внутреннего сопротивления аккумуляторов, широкий диапазон настроек токов заряда и разряда, ручная установка количества циклов заряда/разряда для тренировки/разгона.

Продвинутые зарядные устройства:

6. Возможность работы с аккумуляторами разных форматов и размеров

Если Вы пользуетесь аккумуляторами разных типов (Ni-MH, Li-ion) и разных размеров, чтобы не покупать отдельную зарядку для каждого типа аккумуляторов, Вы можете приобрести универсальное зарядное устройство, которое подойдёт для зарядки несколько типов аккумуляторов. Универсальные зарядные устройства ничем не хуже отдельных зарядных устройств под каждый тип аккумуляторов. По функционалу они также могут также быть как простыми, которые просто заряжают аккумуляторы, так и продвинутыми, которые могут заряжать, разряжать, тестировать и тренировать аккумуляторы, измерять их ёмкость. Универсальные зарядные устройства совмещают возможность работы с Ni-MH аккумуляторами размеров АА, ААА, С и Li-Ion аккумуляторами размеров 18650, 14500, 16340, 26650, 20700, 21700 и др.

Универсальные зарядные устройства:

7. Возможность работы с большим количеством аккумуляторов

Бывают ситуации, когда необходимо заряжать одновременно сразу много аккумуляторов – 6 -12 и более. Вполне очевидно, что использование самых распространённых зарядных устройств на 4 аккумулятора в данном случае неудобно, процесс зарядки занимает много времени и требует дополнительного внимания. Использование нескольких зарядных устройств также может быть неудобным решением проблемы. JBC-017

8. Супер-быстрые зарядные устройства.

В продаже появляются все больше Li-ION аккумуляторов с высокой нагрузочной способностью, для электронных сигарет, электроинструмента, мощных фонарей. В большинстве случаев, такие аккумуляторы допускается заряжать быстро без последствий для их срока службы. Для этих целей производятся специальные зарядные устройства, позволяющие применять максимальные токи заряда для Li-ION аккумуляторов: MiBoxer C2-4000

(абзац ниже предназначен только для Ni-MH аккумуляторов, современные Li-ION аккумуляторы возможно заряжать быстрыми устройствами с токами до 4 ампер.)
В настоящее время на рынке можно встретить много зарядных устройств, которые называются супер-быстрыми, ультра-быстрыми и.т.п. Это означает, что они способны быстро зарядить аккумуляторы. Что это значит на практике? Это значит, что зарядные устройства используют высокие токи для заряда аккумуляторов – 1000 mah на канал и выше. Без контроля за температурой аккумуляторов и системы охлаждения, высокие токи заряда вызывают перегрев аккумуляторов, что крайне негативно влияет на продолжительность их жизни. Качественное супер-быстрое зарядное устройство должно иметь хорошую систему охлаждения, термо-датчики для контроля температуры аккумуляторов, систему защиты от перегрева. В противном случае, продолжительность жизни аккумуляторов может сократиться в разы от заявленной производителем.

Специальные быстрые зарядные устройства с контролем температуры и уровнем заряда аккумуляторов:

Как резюме можно сказать, что для зарядки качественных аккумуляторов целесообразно приобрести качественное зарядное устройство, которое обеспечит долгий срок службы аккумуляторов и высокие показатели их работы. Выбирайте оптимальное зарядное устройство, которое по своему функционалу позволит работать с Вашими аккумуляторами на необходимом Вам уровне. Перед покупкой целесообразно также подумать, не пригодятся ли Вам дополнительные функции в будущем, даже если Вы сейчас не собираетесь ими пользоваться.

Благодарим интернет магазин

http://batterex.com.ua/ за предоставленные материалы

В персональных устройствах с аккумуляторным питанием может быть от одной аккумуляторной ячейки, как, например, в мобильных телефонах, до нескольких, как в электромобилях. Тревожное ожидание приближающегося разряда аккумулятора (в английском языке это называется range anxiety) характерно для работы со всеми автономными электронными устройствами. Пользователей беспокоит, смогут ли они досмотреть до конца фильм, прежде чем разрядится аккумулятор планшета, или доедут ли они на электромобиле до следующей зарядной станции, не встав посреди шоссе. Система измерения заряда представляет собой компонент, отвечающий за определение оставшейся в аккумуляторе энергии. В этой статье описана система измерения заряда, используемая в устройствах с одной аккумуляторной ячейкой. Рассматриваются различные алгоритмы определения емкости аккумулятора, используемые в подобных системах, а также плюсы и минусы этих алгоритмов. Статья затрагивает также некоторые факторы, которые необходимо принимать во внимание при выборе системы измерения заряда для потребительских приложений с батарейным питанием.

На Рисунке 1 показана блок-схема стандартного измерителя заряда. Он состоит, по меньшей мере, из двух АЦП, один из которых предназначен для измерения тока аккумулятора. Второй АЦП мультиплексирован и может использоваться для измерения напряжения и температуры аккумулятора или выполнять функцию АЦП общего назначения. Измеренные напряжение, ток и температура подаются в микропроцессор, в котором реализован алгоритм определения заряда. В энергонезависимой памяти микропроцессора содержится определенная информация о специфических характеристиках аккумулятора, таких как импеданс или зависимость емкости ячейки от напряжения. Встроенный или внешний стабилизатор обеспечивает микропроцессор, АЦП и другие цепи регулируемым напряжением питания. Измеритель заряда взаимодействует с остальной частью системы с помощью стандартных протоколов, например, I 2 C.

Простейший алгоритм оценки заряда заключается в определения емкости аккумулятора по измеренному на нем напряжению с использованием графиков Рисунка 2. На Рисунке 2 показана стандартная зависимость напряжения литий-ионного аккумулятора от его емкости. Из графика можно получить значение емкости при данном напряжении. Рисунок 2 также показывает, как уменьшается емкость с увеличением количества циклов заряда-разряда. Метод, основанный на измерении напряжения, прост в реализации и позволяет узнать точное значение максимальной емкости аккумулятора (Q MAX) при отсутствии на нем нагрузки. Однако фактическая полезная емкость аккумулятора (Q USABLE) меньше максимальной емкости из-за внутреннего импеданса аккумулятора (Рисунок 3). Для оценки полезной емкости можно использовать среднее значение импеданса аккумулятора (R BAT), но эта оценка, скорее всего, будет содержать большие ошибки, поскольку R BAT является функцией температуры аккумулятора (T), его возраста (Age) и состояния заряда (SoC). Хотя, в принципе, для корректировки сопротивления аккумулятора может использоваться большая многомерная таблица, для расчета сопротивления требуется много информации об аккумуляторе и цепи.

Более совершенным решением является метод подсчета заряда. В этом случае для получения точной оценки текущей емкости интегрируется заряд, втекающий в аккумулятор и вытекающий из него. Данный метод хорошо работает при условии, что точно известно начальное состояние заряда. Если исходная емкость аккумулятора известна, интегрируя общий ток, можно получить текущую емкость. Основная проблема, связанная с этим методом, заключается в том, что здесь не учитывается саморазряд аккумулятора, поскольку ток саморазряда не протекает по внешней цепи. Это может привести к неточной оценке емкости. Саморазряд может быть смоделирован, но любые модели неточны, и, кроме того, уровень саморазряда зависит от температуры и возраста аккумулятора.

Чтобы решить проблемы обоих методов, для прогнозирования емкости можно использовать информацию о напряжении и токе, а также о температуре аккумулятора. В этом случае напряжение холостого хода измеряется при ненагруженном аккумуляторе, а измерение тока выполняется, когда аккумулятор заряжается или разряжается. Напряжение аккумулятора измеряется постоянно, даже при отсутствии нагрузки. Непрерывное измерение напряжения используется для обновления информации о текущем состоянии заряда на основе графика, изображенного на Рисунке 2.

Затем, когда нагрузка приложена, методом подсчета определяется результирующий заряд, втекающий в систему или вытекающий из нее. После снятия нагрузки батарее дают некоторое время на восстановление, и напряжение измеряется вновь. Используя данные двух измерений напряжения и результаты подсчета суммарного заряда, можно определить максимальную емкость аккумулятора . Также можно рассчитать текущий импеданс, основываясь на измеренном токе, напряжении холостого хода с поправками на температуру и состояние заряда, полученными из таблицы соответствия и на напряжении, измеренном под нагрузкой. Таким образом, зная максимальную емкость и значение импеданса аккумулятора, можно получить точную оценку оставшейся полезной емкости.

Выбор микросхемы для измерения заряда

Основное внимание при выборе микросхемы определения заряда следует уделить точности алгоритма, потребляемому току и количеству внешних компонентов, необходимых для ее нормальной работы, прежде всего, регуляторов напряжения и токочувствительных резисторов. Даже тогда, когда фактическая нагрузка отключена, микросхема остается включенной для периодического измерения напряжения холостого хода. Любая энергия, используемая измерителем заряда, сокращает время работы системы, поэтому микросхема должна иметь низкий ток покоя. Ей требуется регулируемый источник питания для АЦП, микропроцессора и других блоков, а также низкоомный резистор для измерения тока аккумулятора. В идеале все это должно быть интегрировано на одном кристалле, чтобы сократить число внешних компонентов и сэкономить место на плате. В качестве примера такого измерителя можно привести микросхему , содержащую LDO регулятор.

Факторами, рассматриваемыми на системном уровне, являются место установки измерителя (на стороне батареи или на стороне хоста), его инициализация и разработка алгоритма. В случае установки на стороне батареи измеритель размещается непосредственно на ней. Это позволяет ему быть все время синхронизированным с аккумулятором и предоставлять о нем мгновенную информацию. В случае установки на стороне хоста измеритель нужно правильно инициализировать каждый раз, когда устанавливается аккумулятор. При установке на батарее алгоритм разрабатывает производитель аккумулятора, поэтому системный интегратор просто должен запросить аккумулятор, соответствующий требуемым параметрам. Единственным недостатком такого метода является то, что микросхема будет выброшена вместе с аккумулятором, когда тот придет в негодность, что потенциально может привести к увеличению общей стоимости системы. При размещении на стороне хоста системный интегратор должен иметь опыт измерения заряда и в графике работ учесть время, необходимое для разработки алгоритма.

Заключение

Оценка емкости аккумулятора является сложной задачей, поскольку на эту емкость влияет множество взаимосвязанных параметров. Простые алгоритмы могут привести к неточным результатам, которые потенциально могут сократить время работы системы. Поэтому при конструировании устройств измерения заряда следует рассматривать компромиссы, как на уровне микросхем, так и на системном уровне.

1. Yevegen Barasukov, «Challenges and Solutions in Battery Fuel Gauging,» .
2. «Theory and Implementation of Impedance Track Battery Fuel-Gauging Algorithm in bq2750x Family,» Application Note (SLUA450), Texas Instruments, January 2008.

Аккумуляторы используются во многих аспектах повседневной жизни человека: автотранспорт, электроинструмент, системы бесперебойного питания, смартфоны, ноутбуки и прочее.

Общая информация о емкости АКБ

Главной целью проверочных мероприятий по состоянию любого типа АКБ является выяснение ёмкости аккумулятора и определение прочих характеристик. Однако существующими средствами измерения можно точно определить лишь силу электротока и напряжение в аккумуляторной батарее, а также замерить плотность электролитного вещества.

Емкость же измеряется косвенно по конкретной для каждого типа АКБ методике либо, применяя прибор для измерения емкости аккумулятора, который дает лишь приблизительный результат.

Важно! На точность результатов любых измерений в аккумуляторной батарее могут влиять внешние факторы, например, температура воздуха.

Единственным достоверным способом для определения емкости аккумулятора является его многочасовая полная разрядка, сопровождающаяся постоянной фиксацией многих параметров. Но не каждый человек готов проделывать такую продолжительную процедуру, ведь для установления приблизительных данных о емкости батареи может быть достаточно и краткосрочных измерений.

Способы определения емкости АКБ автомобиля:

• традиционный метод – контрольный разряд (долгий и объемный по процедурам процесс);
• замер плотности и уровня электролитной жидкости в автоаккумуляторе;
• посредством воздействия нагрузочной вилки на батарею;
• тестер емкости.

Интересно. Емкость популярных литий-ионных, никель-кадмиевых и никель-металлгидридных аккумуляторов измерить можно тем же контрольным разрядом (АКБ может выйти из строя при несоблюдении всех правил) либо покупкой на китайских торговых площадках специальных USB-тестеров, точность и правильность измерений которых находятся под большим вопросом.

Контрольный разряд

Длительный контрольный разряд – традиционный лабораторный метод установления емкости аккумулятора. Суть метода состоит в том, что полностью заряженную АКБ разряжают воздействием постоянных электротоков, сила которого зависит от параметров изделия.

Между тем ежечасно проводят замеры разряда аккумуляторной батареи и вольтажа, которые фиксируются. Емкость АКБ вычисляется по формуле: произведение силы электротока на прошедшее конкретное время. Такой замер может занять до суток постоянного наблюдения за аккумулятором, что не очень удобно для многих обывателей.

Нагрузочная вилка

Нагрузочная вилка – устройство для проверки АКБ при помощи контролируемой нагрузки, оснащенное вольтметром, нагрузочным резистором и двумя щупами. Такие приборы бывают различных видов: с аналоговым или цифровым вольтметром, простая схема с одним нагрузочным элементом или усложненные устройства с несколькими спиралями нагрузки и амперметром, также есть нагрузочные вилки для тестирования напряжения в отдельных банках АКБ.

Суть измерений проста и описана в инструкции к прибору. Полученные данные по вольтажу необходимо сопоставить с нижеследующей таблицей.

Таблица соответствия вольтажа с емкостью АКБ

Замер плотности электролита

Измерить ёмкость составных частей АКБ (банок) можно, применяя прибор под названием «ареометр». Суть метода сводится к тому, что плотность электролита, находящегося в каждой банке аккумулятора, напрямую связана с его емкостной характеристикой.

Для измерения необходимо вскрыть все крышки банок автоаккумулятора и поочередно набирать электролит из каждого сосуда, записывая данные о плотности с прибора. Далее плотность этого вещества сравнивается с таблицей соответствия плотности и емкости.

Таблица соответствия плотности электролита и емкости

Измерения посредством специальных приборов

Идея нагрузочный вилки была использована и усовершенствована в электронных портативных устройствах Кулон, которые созданы специально для проведения проверочных мероприятий по разным спектрам над свинцово-кислотными аккумуляторами.

Такими приборами можно быстро измерить вольтаж, определить примерную емкость АКБ, не прибегая к контрольному разряду, а также сохранять полученные измерения в памяти устройства.

Особенности приборов семейства «Кулон»:

• питаются от АКБ, у которого берутся замеры;
• в комплектацию устройств входят провода с клещами-крокодилами, что обеспечивает качественный зажим проводов на всех клеммах аккумулятора;
• специальная методика определения емкости АКБ, которая не имеет аналогов;
• рекомендуется для увеличения точности измерений произвести самостоятельно калибровку изделия на новом аккумуляторе схожего типа (процедура описана производителем в инструкции по эксплуатации).

Важно! Этот тестер емкости нужно использовать для установления емкости только в аккумуляторе, который полностью заряжен.

Также существуют и иные устройства от других производителей для этих же целей, методика установления емкости АКБ у которых отличается друг от друга. Например, приборы SKAT-T-AUTO, тестеры PITE, анализаторы Fluke, приспособления Vencon. Всеми этими приборами можно косвенно или напрямую измерить разнообразные параметры.

Зная состояние своего аккумулятора, а именно его емкость, можно избежать неприятных ситуаций на дорогах. Также вовремя среагировав на несоответствие измеренных показателей к заявленным производителем, можно реанимировать или продлить жизнь АКБ, проведя разнообразные мероприятия.

Видео