TESTER POJEMNOŚCI AKUMULATORÓW Li-Ion.

 

Tester Pojemności Akumulatorów Li-Ion   Ver. 4.6

Witam wszystkich miłośników elektroniki i krótkofalowców! Na warsztacie dziś moje najnowsze urządzenie pomiarowe: autorski tester pojemności akumulatorów Li-Ion. Pozwala on w prosty i stosunkowo tani sposób określić rzeczywistą pojemność (w mAh) i zmagazynowaną energię (w Wh) ogniw, które mamy w szufladzie lub które podejrzewamy o "zmęczenie" życiem.

Poniżej opiszę, jak to urządzenie działa "od środka".

Zasada Działania (W Pigułce)

Pomiar pojemności akumulatora polega na kontrolowanym rozładowaniu akumulatora do ustalonego napięcia końcowego, przy jednoczesnym całkowaniu przepływającego prądu w czasie. Proces ten symuluje zużycie energii przez typowe urządzenie i daje nam najbardziej miarodajny wynik.

"Serce" Układu: Arduino Nano, wyświetlacz ST7789 i rezystor pomiarowy 10R / 10W.

• Mikrokontroler: Układ jest sterowany przez popularne Arduino Nano, które odpowiada za wszystkie obliczenia, sterowanie i komunikację z użytkownikiem.

• Wyświetlacz: Interfejs użytkownika to kolorowy wyświetlacz ST7789 o rozdzielczości 320x240 pikseli. Dzięki rotacji obrazu uzyskałem wygodny, poziomy (landscape) layout, na którym wyświetlam wszystkie kluczowe parametry w czasie rzeczywistym.

Kluczowe Elementy Obwodu Pomiarowego

1. Obciążenie (Rezystor Pomiarowy): Głównym elementem rozładowującym jest rezystor 10Ω o mocy 10W. Ze względu na wydzielanie się sporej ilości ciepła podczas pracy, rezystor ten został wyposażony w dodatkowy radiator.

2. Klucz (Tranzystor MOSFET IRLZ44N): Aby włączyć i wyłączyć proces rozładowania, w obwód szeregowo z rezystorem wpiąłem tranzystor MOSFET, sterowany poprzez rezystor 100R z pinu Arduino. Działa on jak przełącznik elektroniczny. Dodatkowo bramka MOSFET-a jest poprzez rezystor 100 kΩ przyłączona do + zasilania w celu zapobiegania przypadkowemu załączeniu obciążenia do akumulatora.

3. Pomiar Napięcia: Do pomiaru napięcia akumulatora oraz napięcia na rezystorze wykorzystałem wejścia analogowe A0 i A1 Arduino. Aby nie obciążać nadmiernie akumulatora poza czasem pomiaru, zastosowałem dzielniki napięcia z rezystorami 100 kΩ. Dzięki temu pobór prądu przez układ pomiarowy przed i po procesie pomiaru jest znikomy. Wejścia te są zblokowane do masy przez kondensatory 100nF.

Przebieg Pomiaru Krok po Kroku

Program działa w oparciu o maszynę stanów, co oznacza, że urządzenie przechodzi przez kilka precyzyjnie zdefiniowanych etapów:

1. WAITING_TO_START (Oczekiwanie na Start):

   • Urządzenie jest w stanie spoczynku. Wyświetla napięcie akumulatora i sprawdza, czy mieści się w bezpiecznym zakresie (2.8V - 4.3V dla Li-Ion).

   • Aby rozpocząć pomiar pojemności akumulatora, użytkownik musi wcisnąć przycisk "START". Sygnalizacja dźwiękowa z buzzera potwierdza komendę.

     
     
      

2. DISCHARGING (Rozładowanie Główne):

   • Arduino załącza tranzystor MOSFET, zamykając obwód. Prąd płynie z akumulatora przez rezystor 10Ω.

   • Na podstawie spadku napięcia na rezystorze (Res_Volt) układ na bieżąco oblicza:

     • Prąd rozładowania: I = (Bat_Volt - Res_Volt) / 10Ω

     • Pojemność: Pojemność (mAh) = Całka (I * dt)

     • Energię: Energia (Wh) = Całka (I * Bat_Volt * dt)

   • Wszystkie te wartości są na żywo aktualizowane na wyświetlaczu.

   • Proces trwa do momentu, gdy napięcie akumulatora spadnie do 2.8V.

     
     
      

3. FINAL_DISCHARGE (Końcowe Rozładowanie):

   • Gdy akumulator osiągnie 2.8V, uruchamiany jest 60-sekundowy etap "dodatkowego" rozładowania do głębszego, ale bezpiecznego, napięcia 2.5V. Ma to na celu odzyskanie reszty energii, która pozostała w ogniwie, co nieco zwiększa dokładność pomiaru. Proces dodatkowego, końcowego rozładowania trwa 60 s lub osiągnięcia napięcia 2.5V na zaciskach akumulatora.

4. MEASUREMENT_DONE (Pomiar Zakończony):

   • Rozładowanie zostaje całkowicie zatrzymane. Na ekranie wyświetlane są finalne wyniki: zmierzona pojemność (mAh) i energia (Wh).

   • Kolejny sygnał dźwiękowy informuje o zakończeniu testu.

     
     
      

Bezpieczeństwo i Estetyka

• Zabezpieczenia: Program ma wbudowane zabezpieczenia przed rozpoczęciem pomiaru przy zbyt niskim lub zbyt wysokim napięciu akumulatora.

• Interfejs: Ekran został zaprojektowany tak, aby był czytelny. Stałe elementy interfejsu (nagłówki, etykiety) rysowane są tylko raz przy zmianie stanu, a dynamicznie aktualizowane są tylko zmieniające się wartości (np. napięcie, prąd). Eliminuje to nieprzyjemne "miganie" całego ekranu.

• Komunikacja: Urządzenie informuje użytkownika o swoim stanie za pomocą buzzer'a (krótkie sygnały dźwiękowe).

Podsumowanie

Tester pojemności akumulatorów Li-Ion to nieocenione narzędzie dla każdego, kto pracuje z akumulatorami. Pozwala weryfikować stan posiadanych ogniw, diagnozować wadliwe ogniwa lub po prostu porządkować swoją "kolekcję" ogniw. Dzięki Arduino cały proces jest w pełni zautomatyzowany, a kolorowy wyświetlacz czyni go nie tylko funkcjonalnym, ale i nowoczesnym urządzeniem pomiarowym.

Uwaga dla majsterkowiczów: Pamiętajcie, że rozładowywanie akumulatorów Li-Ion poniżej pewnego napięcia (zwłaszcza 2.5V) może je uszkodzić. Mój program został zaprojektowany z myślą o bezpiecznym, jednorazowym teście pojemności, a nie jako stały system rozładowywania. Używajcie go z rozwagą! 

AKUMULATORY Li-Ion POTRAFIĄ ZGROMADZIĆ SPORO ENERGII. NIEOSTROŻNE OBCHODZENIE SIĘ Z NIMI MOŻE SPOWODOWAĆ POŻAR LUB INNE NIESZCZĘŚCIE. JEŻELI NIE WIESZ CO ROBISZ TO ZREZYGNUJ Z BUDOWY TAKIEGO URZĄDZENIA! 

Kod programu jak zwykle udostępniam zainteresowanym poprzez e-mail (hf5wwl@gmail.com) ze względu na ograniczenia bloga który nie daje możliwości  umieszczenia go tutaj. 

 I jeszcze kilka fotek:

 

UWAGA! Zamieszczone zdjęcia nie przedstawiają całego procesu pomiaru pojemności akumulatora. Są to tylko zdjęcia poglądowe które pozwalają zorientować się co i jak wygląda :) 

.