Test battery 18650

Предполагается, что тестер будет измерять параметры одновременно до 4-х аккумуляторов 18650.
Будем мерить ёмкость и внутреннее сопротивление.

Версия 003 умеет проводить измерения, сохранять настройки устройства и по окончанию теста выводить график разряда аккумулятора.
Код написан в PlatformIO.

Ссылка на проект
https://github.com/IZ76/Test-Battery

Схема подключения довольно проста


Схема для версии 05


У меня это влезло вот в такую коробку




ПС, Если кто решится повторить проект, дам немного пояснений как настроить устройство.
Идем в настройки и:

- на первой странице MIN_BATT можно выставить минимальное напряжение до которого будем разряжать аккумулятор. Для литионовского аккума если разряжать большим током (в нашем случае практически в 1 ампер) то допускается кратковременный разряд до 2,5 вольт.

- на второй странице MAX_BATT планируется, но пока не реализовано, сделать сигнализацию что подключена не та батарея (с большим напряжением). До конца не уверен в целесообразности таого оповещения, но пускай побудет до окончательного решения.
Дальше начинается самое интересное от чего зависит точность измерений.

- третья страница LOW_LEVEL. Для большей точности расчетов необходимо указать минимальное напряжение на входном делителе которое может увидеть аналоговый вход ESP. Входной делитель я расчитывал на напряжение 11-12 вольт. Тоесть при таком напряжении на входе делителя (резистивного) на вход процессора должно прийти не более 3,3 волть. Ну так что бы его не сжечь)))). Ввиду того что наши резисторы имеют большой разброс то точность пересчета приходится корректировать вот этими самыми параметрами. Чтобы откалибровать данный параметр и следующий нам понадобится переменный резистор + блок питания на 5-10 вольт + вольтметр. Собираем схему таким образом что бы была возможность на вход устройства (вместо аккумуляторов) подавать напряжение от 0 до 5 вольт желательно с точностью в 0.01 вольт. Точность собственно проверяется вольтметром. Вместо всего этого колхоза можно использовать лабораторный блок питания. Так вот начинаем от 0 поднимать напряжение до момента пока прибор не начнет менять свои показания (провал в начале измерений). У меня при моих резисторах в делителе он составил 0.39 вольта. Вот это показание и записываем на этой вкладке, для каждого из 4-х элементов.

- на четвертой вкладке HIGH_LEVEL я настройку делал следующим образом. На вход (вместо батареи) подал 4.2 вольта. и "+" и "-" добился измеренных показаний (мелкие белые циферки) 4.2 вольта. Максимальное входное напряжение у меня получилось почти 11 (расчетных) вольт. Если бы наши резисторы были высокоточными, то мы просто указали бы коэфициент перемножения и вуаля. Но не в нашем мире. Но голь на выдумки гаразда, и 2 минуты и мы имеем точные измерения))))

Ну и последняя настройка - это калибровка тока розряда под нашу нагрузку. Тут тоже не всет так однозначно и если на резисторе написано 3.6 ома то не факт что там не 3.63 ома, казалось бы мелочь, а ток сильно меняется, а если посчитать весь ток за процесс измерения емкости то можно ошибиться в показания и на 20% - а это совсем не хорошо. По этому будем подбирать "сопротивление" - вернее его значение что бы расчетный ток был максимально близок к измеренному. По этому в этом тесте подключаем аккумулято последовательно с амерметром (в идеале электронную нагрузку со стабиллизацией тока) и подбираем величину сопротивления таким образом что бы измеренный ток (маленькие белые циферки) был равен измеренному току на амперметре....

Вот такие три не сложные настройки позволят получить очень высокую точность измерений, и соответственно более точно рассчитать емкость и внутреннее сопротивление тестируемого аккумулятора.

И еще.... Этот прибор при желании можно адаптировать для тестов практически любого аккумулятора, меняйте входной резистивный делитель, нагрузку, настройки и гоу!!!
Кстати есть далекие мыли возможно потом сделать типа предустановленные настройк и для разных типов аккумуляторов литионные, никилевые, свинцовые... автомобильные в конце кнцов))) но это мечты...

ПС1. Обновил прошивку. Теперь мы умеем по окончанию теста смотреть график разряда батареи.

На картинке надеюсь все интуитивно понятно.
Идет тест - подсветка красным.
Тест окончен - подсветка синим.
Есть возможность поставить тест на паузу....
Ну и собсвтенно если нажать кнопку "Ресетет" то она сменится на кнопку "График"...
Вот график разряда четвертой батареи:

Цена деления 6 минут в данном случае. Видно что разряд происходил до заданного напряжения в 2,5 вольта. Вот та ступенька вначале измерений зависит от внутреннего сопротивления аккумулятора. Чем она больше, тем естественно сопротивление выше.

А вот график третьей батареи, я вручную остановил тест до достижения заданного напряжения.

Вернее сказать, я просто вытащил случайно аккумулятор. Вот для тех случаев когда по каким то причинам нужно снять и поставить аккумулятор (возможно заменить) и предусмотрена кнопка "Пауза". Когда прибор на паузе он не считает емкость аккума и не финализирует тест по нижнему уровню напряжения.

Ну и график, совсем слабенького аккумулятора.

Как показывает мой маленький опыт работы с этим приборчиком, у слабых (старых) аккумуляторов очень высокое внутреннее сопротивление. От 0.3 мили ом. У этого вообще кажись было 0.5... А это говорит о том что уже по первым замерам можно предположить конечную величину емкости аккума.
Еще не совсем уверен, но возмжно данным приборчиком, можно будет как то извернуться и попробовать в начале теста уже сделать расчет "ожидаемой" емкости аккумулятора.

 

Привет. Это промежуточный вариант))). Как все, держимся))).

 

Научил тестр сохранять настройки в память )))
Картинки перенес в шапку)))

 

IvanUA Доброй ночи. Рад вновь видеть вас в добром здравии. Ваш новый проект написан в среде PlatformIO. Ну ни как не получается прошивать через PlatformIO. Как то пытался освоить алгоритм прошивки, но вот уже 2 года "танцы с бубном" и не получается применить на практике PlatformIO. Не пинайте за мою нубийскую просьбу. Пожалуйста распишите по шагово - процесс прошивки ESP32 через PlatformIO

 

Там все просто. Если проект собирается без ошибок, то для заливки даже порт не нужно знать. Напишите мне более детально в личку, можно со скринами, посмотрим в чем может быть проблема.

 

Сегодня выложил обновление прошивки.
Вкратце - теперь она может отображать график разряда аккумуляторов.
Измерения я делал каждые 30 секунд, а потом подбирал шкалу под общее время измерений.
НО. Мне кажется что такой метод формирования графика не совсем корректный.
Дело в том что в первые секунды начала разряда аккумулятора происходит самое интересное, самая крутая кривая.
А я фактически первую точку получаю до начала разряда, а вторая через 30 секунд))))
А есть аккуму, у которых при начале теста напряжение резко проваливается, а потом начинает расти до какой то точки стабиллизации. Возможно что так себя ведут литий ферум-полимерные аккумы, но могу и ошибаться. Ну как бы там ни было не хочется потерять такой кусок графика.
Значит надо делать отсчеты не через какой то промежуто времени, а по падению напряжения. Естественно что придется писать в лог и время замеров... Возможно увеличится размер лога, но думаю что это не должно быть критично.
Короче говоря задача № 1 переписать всю процедуру записи и построения графиков.
Вторая задача, это скорректировать функцию измерения внутреннего сопротивления.... Ну это тоже большой кусок работы, и скоре всего доработка схемы устройства.
Последнее что есть в планах - радиатор сильно греется, надо прилепить на него термодатчик и смотреть что там у нас происходит с темперетурой радиатора)))

ПС. Картинками и описанием к ним дополнил первый пост.

 

Здравствуйте, а почему резистор-номиналом в 3.6 Ом с затвором транзистора соединён?

 

Спасибо. Мой косяк. Поправил

 

Сегодня провозился с обновлением прошивки.
Функцию паузы убрал. Пока не вижу в ней необходимости.
Переделал алгоритм сбора лога и его вывод на экран.
Сейчас запись в лог происходит при изменении измеренного напряжения на 0.01В в любую сторону.
В лог пишется время + напряжение. Потом на основании времени и напряжения строится график.
И лог конечно вырос, но зато кривые стали как мне кажется более достоверными.
Завтра хочу добавить датчик температуры на радиатор и вывести данные в уголок экрана.
Так же буду эксперементировать с процедурой измерения внутреннего сопротивления.
Сейчас это выглядит следующим образом:
1. Делается замер напряжения без нагрузки.
2. Подается нагрузка, ток немного больше 1 ампера.
3. Через 5 секунд измерений делается срез тока и напряжения.
4. Дальше от напряжения без нагрузки отнимаю измеренное напряжение через 5 секунд и делю это все на ток.
Показания получаются для более менее живых аккумов емкостью более 1000 мАч. порядка 0.14 - 0.17 ома
Те что послабее и поушатанее, там выше. Но меня больше волнует то, что каждый замер получаю разницу порядка 0.01-0.03 ома
Хотелось бы стабильности)))
Думаю что если ток при замере сопротивления снизить до 0.1-0.25 ампера, то показания должны стабиллизироваться, и возможно можно будет уменьшить время измерения....

Что уважаемые форумчани думают по этому поводу? Ну или какие будут замечания, предложения, пожелания)))) Очень хотелось бы получить фитбек.

 

Здравствуйте. Немного о функционале устройства - оно разряжает только, при чём нагрузка постоянна - и регулировке не подлежит?

 

Да, оно только разряжает.
Нагрузка постоянна.
Есть два варианта измерить емкость:
1. Постоянной нагрузкой, но тогда нужно будет постоянно измерять ток пересчитывать отданную мощность и суммировать ее.
2. Стабиллизированным током, тут достаточно знать время разряда и зная ток можно рассчитать отданную мощность ёмкость.

В первом случае схема проще - разряжаем на постоянную нагрузку в моем случае это керамическое сопротивление на радиаторе.
Во втором случае надо использовать операционники (более сложную схему) для стабиллизации тока разряда.

Кстати после окончания этого проекта есть мысль сделать электронную нагрузку (ватт так под 300))) что бы можно было разряжать любые аккумы и измерять полученную емкость. Проект скорее всего будет на ардуинке, может ЕСП, как пойдет))). Так вот в этом проекте будет метод измерения как раз стабильным (регулируемым) током. Потом будет интересно сравнить их показания.

Спойлер: резисторы на радиаторе

 

Сопротивление "гавнистенькое" - эти цементные - плывёт у них значение не постоянное, даже на таких токах - внутри обмоточная-катушечная структура.
По электронной нагрузке на операционнике - регулировка шимом через несколько цепочек резистор-конденсатор - незнаю как на аккумуляторе это будет выглядеть. Применял на напряжении на коллекторе выше 4.2 Вольта - вообщем необходимо продумать. Но можно сделать 10000 шагов на авр настройкой регистров - правда частота будет порядка 400 Гц - но тут это не критично.

 

В настройках у меня есть корректировка резистора. Можно будет иногда, раз в N-лет подкидывать амперметр в цепь разряда и при необходимости подстраивать уплывшее сопротивление. Благо не нужно будет в железо лезть, все настройки сохраняются во флеш памяти.

Я за основу планировал взять вот эту схему

Спойлер: Схема

Измерительные сопротивления цеплять буду не прямо на землю, а через шунт, с которого буду получать уже общий ток нагрузки, и обрабатывать его процом.
Вместо подстроечников опорное напряжение будет формировать АЦП проца.

 

После убирания функции паузы на экране появилось немного свободного места. Можно что то туда добавить...

Вывод температуры сделал на месте кнопки сетап. Теперь настройка во время тестов не доступна, но там прекрасно видно общую температуру по радиатору. Кстати у меня при максимальной нагрузке она составила 52 градуса.
Ну и чисто субьективно, график стал более "изящным")))

 

и сколько по времени длится разряд?

 

Чесно говоря об этом не сильно задумывался. Логично что чем больше емкость тем дольше разряжать... Последние аккумы показали порядка 1100-1200 мАч, и разряжались они где то 80 минут... Я както разряжал новый аккум в 3000 (или около того) то больше 3-х часов у меня ушло времени...

Я рассчитывал построение графиков на время до 20, 40, 60, 120 и 240 минут...

Ну и еще надо понимать следуюющие правила:
- нельзя (по крайней мере часто) разряжать аккум током больше чем его двойная емкость. Тоесть током в 1 ампер можно разряжать аккумы на 500 мАч.
- чем меньше ток разряда, тем больше емкости может отдать аккумулятор
- 18650 - это только габариты и форма аккума. Внутри могут быть аккумы очень разных характеристик. И высокотоковые и обычные при разных токах разряда ведут себя по разному....

Короче тема не просто "вкрутил лампочку" и поехали... Но очень хочется разобраться во всех мелочах))))

 

я почему и спрашиваю. По характеристике в начале разряда нельзя судить о емкости аккумулятора в целом.
Разряжать высокотоковые аккумы низким током не целесообразно. Их как раз-таки и покупают ради высоких токов. Поэтому говорить о 2-х часах разряда когда они штатно высаживаются за 20-30 минут не корректно.

 

какой тип аккумуляторов будет разряжать девайс?

 

В начале разряда, я рассчитываю внутреннее сопротивление.
Есть конечно желание добавить еще прогнозируемую емкость, но пока еще не придумал логики ее расчета.
Сейчас поставил на разряд высокотоковые аккумы с гироборда. По паспорту 2000 мАч, но посмотрим что насчитает.
Большим током разряжать - тут согласен, можно будет оценить их емкость так сказать в "суровых" условиях.
Но на этом устройстве это не получится. Сейчас у меня температура радиатора около 54 градусов.
Так что высокотоковые для "суровых" условий буду тестировать уже электронной нагрузкой с возможностью менять ток разряда.
Это устройство скорее всего для тестирования бытовых аккумуляторов, ну где ток в нагрузку не привышает 1 ампера...
Но в каком бы то ни было случае, если к примеру будут проблемы с батареей от самоката, то хотябы ориентировочно можно оценить убитость аккумов из "загулявшей" ячейки...

На данный момент литионовские, или что именно под типом вы имели ввиду?

ПС. В принципе, если возникнет сильное желание, то максимум что можно взять из этого устройства - это порядка 4 ампер в нагрузку.
Если ручками, то поставить один элемент в ячейку, замкнуть все плюсы ячеек, потом дать команду на разряд всех четырех ячеек. Полученные емкостя просуммировать.
Есил автоматом то надо схему добавить реле/ключами и немного поправить прошивку... Подумаю может сделаю такую штуку)))