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

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

Устройство, с помощью которого можно проверить емкость литий-ионных пальчиковых аккумуляторов. Довольно часто батареи от ноутбуков приходят в негодность из-за того, что один или несколько аккумуляторов теряют свою емкость. В итоге приходится покупать новую батарею, когда можно обойтись малой кровью и заменить эти негодные аккумуляторы.

Что понадобится для устройства:
Arduino Uno или любой другой совместимый.
16Х2 ЖК-дисплей, в котором используется драйвер Hitachi HD44780
Твердотельное реле OPTO 22
Резистор 10 МОм на 0.25 Вт
Держатель для аккумуляторов 18650
Резистор 4 Ом 6Вт
Одна кнопка и блок питания от 6 до 10В на 600 мА

Теория и эксплуатация

Напряжение,на полностью заряженной, Li-Ion батарее при отсутствии нагрузки равно 4.2В. При подключении нагрузки, напряжение быстро снижается до 3.9В, и далее медленно снижается по мере работы батареи. Ячейка считается разряженной при падении напряжения на ней ниже 3В.

В данном устройстве аккумулятор подсоединяется к одному из аналоговых выводов Arduino. Измеряется напряжение на аккумуляторе без нагрузки и контроллер ожидает нажатие кнопки “Пуск”. Если напряжение на аккумуляторе выше 3В. , при нажатии кнопки начнется тест. Для этого через твердотельное реле к аккумулятору, подключается резистор 4Ом, который будет исполнять роль нагрузки. Напряжение считывается контроллером каждые пол секунды. Используя закон Ома можно узнать ток, отдаваемый в нагрузку. I=U/R, U-считывается аналоговым входом контроллера, R=4 Ом. Так как измерения проводятся каждые пол секунды, в каждом часе получается 7200 измерений. Автор просто умножает 1/7200 часа на значение тока, и складывает получившиеся числа, пока аккумулятор не разрядится ниже 3В. В этот момент реле переключается и на дисплей выводится результат измерений в мА\ч

Распиновка ЖК-дисплея

ПИН Назначение
1 GND
2 +5V
3 GND
4 Digital PIN 2
5 Digital PIN 3
6,7,8,9,10 No connected
11 Digital PIN 5
12 Digital PIN 6
13 Digital PIN 7
14 Digital PIN 8
15 +5V
16 GND

Автор не использовал потенциометр для регулировки яркости дисплея, вместо этого он подсоединил вывод 3 к земле. Держатель аккумулятора подсоединяется минусом на землю, а плюсом к аналоговому входу 0. Между плюсом держателя и аналоговым входом включен резистор 10 МОм, выполняющий функцию подтягивающего. Твердотельное реле включается минусом к земле, а плюсом к цифровому выходу 1. Один из контактных выводов реле соединяется с плюсом держателя, между вторым выводом и землей ставится резистор 4 Ом, выполняющий роль нагрузки при разряде аккумулятора. Имейте в виду, что он будет довольно сильно греться. Кнопка и включатель подключаются согласно схеме на фото.

Так как в схеме задействуются PIN 0 и PIN 1, надо отключить их перед загрузкой программы в контроллер.
После того, как вы все соедините, зальете прошивку, прикрепленную ниже, можно попробовать протестировать аккумулятор.

На фото видно значение напряжения, которое считал контроллер.
Напряжение на нем должно быть обязательно выше 3В

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:

Каждый свинцово-кислотный аккумулятор со временем теряет свою максимальную ёмкость и эксплуатационные свойства, на пластинах образуется налет из солей сернокислотного свинца - сульфатация. Количество кислоты на процент электролита становится меньше и естественно плотность электролита уменьшается.

Как можно проверить аккумулятор?

• Плотность электролита, это самый старинный и популярный метод, но в современных герметичных аккумуляторах нет отверстий для проверки таким способом. Этим методом можно лишь немногое узнать о общем состояние аккумулятора и его ближайшем будущем.

• С помощью нагрузочной вилки. Она представляет собой ручку с двумя клеммами-щупами которые на 1 сек. подключаются к контактам аккумулятора. В составе устройства есть шкала вольтметра и нагрузка которая рассчитана на определенной емкости аккумулятор (автомобильный). Устройство показывает напряжение под нагрузкой и в зависимости от показаний его стрелки можно было судить о исправности аккумулятора.

• Тестер свинцово-кислотных аккумуляторов - электронное устройство способное за несколько секунд (до 3 сек.) показать много параметров аккумулятора, основные это: ток, напряжение, ёмкость, прогноз по сроку службы аккумулятора.

• Контрольный разряд - ну недостаток в том что аккумулятор надо полностью зарядить и проверять его работу (разрядку) по заведомо известной нагрузкой длительное время. Это занимает много времени и тратит ресурс аккумулятора.

Проверка аккумулятора подручными средствами

Перед проверкой аккумулятор обязательно надо полностью зарядить.
Для проверки нужна нагрузка соответствующая половине ёмкости аккумулятора (в ампер-часах)
Например: у нас есть герметичный аккумулятор 12 вольт 7A/h - значит нам нужна нагрузка в 3.5 ампера. При 12 вольт (3.5 * 12 = 42) это 42 Ват

На некоторых моделях указывается еще меньший параметр тока (например такая надпись - Initial current less than - 2.1А) исходя из этого берем эту цифру 2.1 * 12вольт = 25Ват - это рабочая нагрузочная мощность аккумулятора.

Теперь нам нужна нагрузка средняя между рабочей и половиной от максимальной ёмкости, это примерно 35 Ват, если рабочий ток не указан, можно взять и 40 Вт.
В качестве нагрузки лучше всего подойдет лампочка (но можно и другую аналогичную нагрузку по току) на 12 вольт и мощностью в 35-40 Вт.

Итак, подключаем лампочку к клеммам аккумулятора на время в 2 минуты и смотрим не меняет ли лампочка яркости, если свет потускнел за такое время то аккумулятор неисправен.
Если же все без изменений то по достижению 2 минут свечения, подсоединяем к светящейся лампочке вольтметр (мультиметр) и смотрим напряжение:

• больше 12.4вольт - аккумулятор сохранил свою номинальную ёмкость и полностью исправен.
• 12-12.4вольт - аккумулятор исправный но уже подуставшый
• меньше 12вольт - 50% от номинальной ёмкости аккумулятор уже утратил и его лучше заменить.

Следует быть уверенным что аккумулятор был полностью заряжен, лучше всего заряжать его на протяжении суток или минимум 6 часов соответствующим времени током.