Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 1 z 12

TESTER RZECZYWISTEJ POJEMNOŚCI

AKUMULATORA TAh1

Zawartość

Wstęp ................................................................................................................................................ 2

Aktualne możliwości testera .............................................................................................................. 2

Praca przy zasilaniu napięciem stałym w zakresie 8 do 16V ............................................................. 2

Pomiar prądu obciążenia do 5A ......................................................................................................... 2

Rejestracja czasu testu z rozdzielczością 1 sekundy. ........................................................................ 3

Test rezystancji wewnętrznej zasilania. ............................................................................................ 3

Pomiar mocy dostarczanej do obciążenia. ......................................................................................... 3

Pomiar ładunku elektrycznego pobranego ze źródła (Ah). ................................................................. 3

Pomiar pobranej energii .................................................................................................................... 3

Automatyczny zapis zmierzonych wartości dla końcowego napięcia rozładowania ........................... 3

Testowanie pojemności akumulatora ................................................................................................. 4

Menu serwisowe ................................................................................................................................ 6

Napięcie końcowe rozładowania ....................................................................................................... 6

Test rezystancji zasilania ................................................................................................................... 6

Możliwość załączenia lub wyłączenia podświetlania LCD .................................................................. 7

Wybór przedziału czasowego ............................................................................................................ 7

Zapis ustawień .................................................................................................................................. 7

Przykładowy sposób przeprowadzenia testu akumulatora - połączenia ............................................. 8

Wygląd prototypowego rozwiązania testera TAh1 ............................................................................. 8

Rozmieszczenie i opis funkcji mikrowyłączników (schemat montażowy) ........................................... 9

Schemat ideowy ................................................................................................................................ 9

Współpraca testera z PC przez USB ............................................................................................... 10

Inne zastosowania testera ............................................................................................................... 12

Dane techniczne .............................................................................................................................. 12

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 2 z 12

Wstęp

Główne zastosowanie miernika to pomiar realnej pojemności akumulatorów kwasowych i żelowych.

Zakres pomiaru ograniczony jest jedynie znormalizowaną wartością czasu rozładowania (Q=20h),

Umożliwia to pomiar do 100Ah, a przyjmując rozładowanie prądem do 5A i nielimitowanym czasem -

pojemności mogą sięgać 999Ah (pojemność zobrazowania wyświetlacza). Jako obciążenie

zastosowano tanie i bezpieczne źródło, tj. żarówkę (żarówki samochodowe). Ich moc

determinowana jest koniecznością otrzymania założonego prądu rozładowania. Stosowne

wyliczenia wynikają z prawa Ohma. Dostępne, niskobudżetowe mierniki akumulatorów mierzą

wartość napięcia pod chwilowym obciążeniem – nie daje to możliwości określenia jego pojemności,

a jedynie aktualny stan naładowania.

Przed pomiarem należy naładować akumulator za pomocą odpowiedniej do niego ładowarki!

Zasilanie zarówno układu elektronicznego (mikroprocesor) jak i źródła obciążenia, następuje

z akumulatora. Łączny, pobierany prąd jest zatem sumą prądów obu gałęzi, co oznacza, iż

minimalna wartość prądu to wielkość pobierana przez samą elektronikę (40mA z podświetlonym

LCD), a maksymalna - to suma prądów kontrolera i prądu żarówki. Badanie ładunku wypływającego

odbywa się co sekundę, a wartości chwilowe są dodawane. Napięcie końcowe rozładowania wynosi

10,5V. Osiągniecie tej wartości kończy cykl testowania, odłączając obciążenie (żarówkę) i zapisując

wyniki pomiaru do pamięci.

Aktualne możliwości testera

Cechy testera w aktualnej wersji:

Praca przy zasilaniu napięciem stałym w zakresie 8 do 16V

Układ zasilany jest z badanego źródła, zakres napięcia determinowany jest:

Od dołu - 8V lub z zakresu 10,0V do 11,0V. W pierwszym przypadku jest to najniższe

napięcie zasilania, niezbędne do prawidłowej pracy układu elektronicznego. W drugim – wartość

napięcia kończącego cykl pomiarowy. Wartości tych napięć ustawiane są w specjalnym menu,

opisanym w dziale ”menu serwisowe”. Przy drugiej opcji urządzenie dokona dziesięciokrotnego

próbkowania i – jeżeli wykonane tak badanie wykaże w każdej próbce spełnienie założonych

warunków – zapisze do wewnętrznej pamięci nieulotnej zmierzone do tej pory parametry tj. czas

pomiaru, odebrany ładunek (Ah), energię (kWh) oraz rezystancję wewnętrzną, obliczoną w chwili

startu miernika. Po tym nastąpi wyłączenie obciążenia, a następnie tester przejdzie w stan

hibernacji, ograniczając pobór energii do wartość ok. 18mA. Na wyświetlaczu pojawią się zapisane

wartości pomiaru. W stanie hibernacji urządzenie nie reaguje na żaden przycisk. Wyprowadzenie

z tego stanu polega na użyciu S1(reset), co otwiera drogę do nowego pomiaru.

Od góry (16V) – mocą strat w stabilizatorze zasilającym mikroprocesor, oraz prawidłowym

działaniem dzielnika napięcia podawanego na przetwornik ADC.

Pomiar prądu obciążenia do 5A

Pomiar prądu odbywa się przy wykorzystaniu nowoczesnego, hallotronowego czujnika prądowego,

z rodziny ACS712. Jego zastosowanie umożliwia galwaniczną separację pomiędzy mierzonym, a

odbierającym dane obwodem sterownika oraz minimalną wartość rezystancji wewnętrznej (typowo

1,2 mΩ), zatem i pomijalnie małe wartości straty mocy, co ułatwia trwałe obciążenie prądem

maksymalnym, bez ryzyka termicznego uszkodzenia sensora. Wbudowany w przetwornik

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 3 z 12

wzmacniacz operacyjny zapewnia dużą czułość i liniowość pomiaru przy konwersji prądu na

napięcie.

Uwaga! Tester rozpoczyna działanie (zliczanie pobranej energii / ładunku elektrycznego /

czasu pomiaru) dla poboru prądu >= 100mA.

Rejestracja czasu testu z rozdzielczością 1 sekundy.

Z chwilą załączenia obciążenia przyciskiem S3 rozpoczyna się zliczanie czasu trwania pomiaru.

Dane są wyświetlane w formacie HH:MM:SS (godziny: minuty: sekundy), inkrementacja

czasomierza następuję synchronicznie z dokonywanymi pomiarami, dokładnie co 1 sekundę.

Wyłączenie obciążenia switchem S3 (dłuższe przyciśniecie), zatrzymuje również pomiar czasu.

Ponowna aktywacja obciążenia (S3), wznawia pomiar czasu od ostatniej zarejestrowanej wartości.

Test rezystancji wewnętrznej zasilania.

Podczas każdorazowego uruchomienia testera lub po wykonaniu polecenia reset (S1) w pierwszym

kroku pomiarowym zostaje wykonany test rezystancji zasilania. Należy zapamiętać, iż na otrzymany

wynik składa się suma rezystancji wewnętrznej samego źródła oraz przewodów pomiarowych

(do wejścia przyrządu). Algorytm pomiaru polega na pomiarze napięcia bez obciążenia, następnie

na czas 2 sek. (ustabilizowanie się wartości prądu) załączane jest obciążenie, ponowny pomiar

napięcia oraz pomiar prądu. Z ilorazu różnicy zmierzonych napięć oraz prądu wyliczana jest

rezystancja. Jest to wynik szybko obrazujący stan mierzonego akumulatora.

Pomiar mocy dostarczanej do obciążenia.

Bieżąca wartość mocy obliczana jest jako iloczyn aktualnego napięcia i prądu. Dane aktualizowane

w czasie rzeczywistym, tj. co 1 sekundę.

Pomiar ładunku elektrycznego pobranego ze źródła (Ah).

Także, co 1 sekundę rejestrowana jest wartość przepływającego przez obciążenie prądu, wyniki

z każdego pomiaru dodawane są do siebie (Asek). Wynik konwertowany jest na jednostki Ah.

Pomiar pobranej energii

Identyczny algorytm zastosowano przy pomiarze energii. Liczona jest cząstkowo jako Wsek,

a następnie zamieniana na kWh.

Automatyczny zapis zmierzonych wartości dla końcowego napięcia rozładowania

Pomiar trwa aż do zaistnienia warunku U<=U ref (patrz ”menu serwisowe”). Graniczną wartością

napięcia rozładowania dla akumulatora z 6 celami (12V) jest 10,5V. Uzyskany pomiar musi być

stabilny powtarzalny. Dlatego dopiero 10 próbka spełniająca powyższą zależność, zostanie

zinterpretowana przez urządzenie jako stan zakończenia testu, a wartości końcowe zapisane do

nieulotnej pamięci (eeprom procesora). Następnie odłączane jest obciążenie, generowany

komunikat na wyświetlaczu LCD i na koniec tester przechodzi w tryb uśpienia. W trybie tym reaguje

jedynie na przycisk S1 (reset), jego użycie otwiera nowy cykl pomiarowy. Do chwili wyzerowania,

zapisane dane z poprzedniej sesji pomiarowej dostępne są do odczytu po wyborze odpowiedniego

menu – danych zapisanych w pamięci. Jest to jedyne menu, gdzie pomiary wyświetlane są w trybie

pulsowania z częstotliwością 0,5Hz (flashing). Wyszukanie tego menu przeprowadzamy przez

kolejne użycie S3 (krótkie przyciśnięcia).

Wykasowanie (czyszczenie) zawartości całej pamięci następuje przez dłuższe przyciśniecie S2.

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 4 z 12

Testowanie pojemności akumulatora

Prawidłowe podłączenie elementów składowych dla przeprowadzenia przykładowego testu

parametrów akumulatora żelowego.

Przed testem należy prawidłowo naładować do pełna akumulator i przygotować obciążenie

w postaci np. żarówki samochodowej o mocy odpowiedniej do oczekiwanego prądu rozładowania.

Np. stosując typową żarówkę 21W uzyskamy prąd ok. 1,8A.

Po podłączeniu testera do badanego akumulatora zostanie wyświetlony komunikat informacyjny,

a następnie rozpocznie się automatycznie wykonywanie procedury, określającej rezystancję źródła

zasilania (o ile test został uaktywniony w menu konfiguracyjnym!).

Polega ona na załączeniu na 3 sekundy obciążenia, dokonaniu pomiarów, a następnie wyłączeniu

odbiornika energii. Wyświetlony zostanie rezultat testu.

B – różnica napięć przy nieobciążonym i obciążonym badanym źródłem zasilania

C – wartość nieistotna przy tym pomiarze (zawsze 0)

D – wyliczona rezystancja wewnętrzna zasilania

Przed rozpoczęciem zasadniczego badania należy upewnić się, czy w pamięci nie są zapisane

dane z poprzednich pomiarów. Krótko, kolejno przyciskając S3 poruszamy się sekwencyjnie

po kolejnych menu. To właściwe, z poszukiwanymi danymi, wyświetlane jest jako pulsujące

z częstotliwością 0,5Hz. W razie potrzeby zerujemy całość przez dłuższe użycie S2 (2sek.) Rezultat

opisanych działań wygląda jak niżej.

A – wartość rezystancji zasilania dla bieżącego pomiaru

B – suma pojemności elektrycznej zapamiętanej i bieżącej

C – zapamiętany czas pomiaru

D – zapamiętana wartość pobranej energii z poprzedniego pomiaru

Aktualne nastawy konfiguracyjne (serwisowe) widoczne są w menu PRESETS.

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 5 z 12

B – test rezystancji zasilania. Możliwe warianty ON/OFF.

C – końcowe napięcie rozładowania. Opcje OFF/10,0V do 11.0V, krok 0,1V

Teraz przystępujemy do zasadniczego testu. Będąc w dowolnym menu dłużej naciskamy S3, co

powoduje załączenie obciążenia oraz rozpoczęcie mierzenia wszystkich wartości. Aktualne dane

generowane przez system możemy obserwować wybierając interesujące nas dane za pomocą S3.

Dodatkowo, używając S2 (krótkie przyciśnięcie), jesteśmy w stanie wpisać do pamięci aktualny

wynik pomiaru Ah. To rozwiązanie można zastosować w przypadku, kiedy cykl pomiarowy nie został

jeszcze zakończony (np. długo trwał i niezbędny jest podział na dwa etapy), czyli warunek U>=10,

5V nie został spełniony, a musimy pomiar z jakiegoś powodu przerwać. Jego dokończenie bez

wyzerowania wpisanych manualnie do pamięci danych, umożliwia wyświetlanie sumy Ah -

zapamiętanej oraz bieżącej.

B – zapamiętana wartość odebranego ładunku elektrycznego (zawsze ze znakiem #)

C – zapisany czas pomiaru

D – suma ładunku zapamiętanego i z bieżącego pomiaru (zawsze ze znakiem Ʃ)

Menu, na którym śledzimy bieżące wartości pomiaru.

A – bieżąca wartość prądu obciążenia

B – wartość pobranego ładunku w bieżącym cyklu pomiarowym (zawsze ze znakiem )

C – napięcie akumulatora

D – moc wydzielana w obciążeniu

Zakończenie pomiaru i zapisanie danych następuje automatycznie. Proces ten został opisany już

wyżej. Końcowo pojawia się komunikat:

Dodatkowo, aby ułatwić identyfikację wyżej wymienionego stanu bez angażowania zmysłu wzroku,

stan rozpoczęcia oraz samo działanie algorytmu sygnalizowane jest krótkimi dźwiękami

(dla dziesięciu próbek) i specyficzną kombinacją tychże dźwięków po zakończeniu testu.

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 6 z 12

Menu serwisowe

Miernik posiada dedykowane menu serwisowe, w którym można ustawić parametry

konfiguracyjne lub podejrzeć dane systemowe niedostępne w menu głównym. Aby wywołać

opisywane wartości należy jednocześnie przycisnąć i przytrzymać przez min. 0,5 sek. przyciski S2 i

S3. Zarówno zmiana wartości jak i wybór pozycji odbywają się sekwencyjnie za pomocą S2

(wartość) oraz S3 (pozycja).

Wartości prądu i napięcia z ADC. Są to dane odczytane z przetworników analogowo-cyfrowych

(dane

tylko dla osób zaawansowanych). Ich znaczenie jest informacyjne i nie podlega możliwości

modyfikacji z poziomu menu. Zmianę ich wartości można obserwować przy załączeniu / wyłączeniu

obciążenia przyciskiem S2 (dłuższe naciśnięcie). Aktualny stan obciążenia odzwierciedla komunikat

(ON/OFF).

B – U to wartość ADC dla pomiaru napięcia, I – wartość ADC dla pomiaru prądu (ACS712)

D - Aktualny stan załączenia obciążenia (ON/OFF)

Napięcie końcowe rozładowania. Dla OFF napięcie to wynosi 8V. Wartość ta jest bezpieczną

wartością (tj. umożliwia jeszcze prawidłową pracę urządzenia) i umożliwia zapis do pamięci danych,

uzyskanych w czasie testu. Jej alternatywą jest wybór wymiernych wartości z zakresu 10,0V do

11,0V (z krokiem 0,1V).

D – wartość napięcia końcowego rozładowania. Możliwe wartości OFF/10,0 do 11,0V, krok 0,1V

Test rezystancji zasilania. W czasie startu testera w pierwszym kroku wykonywany jest test

wewnętrznej rezystancji zasilania. Ten krok działania może być pominięty przez wybór odpowiedniej

opcji (ON/OFF).

B – test rezystancji zasilania. Możliwe wartości ON/OFF.

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 7 z 12

Możliwość załączenia lub wyłączenia podświetlania LCD.

D - dostępne opcje ON/OFF.

Wybór przedziału czasowego w którym wystawiane są dane na port RS TTL. Za pomocą

dodatkowego konwertera poziomów możliwe jest przesyłania danych zarówno do portu RS232 jak

i USB.

D - dostępne wartości nastawień: 1sek, 1 min, 15 min.

Wybór standardu danych USB umożliwia różne formatowanie danych wystawianych na złącze.

D - dostępne formaty:

#1 – Time 0:12:05 U=10,8V I=2,76A /czas pomiaru, napięcie akumulatora, prąd rozładowania

#2 – numer kolejny 1 sek. próbki (30-33), napięcie akumulatora (11,78). Brak jednostek (s, V)!

ML – format MegunoLink do współpracy z darmowym oprogramowaniem, opis niżej.

Zapis ustawień. Wprowadzone dane konfiguracyjne należy zapisać przez dłuższe użycie przycisku

S3, co sygnalizowane jest potwierdzającym dźwiękiem oraz stosownym komunikatem na LCD.

Przejście do pomiaru następuje przez użycie S1 (reset).

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 8 z 12

Przykładowy sposób przeprowadzenia testu akumulatora - połączenia

Wygląd testera TAh1

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 9 z 12

Rozmieszczenie i opis funkcji mikrowyłączników (schemat montażowy)

S1 – reset systemu (start nowego pomiaru)

S2 – krótkie przyciśnięcie (300msek.) –

wpisanie do pamięci aktualnego stanu

wartości Ah

S2 – długie przyciśnięcie (2sek.) –

kasowanie wszystkich wpisów w pamięci

S3 – krótkie przyciśnięcie – sekwencyjne

przełączanie menu

S3 – długie przyciśnięcie – załączenie /

wyłączenie obciążenia

A – akumulator (testowane źródło zasilania)

B – obciążenie rezystancyjne (np. żarówka)

Schemat ideowy

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 10 z 12

Współpraca testera z PC przez USB

Praca z oprogramowaniem RealTerm

Sprzętowo można wykorzystać tani i funkcjonalny konwerter TTL > USB, oparty o chipset

PL2302HX (Allegro). Odpowiednie punkty połączeniowe znajdują się na pcb testera. Należy

pamiętać o połączeniu krzyżowym, tj. Rx na TX.

Zbieranie danych przeprowadzić można za pomocą darmowych monitorów (CoolTemp, Realterm

itp.). Przykładowo zobrazowano użycie do tego celu softu Realterm. Należy pamiętać o

odpowiedniej jego konfiguracji tzn. ustawieniu portu (indywidualne dla każdego komputera), oraz

parametrów transmisji RS232 – 9600 bodów, 8N1, bez kontroli parzystości. Z takimi parametrami

pracuje tester. Widok omawianych nastaw na dole po prawej stronie przedstawionego niżej zrzutu

ekranowego.

Wynik pokazujące się w oknie zapisywane są do pliku tekstowego okresowej w lokalizacji (zakładka

Capture). Otrzymany plik należy odpowiednio zmodyfikować usuwając z niego wszelkiego rodzaju

komentarze i miana jednostek, zostawiając jedynie liczbowe wartości czasu (minuty) oraz napięcia

(V). Jako rozdzielenie danych można zastosować np. tabulator. Taką operację najlepiej

przeprowadzić z użyciem Worda z MS Office (funkcja zamień). Otrzymany „czysty” plik z danymi

importujemy do Excela (Dane > z tekstu) i tworzymy wykres. Poniżej przedstawiono wykonany za

pomocą opisanej procedury wykres badania napięcia akumulatora 7,2 Ah (mocno zużytego),

rozładowywanego prądem ok. 3,2A

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 11 z 12

Współpraca z MegunoLink wersja Lite

Program ten umożliwia kreślenie w czasie rzeczywistym charakterystyki rozładowania badanego

akumulatora. Niestety, nie można wygenerować czasu trwania testu, wartości te nadawane są

automatycznie przez software. Osią X jest aktualny czas systemowy odczytany z RTC komputera.

Poniżej przykładowy pomiar dokonany za pomocą tego softwaru, interwał przesyłanych danych

1sek.

Tester akumulatora TAh1 – instrukcja obsługi

Strona 12 z 12

Inne zastosowania testera

Miernik można wykorzystać przy pomiarach zużycia mocy przez dowolne urządzenia zasilane DC,

z parametrami mieszczącymi się w zakresie deklarowanych warunków pracy, których obciążenie ma

charakter rezystancyjny. Ograniczenie dotyczące rodzaju obciążenia wynika z zastosowania jako

elementu wykonawczego tranzystora MOSFET. Rozwiązanie takie pozwala na dużą niezawodność

i trwałość (brak elementów mechanicznych w postaci styków), wiąże się jednak z problemem

występowania przepięć (dla elementów o charakterze indukcyjnym). Ze względu na ich wysokość,

mogą one uszkodzić złącza tranzystora wykonawczego, dla którego wartość wzmiankowanego

napięcia jest relatywnie niska (kilkadziesiąt V).

Z uwagi na algorytm działania, dopuszczalna jest zmiana wartości obciążenia podczas trwania

pomiaru. Warunkiem jest to, by była ona wolnobieżna lub polegała na włączaniu / wyłączaniu

odbiornika. Otwiera to możliwość testowania zużycia energii dla urządzeń pracujących okresowo.

Przy realizacji implementacji nowych funkcji (patrz: możliwe modyfikacje urządzenia) pojawiają się

na horyzoncie dodatkowe dziedziny, w których można tester zastosować, ograniczone jedynie

własną wyobraźnią i pomysłowością.

Dane techniczne

Pomiar akumulatorów 12V, 100Ah, rozdzielczość 0,01Ah

Maksymalny prąd rozładowania 5A, rozdzielczość 0,02A

Pomiar napięcia 10V do 16V, rozdzielczość 15mV

Pomiar czasu testu 0 do 24 godzin, rozdzielczość 1 sekunda

Pomiar energii do 10kWh, rozdzielczość 0,001 kWh

Próg detekcji napięcia końcowego rozładowania (OFF lub 10,0V do 11,0V, krok 0,1V)

Prąd własny 30mA @ 12, 5V,

LCD o organizacji 2x16 znaków z HD44780 lub kompatybilnym

Budowa – moduł bez obudowy, pcb o wymiarach 77mm x 60 mm