А какая у нас ёмкость?

Цифровой измеритель ёмкости свинцово-кислотных 12 В аккумуляторов на базе велокомпьютера (или как измерить ёмкость аккумулятора)

Устройство предназначено для измерения реальной ёмкости свинцово-кислотных 12 В аккумуляторных батарей, которые широко используются в разных приборах и агрегатах, начиная от кассового аппарата, UPS, детского мотороллера и кончая автомобилем. Особенностью данной конструкции является её простота и хорошие параметры.
 

Основные технические данные и характеристики:

 В данном устройстве для измерения ёмкости используется метод контрольного разряда полностью заряженного аккумулятора на некоторую нагрузку до достижения предельного напряжения разряда (10,5 В) и подсчёт отданного при этом количества электричества. Ток во время цикла разряда не стабилизируется, так как схема осуществляет вычисление интеграла тока по времени.
Внешний вид прибора показан на рис.1.

Рис.1. Внешний вид прибора

Ёмкость аккумулятора зависит от многих факторов: температуры, режима разряда, состояния аккумулятора и т.д.

Однако, вернемся к нашей конструкции.

Попадался ли Вам программируемый частотомер со счетчиком импульсов, часами, автономным питанием и ЖК-индикатором - и всё это размером со спичечный коробок и ценой 500р. ? Оказывается, такой прибор существует! Это велосипедный компьютер (в дальнейшем - ВК).  В данной конструкции ВК используется в качестве блока измерения и индикации.
Блок-схема прибора приведена на рис.2, а принципиальная электрическая схема на рис.3.

Рис.2. Блок-схема измерителя ёмкости

Рис.3. Принципиальная электрическая схема измерителя ёмкости

Пороговое устройство обеспечивает первоначальное включение устройства и его отключение по окончании цикла разряда. Содержит опорный источник R3-VD4, компаратор DA1 и реле управления нагрузкой K1. Цепочка R4,R5 создает небольшой гистерезис в работе компаратора. Резистором R2 регулируется порог отключения устройства. Резистор желательно применить многооборотный типов СП5-2, СП5-3.

Блок нагрузок состоит из нескольких автомобильных ламп разной мощности. Включая эти лампы в разных комбинациях, можно задать различные токи разряда.

Преобразователь напряжение-частота U-F собран на микросхеме AD654. Входное напряжение снимается с датчика тока R1 типа С5-16МВ мощностью 5 Вт. Коэффициент преобразования определяется цепочкой R9-C2. Частота сигнала на входе ВК должна составлять 1...25 Гц. AD654 лучше работает на более высокой частоте. Чтобы обеспечить эти требования, введен делитель частоты на микросхеме DD1. Транзистор VT1 служит для согласования с ВК. Регулировочных элементов преобразователь не имеет. Калибровка прибора осуществляется выбором коэффициента пропорциональности в ВК.

 Устройство подключается к аккумулятору проводами, имеющими на концах зажимы типа "крокодил". Питание осуществляется непосредственно от тестируемого аккумулятора.

Немного о других элементах схемы. Диоды VD1...VD3 (КД521А) защищают устройство при неправильной полярности подключения к аккумулятору. Конденсатор С2 определяет постоянную времени преобразователя и должен быть высококачественным: типа К71-7, К73-15 и т.п. Реле должно коммутировать ток до 5 А и срабатывать при напряжении 5...9 В, соответственно подбирается номинал гасящего резистора R6. Измерение напряжения производится по четырехпроводной схеме, т.е. силовые и измерительные проводники соединяются непосредственно на зажимах "крокодил".

Несколько слов о велокомпьютере. Датчиком для работы ВК на велосипеде является пара геркон-магнит, на каждый оборот колеса геркон замыкается один раз. Даже самые простые модели ВК имеют функции измерения мгновенной скорости, пройденного пути за день, времени в пути, общего пройденного пути, максимальной скорости, текущего времени. Для настройки ВК под конкретную модель велосипеда имеется возможность задания длины окружности колеса в миллиметрах. Более подробно об этом можно почитать в другом разделе данного сайта. Этот набор функций как нельзя лучше подходит для нашей задачи, только индицируемые параметры будут иметь другой смысл.

Соответствие параметров

 В конструкции использован ВК компании Sigma Sport модель ВС600. Обычно ВК имеет 2 или более контактов для подключения к нему датчиков (рис.4). Для правильного подключения к прибору необходимо определить полярность контактов, что легко сделать с помощью вольтметра.
Порядок работы с ВК смотрите в инструкции к нему.

Рис.4. Вид на велокомпьютер снизу

Блок нагрузок размещен в перфорированном кожухе от импульсного блока питания (рис.5).

Рис.5. Блок нагрузок

 Основная схема собрана в отдельном корпусе (рис.6). Печатная плата не разрабатывалась. На рисунке показан прототип схемы, в котором некоторые элементы отличаются от приведенной принципиальной схемы.

Рис.6. Вид на монтаж

 ВК имеет съёмное крепление на самодельном держателе (рис.7). Так как блок нагрузок при работе сильно нагревается, то он соединен с основной схемой через стеклотекстолитовую пластину.

Рис.7. Самодельный держатель ВК из стеклотекстолита

Регулировка и калибровка прибора

Регулировка заключается в установке порога отключения 10,5 В с помощью резистора R2. Первоначально движок резистора R2 установите в верхнее (по схеме) положение. Прибор подключите к регулируемому источнику постоянного напряжения, установите на его выходе напряжение 10,5 В. Нажмите кнопку включения прибора, при этом должно сработать реле К1. Регулировкой резистора R2 найдите положение, когда реле только что отключилось.

Калибровка заключается в установке константы преобразования в ВК. Можно выбрать два диапазона измерения.
Если предполагается работа с аккумуляторами ёмкостью до 10 А*ч, то первоначально в ВК установите константу "длина окружности колеса" равной 3700. Далее, подключите прибор к аккумулятору последовательно с амперметром на 10 А. Запустите цикл разряда, нажав кнопку. Включите максимальную нагрузку. Амперметр при этом покажет потребляемый ток, а ВК в качестве параметра "Мгновенная скорость" тоже покажет значение тока. Изменяя константу, добейтесь совпадения показаний амперметра и ВК. Для работы в диапазоне до 100 А*ч установите константу 370 и действуйте аналогично. На этом калибровка заканчивается.

При аккуратной калибровке погрешность измерений составляет 1...2 %.

Порядок работы с прибором

1. Установите показания ВК на ноль.
2. Подключите прибор к полностью заряженному аккумулятору, соблюдая полярность.
3. Нажмите кнопку, при этом запустится процесс разряда.
4. С помощью переключателей выберите необходимую нагрузку, при этом ВК будет показывать потребляемый ток и отданные ампер-часы.
5. По окончании цикла разряда прибор выключится, а на индикаторе ВК будут показаны ёмкость, время разряда и т.д.

Чтение показаний имеет некоторые особенности (надо знать, где поставить десятичную точку). На рис.8 индицируется величина тока = 2,7 А, отданная ёмкость 6,025 А*ч. Прибор откалиброван на диапазон 99 А*ч.

Рис.8. Прибор в работе

Сентябрь 2010 г.

Литература.

"Цифровой измеритель ёмкости аккумуляторов" http://www.radioland.net.ua/sxemaid-426.html

Сайт, посвященный аккумуляторам http://www.at-systems.ru/.

Описание микросхемы AD654 http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD654.pdf