Обзор измерителя внутреннего сопротивления аккумуляторов HT-RT01

Всем привет. Сегодня я расскажу о приборе, позволяющем производить точные и быстрые измерения внутреннего сопротивления и напряжения аккумуляторных батарей. Произведён измеритель компанией Heltec BMS.
Измерения производятся с помощью 18 битного АЦП, на переменном токе с частотой 1кГц, с использованием щупов Кельвина. Есть возможность записи результатов измерений на компьютер, а так же быстрая сортировка батарей в рамах определённого допуска (тест пройден/не пройден). Прибор оснащён чёрно-белым ЖК экраном с диагональю 2.4 дюйма, с зелёной подсветкой.



Согласно описанию к прибору, продукт разработан для тестирования и быстрой сортировки как отдельный элементов (например банок формата 18650), так и крупногабаритных литиевых аккумуляторов, с напряжением до 100В. Максимальное измеряемое сопротивление — 200Ом.
Прибор автоматически распознаёт полярность подключенного элемента, и позволят произвести измерения с минимальным шагом 0.001мОм/1мВ, с точностью 0.5%. За секунду производится 5 измерений.

Спецификации прибора наглядно:

Насчёт сортировки аккумуляторов

Сортировка аккумуляторов необходима, так как батареи с большим внутренним сопротивлением имеют больший нагрев в процессе заряда/разряда, т.е. больше энергии отдают в тепло. В долгосрочной перспективе, это приводит ускоренному старению и деградации батарей.

Большое внутреннее сопротивление элементов из которых состоит батарея, негативно сказывается на их способности заряда и разряда при больших токах.
Если говорить например о банках формата 18650, то не каждый такой элемент подойдёт для изготовления аккумуляторной батареи для шуроповёрта, где токи могут запросто достигать значений выше 20А, при том что «обычные» не высокотоковые банки формата 18650 рассчитаны на долговременную работу при токах разряда не более 10А, а разряд большим током приведёт к сильной просадке напряжения, высокому нагреву банки, и быстрому износу.
Если аккумулятор будет собран из элементов с сильно отличающимся внутренним сопротивлением, то из-за более быстрой просадки напряжения на элементе с наибольшим сопротивлением, блок управления батареей будет отключать её гораздо быстрее (даже если батарея не сильно старая), чем в случае когда батарея состоит их элементов с почти одинаковым сопротивлением. Здесь действует правило, что производительность аккумуляторной батареи зависит от худшего элемента в её составе.
Такое отключение может произойти внезапно, даже если совсем недавно индикатор остатка заряда на том же ноутбуке сообщал что ноутбуку ещё работать и работать от батареи, при том что ток разряда был постоянным (например, пользователь смотрел фильм, который особо не нагружает элементы ноутбука). Думаю многие сталкивались с таким поведением ноутбука.
Со временем, деградирует даже аккумуляторные батареи собранные из хороших и одинаковых по внутреннему сопротивлению элементов,
Деградация аккумуляторной батареи зависит от того, сколько циклов заряд/разряд она пережила, каковы были параметры разряда/заряда и нагрев элементов при них, как давно она была произведёна.
Если аккумуляторная батарея собирается из качественных элементов, с одинаковым сопротивлением, и параметрами которые будут подходить под нагрузку (ток и температура не будет превышать заявленные по паспорту значения), то такая АКБ прослужит максимально долго, до сильной деградации по времени работы.

Вернёмся снова к прибору.

Распаковка

Приехал прибор в большой коробке. На коробку нанесена информация о возможностях и характеристиках устройства.

Внутри коробки находится сам прибор, 4-х проводные щупы, 4-проводной держатель для банок формата 18650/32700, кабель питания, кабель USB-A to USB-A для передачи данных и инструкция.

Корпус прибора изготовлен из стали. При этом, спереди и сзади у корпуса есть пластиковые накладки, служащие своего рода диэлектрическими ножками, и элементом за который удобно браться при настройке прибора. Они же служат передней и задней стенкой корпуса.
Сверху корпуса есть небольшие «жабры» для отвода тепла от трансформатора (о нём чуть позже).
Вид на прибор сбоку:

Так как сам прибор не был упакован в пупырку, одна из пластиковых частей немного пострадала при транспортировке, хотя ехал он не с помощью почты, а с локального склада, через одну из курьерских служб доставки.

С задней стороны прибора нанесена наклейка с его спецификациями, есть выключатель, предохранитель, и разъём для подключения кабеля питания.

Наиболее толстая часть это дно, к которому прикручен понижающий трансформатор.
Вообще, блок питания в устройстве линейный, так как прибором запрещено пользоваться рядом с импульсными источниками питания, сотовыми телефонами. Кроме этого нельзя эксплуатировать прибор во влажной среде.

Теперь вернёмся к передней панели прибора, а точнее к его органам управления.
Видим здесь ЖК экран, входные коннекторы для подключения к тестируемому объекту, порт USB (для связи с ПК), жёлтую кнопку отвечающую за включение или выполнения операции, кнопка Vol для изменения диапазона измеряемого напряжения 2В/20В/100В (по умолчанию прибор работает в режиме Auto), и кнопка Res, служащая для измерения диапазона по измеряемому сопротивлению 20мОм/200мОм/2Ом/20Ом/200Ом (по умолчанию в режиме Auto).
По кнопкам SET осуществляется навигация по меню прибора. В меню есть возможность калибровки прибора по эталонному напряжению. и сопротивлению, при чём во каждом из диапазонов измерений по отдельности.
Доступен так же сброс к заводским настройкам, чтение информации о текущей версии прошивки (прошивка используется от LQ1060S), смена языка (английский/китайский), включение/отключение последовательного порта, и выход из меню.



Габариты корпуса:


Внутренности

Корпус держится на 8 винтах. Вот как выглядит прибор в разборе:
Корпус прибора заземлён, а трансформатор дополнительно ещё зафиксирован к днищу видимо каким то клеем. Трансформатор покрыт лаком, каких либо маркировок на нём я не заметил.
Плата управления выглядит так:
Плату я не смог снять даже открутив винты, так как она приклеена к корпусу, аналогично трансформатору, но я предполагаю что все значимые элементы платы расположены только с одной стороны.
Напряжение с трансформатора выпрямляется диодами 1N4007, и сглаживается тремя конденсаторами на 16В 220мкФ, и затем поступает на линейные стабилизаторы напряжения 78L05 и 79L05. По выходу стабилизаторов использованы конденсаторы на 6.3В 470мкФ, всего их 5 штук. Кстати, фишка идущая с трансформатора так же облита то ли лаком то ли клеем, поэтому просто так её не снять. Не знаю зачем так нужно было делать, ведь и без лака она должна держаться надёжно.
Кстати, на плате видны места под не распаянные компоненты.

В качестве микроконтроллера, используется STM8L151C6T6 (8-битный контроллер работающий на частоте 16МГц, имеющий 32КБ Flash, 2КБ RAM, 1КБ EEPROM).
Под микроконтроллером, присутствует 2-х канальный операционный усилитель TL062C, аналоговый 8 канальный мультиплексор HC4051, и 4-х канальный операционный усилитель TL084C. Среди них, затерялся 18 битный АЦП MCP3421 (его корпус миниатюрен), на базе которого я делал самодельный миллиометр.
Над микроконтроллером расположился операционный усилитель LM324, и два мультиплексора CD4053.

Для связи с компьютером применён контроллер CP2102 (USB TO UART BRIDGE).

В схемотехнике прибора применены распространённые и не дорогие компоненты, при этом имеющие неплохие характеристики, и подходящие для функциональности данного измерителя.

Тестирование

У меня есть некоторое количество различных банок формата 18650, которые я заказывал с али для фонарика и для ремонта батареи электросамоката в 2021году (но с ним не срослось, но это уже другая история). Сейчас часть банок мне понадобилась для другого проекта, где с банок будет сниматься ток в районе 10А, и мне нужно будет подобрать банки под эту задачу (по допустимому внутреннему сопротивлению, по идентичности внутреннего сопротивления между банками).

Начинаю тестирование. Единственное, перед тестированием я не провёл хотя бы один цикл заряд- разря-заряд, тестирую банки после «отлёжки».

Первыми идут недорогие, и достаточно неплохие за свою стоимость «шоколадки», HG2 (оригиналы, по версии продавца с али), формата 18650, купленные здесь, правда более 3-х лет назад, и до сего момента лежащие без дела.
У всех элементов получилось примерно вот такое значение, с разницей менее 0.5мОм (показал показания внутреннего сопротивления каждой из банок в видео версии обзора).

Есть у меня ещё одна партия таких же банок, но бралась она в своё время на новорега, поэтому я не уверен у того же ли продавца я её брал, но по внутреннему сопротивлению элементов она идентична первой партии. Единственное, одна из банок оказалась с чуть большим внутренним сопротивлением чем другие, а ещё одна с примерно такой же разницей, но в меньшую сторону.
Можно сказать что разница не существенна.

Далее, измерю банку Murata VTC6, так же купленную почти 3 года назад.
Внутреннее сопротивление банки уже гораздо поинтереснее чем у «шоколадок», в районе 13.5мОм.

Ещё одна банка, Panasonic MH12210, которая должна быть с ёмкостью 3400мА*ч. Куплена так же почти 3 года назад.
Внутреннее сопротивление банки 44мОм. Напряжение элемента 3.976В
Для сравнения, я измерил напряжение банки с помощью мультиметра DMT-99:
Есть небольшая разница в показаниях, величиной 20мВ. Эталонного, высокоточного источника напряжения у меня нет, поэтому сказать кто из этих двух приборов привирает, я не могу.

Далее, ради интереса я решил измерить сопротивление открытого канала у полевого транзистора 50N06, купленного в чип и дип, и выпущенного компанией UMW.
Для открытия затвора транзистора, я подал примерно 9.7В с батарейки 6F22:
Транзистор открылся, мультиметр уже не может измерить сопротивление сток-исток, ввиду его малой величины.
Ну и здесь же, заодно измерил ёмкость по затвору:
Ёмкость затвора получилась около 2нФ (2000пФ).

Теперь измерим сопротивление канала открытого транзистора, используя HT-RT01:
Получилось значение в районе 13.5мОм.
А вот что говорит нам даташит насчёт сопротивления канала, при подаче 10В на затвор, и касаемо входной ёмкости затвора:
С учётом того что типовое значение сопротивления открытого канала 12мОм, а максимальное 17мОм, значение 13.5мОм вполне укладывается в эти рамки.
Значение ёмкости из даташита соответствует измерению на высокой частоте, плюс вероятно на гораздо более точный прибор чем мультиметр, поэтому видимо есть расхождение в районе 900пФ, хотя мб и даташит привирает, или просто таким образом измерять ёмкость нельзя.

Точно так же, измерил сопротивление открытого канала, ещё одного полевика 100N03A, так же производства UMW.
Вот его спецификации:
А вот результаты измерения:
Получилось примерно 7.4мОм, что ощутимо выше чем должно быть по даташиту (это без учёта небольшого сопротивления соединительных проводов, им я пренебрёг). Возможно, реальные параметры транзистора хуже чем по даташиту.
Ёмкость затвора у этого транзистора так же получилась 2нФ, что в целом соответствует даташитовскому значению в 1963пФ.

Ради интереса, пришлось отпаять транзистор IRLB3813 который я использовал в самодельном сварочнике для 18650 (в кол-ве 4-х штук, с включением в параллель), работающем от мощного LI-Pol аккумулятора.
Таким сварочником я даже прожёг одну банку 18650, когда перепутал на порядок номинал времязадающего конденсатора в цепи таймера. Транзисторы успешно пережили высокие токи, и они как раз таки первые претенденты на то что это оригинальные продукты. Покупались кстати тоже в своё время в чип и дип, сейчас там один такой транзистор стоит 320р…
Так как данные транзисторы очень мощные, с большой входной ёмкостью, а в схема таймера для сварки важно относительно высокое быстродействие, управлялись они через мощный и достаточно быстрый драйвер TC4420. В случае теста, быстродействие не так важно, и та же 9В батарейка 6F22 без проблем откроет такой транзистор. Глянем сперва в даташит:
Согласно даташиту, сопротивление в открытом состоянии, при 10В в цепи затворе-исток, должно быть примерно в районе 1.6-1.95мОм.
Измеритель показал 1.8мОм:
Опять таки похоже на правду, а это значит что у 100N03A всё-таки завышенные параметры в даташите (реальное сопротивление ваше заявленного), либо попался такой экземпляр, что тоже не есть гуд если там такой разброс. А так конечно транзистор дешёвый по стоимости, будь бы он ещё в корпусе TO-220…

Измерение сопротивления шунта 75ШСМ3-5-0.5 (произведён в СССР, точность 0.5%):
Такой шуyт я использую в паре с INA226, на самодельном измерителе мощности М2 NVMe SSD. На время измерений скинул от шунта один из проводов идущий к INA226. Сопротивление шунта должно быть 15мОм, прибор показывает 14.98мОм, что укладывается в 0.5% точности самого шунта (+-0.075мОм), плюс у самого прибора заявлена погрешность +-0.5%.

Так же, чисто ради интереса попробовал измерить прибором ESR конденсаторов, у дешёвого конденсатора с али (конечно же не LOW ESR), с номиналом 16В 4700мкФ.
ESR получился 50мОм:
В даташитах на конденсаторы, ESR обычно приводится при измерениях на частоте 100кГц. Вот пример таких спецификаций для относительно хорошего конденсатора:
Здесь ESR отмечен как 34мОм, но он может быть например и 17мОм, как в примере ниже:

ESR так же зависит от расчётного напряжения конденсатора и его габаритов.

Программа для работы с прибором функционирует нормально. Перевод на английский не полный. В программе отображаются напряжение и внутреннее сопротивление измеряемого на данный момент элемента.
Там можно задать допуск по напряжению и сопротивлению, а так же задать время через которое будет произведены следующая проверка. Если элемент укладывает в заданный допуск, то на экране отображается «PASS», если нет, то на экране высветится «NG». При этом, есть и голосовая озвучка на китайском языке (отключаемая).
При подключении к ноутбуку, работающему от своего аккумулятора, было заметно что показания измерителя немного начали дёргаться, но в целом это было не критично для измерений.

Кстати, касаемо измерений на частоте 1кГц, вот что отображает осциллограф (используется комбинированный прибор Fnirsi 2C23T) при его подключении к щупам HT-RT01:

Видео версия обзора:


Выводы

Измеритель HT-RT01, от Heltec BMS, отлично справляется с задачей измерения внутреннего сопротивления элементов, их сортировки, и сборки на их основе батарей. Можно так же производить измерения уже готовых батарей, и проводить в том числе замеры сопротивления открытых каналов полевых транзисторов.
К плюсам прибора я могу отнести наличие металлического корпуса, экранирующего плату прибора от наводок, а так же возможность удобного тестирования аккумуляторов в промышленных масштабах, благодаря возможности подключения прибора к компьютеру.
Точность измерения действительно высокая.

Единственный момент, это стоимость прибора, на мой взгляд она несколько завышена, так как в нём применена достаточно недорогая, но при этом качественная элементная база, без каких то супер дорогих элементов. Хотелось бы видеть стоимость прибора более привлекательной для широкого круга покупателей.

P.S на товар дрступен промокод XB2GNHHNVO43 (5$ скидки).