Народный измеритель ёмкости батареек BatteryTest

Я разработал дешёвый, точный и максимально простой в использовании прибор, с помощью которого можно измерить ёмкость практически любой батарейки (от микроскопических батареек для слуховых аппаратов до крупных батарей). Повторить мой прибор может любой желающий.


Я тестирую батарейки и аккумуляторы в проекте Batterytest.ru, но все модели, имеющиеся в продаже, протестировать невозможно, к тому же одни и те же батарейки из разных партий могут отличаться.

С помощью моего прибора каждый сможет протестировать любые батарейки и сравнить их между собой. Кроме того прибор поможет компаниям, выбирающим поставщика батареек и не доверяющим испытательным лабораториям.

Возможно у вас возник вопрос, зачем разрабатывать новый прибор, ведь в продаже можно встретить множество приборов для измерения ёмкости элементов питания. К сожалению все они либо очень дорогие, либо неточные, либо не универсальные, либо неудобные. Я постарался сделать простой, дешёвый, универсальный и точный прибор.



Основные параметры Народного измерителя BatteryTest:

— измерение ёмкости любых батареек (AA, AAA, CR2032, LR44, Крона и других);
— возможность измерения ёмкости аккумуляторов при условии своевременного ручного отключения после завершения теста;
— постоянный резистор в качестве нагрузки (это проще и точнее, чем электронная нагрузка);
— ток нагрузки от 1 до 800 мА (зависит от номинала сменного резистора);
— напряжение батареи или аккумулятора от 1 до 15 вольт;
— время теста от 10 секунд до 1000 часов (около 42 суток);
— измеряемая энергия от 1 до 99999 мВтч;
— измеряемая ёмкость от 1 до 99999 мАч;
— постоянное отображение на экране напряжения, тока, ёмкости (мАч), энергии (мВтч) и времени;
— автоматическое определение напряжения окончания теста в зависимости от типа элемента питания;
— передача на компьютер данных тестирования (можно сохранять их и строить графики разряда);
— бесконечное отображение результатов после завершения теста;
— полное отсутствие органов управления.

Измерение напряжения и тока производится с помощью модуля на микросхеме Texas Instruments INA226.

В процессе теста батарейка или аккумулятор полностью разряжается, поэтому протестированные батарейки придётся утилизировать.

В приборе не предусмотрено отключение нагрузочного резистора после окончания теста, поэтому если использовать прибор для тестирования ёмкости аккумуляторов придётся отслеживать момент завершения теста и вручную отключать аккумулятор, чтобы он не переразрядился.

При включении прибора на экране отображается заставка, номер версии и напоминание о необходимости подключить нагрузочный резистор и батарейку или аккумулятор. Как только резистор будет подключён, а батарейка установлена в держатель, на экране отобразится напряжение окончания разряда и параметры калибровки датчика напряжения и тока.



Через три секунды прибор перейдёт в режим отображения информации о тестировании: сверху время теста, в левой части экрана текущее напряжение и ток, в правой части экрана — отданная на текущий момент энергия в мВтч и заряд в мАч. Когда тест закончится, прибор покажет на экране дохлую батарейку, затем её изображение будет сменяться результатами: временем теста, отданной энергией и ёмкостью.



В процессе теста каждые 5 секунд данные передаются в компьютер через кабель USB и виртуальный COM-порт (скорость обмена 74880, именно такая скорость нужна, чтобы неотключаемая отладочная информация ESP8266 выводилась не кракозябрами).



Эти данные можно сохранить и использовать для построения графика разряда, например с помощью Excel.



На корпусе прибора установлены две контактные колодки. К центральным контактам подключается нагрузочный резистор. Для тестирования некоторых распространенных элементов питания используются следующие номиналы резисторов:

12 Ом — тест максимальной ёмкости батареек AA и AAA (75-130 мА);
3.9 Ом — тест батареек AA с повышенной нагрузкой (230-410 мА);
5.1 Ом — тест батареек AAA с повышенной нагрузкой (176-310 мА), тест NiMh аккумуляторов (176-235 мА);
230 Ом — тест батареек Крона (23-42 мА);
1 кОм — тест батареек CR2032 (2-3 мА).

К крайним контактам подключается сменный держатель элемента питания. Держатель для CR2032 подходит и для маленьких батареек-таблеток.



В программе, работающей в приборе, я постарался учесть все нюансы и нештатные ситуации: при отсутствии или сбое модуля измерения напряжения и тока на экране появится сообщение «Нет INA226»,
если батарейка подключена, а нагрузочный резистор нет, на экране появится сообщение «Подключите нагрузочный резистор», если за час после включения прибора батарейка и резистор так и не будут установлены, прибор сообщит «Долгий простой. Перезапуск». Если напряжение батарейки окажется выше допустимого, появится сообщение «Напряжение выше 15 вольт». Если время теста превысит предел, вместо времени появится надпись ">1000 часов". Через 1 минуту 45 секунд отображения итога измерения яркость экрана снижается для защиты OLED-экрана от выгорания.

В приборе используются недорогие компоненты: дешёвый микроконтроллер D1 mini на основе ESP8266, OLED-экран 0.96", готовый модуль INA226. Прибор может питаться от компьютера через USB-кабель или от любого адаптера питания 5 вольт с разъёмом USB, а также от некоторых пауэрбанков, способных не отключаться при небольшом потреблении (при питании 5В через разъём USB прибор потребляет 27 мА).

Я назвал прибор народным потому, что его сможет повторить любой желающий, способный спаять десяток проводов. Схема соединения трёх основных модулей и клеммных колодок очень проста.



Прошивку, исходный текст программы и ссылки на все детали для сборки прибора я разместил на отдельной странице проекта https://ammo1.ru/btest.

Для удобства экран устанавливается вверх ногами, контактами вниз (в программе экран перевёрнут, при желании можно установить экран как обычно и убрать из программы две строки, переворачивающие экран).
Модуль INA226 устанавливается как можно ближе к плюсовой клеммной колодке.

При желании можно установить в прибор аккумулятор формата 18650, плату зарядки и защиты, а также преобразователь напряжения, дающий на выходе 3.3 В (его выход подключается к линии питания 3.3 V, к которой подключены контакты питания экрана и модуля INA226) и выключатель между плюсовым контактом аккумулятора и входом преобразователя.



Аккумулятора 2600 мАч хватит приблизительно на 50-90 часов работы прибора (время работы зависит от типа преобразователя напряжения и его КПД).

Некоторые нюансы для тех, кто захочет собрать такой же прибор.

Можно использовать модули INA226 или INA231 (этот модуль вдвое дороже, у него лучше сделана разводка печатной платы, присутствуют сглаживающие помехи конденсаторы в линии измерения тока).

К сожалению на Aliexpress можно встретить плохие модули INA226 и INA231, в которых установлены отбракованные или поддельные микросхемы, в которых неправильно работает внутренний источник опорного напряжения, из-за чего напряжение и ток измеряются с большой ошибкой. У нормальных модулей отклонение напряжения не должно превышать двух знаков в третьем разряде после запятой (0.999 В — 1.001 В при измерении напряжения 1 В). Я добавил возможность корректировки напряжения в программу, чтобы можно было использовать бракованные модули, но лучше заказывать заведомо хорошие.

Точность измерения тока зависит от точности номинала резистора шунта 0.1 Ом, установленного в модуле. Желательно рассчитать калибровочное значение тока (calibrI в программе) с помощью хорошего мультиметра.

Готовая прошивка сделана для микроконтроллера D1 mini. Можно использовать любую версию с разъёмом Micro USB или Type C. Я рекомендую использовать D1 MINI V4.0.0, так как она самая дешёвая и у неё есть отверстия для крепления.

Можно использовать любую другую плату микроконтроллера (например, NodeMCU или Arduino Nano), достаточно откомпилировать программу под ваш контроллер и если в нём нет Wi-Fi, убрать команды, его отключающие.

Нагрузочные резисторы должны иметь большой запас по мощности, чтобы во время тестирования они не нагревались.

Не рекомендую использовать дешёвые колодки (холдеры) для батареек с красными проводами — из-за низкого качества контактов и проводов они могут иметь настолько большое сопротивление, что это существенно исказит результаты.

Это первая отлаженная и работоспособная версия прибора. В будущем я хочу добавить следующие возможности:

— удобная калибровка прибора по напряжению и току двумя кнопками, скрытыми внутри корпуса;
— отображение на экране уровня заряда аккумулятора при его наличии;
— сохранение данных тестирования на SD-карту;
— передача данных тестирования по Wi-Fi.

Если вы хотите присоединиться к разработке, буду рад.

Кроме того, планируется создание многоканальной версии прибора для одновременного тестирования нескольких батареек или аккумуляторов.

Для тех, кто хочет получить готовый прибор или повторить его, я постараюсь сделать два варианта: готовый откалиброванный прибор и набор для самостоятельной сборки с прошитым и откалиброванным контроллером.

Если найдутся энтузиасты, готовые тестировать батарейки и аккумуляторы с помощью этого прибора, подумаем о том, чтобы сделать на batterytest.ru раздел с народными результатами, и конечно же таким энтузиастам я готов предоставить приборы бесплатно.

© 2024, Алексей Надёжин