基于ATmega328的鉛酸電池容量測試儀

本項(xiàng)目是對鉛酸蓄電池進(jìn)行恒流放電，測量其實(shí)際容量。

由于硬件和設(shè)計(jì)限制，限制很少：

只有高達(dá) 200Ah 的 12 伏鉛酸電池可以放電！由于測量偏移（以實(shí)現(xiàn)更好的電壓測量分辨率），只能測量 10.1 伏至 14.7 伏的電壓，這意味著低于 10.1 伏的任何電壓都將讀數(shù)為 10.1 伏。

電流測量分辨率為 25 mA，以覆蓋更寬的測量范圍（0-13.9 A），這對于測量非常小的放電率（低于 300 mA）可能是個(gè)問題

電壓測量分辨率為 5 mV。測量的電壓會(huì)定期（每 5 分鐘）存儲(chǔ)在 EEPROM 中，并在測試完成后通過 USB-Serial 導(dǎo)出。

放電電流可由用戶通過 S1/S2 按鈕（設(shè)置）編程，可以是 0.1 A 到 10.0 A 的 0.1 A (100mA) 的任意值倍數(shù)。

C-Rate（等于放電時(shí)間/預(yù)期測試持續(xù)時(shí)間）可由用戶配置 5 小時(shí)或 10 小時(shí)或 20 小時(shí)。例如，如果 35 Ah 電池以 C/10 的 C 速率放電，則放電電流將為 3.5 A (3500 mA)，預(yù)期放電持續(xù)時(shí)間應(yīng)為 10 小時(shí)。

根據(jù) OLED 屏幕菜單上顯示的說明，用戶可以通過按下 S1/S2 按鈕來中止測試（電流適當(dāng)?shù)男逼孪陆档?0 A）！

在測試運(yùn)行期間，OLED 顯示屏將在屏幕上顯示測試時(shí)間、放電電流、電池端子電壓。

只要達(dá)到電池切斷（此處為 10.5 V）或時(shí)間 (=C hrs) 結(jié)束，測試就會(huì)自動(dòng)停止。

計(jì)時(shí)是使用帶有中斷的 AVR 內(nèi)部 Timer1 完成的。S1/S2 按鈕連接到 Atmega328 微控制器的 INT0/INT1，用于控制用戶界面。

如何工作
動(dòng)態(tài)電氣負(fù)載

放電電流流經(jīng)的負(fù)載（MOSFET+電阻網(wǎng)絡(luò)）是可編程有源負(fù)載。它的驅(qū)動(dòng)方式是恒定電流流過它，而不管電池電壓因放電而隨著時(shí)間的推移而下降！

有源負(fù)載由 MOSFET(Q1) 和高功率電阻器網(wǎng)絡(luò)（顯示為單個(gè)電阻器 R1）組成，MOSFET 的漏極到源極通道充當(dāng)可變電阻器，高功率電阻器網(wǎng)絡(luò)具有固定值電阻（直到它也變熱）很多）。

Arduino

現(xiàn)在，電阻 R2 是一個(gè)數(shù)字 10K 電位器 (MCP4131)，電阻可以通過 SPI 通信進(jìn)行編程。(Ar)Bareduino 完成這項(xiàng)工作和其他任務(wù)，例如 OLED 顯示器驅(qū)動(dòng)、獲取用戶輸入、使用 ADC 測量來自傳感器的電流和電壓。

電源軌

此設(shè)備上的電源軌很少：

5.0 伏數(shù)字系統(tǒng)（Arduino(MCU)、OLED 顯示器、DigiPot、電流傳感器）

12.0 伏用于散熱器冷卻風(fēng)扇

18.9 伏的運(yùn)算放大器

9.35 伏和 1.8 伏精密基準(zhǔn)電壓，用于 ADC 轉(zhuǎn)換前的差分測量和模擬信號調(diào)理。

結(jié)果
測試的結(jié)果是什么？首先，我們將得到一個(gè)時(shí)間與 Vbatt 曲線，可用于在未來的測試中進(jìn)行局部放電容量估計(jì)。

我們?nèi)绾潍@得電池的容量？假設(shè)您使用了 100 Ah 電池并以 C/10（或 10 Amp）的放電電流開始測試。如果電池有 100% 的額定容量，10 小時(shí)后電池電壓應(yīng)高于 10.50 伏。但是假設(shè)電池在 9 小時(shí) 30 分鐘后達(dá)到 10.50 伏，因此電池的電流容量為 95%。

改進(jìn)范圍

電池容量很大程度上取決于環(huán)境溫度。該設(shè)備預(yù)計(jì)可在 25'C +/- 5'C 環(huán)境溫度條件下運(yùn)行。可以通過使用溫度補(bǔ)償（LM75 可以）來改進(jìn)設(shè)計(jì)，這將允許設(shè)備在更冷或更溫暖的天氣中測量容量。

添加 pH 計(jì)以測量電解液的酸度并計(jì)算從完全充電到完全放電的比重水平，這將為分析提供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)。

代替放電，邊充電邊測量容量是一種更好、更合理的方法。