玩具电池容量测试仪打磨记

wanwenhao1

      不久前买了价值十几元的电池容量测试仪，到手实测，其显示的电流值误差差得太多，曾在本坛发贴（http://www.crystalradio.cn/forum ... =1894263&extra=）说过此事。

这是该测试仪的外观：




这是厂家给出的指标，看似不错：



实际该测试仪显示的放电电流，与UT201E测量出来的放电电流值差异很大，且误差为非线性的，应该认为该测试仪不可能测量出电池的实际容量。

下表为首次测试的数据记录：



随后根据厂家校准的方法，进行了首次校准。校准后非线性误差趋势完全一样，只是显示的电压值误差更小了。




下表为首次校准后测试的数据记录：




       电池容量测试仪的测试原理，不外乎是不间断地测量当时电池的输出电流值，将记录的电流值累计起来，用测量的间隔时间及总时长，在单片机上处理出实际放出的总电量。如果测量的电流不准确，其最终结果也肯定不准确。所以我当时认为这个电池容量测试仪仅仅是一个“玩具”。

本坛网友“juley”在那个贴子的14楼回贴，给了一个修正测试仪显示的电流值的思路，受到他的启发，我开始琢磨着怎么打磨这个测试仪。


我给测试仪工作的电源为普通USB电源，使用的测试电源为12V2A电源适配器加上一个3A的DC-DC的可调降压模块，最初使用钳形电流表UT201E测量放电电流，用TC801C万能表测量电压。进行打磨期间，测试实际电流、电压均为ZT219万能表（直流电压20V档误差±0.05%+3字，直流电流2A档误差±0.5%+3字）。

首先汇出给测试仪的电路图，虽说数码显示牌遮挡了大部分电路，绘出的是局部，但已经足矣。

这是该测试仪的元件及连接图局部：





这是整理出来的局部电路图（白线部分，红线部分是我打磨增加的恒流源电路图）：




最初，该表的误差在小电流端，表现为示值不够大，大电流端是示值略超。如果能给测试仪内部的检流电阻预置一个初始电流，就可以提高测试仪的显示值。在大电流端，显示电流过大，可以用大于2A的电流校准测试仪，让测试仪“认出”的电流比实际电流小。按照厂家提供的二次校准的方法，就是可以将大于2A的电流作为标准电流欺骗测试仪。

根据已经有的测试结果，按照测试仪能线性地反映以上变化为前提，通过EXCEL表格，凑算了理论上应该在电流采样电阻上预置的电流值，和校准测试仪时应该让测试仪认为是“标准2A”的实际电流值。其中一种凑算结果见下表。




为了使预置的电流比较稳定，我采用了恒流源提供预置的电流。其中采样电阻R1是6只1/4W的直插式电阻组成，其中约一半阻值是负温度系数的碳膜电阻，剩余阻值是正温度系数的金属膜电阻，欲提高恒流源的温度稳定性。串联电阻R2是为降低SOT-223封装的AMS1117三端稳压器的功耗而设置，避免AMS1117太热影响恒流的稳定性。


根据三端稳压集成块AMS1117的资料看，1A电流下，它的公称压降为1.2V。本电路使用不到200mA的电流，原以为压降1V略多应该可以正常工作了。测试中却发现减小恒流源采样电阻R1的阻值，恒流值并不增加。测量R1两端的电压，约为1.22V，比正常情况下略低。后来降低R2的阻值，将AMS1117的压降升高至接近2V，就保证了恒流源正常的恒流特性，此时电阻R1两端的电压达到了AMS1117标称的1.245V，看来AMS1117的压降还不能为了降低功耗而设置得太低。

方案选取中，曾试验直接使用测试仪的电源做恒流源的电源，结果可能是该测试仪没有考虑线路需要提供较大的电流，虽然预置电流直接接到了采样电阻上（用钳形电流表确认加载的电流确实存在），试验中测试仪显示的电流值不仅不增加，反而略有减少，最后不得已用上另一个独立的电源，好在手里手机充电器足够多。


显然因为测试仪误差并不线性，所以使用2.16A作为2A的标准电流，及预置148mA电流给检流电阻后，测试仪显示出来的误差依然很大，但是有了显著的改观。

首次修正后的测量记录：





由于测试仪的表现并不线性，所以只靠计算是不可能得到预期的结果的。我开始用不同的数据开始一一试验测试仪。

测试过程中，逐渐体会到下面的几个关键点：

1、        预置的电流值，基本上能在测试仪显示的电流值上比较靠谱地，基本线性地体现出来；
2、        当大、小电流的显示误差百分比基本相同时，应该采用改变校准用的电流值来修正它；
3、        当大、小电流显示的电流与实际电流的差值都基本相同时，应该采用修改预置电流值来修正它。

经过多次调整，测试仪使用了如下的修正：
1、        用2.127A作为2A标准源校准测试仪；
2、        为测试仪的采样电阻预置148mA的电流。



最后，发现预置的电流还是偏小一点，不得已，在恒流采样电阻R1上并联了一个（串联47Ω电阻的）200Ω的可调电阻，用它相对精确地修正预置的电流值。目前实际的预置电流值大约160mA左右。

这是目前在用的状态，首次测量记录：




经过多次测试，并实际测量电池的容量，都发现测试仪显示的电流值误差仍然不稳定，显示值好像带有一定的偶然性。

下面的表格是某次修正后，不同时间测试出来的结果统计表，可以看出其测试仪的不稳定性，偶然误差还是很大。




目前仪表的状态，经过几次复测，误差还是很不稳定，记录的结果如下：





测试中，测试仪表现出显示的电流值的不稳定及偶然性。当重启测试仪，或者重新加载负载，万能表虽然测量出同样的放电电流，测试仪却会显示不同的电流，误差偶尔高达10mA，所以这个测试仪要想弄出计算表格上凑算得到的那种±1-2%的误差水准可能很难，初步估计误差能在±5%以内可以打住，作为参考还是可以用了。



目前测试中还发现一个规律：开机测试时，如果测试仪显示的电流值与实际电流值基本相符，则整个过程中都不会出较大（＞3mA）的差异。出较大的差异一般都是测试仪断开电源重启、或者测试电源断开重新连接等因素。

今天用恒流电流放电1小时，验证测试仪本身显示的放电容量是否正确，记录结果见下表：




看来只要是表显电流值正确了，该测试仪出来的结果还是比较靠谱。

至此，玩具电池容量测试仪，已经具备一定的使用价值。







最后，再次感谢本坛网友“juley”在前一贴中对我的帮助！


补充内容 (2020-11-7 12:09):
整理出来的局部电路图有误，运放321的正电源端通过330Ω的电阻接到了1117的输入端而不是接输出端。改正后的电路图见 42  楼。

补充内容 (2020-11-7 12:34):
测试仪准确度测试记录中一个数据有误，300mA放电3小时，得到的结果是900mHh而不是600mAh。

sandan

我这个是去年14.50元买的， 测悲凉1.2V放电用20欧一直这样用的（这鸟电电流大更放不出多少）

看楼主的帖子，我特意试了1---100mA正常。

我这个买来后再看TB是仿品。

sandan

谢谢分享

以后有问题，楼主的资料很不错

我这个就是关断电压不对，比实际高0.1V
那镍氢0.9  我就设置0.8V  
好像可软件调整的，我也没搞过。

wanwenhao1

sandan 发表于 2020-10-21 15:32
我这个是去年14.50元买的， 测悲凉1.2V放电用20欧一直这样用的（这鸟电电流大更放不出多少）

看楼主 ...

谢谢参与讨论！

你买的如果基本能正常使用，就算我的是仿品，也不应该相差那么多呢。都害得我不敢买其它店家的该外观的测试仪了，怕是一个德行。

前一个帖子，网友wangqibiao 反映“也有一只。刚才测了一下，确实电流严重不准。但经过校准之后可以接受了。但是电流不能小于100mA,否则显示为0。可能原设计如此吧”。而你的电流在1-100mA之间居然能正确显示，有质的差异。如果真的那样，值得买一个你那版本的测试仪。

如果朋友的测试仪准确度基本符合要求，请给一个链接，我再买一个试试看。

juley

承蒙楼主关注。

我又仔细看了您画的图纸，发现电流检测有个放大器LM321。
楼主可以用调放大器LM321的零点方式校正，不需要加偏置电流。
方法是改变LM321的正输入端的两个电阻330欧和510k欧的阻值，在电流为零时，使显示值为非零的最小值1，再微调电阻值降为0(或者直接显示1，只是看着有些不爽）。

我猜想可能放电仪产品设计没问题，只是某一批产品零件参数不正确。

wanwenhao1

juley 发表于 2020-10-21 16:16
承蒙楼主关注。

我又仔细看了您画的图纸，发现电流检测有个放大器LM321。

没有完整的电路图，不知道该运放实际的工作条件和作用，不好乱动它的电路。且都是贴片元件，装拆都很不方便，不敢造次。

sandan

wanwenhao1 发表于 2020-10-21 15:54
谢谢参与讨论！

你买的如果基本能正常使用，就算我的是仿品，也不应该相差那么多呢。都害得我不敢买 ...

我当时买来还10mA放电测9V电池
我这个肯定是仿品。（我后来找到真品店家对比过的）
今天特意测了1---100mA 正常再给你回帖的

原来是10.50+4元
我在已购物里找到了，但看板子上的编号不一样，你留意或与店家确认
我买过电压电流表头，也是还可以，但今年买的坛友发帖说精度线性很差。


https://buyertrade.taobao.com/tr ... 2&snapShot=true




https://item.taobao.com/item.htm ... amp;_u=l2dl09kl7c19

sandan

现在这家板子右上角没有 HW-586

sandan

这家板子上是HW-586

https://item.taobao.com/item.htm ... p;abbucket=4#detail

这家说是升级版
https://detail.tmall.com/item.ht ... ns=1&abbucket=4

sandan

我买贵了14.5元

现在8元多包邮就能买到。这东西还是很实用的

sandan

https://item.taobao.com/item.htm ... p;abbucket=4#detail

这方面我是外行，或许买的时候那批次还可以
看这个，应该这货电流很以测很小的

wanwenhao1

sandan 发表于 2020-10-21 21:56
这家板子上是HW-586

https://item.taobao.com/item.htm ... lvh&id=62997101 ...

谢谢你的回复，仔细看了板子，元件布置只有一个地方不同：

这是我购买的，版本信息为V2.3a，红圈处元件布置与你说的那款不一样。



你说的板子上有HW-586的，照片如下，红圈处就是不同的地方。


你说的升级版，没有HW-586标志的照片如下，其中顶部写了一个版本信息为V2.2，元件布置与有HW-586标志的相同。



确实无法预料它们之间的差别，除非自己亲自试试。


只测量很小电流的那款我也看到了。

我已经下单购买了元件布置不一样的那款测试仪，到手看看性能的区别。

juley

晒晒我的容量测试仪。

挂了块锂电池，电压大概3.8V，用卖家配套的两个7.5欧的电阻并联放电，显示电流1.003安。
换个470欧的电阻放电，显示电流8毫安。

wanwenhao1

juley 发表于 2020-10-22 10:23
晒晒我的容量测试仪。

挂了块锂电池，电压大概3.8V，用卖家配套的两个7.5欧的电阻并联放电，显示电流1.0 ...

你这个靠谱，不错。

不知我已经下单的是不是你这种咯，但愿哈！