【参赛】电池容量测试仪

pgldyx

1、概述
    每个人手里都有几块锂电池，都会有疑问：我手里的锂电池容量下降到多少了？网购的电池（包括电动工具电池包）容量与宣传的是否一致？我是不是受骗？所以，制作一个电池容量测试仪器是很有必要的。
    很久以前用单片机+数码管制作的容量测试仪就有了，但我觉得显示信息太少了，一个字：LOW。后来就有单片机与电脑上位机软件通信的作品，放电曲线、控制全部用电脑控制，但我总觉得不方便，测个电池还要开电脑。
    于是自己设计了这个作品。


2、主要功能
     2路，可以同时测2个电池，包括锂电池、电瓶车电池等
    可以自己设定放电电流  0-2A  再大也可以，就怕风扇累趴下
     可以自己设定放电截止电压  0-24V  再大也可以，就怕风扇累趴下
        随时显示当前的电流、电压、放电时间、容量。
        放电到截止电压，蜂鸣器响一声，放电停止。
        可以测电池内阻。
3、设计框图和设计原理
   设计框图如下：

电路图如下：

主控电路

模拟及电源

按键电路

AD芯片选择：如果MCU选择STM32F103,自带12bit的AD转换器，应该也够用。但是STM32的转换结果数值跳动太大，要用大量的
     数据进行滤波，我更喜欢使用16bit的ad芯片TM7705，转换数值只有最末位有1-2数字的跳动，简直稳如老狗。这样，每次转换一次就
     够了。而且由于对转换速度要求不高，使用TM7705是够用的。
  DA芯片选择：   如果MCU选择STM32F103,自带2路12bit的DA转换器，应该也够用 。但是mega64本身是没有DA转换的，
       如果使用PWM波来代替，担心精度不高。所以采用了专用的12bit DA芯片MCP4822 ，事实证明，准确度、线性都是令人满意的。
        显示屏采用了320*160的液晶屏，没办法，想要显示的东西太多，而且要显示两路，12864屏不够用。这个屏当时用很低的价格
买了1箱，所以现在做什么东西都用他显示。
      整个电路如果做成一块PCB大板，布局会整洁许多，也不至于这么多连线。但是没办法，免费打样超过10*10是不可能的。整块
电路板打样费用很高，而且只用1块。所以把整个电路分成3小块，1个MCU板，1个模拟和电源板，一个按键面板。期间废了2次，一次是
把MEGA64的1脚位置搞错了，一次是74LVC4245的转换方向搞错了。

机箱内部

操作界面的设计：功能比较简单，所以没有搞多层菜单结构。很多调整是电路板上的电位器完成的。按键也没有搞复用功能，基本是
一个按键一个功能。因为我怕时间一长我记不住。我一直认为，好的仪器设计就是一看就知道怎么用，而不用查操作手册。

显示界面

测量内阻的原理是这样的 ：先设定放电电流=0，测得电压V0=E。再设定放电电流I1=1A，测得电压V1=E-I1*Rs 。通过这2个公式
算出：Rs=（V0-V1）/I1.

4、调试
  电压、电流采样的调试：首先需要一款精度高的万用表。我用的是众仪的ZT219的四位半表，测量电压比较准确。再就是需要一个
比较稳定的 电压电流源，最起码稳定在1mV/1mA的数值上不跳动。我是用自制的稳压电源，恒压、恒流电位器都采用了多圈电位器
（粗调、细调各1）.     调节电路板的电压、电流分压电位器，使显示的数值与万用表一致。在0-24V、0-2A范围内多取几个点，
看一下线性怎么样。反正我觉得线性很高，在整个范围偏差不超过5个字。
5、关于外壳
主机面积比较大，找这么大的塑料壳体不容易，就用了铁皮机箱外壳。这样散热挺好。本来两个散热风扇应该固定在后面面板上的，
但是后面板让接线端子占了，只好放在壳体里面了，在下面挖了两个洞用于排热风。   有点临时凑合，正规产品肯定不会这么干。
另外，每个风扇装了温控板，设定50摄氏度开，45度关，有点静音风扇的意思。实际效果是，如果使用18650电池放电1A，大概在半小时以后
风扇启动。
这是后面板的接线端子，采用4线测量，每一路电池通过4根接线接入电路。
   
6、程序
本人不是专业编程的，所以程序不是专业水平，但是可用。所有程序都是ICCV7 FOR AVR编译的，包括按键、控制、液晶、AD和DA
程序都以c文件发出来，望朋友们喜欢。如果您要仿制，最起码液晶屏的驱动程序要修改。
另外，由于附件大小有限制，编译产生的文件都删掉了。
电池测试仪程序.zip (19.48 KB, 下载次数: 373)

2021-11-14 23:12 上传

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pgldyx

pgldyx

XUYILONG 发表于 2022-4-28 22:25
建议将此设计有价转让给中小企业量产，会有市场的

如果商品化肯定要修改设计的。不会需要这么多芯片，用stm32自身的ADC+充电宝用的普通电压电流采样芯片就行了。功率还可以加大，并联MOS管。搞的有点复杂，主要想看看国产ADC芯片的精度。当然硬件不是主要的，软件编程水平确实提高了。

donglele2005

你好，完完整整我看完了 ，我有一点建议，
1：壳子里面布线有点乱了，捷配打样可以更大点，你可以把显示屏，主控，mos驱动层叠起来，也可以10*10的面积整流滤波控制驱动足够放下所有元器件，还有就是功率设计太小，随便一个TO247管子，业余耗散70-80W应该没问题，电压设计20V，太低了。
2：电路设计观点，你电流放大电流回读，电压回读，均使用电位器作为调整和校准，这个我觉得是个弊端，这个在一定误差范围内完全可以使用软件校准，电位器受温度和时间会产生偏差较大。
3：当前参数单电源足够了，没有必要双电源，既然使用双电源，电压采样就可以做成差分，你在你这个四线负载实际上还是两线，电流一大电压就偏差。
4：你的pcb面积利用率太低了~~
5：我也做过同类的，在主题里面，单电源电子负载，你可以看看共同学习。

glf1978

不错，有完整的PCB资料就好了。

pgldyx

如果有人喜欢，pcb可以发上来，包括3块：主控、电源和模拟、按键和电位器。每块尺寸小于10*10，可以在JLC免费打样。可惜时间不多了。

左江农民

楼主，大功率放电用电炉丝或大功率电阻，比用场效应管要安全吧？

pgldyx

donglele2005 发表于 2021-11-20 22:57
你好，完完整整我看完了 ，我有一点建议，
1：壳子里面布线有点乱了，捷配打样可以更大点，你可以把显示屏 ...

你说的完全正确。看来你以前研究过。

jkyds2011

强悍！！软硬通吃！！！

nelec

厉害 楼主。  

XCH

这个电池容量测试仪比较高档了

qq1318628021

厉害了楼主

花陌

这个工具实用

求是

实用性强！
功率再大点就更实用了

明月亮1

厉害极了

爱听矿石收音机

很实用的测试工具