充電電池容量測(cè)試儀實(shí)現(xiàn)方案

電池容量是衡量電池質(zhì)量的重要指標(biāo)。充電電池的容量測(cè)試有很多的方法?？梢砸罁?jù)電池的放電曲線，進(jìn)行短時(shí)間放電，從而粗略得出電池容量。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是快速，但是充電電池的放電曲線并不具有普遍性，很多劣質(zhì)電池放電初期電壓也很平穩(wěn)，一旦進(jìn)入中后期，電壓下降非常迅速，所以采用這種方法得出的結(jié)論將非常不準(zhǔn)確的。最可靠最準(zhǔn)確無誤的還是以標(biāo)準(zhǔn)電流放電，全程測(cè)量實(shí)際放電時(shí)間的方式。不同的放電電流，充電電池最終能夠釋放出的電量是不同的，有一定的差距。蓄電池的容量標(biāo)注都是有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的。目前使用最多的是10小時(shí)率放電容量與20小時(shí)率放電容量兩種。10小時(shí)率放電容量就是電池以恒定電流放電，至電量耗盡放電時(shí)間能夠維持10個(gè)小時(shí)左右，這個(gè)電流就被稱作10小時(shí)率電流(衡量電量用盡的標(biāo)準(zhǔn)，不能以電池放電端電壓降低到零為準(zhǔn)。電池過度放電，會(huì)導(dǎo)致電池容量減少，無法恢復(fù)，乃至提早損壞、完全失效。所以每種電池放電終止電壓都有嚴(yán)格的規(guī)定，這個(gè)可以查閱相關(guān)資料。過度放電與過度充電是造成充電電池不能達(dá)到使用年限、提前報(bào)廢的主要原因)。實(shí)時(shí)放電的測(cè)量方法最大的缺點(diǎn)就是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因?yàn)楹臅r(shí)久這樣測(cè)量精度也很容易受到各種外部因素的影響。測(cè)量過程中如果用10小時(shí)率電流持續(xù)放電時(shí)間至少都要在5個(gè)小時(shí)以上，作這樣長時(shí)間的測(cè)試更需要足夠的耐心與精力以及充裕的時(shí)間?？萍嫉陌l(fā)展是非常迅速，今天單片機(jī)已經(jīng)非常普及了。通過單片機(jī)程序控制對(duì)放電時(shí)間，深度進(jìn)行自動(dòng)化控制，就很容易精準(zhǔn)測(cè)出電池的實(shí)際容量，實(shí)現(xiàn)整個(gè)過程的自動(dòng)控制。模擬實(shí)際放電測(cè)量容量的方法雖然對(duì)能源有一點(diǎn)浪費(fèi)，但是對(duì)于1A、2A以下的小容量充電電池還是完全可行的，對(duì)大容量電池進(jìn)行抽樣檢查也是很有必要。

　　下面介紹的電池容量測(cè)試儀采用89S51作為控制芯片，圖1就是硬件的電路原理圖。

　　圖1 硬件的電路原理圖

　　這個(gè)電池容量測(cè)試儀由放電電路、單片機(jī)控制計(jì)時(shí)兩個(gè)完全獨(dú)立部分組合而成。單片機(jī)部分制作費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且市面上單片機(jī)已很普及，沒必要親手制作，隨便找一片51單片機(jī)實(shí)驗(yàn)板就可以了。放電電路則是比較簡單的，僅由四五只元件構(gòu)成。單片機(jī)部分主要負(fù)責(zé)對(duì)放電時(shí)間計(jì)時(shí)，最終得到一組可靠的數(shù)據(jù)，用于電池性能的考量。

　　這種放電電路的實(shí)質(zhì)就是一模擬可控硅。當(dāng)我們將待測(cè)電池接入電路相應(yīng)位置時(shí)，點(diǎn)按啟動(dòng)鍵，如果電池尚有余量，則電池兩端放電電壓將維持在設(shè)定值以上，三極管VT1就會(huì)瞬間飽和，電池通過電阻R2進(jìn)行放電。這種電路有可靠精確陡峭的開關(guān)特性，VT1絕對(duì)工作于飽和截止兩種狀態(tài)之下。通過可調(diào)電阻對(duì)開關(guān)電路臨界值(即充電電池放電終止電壓)進(jìn)行調(diào)節(jié)設(shè)定，便可適應(yīng)于各種不同類型充電電池的全程保護(hù)放電。由于個(gè)人的應(yīng)用不需要非常精準(zhǔn)的測(cè)試結(jié)果，所以實(shí)際測(cè)試中電池模擬放電原則上還是以快些為好，只需要得到一個(gè)大致的電池容量。為了較快完成電池測(cè)試過程，這里的電路設(shè)計(jì)采用兩小時(shí)率電流進(jìn)行放電。通過對(duì)各種電池測(cè)量結(jié)果的橫向比較，容量的差異還是顯而易見的，以此作為衡量電池優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，就已經(jīng)足夠了。這里以1000mAH、1.2V規(guī)格鎳氫電池測(cè)試為例，放電電流500mA就需要采用2Ω的放電電阻，電池終止放電電壓應(yīng)控制在1V以上。放電終止電壓通過可調(diào)電阻R1來調(diào)節(jié)設(shè)定。普通可調(diào)電阻精度較差，且容易產(chǎn)生漂移，會(huì)導(dǎo)致設(shè)定好的終止電壓隨時(shí)間推移以及使用環(huán)境變化產(chǎn)生較大的波動(dòng)。為了保證放電終止電壓的精準(zhǔn)且易于設(shè)定，R1可以使用3296系列精密可調(diào)電位器。3296多圈可調(diào)精密電位器的可調(diào)范圍一般在50T，所以每圈的調(diào)節(jié)范圍為2%，每轉(zhuǎn)動(dòng)一度，阻值變化大約0.005%，所以很容易調(diào)節(jié)獲得一個(gè)精確、穩(wěn)定的阻值。

　　終止電壓的設(shè)定必須在實(shí)際放電過程中進(jìn)行，負(fù)載電阻R2阻值變動(dòng)，已經(jīng)設(shè)定的終止電壓也會(huì)隨之改變，需要重新設(shè)置。具體的調(diào)試方法就不再詳述了，參考一下相關(guān)資料。

　　這個(gè)放電電路不需要單獨(dú)的工作電源，而且與電池種類沒有相關(guān)性，完全可以適應(yīng)鎘鎳、鎳氫、鋰電池、鉛酸電池各種類型蓄電池的保護(hù)性放電，只是需要根據(jù)電池類型以及容量大小重新設(shè)置電路的終止電壓及放電電流。如果電池容量相對(duì)較高，那么三極管VT1、VT2的耗散功率也要相應(yīng)加大一些，同時(shí)不要忘了加大負(fù)載電阻R2的功率。

　　圖2是放電電路的印刷電路圖，元件數(shù)量少，很容易制作。

　　圖2 印刷電路圖