Präzise Batteriekapazitätsprüfschaltung - Backup Time Tester

Die im folgenden Artikel erläuterte genaue Schaltung zum Testen der Batteriekapazität kann zum Testen der maximalen Backup-Kapazität einer wiederaufladbaren Batterie in Echtzeit verwendet werden.

Von Timothy John

Basiskonzept

Die Schaltung entlädt eine vollständig geladene Batterie, die getestet wird, praktisch durch konstanten Strom, bis ihre Spannung den Tiefentladungswert erreicht.

An diesem Punkt die Schaltung schneidet automatisch ab die Batterie aus der Versorgung, während eine angeschlossene Quarzuhr die verstrichene Zeit liefert, für die die Batterie das Backup bereitgestellt hat. Diese verstrichene Zeit auf der Uhr informiert den Benutzer über die genaue Kapazität der Batterie in Bezug auf den eingestellten Entladestrom.

Lassen Sie uns nun anhand der folgenden Punkte die detaillierte Funktionsweise der vorgeschlagenen Esterschaltung mit Batteriekapazität lernen:

Mit freundlicher Genehmigung von Elektor Electronics

Hauptstufen der Schaltung

Unter Bezugnahme auf das obige Schema des Batterie-Backup-Zeitprüfgeräts kann das Design in drei Stufen unterteilt werden:

• Konstantstromentladungsstufe mit IC1b
• Deep Discharge Cut off Stage mit IC1a
• Externe 1,5-V-Quarzuhr-Versorgungsabschaltung

Ein einzelner Dual-Operationsverstärker-IC LM358 wird verwendet, um sowohl die Konstantstromentladung als auch den Tiefentladungs-Abschaltprozess zu implementieren.

Beide Operationsverstärker vom IC sind als Kompartimente konfiguriert.

Der Komparator-Operationsverstärker IC1b arbeitet wie ein präziser Konstantstrom-Entladungsregler für die Batterie.

Funktionsweise der Konstantstrom-Batterieentladung

Die Scheinentladungslast in Form der Widerstände R8 bis R17 ist zwischen dem MOSFET-Quellenanschluss und der Erdungsleitung angeschlossen.

Abhängig vom bevorzugten Entladestrom wird über diese Parallelwiderstandsbank ein äquivalenter Spannungsabfall erzeugt.

Dieser Spannungsabfall wird notiert und genau das gleiche Potential wird am nichtinvertierenden Eingang des IC1b-Operationsverstärkers über die Voreinstellung P1 eingestellt.

Solange der Spannungsabfall an den Widerständen unter diesem eingestellten Wert liegt, bleibt der Operationsverstärkerausgang weiterhin hoch und der MOSFET bleibt eingeschaltet, wodurch die Batterie mit der bevorzugten konstanten Stromrate entladen wird.

Wenn jedoch angenommen wird, dass der Strom aus irgendeinem Grund tendenziell ansteigt, steigt auch der Spannungsabfall über der Widerstandsbank an, wodurch das Potential am invertierenden Pin2 von IC1b über den nichtinvertierenden Pin3 geht. Dadurch wird der Ausgang des Operationsverstärkers sofort auf 0 V gestellt und der MOSFET ausgeschaltet.

Wenn der MOSFET ausgeschaltet wird, fällt auch die Spannung über dem Widerstand augenblicklich ab, und der Operationsverstärker schaltet den MOSFET wieder ein, und dieser EIN / AUS-Zyklus wird mit einer schnellen Geschwindigkeit fortgesetzt, um sicherzustellen, dass die Konstantstromentladung perfekt auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird Niveau.

Berechnung der Konstantstromwiderstände

Die am Quellenanschluss des MOSFET T1 angeschlossene Parallelwiderstandsbank bestimmt die Konstantstromentladungslast für die Batterie.

Dies ahmt die tatsächliche Lade- und Entladerate nach, der die Batterie während ihrer regulären Arbeit ausgesetzt sein kann.

Wenn eine Blei-Säure-Batterie verwendet wird, dann wissen wir, dass seine ideale Entladungsrate 10% seines Ah-Wertes betragen sollte. Angenommen, wir haben eine 50-Ah-Batterie, dann sollte die Entladerate 5 Ampere betragen. Die Batterie könnte auch mit höheren Raten entladen werden, dies könnte jedoch die Batterielebensdauer ernsthaft beeinträchtigen, und daher wird ein 5 Ampere zur idealen Präferenz.

Für einen Strom von 5 Ampere müssen wir den Widerstandswert so einstellen, dass er als Reaktion auf den Strom von 5 Ampere etwa 0,5 V über sich selbst beträgt.

Dies kann durch das Ohmsche Gesetz schnell bewertet werden:

R = V / I = 0,5 / 5 = 0,1 Ohm

Da 10 Widerstände parallel geschaltet sind, beträgt der Wert für jeden Widerstand 0,1 x 10 = 1 Ohm.

Die Leistung kann mit 0,5 x 5 = 2,5 Watt berechnet werden

Da 10 Widerstände parallel sind, kann die Leistung jedes Widerstands = 2,5 / 10 = 0,25 Watt oder einfach 1/4 Watt betragen. Um jedoch ein präzises Arbeiten zu gewährleisten, kann die Leistung für jeden Widerstand auf 1/2 Watt erhöht werden.

So richten Sie die Tiefentladungsabschaltung ein

Die Tiefentladungsabschaltung, die den niedrigsten Spannungsschwellenwert für die Batterieunterstützung festlegt, wird vom Operationsverstärker IC1a übernommen.

Es kann folgendermaßen eingestellt werden:

Nehmen wir an, dass der niedrigste Entladungspegel für eine 12-V-Blei-Säure-Batterie 10 V beträgt. Die Voreinstellung P2 ist so eingestellt, dass die Spannung am K1-Stecker präzise 10 V erzeugt.

Dies bedeutet, dass der invertierende Pin2 des Operationsverstärkers jetzt auf eine genaue 10-V-Referenz eingestellt ist.

Zu Beginn liegt die Batteriespannung nun über diesem 10-V-Pegel, wodurch der nicht invertierende Eingangspin von Pin3 höher als der Pin2 ist. Aus diesem Grund ist der Ausgang des IC1a hoch, sodass das Relais eingeschaltet werden kann.

Dies würde es wiederum ermöglichen, dass die Batteriespannung für den Entladevorgang zum MOSFET gelangt.

Wenn die Batterie unterhalb der 10-V-Marke entladen wird, wird das Pin3-Potential von IC1a höher als Pin2, wodurch sein Ausgang Null wird und das Relais ausgeschaltet wird. Der Akku wird abgeschaltet und kann nicht mehr entladen werden.

So messen Sie die verstrichene Sicherungszeit

Um eine visuelle Messung der Batteriekapazität in Bezug auf die Zeit zu erhalten, die die Batterie benötigt, um den vollen Entladezustand zu erreichen, ist es wichtig, eine Zeitanzeige zu haben, die die verstrichene Zeit vom Start bis zum Erreichen der Tiefenentladung anzeigt Niveau.

Dies kann einfach implementiert werden, indem jede gewöhnliche Quarzwanduhr mit ihrer verbunden wird 1,5 V Batterie entfernt.

Zuerst wird die 1,5-V-Batterie von der Uhr entfernt, dann werden die Batterieklemmen mit der richtigen Polarität an die K4-Anschlusspunkte angeschlossen.

Als nächstes wird die Uhr auf 12 0 eingestellt.

Wenn nun die Schaltung eingeleitet wird, verbindet das zweite Paar der Relaiskontakte die 1,5 V DC von der Verbindungsstelle von R7 / D2 mit der Uhr.

Dadurch wird die Quarzuhr mit Strom versorgt, sodass die verstrichene Zeit des Batterieentladevorgangs angezeigt werden kann.

Wenn die Batterie tief entladen ist, schaltet das Relais um und trennt die Uhr von der Stromversorgung. Die Uhrzeit friert ein und zeichnet die genaue Batteriekapazität oder die tatsächliche Sicherungszeit der Batterie auf.

Testverfahren

Sobald die Montage des Batteriekapazitätstesters abgeschlossen ist, müssen Sie das folgende Zubehör an die verschiedenen Anschlüsse von K1 bis K4 anschließen.

K1 sollte mit einem Voltmeter verbunden werden, um den Tiefentladungsspannungspegel durch P2-Einstellung einzustellen.

K2 kann mit einem Amperemeter verbunden werden, um die Konstantstromentladung der Batterie zu überprüfen, obwohl dies optional ist. Wenn an K2 kein Amperemeter verwendet wird, stellen Sie sicher, dass zwischen den K2-Punkten eine Drahtverbindung angebracht ist.

Die zu testende Batterie sollte mit der richtigen Polarität an K3 angeschlossen werden.

Zuletzt sollten die Batterieklemmen einer Quarzuhr über K4 angeschlossen werden, wie im vorherigen Abschnitt erläutert.

Sobald die obigen Elemente entsprechend integriert sind und die Voreinstellungen P1 / P2 gemäß der vorherigen Erläuterung eingerichtet sind, kann der Schalter S1 gedrückt werden, um den Testprozess der Batteriekapazität zu initialisieren.

Wenn ein Amperemeter angeschlossen ist, zeigt es sofort die genaue Konstantstromentladung an, die von den MOSFET-Quellenwiderständen eingestellt wurde, und die Quarzuhr beginnt mit der Aufzeichnung der verstrichenen Zeit der Batterie.